Bagaimana jika Big Bang bukan permulaan? Penelitian baru menunjukkan mungkin terjadi di dalam lubang hitam
Itu Big Bang sering digambarkan sebagai kelahiran ledakan alam semesta – momen tunggal ketika ruang, waktu dan materi muncul. Tapi bagaimana jika ini bukan awal sama sekali? Bagaimana jika alam semesta kita muncul dari sesuatu yang lain – sesuatu yang lebih akrab dan radikal pada saat bersamaan?
Di koran baru, Diterbitkan dalam Tinjauan Fisik Dkolega saya dan saya mengusulkan alternatif yang mencolok. Perhitungan kami menunjukkan bahwa Big Bang bukanlah awal dari segalanya, melainkan hasil dari krisis gravitasi atau runtuh yang membentuk yang sangat masif lubang hitam – Diikuti dengan pantulan di dalamnya.
Gagasan ini, yang kami sebut alam semesta Black Hole, menawarkan pandangan yang sangat berbeda tentang asal -usul kosmik, namun seluruhnya didasarkan pada fisika dan pengamatan yang diketahui.
Hari ini Model kosmologis standarberdasarkan Big Bang dan Inflasi Kosmik (gagasan bahwa alam semesta awal dengan cepat meledak dalam ukuran), telah sangat berhasil dalam menjelaskan struktur dan evolusi alam semesta. Tapi itu datang dengan harga: itu meninggalkan beberapa pertanyaan paling mendasar yang tidak terjawab.
Untuk satu, model Big Bang dimulai dengan singularitas – titik kepadatan tak terbatas dimana hukum fisika rusak. Ini bukan hanya kesalahan teknis; Ini adalah masalah teoretis yang mendalam yang menunjukkan bahwa kita tidak begitu memahami awal sama sekali.
Untuk menjelaskan struktur skala besar alam semesta, fisikawan memperkenalkan fase singkat ekspansi cepat ke alam semesta awal yang disebut inflasi kosmikditenagai oleh bidang yang tidak diketahui dengan sifat aneh. Kemudian, untuk menjelaskan ekspansi percepatan yang diamati hari ini, mereka menambahkan komponen “misterius” lainnya: energi gelap.
Terkait: 5 fakta menarik tentang Big Bang, teori yang mendefinisikan sejarah alam semesta
Singkatnya, model kosmologi standar bekerja dengan baik – tetapi hanya dengan memperkenalkan bahan -bahan baru Kami tidak pernah mengamati secara langsung. Sementara itu, pertanyaan paling mendasar tetap terbuka: dari mana datangnya semuanya? Mengapa dimulai dengan cara ini? Dan mengapa alam semesta begitu datar, halus, dan besar?
Model baru
Model baru kami menangani pertanyaan -pertanyaan ini dari sudut yang berbeda – dengan melihat ke dalam alih -alih ke luar. Alih -alih memulai dengan alam semesta yang berkembang dan mencoba melacak kembali bagaimana hal itu dimulai, kami mempertimbangkan apa yang terjadi ketika koleksi materi yang terlalu padat runtuh di bawah gaya berat.
Ini adalah proses yang akrab: bintang runtuh menjadi lubang hitam, yang merupakan salah satu benda yang paling dipahami dalam fisika. Tapi apa yang terjadi di dalam lubang hitam, di luar cakrawala peristiwa yang tidak dapat dilarikan, tetap menjadi misteri.
Pada tahun 1965, fisikawan Inggris Roger Penrose membuktikan bahwa dalam kondisi yang sangat umum, keruntuhan gravitasi harus menyebabkan singularitas. Hasil ini, Diperpanjang oleh almarhum fisikawan Inggris Stephen Hawking dan lainnyamendukung gagasan bahwa singularitas – seperti yang ada di Big Bang – tidak dapat dihindari.
Gagasan itu membantu memenangkan Penrose bagian dari tahun 2020 Hadiah Nobel dalam fisika dan buku terlaris global Hawking yang terinspirasi Sejarah Waktu Singkat: Dari Big Bang ke Lubang Hitam. Tapi ada peringatan. “Teorema singularitas” ini bergantung pada “fisika klasik” yang menggambarkan objek makroskopik biasa. Jika kita menyertakan efek mekanika kuantum, yang mengatur mikrokokosmos kecil atom dan partikel, seperti yang kita harus pada kepadatan ekstrem, cerita dapat berubah.
Di dalam makalah baru kamikami menunjukkan bahwa keruntuhan gravitasi tidak harus berakhir dengan singularitas. Kami menemukan solusi analitik yang tepat – hasil matematika tanpa perkiraan. Matematika kami menunjukkan bahwa ketika kami mendekati potensi singularitas, ukuran alam semesta berubah sebagai fungsi (hiperbolik) dari waktu kosmik.
Solusi matematika sederhana ini menjelaskan bagaimana awan materi yang runtuh dapat mencapai keadaan kepadatan tinggi dan kemudian memantul, rebound ke luar ke fase yang baru berkembang.
Tapi kenapa teorema Penrose melarang hasil seperti itu? Semuanya tergantung pada aturan yang disebut Prinsip Pengecualian Kuantumyang menyatakan bahwa tidak ada dua partikel identik yang dikenal sebagai fermion dapat menempati keadaan kuantum yang sama (seperti momentum sudut, atau “putaran”).
Dan kami menunjukkan bahwa aturan ini mencegah partikel -partikel dalam materi yang runtuh karena diperas tanpa batas waktu. Akibatnya, keruntuhan berhenti dan terbalik. Bouncing tidak hanya mungkin – itu tidak bisa dihindari dalam kondisi yang tepat.
Yang terpenting, pantulan ini terjadi sepenuhnya dalam kerangka relativitas umum, yang berlaku pada skala besar seperti bintang dan galaksi, dikombinasikan dengan prinsip -prinsip dasar mekanika kuantum – tidak ada bidang eksotis, dimensi ekstra atau fisika spekulatif yang diperlukan.
Apa yang muncul di sisi lain bouncing adalah alam semesta yang sangat mirip dengan kita. Yang lebih mengejutkan, rebound secara alami menghasilkan dua fase terpisah dari ekspansi yang dipercepat – inflasi dan energi gelap – didorong bukan oleh bidang hipotetis tetapi oleh fisika bouncing itu sendiri.
Prediksi yang dapat diuji
Salah satu kekuatan model ini adalah membuat prediksi yang dapat diuji. Itu memprediksi jumlah kelengkungan spasial positif yang kecil tapi tidak nol-yang berarti alam semesta tidak persis datartetapi sedikit melengkung, seperti permukaan Bumi.
Ini hanyalah peninggalan kerapatan kecil awal yang memicu keruntuhan. Jika pengamatan di masa depan, seperti yang sedang berlangsung Misi Euclidmengkonfirmasi kelengkungan positif kecil, itu akan menjadi petunjuk kuat bahwa alam semesta kita memang muncul dari pantulan seperti itu. Ini juga membuat prediksi tentang tingkat ekspansi alam semesta saat ini, sesuatu yang telah diverifikasi.
Model ini tidak lebih dari memperbaiki masalah teknis dengan kosmologi standar. Itu juga bisa memberi cahaya baru pada misteri mendalam lainnya dalam pemahaman kita tentang alam semesta awal – seperti asal usul lubang hitam supermasif, sifat materi gelap, atau pembentukan hierarkis dan evolusi galaksi.
Pertanyaan -pertanyaan ini akan dieksplorasi oleh misi luar angkasa di masa depan seperti Arrakihsyang akan mempelajari fitur -fitur difus seperti halo bintang (struktur bola bintang dan kelompok globular di sekitar galaksi) dan galaksi satelit (galaksi yang lebih kecil yang mengorbit yang lebih besar) yang sulit dideteksi dengan teleskop tradisional dari Bumi dan akan membantu kita memahami materi gelap dan evolusi galaksi.
Fenomena ini juga mungkin terkait dengan objek relik kompak – seperti lubang hitam – yang terbentuk selama fase runtuh dan selamat dari bouncing.
Black Hole Universe juga menawarkan perspektif baru di tempat kami di Cosmos. Dalam kerangka kerja ini, seluruh alam semesta kami yang dapat diamati terletak di dalam bagian dalam lubang hitam yang terbentuk di beberapa alam semesta “induk” yang lebih besar.
Kami tidak istimewa, tidak lebih dari Bumi dalam pandangan dunia geosentris yang memimpin Galileo (astronom yang menyarankan Bumi berputar di sekitar matahari pada abad ke -16 dan ke -17) ditempatkan di bawah tahanan rumah.
Kami tidak menyaksikan kelahiran segalanya dari tidak ada, tetapi kelanjutan dari siklus kosmik – yang dibentuk oleh gravitasi, mekanika kuantum, dan interkoneksi yang mendalam di antara mereka.
Artikel yang diedit ini diterbitkan ulang dari Percakapan di bawah lisensi Creative Commons. Baca Artikel asli.
