Uzkarsēt un samaisīt
Publicēts: 11.12.2013
Kad zupa tiek uzkarsēta, tā sāk vārīties. Kad tiek uzkarsēts laiks un telpa, var rasties visums, kas izplešas. Šādā gadījumā nav nepieciešams Lielais Sprādziens. Šo pāreju no garlaicīga, tukša visuma uz tādu, kurš izplešas un kurā pastāv masa, matemātiski ir aprakstījuši zinātnieki no Vīnes Tehniskās universitātes, sadarbojoties ar kolēģiem no Hārvardas universitātes, Masačūsetsas Tehnoloģiju institūta un Edinburgas universitātes. Ideja, uz kuru tiek balstīts pētījums, palīdz sasaistīt kvantu lauka teoriju ar Einšteina relativitātes teoriju.
Par vielu pāreju starp trim agregātstāvokļiem jeb fāzēm - šķidru, cietu un gāzveida - zina lielākā daļa no mūsu lasītājiem. Kā 1983. gadā norādīja fiziķi Stīvens Hokings un Dons Peidžs, arī laiks un telpa var mainīt agregātstāvokļus. Viņi aprēķināja, ka noteiktā temperatūrā tukša telpa var pārvērsties melnajā caurumā.
Vai līdzīgs process varēja radīt mums pazīstamo Visumu, kas izplešas? Daniēls Grumillers no Vīnes Tehniskās universitātes kopā ar kolēģiem no ASV un Lielbritānijas centās rast atbildi uz šo jautājumu. Viņu veiktie aprēķini rāda, ka tiešām eksistē kritiskā temperatūra, pie kuras tukša, plakana laiktelpa pārvēršas par visumu, kurš izplešas un kurā pastāv masa.
"Tukšā laiktelpa sāk vārīties, veidojas burbuļi, no kuriem viens izplešas un pamazām aizņem visu laiktelpu," skaidroja Grumillers.
Lai šis process varētu realizēties, visumam ir jārotē. Tātad visuma recepte ir sekojoša - uzkarsēt un samaisīt. Nepieciešamā rotācija ir relatīvi neliela. Jāsaka gan, ka pētījumā tika aplūkots divdimensiju visums, bet nevar izslēgt iespēju, ka šis pats mehānisms darbojas arī vairāku dimensiju gadījumā.
Tomēr Grumillers atzīst, ka nav pamata domāt, ka mūsu Visums būtu radies šādā fāzu pārejā.
"Mūsdienās kosmologi zina daudz par agrīno Visumu, mēs neapstrīdam viņu atklājumus," teica Grumillers. "Mūs interesē jautājums, kādas fāzu pārejas iespējamas laika un telpas gadījumā un kā var aprakstīt laiktelpas matemātisko struktūru."
Šī teorija ir loģisks turpinājums tā dēvētajai anti de Sittera telpas/konformās lauka teorijas attiecībai (AdS/CFT), kura tika izvirzīta 1997. gadā. Tā apraksta saistību starp gravitācijas un kvantu lauku teorijām. Saskaņā ar AdS/CFT attiecību atsevišķos gadījumos kvantu lauku teorijas apgalvojumus var attiecināt uz gravitācijas teorijām un otrādi.
AdS/CFT attiecībā kvantu lauku teorijai vienmēr ir par vienu dimensiju mazāk nekā gravitācijas teorijām. Tas tiek dēvēts par hologrāfijas principu. Kvantu lauku teorija divās dimensijās var aprakstīt fizikālu notikumu trīs dimensijās, līdzīgi kā divdimensiju hologramma apraksta trīsdimensionālu objektu.
Lai nodrošinātu šādu savietojamību, gravitācijas teoriju aprēķini tiek veikti eksotiskā ģeometriskā telpā - anti de Sittera telpā, kura būtiski atšķiras no mums pierastās plaknes ģeometrijas. Jau labu laiku tika uzskatīts, ka arī plakanai laiktelpai iespējams piemērot šādu hologrāfijas principu, bet līdz šim modelis nebija radīts.
Daniēlam Grumilleram un viņa kolēģiem izdevās izveidot šādu modeli divās dimensijās. Tā kā kvantu lauku teorijā fāzu pārejas ir labi zināmas, tad simetrija paredz, ka arī gravitācijas teorijās vajadzētu noritēt fāzu pārejām.
"Tas nozīmē fāzu pāreju no tukšas laiktelpas uz visumu, kas izplešas. Tas izklausās neiespējami," teica Grumillers, piebilstot, ka aprēķini liecināja, ka fāzu pārejas ir reālas. "Mēs tikai sākam apjaust šo saistību laiktelpas ietvaros."
Pagaidām gan nav skaidrs, kādas idejas par mūsu Visumu mēs varētu atvasināt no šī matemātiskā modeļa, kas sniedz vēl vienu teorētisku "Visuma recepti".
Technische Universität Wien
Komentāri
Andis tieši 11.12.2013 domāja šādi:
"Tukša laiktelpa" ir domāts pilnīgs tukšums, nekā neesamība, jeb tomēr kaut kāda pirmtelpa, kā vakuums?
Juris tieši 11.12.2013 domāja šādi:
ja nemaldos vakuums ari ir laiktelpa, tikai bez matērijas
Redaktors tieši 11.12.2013 domāja šādi:
Tukša laiktelpa ir bez matērijas un laukiem, plakana.
Nelabojams tieši 11.12.2013 domāja šādi:
Man nav skaidrs, kas domāts ar plakanas, t.i., "tukšas" laiktelpas temperatūru. Temperatūra ir statistiskās fizikas jēdziens, kas apraksta sistēmas daļiņu vidējo kinētisko enerģiju.
Tesa, temperatūru "mēra" arī melnajam caurumam, kur tas ir saistīts ar m.c. iztvaikošanas ātrumu, nevis ar kinētisko enerģiju kaut kam melnajā caurumā. Droši vien kaut kas līdzīgs ir arī šeit.
Nelabojams tieši 12.12.2013 domāja šādi:
Nevaru rimties
"...Visumam jārotē" - attiecībā pret ko?
Vai arī šeit rotācija, tāpat, kā temperatūras jēdziens, apraksta kaut kādu analoģiju un nav saistīta ar fizisko parādību/procesu tā, kā mēs to saprotam ikdienā? Būtu interesanti saprast.
Andis tieši 12.12.2013 domāja šādi:
Tukšas laiktelpas esamība pirms Visuma rašanās rada jautājumu par to, kā radās šī tukšā laiktelpa :) Telpa, pat ja tukša, tāpat ir telpa, nevis "nekas". Jeb tas ir domāts kaut kas līdzīgs vienai no tukšuma jeb neesamības definīcijām - "nekas ir lodveida telpa ar nulles diametru"?
Šajā kontekstā interesanta lasāmviela ir Jim Holt "Why does the world exist", nodaļa "Short history of nothing".
Guntis tieši 14.09.2014 domāja šādi:
Es ari biju aizdomajies,ka prms visuma telpas bija japasta vel kadai telpai.Tikai nesaprotu,kads sakars ir telpai ar lai ku,jo kada procesa ilgums ir laiks viss viens ar kadiem laikanogriezniem mes to meram.ka prmtelpas pastavesanaS ILGUMS VAR IETEKMET PIRMTELPAS KADA VIETA PAREJU MATERIJA.un kapec un kas un kapec ir pirmtelpa un cik liela vina ir un kapec un ka vina ir izveidojusies un no ka vina sastav un kapec tras