Naukowiec: Wszechświat nie może być wieczny

W świecie nauki trwa rywalizacja między teoriami o tym, czy Wszechświat miał początek, czy nie. Pewien naukowiec wykazał, że te drugie nie mają racji bytu.

Teoria Wielkiego Wybuchu od samego początku była krytykowana przez naukowców, którzy postulowali istnienie wiecznego Wszechświata. W ich rozumieniu teoria ta za bardzo przypomina sprawozdanie o stworzeniu świata przez Boga zawarte w biblijnej Księdze Rodzaju. Jeśli bowiem Wszechświat miał początek (a taki jest obecny konsensus naukowy), to musiała istnieć jakaś przyczyna jego powstania. Tutaj świat nauki mógłby postulować rozwiązania zarówno naturalne, jak i nadnaturalne (gdyby tylko chciał).

Niestety naturalizm wciąż trzyma się bardzo mocno w świecie nauki. Wielu naukowców nie chce postulować istnienia Inteligentnego Projektanta, który stworzył Wszechświat. Jednocześnie zauważają oni potrzebę ustalenia przyczyn powstania kosmosu. Dlatego z czasem pojawił się szereg nowych, konkurujących ze sobą teorii, które próbują pogodzić teorię Wielkiego Wybuchu z hipotezą o wieczności Wszechświata. Należą do nich: model wiecznej inflacji (eternal inflation), model Wszechświata cyklicznego (cyclic universe), a także model wyłaniającego się Wszechświata (emergent universe), zwany inaczej modelem kosmicznego jaja (cosmic egg).

Jednak na początku 2012 roku Alexander Vilenkin, amerykański kosmolog z Tufts University w Bostonie, wykazał, że nawet gdyby któraś z powyższych teorii była prawdziwa, to wciąż wymagałaby początku istnienia Wszechświata. Jak żartobliwie sprawozdaje czasopismo New Scientist, wystąpienie Vilenkina na sympozjum 70-tych urodzin Stephena Hawkinga było jednym z dwóch¹ najgorszych prezentów urodzinowych, jakie mógł otrzymać². Dlaczego zatem Wszechświat nie może być wieczny?

Teoria wiecznej inflacji – inflacja jednak nie taka wieczna?

Prof. Vilenkin na pierwszy ogień wziął model wiecznej inflacji. Jest to modyfikacja oryginalnej teorii inflacji postulowanej przez Alana Gutha od 1981 roku. W przeciwieństwie do teorii Gutha model wiecznej inflacji (popularyzowany m.in. przez Ethana Siegela³) zakłada istnienie wieloświata, który znajduje się w stanie wiecznego, ekstremalnie szybkiego rozszerzania się (inflacji). W tym wieloświecie czasami pojawiają się wyrwy, w których inflacja spowalnia, tworząc wszechświaty „bańkowe” (bubble universes) z materią i prawami fizyki. Jednym z nich ma być nasz Wszechświat.

Jednak już w 2003 roku zespół naukowców, którego częścią byli Vilenkin i Guth, postanowił sprawdzić, jak teoria wiecznej inflacji ma się do stałej Hubble’a. Jest to stała, która definiuje w sposób matematyczny rozszerzanie się Wszechświata. Jak się okazało, obliczenia się nie zgadzają. Zespół odkrył, że stała Hubble’a posiada dolną granicę, która zapobiega inflacji w obu kierunkach czasowych (przeszłości i przyszłości). A zatem inflacja nie mogła istnieć wiecznie, bez początku – istnieje granica w przeszłości, za którą inflacja już nie zachodzi. Innymi słowy, nawet „wieczna” inflacja musiała mieć początek⁴.

Teoria cyklicznego Wszechświata – czy cykle są wieczne i dlaczego nie?

Druga teoria mająca godzić Wielki Wybuch z wiecznością Wszechświata to tzw. model Wszechświata cyklicznego (lub pulsującego). W skrócie polega on na tym, że Wszechświat cyklicznie przechodzi przez proces Wielkiego Wybuchu, ekspansji, a następnie kurczenia się i Wielkiego Kolapsu, aby ponownie wybuchnąć. Podstawowa wersja teorii cyklicznego Wszechświata znana jest także jako Wielkie Odbicie. Inną jej wersją jest tzw. conformal cyclic cosmology (CCC), postulowana przez Rogera Penrose’a, skądinąd mocno krytykowana za brak dowodów⁵. Vilenkin zacytował zmarłego astronoma Georgesa Lemaître’a, który stwierdził, że wszechświaty cykliczne mają „nieodparty poetycki urok i przywodzą na myśl Feniksa”⁶.

Problem z tą teorią, jak zauważa Vilenkin, polega na tym, że z każdym nowym wszechświatem rośnie jego entropia, czyli bezład. Jeżeli zatem przed naszym Wszechświatem istniała nieskończona liczba cykli Wielkiego Wybuchu, to obecnie powinien się on znajdować w stanie maksymalnej entropii, czyli całkowitej równowagi termicznej. To oznaczałoby absolutny brak złożonych struktur we Wszechświecie⁷. Jak żartobliwie zauważa New Scientist, nie byłoby „gwiazd, galaktyk i fizyków”, czyli tego wszystkiego, co nas otacza⁸. Skoro jednak widzimy porządek dookoła nas, to cykle nie mogą być nieskończone i kiedyś musiał mieć miejsce ten pierwszy cykl.

Wyjściem z sytuacji miał być pomysł, że każdy kolejny wszechświat jest coraz większy, co zmniejsza lokalną skalę entropii. Jeśli jednak każdy następny wszechświat jest większy od poprzedniego, to cofając się w przeszłość, musimy natrafić na najmniejszy możliwy wszechświat, który musiał być tym pierwszym. A zatem znowu cykle nie mogą trwać wiecznie⁹.

Teoria kosmicznego jaja – czyli co było najpierw: jajo czy Wszechświat?

Ostatnia teoria, z którą rozprawił się Vilenkin, jest mniej znana, choć nieco przypomina klasyczną hipotezę nieskończenie małego punktu zwanego osobliwością. Teoria „kosmicznego jaja” (lub poważniej: teoria statycznego lub wyłaniającego się Wszechświata) postuluje, że u swojego zarania Wszechświat znajdował się w stanie kwantowego „jaja”, które w pewnym momencie „pękło”. Z tego „pęknięcia” narodził się właśnie nasz rozszerzający się (lub jak kto woli, „rosnący niczym kura”) Wszechświat. Uważa się, że owo „jajo” znajdowało się w stanie całkowitej równowagi wewnętrznej, dopóki nie „pękło”. Innymi słowy, zanim nie „pękło”, istniało sobie w tym stabilnym stanie bez żadnego początku.

Jednak na krótko przed sympozjum Vilenkin i jego studentka Audrey Mithani wydali artykuł na temat teorii wyłaniającego się Wszechświata¹⁰. Okazuje się, że owo „kosmiczne jajo” nie mogłoby zachować stabilności kwantowej przez wieczność. W mechanice kwantowej każde możliwe wydarzenie ma niezerowe prawdopodobieństwo zaistnienia. A zatem zawsze istnieje ryzyko zapaści kwantowej¹¹. Gdyby „jajo” nie „pękło”, to pod wpływem tej kwantowej niestabilności musiałoby się kiedyś zapaść. Jeśli natomiast „pękło” przed zapadnięciem się, to musiało to mieć miejsce po jakimś określonym czasie. Mówiąc wprost, „kosmiczne jajo” również nie mogło istnieć wiecznie¹².

Dobrze, Wszechświat miał początek – ale czy mógł powstać sam z niczego?

Vilenkin podsumował swoje wystąpienie następującymi słowami: „Wszelkie dowody, jakie mamy, mówią nam, że Wszechświat miał początek”¹³. I w tym jak najbardziej możemy się zgodzić z profesorem. Niestety Vilenkin zauważa, że świat nauki wytworzył rzekomo przekonujące modele powstawania Wszechświata z „niczego”¹⁴. Jednym z takich modeli jest model Hartle’a-Hawkinga, według którego przed Wielkim Wybuchem wymiar czasowy był tak mały, że po prostu był dodatkowym wymiarem przestrzeni¹⁵. Natomiast sama czterowymiarowa przestrzeń, zdolna do rozszerzenia się we Wszechświat, jaki znamy, rzekomo powstała jako całkowicie przypadkowa fluktuacja kwantowa.

Jednak te modele również mają swoje słabości. Można tu zadać takie pytania, jak to o pochodzenie owego kwantowego „nic”¹⁶, a także o racjonalne (i poznawalne) prawa fizyki… Wreszcie należałoby zadać pytanie: jak skupiony w przestrzeni mniejszej niż długość Plancka¹⁷ kwantowy stan energii minimalnej (tzw. energia punktu zerowego) całkowicie przypadkowo wytworzył cały ogrom rzeczywistej energii, która nie tylko doprowadziła do rozszerzenia się Wszechświata drogą gwałtownej inflacji, ale z której powstało około 3,28 x 10⁸⁰ cząsteczek elementarnych wędrujących przez Wszechświat obserwowalny¹⁸ i wielokrotnie więcej w całym Wszechświecie? To są pytania nie tylko bez odpowiedzi, ale również pytania, na które trudno znaleźć naturalistyczną odpowiedź.

Jednak ich największą słabością jest to, że są to modele czysto matematyczne, mające w praktyce niewiele wspólnego z realną fizyką. Innymi słowy, są to tylko dywagacje. Wprawdzie przeprowadzane są za pomocą matematyki, ale wciąż są to tylko empirycznie nieweryfikowalne dywagacje¹⁹. Jest to więc działalność pozanaukowa na podobnym poziomie, co wiara w Boga, który stworzył nasz Wszechświat.

A może…

A może to właśnie wiara w Boga (Inteligentnego Projektanta) jest bardziej racjonalna niż próby szukania naturalistycznych przyczyn powstania Wszechświata lub obchodzenia tej problematyki za pomocą probabilistyczno-kwantowo-matematycznych wykrętów? Nauka to przecież szukanie przyczyn istnienia i zachodzenia zjawisk w przyrodzie. Jeśli jakaś działalność naukowa obchodzi przyczynę zajścia danego zjawiska szerokim łukiem, to trudno nazwać ją nauką²⁰. W ten sposób hipoteza inteligentnego projektu okazuje się bardziej naukowa niż modele matematyczne, które uciekają od przyczynowości powstania Wszechświata.

Przypisy

1. Drugim był przegrany zakład Hawkinga o to, czy tzw. naga osobliwość (osobliwość bez horyzontu zdarzeń) jest możliwa. W 1991 Hawking założył się z dwoma innymi naukowcami, że nagie osobliwości nie są możliwe. W 1997 przegrał zakład. Na sympozjum swoich 70-tych urodzin, wraz z nowymi dowodami na to, że nagie osobliwości mogą istnieć, przegrał ponownie. Zob. Grossman L., Naked black-hole hearts live in the fifth dimension, New Scientist, 11.01.2012, https://www.newscientist.com/article/mg21328474-500-naked-black-hole-hearts-live-in-the-fifth-dimension/
2. Grossman L., Why physicists can’t avoid a creation event, New Scientist, 11.01.2012, https://www.newscientist.com/article/mg21328474-400-why-physicists-cant-avoid-a-creation-event/
3. Np. Siegel E., The Multiverse Is Inevitable, And We’re Living In It, Forbes, 12.10.2017, https://www.forbes.com/sites/startswithabang/2017/10/12/the-multiverse-is-inevitable-and-were-living-in-it/?sh=64948c8116c9
4. Grossman L., Why physicists…, op. cit.
5. Siegel E., No, Roger Penrose, We See No Evidence Of A ‘Universe Before The Big Bang’, Forbes, 08.10.2020, https://www.forbes.com/sites/startswithabang/2020/10/08/no-roger-penrose-we-see-no-evidence-of-a-universe-before-the-big-bang/?sh=6162947b7a0f
6. Cyt. w: Grossman L., Why physicists…, op. cit. (tłum. własne).
7. Mitchell J., What Happened Before the Big Bang?, Tufts Now, 29.05.2012, https://now.tufts.edu/2012/05/29/beginning-was-beginning
8. Grossman L., Why physicists…, op. cit.
9. Mitchell J., op. cit.
10. Mithani A.V., Vilenkin A., Collapse of simple harmonic universe, Cornell University, 16.12.2011, https://arxiv.org/pdf/1110.4096.pdf
11. Mitchell J., op. cit.
12. Grossman L., Why physicists…, op. cit.
13. Cyt. w: Grossman L., Why physicists…, op. cit. (tłum. własne).
14. Mitchell J., op. cit.
15. Zob. Adamczyk A., Gdy czas był przestrzenią: Model Hawkinga-Hartle’a, Kwantowo, 11.05.2018, https://www.kwantowo.pl/2018/05/11/model-hawkinga-hartlea/
16. Za owym „nic” zawsze kryje się nie prawdziwe absolutne nic (brak absolutnie wszystkiego), lecz stan próżni kwantowej o energii punktu zerowego. Niby bez materii, energii czy czasoprzestrzeni, ale to zawsze jest “coś”.
17. Długość Plancka to najmniejsza fizycznie mierzalna długość w przestrzeni i wynosi 1,616255(18)×10−35 m.
18. Bennett J., How Many Particles Are in the Observable Universe?, Popular Mechanics, 11.07.2017, https://www.popularmechanics.com/space/a27259/how-many-particles-are-in-the-entire-universe/
19. Catchpoole D., Physicists: The universe had a beginning, Creation Ministries International, 05.07.2012, https://creation.com/dark-beginning
20. Sarfati J.D., In the beginning God created—or was it a quantum fluctuation?, Creation Ministries International, 21.11.2013, https://creation.com/god-created-not-quantum-fluctuation