Hva skjedde før Big Bang?

I begynnelsen var det en uendelig tett, bittesmå ball av materie. Deretter gikk det bra og ga opphav til atomer, molekyler, stjerner og galakser vi ser i dag.

Eller i det minste, det er det vi har blitt fortalt av fysikere i løpet av de siste tiårene. 

Men ny teoretisk fysikkforskning har nylig avslørt et mulig vindu inn i det aller tidlige universet, og viser at det tross alt ikke er "veldig tidlig". I stedet kan det være bare den siste iterasjonen av en bang-bounce-syklus som har pågått i ... vel, minst en gang, og muligens for alltid. 

Før fysikere bestemmer seg for å kaste ut Big Bang til fordel for en bang-bounce-syklus, vil selvfølgelig disse teoretiske forutsigelsene trenge å overleve et angrep av observasjonstester.

Bouncing kosmologier

Forskere har et veldig godt bilde av det ganske tidlige universet, noe vi vet og elsker som Big Bang-teorien. I denne modellen var universet for lenge siden langt mindre, langt varmere og langt tettere enn det er i dag. I den tidlige inferno for 13,8 milliarder år siden, ble alle elementene som gjør oss til det vi er dannet i løpet av et dusin minutter.

Enda tidligere går denne tankegangen, på et tidspunkt hele vårt univers - alle stjernene, alle galakser, alt sammen - var på størrelse med en fersken og hadde en temperatur på over en kvadrillion grader.

Utrolig nok holder denne fantastiske historien opp til alle aktuelle observasjoner. Astronomer har gjort alt fra å observere den resterende elektromagnetiske strålingen fra det unge universet til å måle overflod av de letteste elementene og funnet ut at de alle stemmer overens med hva Big Bang forutsier. Så langt vi kan si, er dette et nøyaktig portrett av vårt tidlige univers.

Men så bra som det er, vi vet at Big Bang-bildet ikke er komplett - det mangler et puslespill og det stykket er de tidligste øyeblikkene i selve universet..

Det er et ganske stort stykke.

I slekt: Fra Big Bang til nåtid: Øyeblikksbilder av universet vårt gjennom tid

Forbrennelsen

Problemet er at fysikken vi bruker for å forstå det tidlige universet (en fantastisk komplisert mishandling av generell relativitet og høyenergi partikkelfysikk) kan ta oss bare så langt før vi bryter sammen. Når vi prøver å skyve dypere og dypere inn i de første øyeblikkene av kosmos, blir matematikken vanskeligere og vanskeligere å løse, helt til det punktet der den bare ... slutter.

Hovedtegnet på at vi har terreng som ennå ikke skal utforskes, er tilstedeværelsen av en "singularitet", eller et punkt med uendelig tetthet, i begynnelsen av Big Bang. Tatt til pålydende, forteller dette oss at universet på et tidspunkt ble proppet til et uendelig lite, uendelig tett punkt. Dette er tydeligvis absurd, og det det virkelig forteller oss er at vi trenger ny fysikk for å løse dette problemet - vårt nåværende verktøysett er bare ikke godt nok.

I slekt: 8 måter du kan se Einsteins relativitetsteori i det virkelige liv

For å redde dagen trenger vi litt ny fysikk, noe som er i stand til å håndtere tyngdekraften og de andre kreftene, kombinert, med ultrahøy energi. Og det er nøyaktig hva strengteorien hevder å være: en fysikkmodell som er i stand til å håndtere tyngdekraften og de andre kreftene, kombinert, med ultrahøye energier. Noe som betyr at strengteori hevder at det kan forklare de tidligste øyeblikkene i universet.

En av de tidligste strengteoribegrepene er det "ekpyrotiske" universet, som kommer fra det greske ordet for "forbrennelse" eller ild. I dette scenariet ble det vi kjenner som Big Bang sparket av noe annet som skjedde før det - Big Bang var ikke en begynnelse, men en del av en større prosess.

Å utvide det ekpyrotiske konseptet har ført til en teori, igjen motivert av strengteori, kalt syklisk kosmologi. Jeg antar at teknisk sett er ideen om at universet kontinuerlig gjentar seg tusenvis av år gammel og foregår i fysikk, men strengteori ga ideen fast matematisk forankring. Det sykliske universet går omtrent slik du kanskje forestiller deg, og spretter kontinuerlig mellom store smell og store knaser, potensielt for evigheten tilbake i tid og for evigheten inn i fremtiden.

Før begynnelsen

Så kult som dette høres ut, tidlige versjoner av den sykliske modellen hadde vanskeligheter med å matche observasjoner - noe som er en stor avtale når du prøver å gjøre vitenskap og ikke bare fortelle historier rundt leirbålet. 

Hovedhindringen var enig i våre observasjoner av den kosmiske mikrobølgebakgrunnen, det fossile lyset som ble igjen fra da universet bare var 380 000 år gammelt. Selv om vi ikke kan se direkte forbi den veggen av lys, hvis du teoretisk begynner å tulle med fysikken i spedbarns kosmos, påvirker du det etterglødende lysmønsteret.

Og så virket det som om et syklisk univers var en ryddig, men feil ide.

Men den ekpyrotiske fakkelen har blitt opplyst gjennom årene, og et papir som ble publisert i januar til arXiv-databasen, har utforsket rynkene i matematikken og avdekket noen tidligere tapte muligheter. Fysikerne, Robert Brandenberger og Ziwei Wang fra McGill University i Canada, fant ut at i øyeblikket av "sprett", når universet vårt krymper til et utrolig lite punkt og vender tilbake til Big Bang-tilstand, er det mulig å stille opp alt for å få riktig observasjonelt testet resultat.

Med andre ord, den kompliserte (og riktignok dårlig forstått) fysikken i denne kritiske epoken kan faktisk gi rom for et radikalt revidert syn på vår tid og sted i kosmos.

Men for å teste denne modellen fullt ut, må vi vente på en ny generasjon kosmologiforsøk, så la oss vente med å bryte ut den ekpyrotiske champagnen.

Paul M. Sutter er astrofysiker hos SUNY Stony Brook og Flatiron Institute, vert for Spør en Spaceman og Space Radio, og forfatter av Ditt sted i universet.

• De største uløste mysteriene innen fysikk
• De 12 merkeligste objektene i universet
• Big Bang til sivilisasjonen: 10 fantastiske opprinnelseshendelser

Opprinnelig publisert på .

TILBUD: Spar 45% på 'Slik fungerer det' Alt om plass 'og' Alt om historie '!

I en begrenset periode kan du tegne et digitalt abonnement på et av våre mest solgte vitenskapsmagasiner for bare 2,38 dollar per måned, eller 45% avslag på standardprisen for de første tre månedene. Se tilbud