Ett Matematiskt Bevis För Att Universum Skulle Kunna Ha Bildats Spontant Från Ingenting

En av de stora teorier inom modern kosmologi är att universum startade i en Big Bang. Detta är inte bara en idé utan en vetenskaplig teori som backas upp av många rader av bevis.
Till att börja med, det är den kosmiska bakgrundsstrålningen, som är en typ av ekot av big bang, då det är den pågående utbyggnaden av kosmos, som när föreställa sig bakåt, tips på en “Big Bang” -typ ursprung, och det överflöd av ursprungliga element, såsom helium-4 -, helium-3, deuterium och så vidare, kan beräknas med hjälp av teorin.
Men som ändå lämnar ett stort pussel. Vad som orsakade Big Bang sig själv? För många år, kosmologer har förlitat sig på tanken att universum bildades spontant, att Big Bang var resultatet av kvantmekaniska fluktuationer i vilket Universum uppstod ur ingenting.
Det är rimligt, med tanke på vad vi vet om kvantmekanik. Men fysikerna verkligen behöver mer — ett matematiskt bevis för att ge tanken kött.
i Dag får de sin önskan tack vare arbetet i Dongshan Han och kompisar på Wuhan-Institutet för Fysik och Matematik i Kina. Dessa killar har att komma med den första rigorösa bevis för att Big Bang verkligen skulle ha uppstått spontant på grund av kvantmekaniska fluktuationer.
nya bevis är baserad på en speciell uppsättning av lösningar till en matematisk enhet som kallas Wheeler-DeWitt ekvation. Under första hälften av 20-talet, kosmologer kämpade för att kombinera de två pelarna i den moderna fysiken— kvantmekanik och allmän relativitetsteori—på ett sätt som rimligen kan beskrivas universum. Så långt som de kunde se, att dessa teorier var helt i strid med varandra.
genombrottet kom på 1960-talet när fysikerna John Wheeler och Bryce DeWitt kombinerat dessa tidigare oförenliga idéer i en matematisk formel som nu är känt som Wheeler-DeWitt ekvation. Den nya arbete Dongshan och co utforskar några nya lösningar till denna ekvation.
I hjärtat av deras tänkande är Heisenbergs osäkerhetsprincip. Detta gör att ett litet tomt utrymme för att komma till stånd probabilistically på grund av fluktuationer i vad fysikerna kallar metastable falskt vakuum.
När detta händer finns det två möjligheter. Om denna bubbla av utrymmet inte expandera snabbt, det försvinner igen nästan omedelbart. Men om bubblan kan expandera till en tillräckligt stor storlek, då ett universum är skapat på ett sätt som är oåterkallelig.
frågan är: har de Wheeler-DeWitt ekvation tillåta detta? “Vi bevisa att en gång en liten sann vakuum bubbla skapas, det har möjlighet att expandera exponentiellt,” säger Dongshan och co.
Deras strategi är att överväga en sfärisk bubbla som är helt beskrivs av dess radie. Att de sedan härleda ekvationen som beskriver i vilken takt denna radie kan expandera. De anser sedan tre scenarier för geometri bubbla — om slutna, öppna eller platt.
I vart och ett av dessa fall, de hittar en lösning som i en bubbla kan expandera exponentiellt och därigenom nå en storlek som ett universum kan form—en Big Bang.
Det är ett resultat som kosmologer bör kunna bygga vidare på. Det har också en intressant konsekvens.
En viktig faktor i dagens modeller av universum som kallas den kosmologiska konstanten. Detta är en term som beskriver den energi densitet av vakuum i rymden. Det var ursprungligen introducerades av Einstein i sin 1917 allmänna relativitetsteorin och senare övergiven av honom efter Hubbles upptäckt att universum expanderar.
Fram till 1990-talet, de flesta kosmologer antas att den kosmologiska konstanten var noll. Men mer nyligen, kosmologer har hittat bevis för att något orsakar expansionen av universum att accelerera, vilket innebär att den kosmologiska konstanten kan inte vara noll. Så någon ny teori om universum måste göra det möjligt för en icke-noll-värdet av den kosmologiska konstanten.
Vad spelar rollen av den kosmologiska konstanten i Dongshan och co: s nya teori? Intressant, dessa killar säger att en mängd känt som den kvantmekaniska potential spelar rollen av den kosmologiska konstanten i den nya lösningar.
Denna potential kommer från en idé som kallas pilot-wave theory som utvecklades på mitten av 20-talet av fysikern David Bohm. Denna teori återger alla konventionella prognoser av kvantmekaniken, men till priset av att acceptera en ytterligare period känd som den kvantmekaniska potential.
teori har den effekten att kvantmekaniken helt deterministisk, eftersom den kvantmekaniska potential kan användas för att träna saker som den faktiska position i partikeln.
Men, mainstream fysiker har aldrig tagit till Bohm ‘ s idé, eftersom dess förutsägelser är identisk med den konventionella versionen av teori, så det är inga experimentella sätt att berätta för dem isär. Men det tvingar läkare att acceptera en probabilistisk förklaring till den typ av verkligheten, något som de i allmänhet är nöjda med att acceptera.
Det faktum att den kvantmekaniska potential är en nödvändig del av denna nya matematisk härledning av ursprunget av universum är fascinerande. Kanske är det dags att ge Bohm idéer för en annan snurra runt blocket.
Ref: arxiv.org/abs/1404.1207 : Spontan Skapelsen Av Universum Från Ingenting
Följ Fysik arXiv Blog på Twitter på @arxivblog , Facebook och genom att trycka på Follow knappen nedan.

We will be happy to hear your thoughts

Leave a reply