מה קרה לפני המפץ הגדול?

המפץ הגדול נחשב בדרך כלל לתחילתו של הכל: לפני 13.8 מיליארד שנה, היקום הנצפה עבר בום והתרחב להיות.

אבל איך היו דברים לפני המפץ הגדול?

תשובה קצרה: אנחנו לא יודעים. תשובה ארוכה: זה יכול היה להיות הרבה דברים, שכל אחד מתכופף בדרכו שלו.

בהתחלה

הדבר הראשון שצריך להבין הוא מה בעצם היה המפץ הגדול.

שון קרול, פיזיקאי תיאורטי במכון הטכנולוגי בקליפורניה ומחבר הספר "התמונה הגדולה: על מקורות החיים, המשמעות והיקום עצמו", "המפץ הגדול הוא רגע בזמן, ולא נקודה בחלל. (דטון, 2016).

כך, יתכן שהיקום במפץ הגדול היה זעיר-זעיר או גדול עד אין קץ, אמר קרול, מכיוון שאין דרך להסתכל אחורה בזמן על הדברים שאנו אפילו לא יכולים לראות היום. כל מה שאנחנו באמת יודעים זה שהוא היה מאוד מאוד צפוף וזה מהר מאוד נעשה פחות צפוף.

כתוצאה מכך, אין באמת שום דבר מחוץ ליקום, מכיוון שהיקום הוא, בהגדרה, הכל. אז, במפץ הגדול, הכל היה צפוף וחם יותר מכפי שהוא עכשיו, אבל לא היה בו יותר "חוץ" ממה שיש היום. מפתה ככל שהיא להשקיף על רוח אלוהית ולדמיין שאפשר לעמוד בריק ולהסתכל ביקום התינוקות המעוטר ממש לפני המפץ הגדול, זה יהיה בלתי אפשרי, אמר קרול. היקום לא התרחב לחלל; המרחב עצמו התרחב.

"לא משנה איפה אתה נמצא ביקום, אם אתה מתחקה אחר עצמך 14 מיליארד שנה אחורה, אתה מגיע למצב הזה שהיה חם מאוד, צפוף והתרחב במהירות," אמר.

איש אינו יודע בדיוק מה קרה ביקום עד שנייה אחת לאחר המפץ הגדול, אז היקום התקרר דיו כדי שפרוטונים ונויטרונים יתנגשו ויתחברו זה לזה. מדענים רבים חושבים שהיקום עבר תהליך של התרחבות מעריכית הנקרא אינפלציה באותה שנייה ראשונה. זה היה מחליק את מרקם המרחב-זמן ויכול להסביר מדוע החומר מופץ בצורה כה שווה ביקום כיום.

לפני המפץ

יתכן שלפני המפץ הגדול, היקום היה קטע אינסופי של חומר אולטרה-צפוף, שהתמיד במצב יציב עד שמשום מה, המפץ הגדול התרחש. ייתכן שהיקום החוץ-צפוף הזה נשלט על ידי מכניקת הקוונטים, הפיזיקה של הסולם הקטן ביותר, אמר קרול. המפץ הגדול, אם כן, היה מייצג את הרגע בו השתלטה הפיזיקה הקלאסית כמניע העיקרי להתפתחות היקום.

עבור סטיבן הוקינג, הרגע הזה היה כל מה שחשוב: לפני המפץ הגדול, הוא אמר, אירועים הם בלתי ניתנים להערכה, ולכן אינם מוגדרים. הוקינג כינה זאת ההצעה ללא גבול: זמן ומרחב, לדבריו, הם סופיים, אך אין להם גבולות או נקודות התחלה או סיום, באותה דרך שבה כוכב הלכת הוא סופי אך אין לו שום קצה.

"מכיוון שלאירועים לפני המפץ הגדול אין השלכות תצפיתיות, אפשר באותה מידה לחתוך אותם מהתיאוריה ולומר שהזמן התחיל במפץ הגדול", אמר בראיון לתוכנית הלאומית ג'יאוגרפית "StarTalk" ב -2018.

או אולי היה עוד משהו לפני המפץ הגדול שכדאי להרהר בו. רעיון אחד הוא שהמפץ הגדול אינו ראשית הזמן, אלא שזה היה רגע של סימטריה. ברעיון זה, לפני המפץ הגדול, היה יקום אחר, זהה לזה, אך עם אנטרופיה שהולכת וגוברת לעבר במקום לעבר העתיד.

הגדלת האנטרופיה, או הגדלת ההפרעה במערכת, היא למעשה חץ הזמן, כך אמר קרול, ולכן ביקום המראה הזה, הזמן היה פועל בניגוד לזמן ביקום המודרני והיקום שלנו היה בעבר. תומכיה של תיאוריה זו מציעים גם שתכונות אחרות של היקום ייהפכו ביקום המראה הזה. לדוגמה, הפיזיקאי דייוויד סלואן כתב בבלוג המדע של אוניברסיטת אוקספורד, א-סימטריות במולקולות ויונים (המכונים כיראליות) יהיו בכיוונים הפוכים למה שהם נמצאים ביקום שלנו.

תיאוריה קשורה גורסת כי המפץ הגדול לא היה תחילתו של הכל, אלא רגע בזמן בו היקום עבר מתקופת התכווצות לתקופת התפשטות. התפיסה הזו של "קפיצה גדולה" מציעה שיכולים להיות אינסוף המפץ הגדול ככל שהיקום מתרחב, מתכווץ ומתרחב שוב. הבעיה עם הרעיונות האלה, אמר קרול, היא שאין שום הסבר למה או איך יקום מתרחב יתכווץ ויחזור למצב של אנטרופיה נמוכה.

לקרול ועמיתו ג'ניפר צ'ן יש חזון משלהם לפני המפץ הגדול. בשנת 2004 הציעו הפיזיקאים שאולי היקום כפי שאנו מכירים הוא צאצאיו של יקום הורי ממנו קרע מעט זמן-חלל.

זה כמו גרעין רדיואקטיבי שמתרסק, אמר קרול: כאשר גרעין מתפורר הוא מפטיר חלקיק אלפא או בטא. היקום האב יכול לעשות את אותו הדבר, למעט במקום חלקיקים, הוא מפטיר יקומים לתינוק, אולי אין סוף. "זה רק תנודת קוונטית שמאפשרת לזה לקרות", אמר קרול. יקומי תינוקות אלו הם "יקומים מקבילים ממש", אמר קרול ואינם מתקשרים זה עם זה או משפיעים עליהם.

אם כל זה נשמע מטומטם למדי, זה - מכיוון שלמדענים אין עדיין דרך לחזור אפילו לרגע המפץ הגדול, הרבה פחות מה שקדם לו. אבל יש מקום לחקור, אמר קרול. איתור גלי הכבידה מהתנגשויות גלקטיות עוצמתיות בשנת 2015 פותח את האפשרות כי ניתן להשתמש בגלים אלה כדי לפתור תעלומות בסיסיות אודות התפשטות היקום באותה שנייה מכריעה ראשונה.

לפיזיקאים תיאורטיים יש גם עבודה, אמר קרול, כמו לחזות מדויקות יותר כיצד כוחות קוונטיים כמו כוח משיכה קוונטי עשויים לעבוד.

"אנחנו אפילו לא יודעים מה אנחנו מחפשים," אמר קרול, "עד שתהיה לנו תיאוריה."