חוקרים פיתחו מודל של יקום מתכווץ שהיה קיים לפני המפץ הגדול. לחץ להגדלה
המפץ הגדול מתאר כיצד היקום התחיל כנקודה יחידה לפני 13.7 מיליארד שנה, והוא התפשט מאז, אך הוא לא מסביר מה קרה לפני כן. חוקרים מאוניברסיטת פן סטייט מאמינים שצריכים להיות עקבות של ראיות ביקום הנוכחי שלנו שיכולים היה להביט לאחור לפני המפץ הגדול. על פי מחקריהם, היה יקום מתכווץ עם גיאומטריה דומה לזמן המרחב ליקום המתרחב שלנו. היקום התמוטט ואז "הקפיץ" בתור המפץ הגדול.
על פי תיאוריית היחסות הכללית של איינשטיין, המפץ הגדול מייצג את ההתחלה, האירוע הגדול בו לא נולד רק חומר אלא זמן-חלל עצמו. בעוד שתיאוריות קלאסיות אינן נותנות רמזים לקיום לפני אותו רגע, צוות מחקר בפן סטייט השתמש בחישובי הכבידה הקוונטית כדי למצוא חוטים המובילים לתקופה קדומה יותר. "אפשר להשתמש בתורת היחסות הכללית כדי לתאר את היקום חזרה לנקודה בה החומר הופך להיות צפוף עד כדי כך שהמשוואות שלו אינן מחזיקות מעמד", אומר אבהיי אשטקר, מחזיק הכיסא המשפחתי Eberly בפיזיקה ומנהל המכון לפיזיקה כבידה וגיאומטריה בפן סטייט. "מעבר לנקודה זו היינו צריכים להחיל כלים קוונטיים שלא היו זמינים לאיינשטיין." על ידי שילוב של פיסיקה קוונטית עם תורת היחסות הכללית, הצליחו אשטקר ושניים מחוקריו הפוסט-דוקטורטים, תומאש פאוולובסקי ופרמפריט סינג, לפתח מודל העוקב דרך המפץ הגדול ליקום מתכווץ המציג פיזיקה הדומה לשלנו.
במחקר שדווח בגיליון הנוכחי של מכתבי ביקורת פיזית, הצוות מראה כי לפני המפץ הגדול היה יקום מתכווץ עם גיאומטריה במרחב-זמן, שאחרת דומה לזה של היקום המתרחב הנוכחי שלנו. כאשר כוחות הכבידה משכו פנימה את היקום הקודם הזה, הוא הגיע לנקודה בה התכונות הקוונטיות של זמן-חלל גורמות לכוח המשיכה להיות דוחה, ולא מושך. "באמצעות שינויים קוונטיים של המשוואות הקוסמולוגיות של איינשטיין, הראנו שבמקום המפץ הגדול הקלאסי יש למעשה הקפצה קוונטית", אומר אשטקר. "הופתענו כל כך מהגילוי שיש עוד יקום קלאסי, לפני המפץ הגדול, שחזרנו על ההדמיות עם ערכי פרמטרים שונים לאורך מספר חודשים, אך גילינו שתרחיש ה- Big Bounce הוא חזק."
בעוד שהרעיון הכללי של יקום אחר שהיה קיים לפני המפץ הגדול הוצע בעבר, זהו התיאור המתמטי הראשון שמבסס באופן שיטתי את קיומו ומסיק את תכונות הגיאומטריה במרחב-זמן באותו יקום.
צוות המחקר השתמש בכבידה קוונטית של לולאה, גישה מובילה לבעיית האיחוד של תורת היחסות הכללית עם פיזיקת הקוונטים, שגם היא הייתה חלוצה במכון פן סטייט לפיזיקה וכבידה של הכבידה. בתיאוריה זו, לגיאומטריה במרחב-זמן עצמה יש מבנה 'אטומי' נפרד והרצף המוכר הוא רק קירוב. מארג המרחב שוזר ממש על ידי חוטי קוונטים חד מימדיים. בסמוך למפץ הגדול, המארג הזה נקרע באלימות ואופי הקוונטי של הגיאומטריה הופך להיות חשוב. זה הופך את כוח הכובד לדוחה בחוזקה, ומוליד את הניתור הגדול.
"העבודה הראשונית שלנו מניחה מודל הומוגני של היקום שלנו", אומר אשטקר. עם זאת, זה נתן לנו אמון ברעיונות הבסיסיים של כוח הכבידה הקוונטי. אנו נמשיך לעדן את המודל כדי להציג טוב יותר את היקום כפי שאנו מכירים אותו וכדי להבין טוב יותר את התכונות של כוח הכבידה הקוונטי. "
המחקר נערך בחסות הקרן הלאומית למדע, קרן אלכסנדר פון הומבולדט והמכללה המדעית Eberly of Penn State.
המקור המקורי: מהדורת חדשות PSU
