Fizikai susiduria su problema. Einšteino bendroji reliatyvumo teorija jau daugiau nei šimtmetį puikiai paaiškina gravitaciją ir didelio masto mūsų Visatos savybes. Tačiau pačiu mažiausiu masteliu, kur ima dominuoti kvantiniai reiškiniai, jos nepakanka. Jam aprašyti fizikai pasitelkia kvantinę mechaniką, kuri itin tiksliai apibūdina atomines ir subatomines daleles.
Problema iškyla bandant šias dvi teorijas suderinti, nes bendroji reliatyvumo teorija ir kvantinė mechanika remiasi iš esmės skirtingais principais. Pirmoji gravitaciją aiškina pasitelkdama erdvėlaikio geometriją, o antroji aprašo atomų ir subatominių dalelių pasaulį.
Atskirai abi teorijos veikia puikiai, tačiau bandant jas sujungti matematinis aprašymas ima strigti. Bendroji reliatyvumo teorija numato, kad juodosios skylės centre ir Didžiojo sprogimo pradžioje egzistuoja begalinio tankio taškai, vadinami singuliarumais. Tačiau tokia išvada kelia fundamentalių problemų, todėl daugelis fizikų ją vertina kaip ženklą, kad teorija pasiekia savo galimybių ribas.
„Reikia kažkokio visiškai naujo mąstymo būdo. Neabejotinai tam reikės matematinių naujovių“, – sako Ženevos universiteto mokslo filosofijos profesorius dr. Christianas Wüthrichas.
Per pastaruosius kelis dešimtmečius pasiūlyta daugybė radikalių idėjų, kaip galėtų atrodyti toks naujas požiūris. Bene garsiausia jų – stygų teorija. Tačiau egzistuoja ir mažiau žinomas požiūris, kuris, jei pasirodytų esąs teisingas, iš esmės pakeistų mūsų supratimą apie tai, kaip susiformavo Visata.
O jei erdvė ir laikas nėra fundamentalūs?
Viena iš tokių krypčių – „Group Field Theory“ (GFT), kurioje pasitelkiamos ir kondensuotųjų medžiagų fizikos idėjos. Pagal ją erdvė ir laikas apskritai nėra fundamentalios tikrovės savybės. Tai „atsirandančios“ savybės, kylančios iš fundamentalesnių sudedamųjų dalių – panašiai kaip vandens šlapumas atsiranda dėl bendros daugybės vandens molekulių sąveikos.
Palietus vanduo atrodo vientisas ir tekantis, tačiau pažvelgus į jį itin mažu masteliu paaiškėja, kad jis sudarytas iš atskirų H₂O molekulių. Viena molekulė pati savaime nėra „šlapia“ – ši savybė atsiranda tik sąveikaujant milžiniškam jų skaičiui.
Panašiai gali būti ir su erdvėlaikiu, teigia teorinės fizikos specialistas dr. Daniele Oriti. Pasak jo, Visatą sudaro atskiros „sėklos“, egzistuojančios už erdvės ir laiko ribų. Jis jas vadina „ikigeometriniais, neerdvėlaikiniais dariniais“. Tačiau jiems sąveikaujant kolektyviai atsiranda mūsų patiriamas erdvėlaikis.
„Yra savybių, kurios visiškai prasmingos skysčio lygmenyje, bet ne fundamentalesniame atomų lygmenyje. Įprastos geometrijos sąvokos – atstumai, kreivumas ir tūriai – turi prasmę tik šiame kolektyviniame lygmenyje. Kad ir kas būtų fundamentalieji „erdvės atomai“, kiekvienam jų atskirai negalima priskirti įprastų erdvėlaikio savybių“, – sako D. Oriti, vienas pagrindinių GFT plėtotojų.
D. Oriti teigimu, „erdvės atomus“ galima įsivaizduoti kaip abstrakčius kvantinius darinius, kurie apskritai neegzistuoja erdvėlaikyje. Būtent čia teorija tampa ypač neįprasta ir sunkiai suvokiama: šie „atomai“ egzistuoja be erdvės ir laiko, tačiau kai daugybė jų susijungia, sąveikauja ir organizuojasi, iš šių sąveikų atsiranda pats erdvėlaikis.
D. Oriti požiūriu, Visata galėjo atsirasti vykstant procesui, panašiam į fazinį virsmą: „erdvės atomai“ tarsi kristalizavosi į Visatą – panašiai kaip ant lango stiklo kondensuojasi ir sušąla šerkšnas.
„Tai labai įdomus pasiūlymas. Jis taip pat pribloškiantis“, – sako Ch. Wüthrichas.
Jam ypač sunkiai suvokiama mintis, kad mūsų Visata gali kilti iš būsenos, kurioje nėra nei erdvės, nei laiko.
„Nemanau, kad mūsų žmogiškoje vaizduotėje turime kokį nors modelį ar analogiją tokiam santykiui įsivaizduoti. Galime jį aprašyti matematiškai, tačiau, regis, neįmanoma mintyse susikurti vaizdo, kaip tai turėtų atrodyti“, – priduria jis.
Didysis sprogimas galėjo būti visai kitoks
Jeigu ši teorija teisinga, ji galėtų priversti iš naujo permąstyti, kas vyksta juodųjų skylių centruose ir kaip apskritai atsirado Visata.
Tokiu atveju Didysis sprogimas būtų ne tiek singuliarumas, kai visa Visata susiformavo per sprogimą, kiek milžiniškas fazinis virsmas, kurio metu iki erdvės atsiradimo egzistavę dariniai „kristalizavosi“ į tokį erdvėlaikio audinį, kokį suprantame šiandien.
Tai taip pat reikštų, kad negalėtume kalbėti apie laiką ar pradžią įprasta šių žodžių prasme – nebūtų ir erdvės, kurioje kas nors galėtų egzistuoti.
Tačiau kaip tokią teoriją būtų galima patikrinti? Ch. Wüthricho teigimu, tai padaryti nėra lengva.
„Kaip susieti teoriją su kuo nors empiriškai prieinamu, ką galėtume stebėti ar išmatuoti, yra didžiulis iššūkis“, – teigė Ch. Wüthricho.
Pasak jo, ši problema būdinga ne tik GFT – su ja susiduria ir stygų teorija bei kiti bandymai sukurti kvantinės gravitacijos teoriją.
Šiai teorijai patikrinti gali prireikti dešimtmečių, jei apskritai kada nors bus įmanoma tai padaryti. Tačiau D. Oriti mano žinantis, koks galėtų būti atsakymas. Jei jis teisus, Visata neprasidėjo sprogimu. Ji tarsi išsikristalizavo į būtį.
