เกิดอะไรขึ้นต่อหน้าบิ๊กแบง? คำตอบทั่วไปของคำถามนั้นมักจะ“ ไม่มีอะไรเช่น ‘ก่อนบิกแบง'” นั่นเป็นเหตุการณ์ที่เริ่มต้นขึ้นทั้งหมด แต่คำตอบที่ถูกต้องฌอนคาร์โรลนักฟิสิกส์กล่าวว่า“ เราแค่ไม่รู้” แคร์รอลรวมถึงนักฟิสิกส์และนักดาราศาสตร์อื่น ๆ จำนวนมากเริ่มพิจารณาความเป็นไปได้ของเวลาก่อนที่บิกแบงรวมถึงทฤษฎีทางเลือกว่าจักรวาลของเรามาเป็นอย่างไร แคร์โรลล์กล่าวถึง“ การวิจัยเชิงเก็งกำไร” ประเภทนี้ระหว่างการพูดคุยที่การประชุมสมาคมดาราศาสตร์อเมริกันเมื่อสัปดาห์ที่แล้วที่เซนต์หลุยส์มิสซูรี
“ นี่เป็นเวลาที่น่าสนใจที่จะเป็นนักดาราศาสตร์วิทยา” แคร์โรลล์กล่าว “ เราทั้งคู่ได้รับพรและสาปแช่ง มันเป็นยุคทอง แต่ปัญหาก็คือว่าแบบจำลองที่เรามีในเอกภพไม่มีความหมาย”
ก่อนอื่นมีปัญหาสินค้าคงคลังซึ่ง 95% ของเอกภพไม่ได้รับการรับรอง นักจักรวาลวิทยาดูเหมือนจะแก้ไขปัญหานั้นได้ด้วยการปรุงสสารมืดและพลังงานมืด แต่เนื่องจากเราได้สร้างเรื่องเพื่อให้พอดีกับข้อมูลไม่ได้หมายความว่าเราเข้าใจธรรมชาติของจักรวาล
ความประหลาดใจที่ยิ่งใหญ่อีกอย่างเกี่ยวกับจักรวาลของเรามาจากข้อมูลจริงจากยานอวกาศ WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) ซึ่งได้ศึกษาพื้นหลัง Cosmic ไมโครเวฟ (CMB) "echo" ของ Big Bang
“ ภาพรวมของ WMAP แสดงให้เห็นว่าเอกภพยุคแรกแสดงให้เห็นว่ามันร้อนแรงหนาแน่นและราบเรียบ [เอนโทรปีต่ำ] ในพื้นที่กว้าง ๆ ” แคร์โรลล์กล่าว “ เราไม่เข้าใจว่าทำไมเป็นเช่นนั้น นั่นเป็นความประหลาดใจที่ยิ่งใหญ่กว่าปัญหาสินค้าคงคลัง จักรวาลของเราไม่ได้ดูเป็นธรรมชาติ” Carroll กล่าวว่าสถานะของเอนโทรปีต่ำนั้นหายากรวมถึงเงื่อนไขเริ่มต้นทั้งหมดที่เป็นไปได้ที่อาจกลายเป็นจักรวาลเช่นเดียวกับเราส่วนใหญ่ที่ครอบงำมีเอนโทรปีที่สูงกว่ามาก
แต่ปรากฏการณ์ที่น่าประหลาดใจที่สุดเพียงอย่างเดียวเกี่ยวกับจักรวาลกล่าวว่า Carroll นั่นคือสิ่งที่เปลี่ยนแปลง และมันเกิดขึ้นในทิศทางที่สอดคล้องกันตั้งแต่อดีตจนถึงอนาคตทั่วทั้งจักรวาล
“ มันเรียกว่าลูกศรเวลา” Carroll กล่าว ลูกศรของเวลานี้มาจากกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์ซึ่งเรียกใช้เอนโทรปี กฎหมายระบุว่าระบบที่ปิดอย่างสม่ำเสมอนั้นจะย้ายจากลำดับสู่ความยุ่งเหยิงในช่วงเวลาหนึ่ง กฎหมายนี้เป็นพื้นฐานของฟิสิกส์และดาราศาสตร์
หนึ่งในคำถามสำคัญเกี่ยวกับสภาวะเริ่มต้นของเอกภพคือทำไมเอนโทรปีเริ่มต่ำมาก “ และเอนโทรปีต่ำใกล้กับบิ๊กแบงนั้นรับผิดชอบทุกอย่างเกี่ยวกับลูกศรแห่งกาลเวลา” แคร์โรลล์กล่าว “ ชีวิตและความตายความทรงจำการไหลของเวลา” เหตุการณ์เกิดขึ้นตามลำดับและไม่สามารถย้อนกลับได้
“ ทุกครั้งที่คุณทำลายไข่หรือทำน้ำหกแก้วคุณจะต้องทำเรื่องเกี่ยวกับการสังเกตการณ์” แครอลกล่าว
ดังนั้นเพื่อตอบคำถามของเราเกี่ยวกับจักรวาลและลูกศรของเวลาเราอาจต้องพิจารณาสิ่งที่เกิดขึ้นต่อหน้าบิ๊กแบง
แครอลยืนยันว่าสิ่งเหล่านี้เป็นประเด็นสำคัญที่ควรพิจารณา “ นี่ไม่ใช่แค่เทววิทยาสันทนาการ” เขากล่าว “ เราต้องการเรื่องราวของจักรวาลที่สมเหตุสมผล เมื่อเรามีสิ่งที่ดูเหมือนน่าแปลกใจเรามองหากลไกพื้นฐานที่ทำให้สิ่งที่เป็นปริศนาที่เข้าใจได้ จักรวาลเอนโทรปีที่ต่ำนั้นเป็นสิ่งสำคัญและเราควรหามันให้เจอ”
ตอนนี้เราไม่มีแบบจำลองที่ดีของจักรวาลและทฤษฎีปัจจุบันไม่ตอบคำถาม ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปคลาสสิกทำนายว่าจักรวาลเริ่มต้นด้วยเอกพจน์ แต่มันไม่สามารถพิสูจน์อะไรได้จนกระทั่งหลังจากบิกแบง
ทฤษฎีเงินเฟ้อซึ่งเสนอช่วงเวลาของการขยายตัวของเอกภพอย่างรวดเร็วในช่วงสองสามนาทีแรกนั้นไม่มีความช่วยเหลือใด ๆ Carroll กล่าว “ มันทำให้ปัญหาเอนโทรปีแย่ลง อัตราเงินเฟ้อจำเป็นต้องมีทฤษฎีของเงื่อนไขเริ่มต้น”
มีรูปแบบอื่น ๆ ที่นั่นเช่นกัน แต่แคร์รอลเสนอและดูเหมือนจะสนับสนุนแนวคิดของหลายจักรวาลที่ยังคงสร้าง“ เด็ก” จักรวาล “ จักรวาลที่สังเกตได้ของเราอาจไม่ใช่เรื่องทั้งหมด” เขากล่าว “ ถ้าเราเป็นส่วนหนึ่งของลิขสิทธิ์ที่ใหญ่กว่าจะไม่มีสถานะสมดุลสูงสุด - เอนโทรปีและเอนโทรปีเกิดขึ้นจากการสร้างจักรวาลเหมือนของเราเอง”
แคร์โรลล์ได้พูดคุยเกี่ยวกับงานวิจัยใหม่ที่เขาและทีมนักฟิสิกส์ได้ทำมาดูผลลัพธ์ของ WMAP อีกครั้ง Carroll และทีมของเขากล่าวว่าข้อมูลแสดงให้เห็นว่าเอกภพ“ ไม่สมดุล”
การวัดจาก WMAP แสดงให้เห็นว่าความผันผวนของพื้นหลังไมโครเวฟมีความแรงกว่า 10% ที่ด้านหนึ่งของท้องฟ้ามากกว่าอีกด้านหนึ่ง
คำอธิบายสำหรับ“ เอกภพที่หนักหน่วงในด้านเดียว” นี้คือหากความผันผวนเหล่านี้แสดงถึงโครงสร้างที่หลงเหลือจากเอกภพที่ก่อให้เกิดจักรวาลของเรา
Carroll กล่าวว่าทั้งหมดนี้จะช่วยได้ด้วยความเข้าใจที่ดีขึ้นเกี่ยวกับแรงโน้มถ่วงควอนตัม “ ความผันผวนของควอนตัมสามารถสร้างจักรวาลใหม่ได้ หากความผันผวนของความร้อนในพื้นที่เงียบสงบสามารถนำไปสู่จักรวาลเด็กพวกเขาจะมีเอนโทรปีของตัวเองและสามารถสร้างจักรวาล
ได้รับ - และ Carroll เน้นประเด็นนี้ - การวิจัยในหัวข้อเหล่านี้โดยทั่วไปถือว่าเป็นการเก็งกำไรในเวลานี้ “ สิ่งเหล่านี้ไม่ได้รับการยอมรับอย่างแน่นอน” เขากล่าว “ ฉันพนันได้เลยว่าเงินจะผิด แต่หวังว่าฉันจะสามารถกลับมาใหม่ในอีก 10 ปีข้างหน้าและบอกคุณว่าเราได้คิดมาทั้งหมดแล้ว”
ในฐานะนักเขียนพยายามที่จะสรุปแค็ปของคาร์โรลล์และไอเดียลงในบทความสั้น ๆ ที่ไม่ยุติธรรม ลองดูความคิดของ Carroll เกี่ยวกับสิ่งเหล่านี้และอีกมากมายในบล็อกของเขา Cosmic Variance นอกจากนี้อ่านบทสรุปที่ยอดเยี่ยมของการพูดคุยของ Carroll ซึ่งเขียนโดย Chris Lintott สำหรับ BBC ฉันพึมพำกับการพูดคุยของแคร์โรลล์มานานกว่าหนึ่งสัปดาห์แล้วและใคร่ครวญจุดเริ่มต้นของเวลา - และแม้ว่าอาจจะมีเวลาก่อนเวลา - ทำให้เป็นสัปดาห์ที่น่าสนใจและน่าหลงใหล ไม่ว่าเวลานั้นจะพาฉันไปข้างหน้าหรือข้างหลังในความเข้าใจของฉันก็ยังคงที่จะเห็น!
