빅뱅이 시작이 아니라면 어떨까요?

과학의 역사에서 가장 큰 발견은 어제가없는 하루가 있다는 것입니다. 우주는 영원히 존재하지 않았습니다. 태어났습니다. 모든 문제, 에너지, 공간 및 심지어 시간은 우리가 1382 억 년 전에 빅뱅이라고 부르는 타이타닉 불 덩어리에 들어가게되었습니다. 불 덩어리는 팽창하고 냉각 파편에서 은하를 조절했습니다. 우리 은하수는 하나 일뿐입니다.

당신이 그것을 바라 보는 방식으로, 모자에서 토끼처럼 우주가 존재한다는 생각은 Bonkers입니다. 이런 이유로, 과학자들은 차고 비명을 지르며 끌어야했다. 그들이 대답하고 싶은 마지막 것은 어색한 질문이었습니다. 빅뱅 전에 무슨 일이 있었습니까?

최근 수십 년 동안 우주는 초고속 확장의 매우 브리프 버스트로 시작되었다는이 아이디어가 시작되었습니다. 이 '인플레이션'이 너무나 폭력적으로 인플레이션이 급증했을 때 인플레이션이 인수 된 더 침착 한 빅뱅 확장의 단순한 다이너마이트 스틱에 비해 H 폭탄의 폭발에 비유되었습니다.

그러나 이제 저명한 미국 천체 물리학자는 인플레이션 정통에 의문을 제기하고 빅뱅이 실제로 우주의 초기 계약, 단계에서 '큰 바운스'인 대안 모델에 대한 새로운 모습을 옹호하고 있습니다. 하버드 스미소니언 천체 물리학 센터의 아브라함 로브 (Abraham Loeb) 교수는“저의 동료들과 나는 가능성을 구별 할 수있는 관찰 시험을 제안하고있다.

불가피하게 큰 갭

모든 시나리오가 설명 해야하는 우주 관찰은 우주가 매우 균일 한 이유입니다. 구체적으로, 빅뱅의 열간의 온도가 어디에서나 거의 동일하고 왜 주어진 볼륨의 은하수의 수가 어디에서나 동일합니다.

이것은 우주의 확장이 빅뱅으로 뒤로 튀어 나오는 것으로 상상되면, 영화처럼 연주하는 영화처럼, 오늘날 널리 분리 된 우주 지역이 처음에 서로 접촉하지 않았다는 것이 분명해지기 때문입니다. 다시 말해서, 우주 속도 제한 (빛의 속도)으로 여행하는 영향에 대한 우주가 탄생 한 이후로 시간이 불충분 해졌다. 그러면 온도가 평등하기 위해 어떻게 그러한 지역들 사이에서 열이 통과 될 수 있었습니까?

표준 설명은 우주가 우리가 그 영화를 반대로 실행한다고 상상하는 것보다 초기에 훨씬 작았다는 것입니다. 그것이 더 작다면, 오늘날 널리 분리 된 우주의 비트는 함께 더 가까워 졌을 것입니다. 그러나 우주가 일찍 더 작게 시작되면 1382 억 년 만에 현재 규모에 도달하기 위해 더 빨리 확장되었을 것입니다.

우주 존재의 첫 번째 분할에서 발생하는 이러한 초고속 확장 기간은 1979 년 러시아 물리학 자 Alexei Starobinsky와 1980 년 미국 물리학자인 Alan Guth에 의해 제안되었습니다.이 인플레이션은 진공에 의해 주도되었습니다. 오늘날 우리 주변에서 볼 수있는 진공이 아니라 초고 에너지 버전. ‘인플레이션 진공’에는 소위 스칼라 필드가 포함되어 있었는데, 2012 년 제네바 근처의 대형 하드론 콜라이더에서 발견 된 히그 스 필드와 공통점은 모든 곳에서 0이 아닌 에너지를 가졌기 때문입니다.

초고 에너지 인플레이션 진공은 몇 가지 놀라운 특성을 가졌다. 첫째, 그것은 반발 중력을 가졌으며, 그로 인해 확장이 발생했습니다. 둘째, 인플레이션 진공이 양을 두 배로 늘릴 때 에너지를 두 배로 늘 렸습니다. 볼륨을 3 배로 늘릴 때 에너지 등을 3 배로 늘 렸습니다. 손 사이에 지폐 더미가 있고 손을 떼어 내고 그 결과 더 많은 지폐가 생겼다 고 상상해보십시오. 놀랍게도 물리학 자들은 인플레이션을 '궁극적 인 무료 점심'이라고합니다.

그러나 에너지를 포함하지만 중요하지 않은 인플레이션 진공은 '양자'였습니다 (양자 이론은 원자의 미세한 세계와 그 구성 요소에 대한 우리의 가장 좋은 설명입니다). 그리고 양자는 근본적으로 예측할 수 없습니다. 따라서 인플레이션 진공 상태에서 임의의 위치에서 '부패'는 정상, 일상 진공으로 비트를 비 웁니다.

거품이 형성되는 광대 한 바다로 묘사하십시오. 각 거품 내부에는 인플레이션 진공의 막대한 에너지가 어딘가에 가야했습니다. 그것은 물질을 만들어 넓은 고온으로 가열하는 데 갔다. 우리는 인플레이션 진공 상태 에서이 빅뱅 버블 중 하나에 살고 있습니다.

인플레이션은 서로 다른 위치에서 다른 비율로 붕괴되어 인플레이션 진공 상태에서 '거품'을 초래하고, 즉, Multiverse © Science Photo Library의 잠재력을 만듭니다. 빅뱅은 인플레이션 진공 상태에서 불꽃 놀이처럼 사라지고 있습니다. 그리고이 모든 것은 작은 인플레이션 진공으로 시작될 수있었습니다. 킬로그램만큼 작은 질량 에너지로, Quantum 이론의 법칙에 의해 믿을 수 없을 정도로 허용되는 것은 없습니다. 일단 시작된 인플레이션은 새로운 진공 청소기가 먹는 것보다 빠르게 만들어지기 때문에 영원히 계속됩니다.

그러나 Loeb에 따르면 인플레이션 시나리오에는 문제가 있습니다. "40 년 후, 우리는 Higgs와 마찬가지로 인플레이션을 이끌어내는 'Lainton'분야의 존재에 대한 증거가 없습니다."라고 그는 말합니다. 또한 인플레이션 확장을 종료하고 빅뱅 확장을 시작하는 방법의 무한대가 있습니다.

물리학 자들은 수학적 '잠재력'을 상상하고 스키 경사와 같은 Laton 필드가 미끄러 져 에너지를 0으로 줄입니다. 그러나 스키 슬로프는 다른 위치에서 다른 모양을 가질 수 있습니다. Loeb은“이것은 인플레이션이 다른 곳보다 더 오래 지속될 것이며, 그 결과 시공간의 특성을 크게 변화시킬 것입니다. "따라서 인플레이션은 각각 다른 물리학을 갖는 도메인의 무한대의 존재를 예측합니다.

문제는 우리 우주에 다중 사람들의 전형적인 구성원의 속성이 없다는 것입니다. Loeb는“우리의 우주는 다중 사람들의 전형적인 지역에 비해 진공 에너지가 너무 희석되어 있습니다.

그러므로 우리는‘인류 원리’의 끔찍한 논리와 함께 암흑 에너지와 같은 특수 특성을 설명해야합니다. 우리는 우리가 살고있는 영역에 살고 있다는 점은 물리학이 별과 은하계, 물리학 자들이 그들을 묘사하지 않았기 때문입니다. Loeb은“이것은 인플레이션에 설명력을 제공하지 않습니다. “모든 데이터를 맞출 수있는 무한히 유연한 프레임 워크입니다. 내 마음에 그것은 그것이 과학이 아니라는 것을 의미합니다.”

Loeb, Anna Ijjas 및 Paul Steinhardt 교수가 2017 년 Scientific American의 기사에서 만든이 주장은 논쟁의 폭풍을 일으켰습니다. 매사추세츠 기술 연구소의 앨런 거스 (Alan Guth) 교수에 따르면,“현재 우리가 이해하고있는 인플레이션 우주론은 과학적 방법을 사용하여 평가할 수 없다는 의견은 지금까지 현실에서 벗어난 것처럼 보였고, 우주의 32 명의 지도자가 5 개의 노벨상 수상자들을 포함하여 편집자에 대한 편집자에 대한 편집자에 대한 편집자에 대한 편집자에 대한 편집자에 대한 편집자에 대한 편집자에 대한 편집자에 대한 편집자에 대한 편집자에 대한 편집자에 대한 편집자에 대한 편집자에 대한 편집자에 대한 편집자에 대한 편집자에 대한 편집자를 포함하여 현실에서 평가 될 수 없다는 논평.

Loeb은“이것은 매우 우울합니다. “과학적 아이디어가 잘못되면 왜 그것이 왜 잘못되었는지 지적해야합니다. 과학적 진실은 권위자가 아니라 본질적으로 결정됩니다.”

Loeb는 '현악 이론'(모든 이론 후보)과 같은 인플레이션이 기본 아이디어에 대한 심각한 실험 테스트가 없을 때 오랫동안 진화했다고 생각합니다. "따라서 지지자들은 이론이 이론이 그 권리를 증명하기 위해 다른 이론과 동일한 엄격한 시험을 통과 할 필요가 없다고 생각하는 문화를 창출했다."

Loeb은 반드시 인플레이션이 잘못되었다고 생각하지는 않습니다. 그러나 그는 대안을 더 심각하게 받아 들여야한다고 생각합니다. Guth는“나는 그것에 대해 의견이 일치하지 않습니다. “그러나 우리는 과학적 방법으로 인플레이션을 평가할 수 없다는 허위 주장을 피해야합니다. 그리고 나는 또한 현재 인플레이션에 대한 대안 중 어느 것이 비슷한 키가 있다는 주장에도 동의하지 않을 것입니다.”

한 가지 대안은 우주가 진공 중심 인플레이션의 파열로 시작하지 않고 대신 이전 수축 단계를 거쳤다는 것입니다. 따라서 빅뱅은 빅뱅이 아니라 큰 바운스 였을 것입니다. 물리학 자 Steinhardt와 Neil Turok이 맡은 '주기적 우주'인데, 그 중 하나는 우주가 반복적으로 바운스를 겪고, 아마도 무한한 수를 겪고 있기 때문에 시작되지 않았다.

그러나 결정적으로, 긴 사전 뱅 단계는 우주의 특성이 균등화 될 수있는 충분한 시간을 제공합니다. 오랜 시간 동안 온수가 추가 된 후 냉수 목욕이 균일 한 온도에 도달 할 수 있습니다.

핵심은 인플레이션과 튀는 시나리오를 구별 할 수있는 관찰을 찾는 것입니다. Loeb와 그의 하버드 동료 인 Xingang Chen 박사와 Zhong-Zhi Xianyu는 그들이 찾았다 고 말했다. 그것은 빅뱅의 열간 후광을 포함합니다 - 우주 배경 방사선.

입자 물리학의 표준 모델은 우주를 구성하는 기본적인 '들판'을 설명합니다. 전자는‘전자장’의 잔물결이며, 광자는‘전자기장’의 잔물결 등입니다. 그러나 표준 모델은 그 대신에 큰 깊은 이론의 근사치 일뿐입니다.

그러나 Loeb은 새로운 대규모 아 원자 입자가있는 새로운 분야를 포함 할 것이라고 말했다. 이들은 초기 우주에서 진동하여 우주 배경 방사선의 온도 변화에 대한 규칙적으로 조명됩니다. Loeb은“이 '주기성'은 잠재적으로 관찰 할 수 있습니다. "그리고 중요한 것은 인플레이션 확장을 겪은 우주와 수축을 겪은 우주의 경우가 다르다는 것입니다."

가장 큰 온도 변화는 확장 시나리오에서 먼저 제자리에 설정되어 있지만 계약 시나리오에서 지속됩니다. 그리고 온도 변화의 크기 또는 진폭은 시간이 지남에 따라 증가하기 때문에 어떤 시나리오가 가장 먼저 있는지 알 수 있습니다.

Guth는“과학적 방법을 사용하여 인플레이션을 평가할 수 없다고 선포 한 지 2 년이 지난 후 Loeb는 인플레이션 시험 개발을 위해 노력하고 있습니다. "Chen, Loeb 및 Xianyu의 제안에는 매우 흥미로운 물리학이 포함되어 있습니다."

새로운 테스트는 유일한 인플레이션 테스트는 아닙니다. BICEP2라는 남극의 실험은 현재 초기 우주의 폭력적인 혼란에서 생성 된 시공간 (중력파)에서 파문의 우주 배경 방사선에 대한 각인을 찾고 있습니다.

Loeb은“각인이 발견되면 인플레이션을 증명할 것입니다. “하지만 각인을 찾을 수 없으면 각인이 감지 할 수없는 인플레이션 모델을 찾을 수 있습니다. 이것이 바로 이론이 무한히 유연하고 과학적으로 파괴 할 수 없다는 의미입니다.”

Loeb은 우주 바운스의 상세한 물리학이 인플레이션의 상세한 물리학만큼 알려져 있지 않다는 것을 인정합니다. 그러나 그는 기본 과학에 대한 우리의 지식이 있기 때문에 이것이 불가피하다고 말합니다. 20 세기 물리학의 두 가지 업적은 양자 이론 (매우 작은 세계를 묘사 함)과 아인슈타인의 중력 이론 (우주의 매우 큰 영역을 설명)입니다.

빅뱅에서는 매우 큰 우주가 매우 작았으므로 양자 이론과 아인슈타인의 중력 이론을 통합하여 무슨 일이 있었는지 예측해야합니다. 그러한 통일은 지금까지 애매한 것으로 판명되었습니다. Loeb은“뚜렷한 진실은 Quantum의 중력 이론이 없으면 우리의 우주가 어떻게 시작되었는지 확신 할 수 없다는 것입니다.”

• 이 기사는 BBC Science Focus 에 처음 출판되었습니다 2019 년 4 월 - 여기에서 구독

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