เกิดอะไรขึ้นก่อนบิ๊กแบง

โดยทั่วไปแล้วบิ๊กแบงคิดว่าเป็นจุดเริ่มต้นของมันทั้งหมด: ประมาณ 13.8 พันล้านปีก่อนจักรวาลที่สังเกตได้หายไป ความเจริญ และขยายสู่ความเป็นอยู่

แต่สิ่งที่เป็นเหมือนหน้าบิกแบง?

คำตอบสั้น ๆ : เราไม่รู้ คำตอบที่ยาวนาน: มันอาจเป็นอะไรหลาย ๆ อย่างมาก แต่ความคิดแต่ละอย่างล้วนแล้วแต่เป็นของตัวเอง

แรกเริ่ม

สิ่งแรกที่ต้องเข้าใจคือสิ่งที่บิ๊กแบงเป็นจริง

“ บิกแบงเป็นช่วงเวลาไม่นานในอวกาศ” ฌอนคาร์โรลล์นักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีจากสถาบันเทคโนโลยีแคลิฟอร์เนียและผู้เขียน“ ภาพใหญ่: บนต้นกำเนิดของชีวิตความหมายและจักรวาล” (Dutton, 2016)

ดังนั้นจึงเป็นไปได้ว่าจักรวาลของบิกแบงนั้นเล็กมากหรือใหญ่โตเหลือเกิน Carroll กล่าวเพราะไม่มีทางที่จะย้อนเวลากลับไปดูสิ่งที่เรามองไม่เห็นในวันนี้ สิ่งที่เรารู้จริง ๆ คือมันมีความหนาแน่นสูงมากและมีความหนาแน่นน้อยลงอย่างรวดเร็ว

ในฐานะที่เป็นข้อพิสูจน์ไม่มีอะไรนอกจักรวาลจริงๆเพราะจักรวาลมีความหมายทุกอย่าง ดังนั้นที่บิ๊กแบงทุกอย่างแน่นแฟ้นและร้อนแรงกว่าตอนนี้ แต่ไม่มี "นอก" มากกว่าที่มีอยู่ทุกวันนี้ แครอลกล่าวต่อไปว่าเป็นการดึงดูดให้มีมุมมองเหมือนเทพเจ้าและจินตนาการว่าคุณสามารถยืนอยู่ในความว่างเปล่าและมองดูเอกภพทารกที่ถูกบีบอัดไว้ตรงหน้าบิกแบงซึ่งเป็นไปไม่ได้ จักรวาลไม่ได้ขยายออกไปสู่อวกาศ พื้นที่ตัวเองขยาย

“ ไม่ว่าคุณจะอยู่ที่ไหนในจักรวาลถ้าคุณตามรอยตัวเองย้อนหลังไปถึง 14 พันล้านปีคุณก็มาถึงจุดที่มันร้อนแรงหนาแน่นและขยายตัวอย่างรวดเร็ว” เขากล่าว

ไม่มีใครรู้แน่ชัดว่าเกิดอะไรขึ้นในเอกภพจนถึง 1 วินาทีหลังจากบิกแบงเมื่อเอกภพเย็นลงพอที่โปรตอนและนิวตรอนจะชนกันและเกาะติดกัน นักวิทยาศาสตร์หลายคนคิดว่าเอกภพกำลังผ่านกระบวนการขยายตัวแบบเอกซ์โพเนนเชียลที่เรียกว่าภาวะเงินเฟ้อในช่วงวินาทีแรกนั้น สิ่งนี้จะทำให้โครงสร้างของเวลาว่างราบรื่นขึ้นและสามารถอธิบายได้ว่าทำไมสสารถึงกระจายอย่างสม่ำเสมอในจักรวาลทุกวันนี้

ก่อนที่จะปัง

เป็นไปได้ที่ก่อนหน้าบิกแบงเอกภพนั้นกว้างไกลสุดขีดของวัสดุที่มีความหนาแน่นสูงมีความหนาแน่นสูงซึ่งคงอยู่ในสถานะคงที่จนกระทั่งด้วยเหตุผลบางอย่างบิ๊กแบงก็เกิดขึ้น เอกภพที่หนาแน่นเป็นพิเศษนี้อาจถูกควบคุมโดยกลไกควอนตัมฟิสิกส์ของสเกลที่เล็กมาก Carroll กล่าว จากนั้นบิ๊กแบงจะเป็นตัวแทนช่วงเวลาที่ฟิสิกส์คลาสสิกเข้ามาเป็นแรงขับเคลื่อนสำคัญของวิวัฒนาการของจักรวาล

สำหรับสตีเฟ่นฮอว์คิงช่วงเวลานี้เป็นสิ่งที่สำคัญ: ก่อนหน้าบิกแบงเขากล่าวว่าเหตุการณ์ต่าง ๆ ไม่สามารถวัดได้ ฮอว์คิงเรียกสิ่งนี้ว่าข้อเสนอที่ไม่มีขอบเขต: เวลาและสถานที่เขากล่าวว่ามีขอบเขต แต่ไม่มีขอบเขตหรือจุดเริ่มต้นหรือจุดสิ้นสุดเช่นเดียวกับที่โลกเป็นขอบเขต แต่ไม่มีขอบ

"ตั้งแต่เหตุการณ์ก่อนบิกแบงไม่มีผลต่อการสังเกตใครอาจตัดทฤษฏีและบอกว่าเวลานั้นเริ่มต้นที่บิกแบง" เขากล่าวในการสัมภาษณ์รายการ National Geographic "StarTalk" ในปี 2561

หรืออาจจะมีบางอย่างก่อนที่บิกแบงที่ควรค่าแก่การไตร่ตรอง แนวคิดหนึ่งคือบิ๊กแบงไม่ใช่จุดเริ่มต้นของเวลา แต่เป็นช่วงเวลาที่มีความสมมาตร ในความคิดนี้ก่อนที่จะมีบิ๊กแบงก็มีอีกจักรวาลหนึ่งเหมือนกับเอกภพ แต่ด้วยการเพิ่มเอนโทรปีไปสู่อดีตแทนที่จะไปสู่อนาคต

การเพิ่มเอนโทรปีหรือความผิดปกติที่เพิ่มขึ้นในระบบเป็นหลักลูกศรของเวลาแครอลกล่าวดังนั้นในจักรวาลกระจกนี้เวลาจะทำงานตรงข้ามกับเวลาในจักรวาลสมัยใหม่และจักรวาลของเราจะเป็นในอดีต ผู้เสนอของทฤษฎีนี้ยังแนะนำว่าคุณสมบัติอื่น ๆ ของจักรวาลจะพลิกล้มในจักรวาลกระจกนี้ ตัวอย่างเช่นนักฟิสิกส์ David Sloan เขียนในบล็อก University of Oxford Science asymmetries ในโมเลกุลและไอออน (เรียกว่า chiralities) จะอยู่ในทิศทางตรงกันข้ามกับสิ่งที่อยู่ในจักรวาลของเรา

ทฤษฎีที่เกี่ยวข้องบอกว่าบิ๊กแบงไม่ใช่จุดเริ่มต้นของทุกสิ่ง แต่เป็นช่วงเวลาที่จักรวาลเปลี่ยนจากการหดตัวเป็นช่วงเวลาของการขยายตัว แนวคิด "การตีกลับครั้งใหญ่" นี้แสดงให้เห็นว่าอาจมีบิกแบงไม่สิ้นสุดในขณะที่เอกภพขยายสัญญาและขยายอีกครั้ง Carroll กล่าวว่าปัญหาที่เกิดจากความคิดเหล่านี้คือไม่มีคำอธิบายว่าทำไมจักรวาลที่กำลังขยายตัวจะหดตัวและกลับสู่สภาวะที่มีค่าเอนโทรปีต่ำ

แคร์รอลและเพื่อนร่วมงานของเขาเจนนิเฟอร์เฉินมีวิสัยทัศน์ก่อนบิกแบงของตัวเอง ในปี 2004 นักฟิสิกส์แนะนำว่าบางทีจักรวาลอย่างที่เรารู้ว่ามันเป็นลูกหลานของเอกภพหลักที่เวลาว่างหลุดออกไป

มันเหมือนกับนิวเคลียสที่มีกัมมันตภาพรังสีที่สลายตัว Carroll กล่าวว่า: เมื่อนิวเคลียสสลายตัวมันจะแยกอนุภาคแอลฟาหรือเบต้าออกมา จักรวาลผู้ปกครองสามารถทำสิ่งเดียวกันได้ยกเว้นแทนที่จะเป็นอนุภาคมันพ่นจักรวาลของเด็กทารกออกไปอย่างไม่สิ้นสุด “ มันเป็นเพียงความผันผวนของควอนตัมที่ทำให้มันเกิดขึ้น” แคร์รอลกล่าว Carroll กล่าวและไม่ได้มีปฏิสัมพันธ์กับหรือมีอิทธิพลต่อกันและกัน

ถ้านั่นฟังดูเป็นเรื่อง trippy นั่นก็เป็นเพราะนักวิทยาศาสตร์ยังไม่มีวิธีที่จะย้อนกลับไปดูแม้แต่ตอนที่บิกแบงมีน้อยกว่าสิ่งที่เกิดขึ้นก่อนหน้านี้ แครอลกล่าวว่ามีที่ว่างให้สำรวจ การตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงจากการชนกันของกาแลคซีอันทรงพลังในปี 2015 เปิดโอกาสให้คลื่นเหล่านี้สามารถใช้เพื่อไขปริศนาความลึกลับพื้นฐานเกี่ยวกับการขยายตัวของเอกภพในวินาทีที่สำคัญครั้งแรก

นักฟิสิกส์เชิงทฤษฎียังมีงานต้องทำเช่นเดียวกัน Carroll กล่าวเช่นเดียวกับการคาดการณ์ที่แม่นยำยิ่งขึ้นเกี่ยวกับการบังคับของควอนตัมเช่นแรงโน้มถ่วงควอนตัม

“ เราไม่รู้ด้วยซ้ำว่าสิ่งที่เรากำลังมองหา” แคร์โรลล์พูด“ จนกว่าเราจะมีทฤษฎี”