Wszechświat na miarę człowieka

Gdy obserwujemy oddalanie się galaktyk (zgodnie z ogólną teorią względności Einsteina), nie jest to "ucieczka" galaktyk w "pustą" przestrzeń (jak w przypadku rozrywającego się granatu), ale cała przestrzeń się rozszerza - "puchnie". W związku z tym objętość wszechświata zmienia się w czasie. Gdy będziemy się cofać na osi czasu, to w końcu dojdziemy do tego, że objętość wszechświata, stopniowo się zmniejszając, stanie się równa zeru. Objętość wszechświata jest skończona, podobnie jak powierzchnia kuli ziemskiej. Jeżeli maleje promień, to oczywiście maleje też objętość. Natomiast temperatura i gęstość rośnie. Jeżeli objętość zmaleje do zera, tym samym temperatura i gęstość wzrośnie do nieskończoności. Wynika z tego wniosek, że kiedyś nie istniał ani czas, ani przestrzeń! Była nicość! Jaki mechanizm spowodował, że wszechświat został wykreowany? Zgodnie z powyższym rozważaniem, wszechświat zmniejszając swoje rozmiary, w pewnym momencie był już mniejszy od atomu. Wtedy jednak przestaje obowiązywać ogólna teoria względności. Jest ona bowiem teorią klasyczną, która nie uwzględnia efektów kwantowych. Czym się charakteryzują prawa fizyki kwantowej? Przede wszystkim tym, że możemy przewidzieć jedynie prawdopodobieństwo wystąpienia jakiegoś zjawiska, ale nie mamy pewności, że zjawisko to wystąpi. Na przykład, gdyby układ słoneczny miał wymiary atomowe, to nie moglibyśmy przewidywać zaćmień słońca, a jedynie prawdopodobieństwo takich zdarzeń. Ponieważ, w rzeczywistości, układ słoneczny znacznie przewyższa wymiary atomu, współczesna astronomia jest w stanie określić występowanie zaćmień, ich miejsce i czas; zarówno w bardzo nawet odległej przeszłości, jak i przyszłości. Zgodnie zatem z prawami fizyki kwantowej, wartość objętości wszechświata zaczyna się ciągle zmieniać, przestaje mieć wartość określoną - zaczyna fluktuować. Nie możemy już dokładnie określić wartości objętości wszechświata.

Zajmijmy się teraz strukturą obecnego wszechświata. Mówiliśmy, że zgodnie z ogólną teorią względności, ma on geometrię sferyczną, czyli kulistą. Jesteśmy jakby na powierzchni sfery, ale nie sfery dwuwymiarowej, ale trójwymiarowej. Niestety, czegoś takiego nie potrafimy sobie wyobrazić, ale z łatwością możemy napisać równania takiej sfery. Przekonujemy się wówczas, że objętość wszechświata jest skończona i ilość materii jest ograniczona. Sprawa jednak na tym się nie kończy, bo współczesne teorie wskazują na jeszcze większą złożoność geometrii wszechświata. Mówią one, że tych wymiarów mogłoby być dziesięć i więcej. Fizyka kwantowa dopuszcza powstanie wszechświatów cztero-, pięcio-, a nawet stuwymiarowych. My jesteśmy przyzwyczajeni do trzech wymiarów: szerokości, głębokości i wysokości - w takim świecie się poruszamy. Z punktu widzenia fizyki, tak być nie musi. O takiej strukturze zadecydowała historia wszechświata, a dokładniej jego początek. Otóż według współczesnej wiedzy, jakieś 14 miliardów lat temu, powstała spontanicznie na mocy praw fizyki kwantowej - sfera dziesięciowymiarowa. Z tych dziesięciu wymiarów - tylko trzy się rozszerzyły, a reszta - siedem wymiarów - pozostały "zwinięte", przybierając bardzo złożone struktury. Te właśnie niepozorne siedem wymiarów, decyduje o materii; o ilości i właściwościach cząstek elementarnych, o siłach działających między nimi itp.

Z punktu widzenia fizyki kwantowej fakt, że rozwinęły się właśnie trzy wymiary, jest czystym przypadkiem. Struktura pozostałych siedmiu, jest również przypadkowa. Zatem równie dobrze mógł powstać świat o innej ilości rozwiniętych wymiarów, o innych cząstkach elementarnych i innych siłach działających między nimi. Świat niewyobrażalnie inny! Współczesne teorie naukowe dopuszczają zresztą istnienie setek tysięcy takich różnorodnych wszechświatów! Co się jednak działo bezpośrednio po tej kreacji wszechświata? Przez ułamek sekundy (tzn. od 0 do 10^-35 sekundy), mieliśmy tylko trzy wymiary przestrzenne i próżnię. Mamy tu do czynienia z czasem - 10^-35 sekundy. Jedna sekunda dla tak krótkiego czasu to wieczność! Fizyka kwantowa mówi jednak, że ta próżnia, która wtedy istniała i w której gęstość materii była równa zeru, była tak zwana "próżnią fałszywą". Stale występowały w niej fluktuacje. Powstawały i szybko znikały cząstki. Taka "fałszywa próżnia" była w stanie kwantowym, w którym jej energia była różna od zera, i to dodatnia. W takim przypadku (jak wiemy z ogólnej teorii względności) powstało w niej ujemne ciśnienie i przestrzeń "puchła" i to niewyobrażalnie szybko! W przeciągu tego właśnie ułamka sekundy, ta pierwotna sfera, mniejsza od atomu, stała się kosmosem - większym od całego obecnie oglądanego przez nas wszechświata! Takie gwałtowne rozszerzanie nie nastąpiło, bowiem "fałszywa próżnia" ma taka dziwną własność, że energia danej objętości (czyli gęstość energii) jest stała. Przez "puchnięcie" wszechświata zwiększała się jego całkowita energia. Aktualnie sprawa wygląda w ten sposób, że stan "fałszywej próżni" jest stanem niestabilnym - jest to stan o podwyższonej energii. Wiadomym jest, że układ znajdujący się w stanie podwyższonej energii, ma tendencję do spadania do poziomu o niższej energii. Taka sytuacja wystąpiła też w przypadku "fałszywej próżni", a uwolniona energia została pochłonięta przez cząstki fluktuujące. Energia ta spowodowała powstanie cząstek zwykłych (nie fluktuujących), które mogły już istnieć dowolnie długo. Cząstki te nie pozostawały w spoczynku; zderzając się ze sobą, powodowały powstanie ogromnej temperatury (rzędu 10^28 Kelwina).