Svijet koji vidimo kroz teleskope nije sasvim uredan, ali na najvećim udaljenostima ipak izgleda iznenađujuće ravnomjerno. Galaksije tvore goleme strukture, no nema smjera u kojem bi se svemir očito širio drukčije od ostalih. Kako je takav poredak nastao iz najranije, ekstremno guste faze svemira, jedno je od pitanja na koje kozmologija još nema konačan odgovor.
Skupina fizičara sada predlaže rješenje unutar modela takozvanog kvantnog odskoka (Quantum bounce). Prema toj ideji, našem širenju prethodila je faza sažimanja, a prijelaz između njih nije završio u beskonačnoj gustoći nego u kratkom kvantnom prijelazu. Njihovi izračuni upućuju na to da bi upravo tada neravnomjernosti mogle biti vrlo brzo potisnute.
Uredan svemir počinje velikim pitanjem
Temeljna pretpostavka moderne kozmologije jest da svemir, promatran na dovoljno velikim razmjerima, nema poseban smjer ni povlašteno mjesto. Ta se slika danas provjerava sve preciznijim kartama galaksija, a nova opažanja već otvaraju pitanje koliko je svemir doista jednak u svim smjerovima.
U standardnom kozmološkom okviru ključnu ulogu ima inflacija, vrlo kratko razdoblje naglog širenja neposredno nakon početka. Ona dobro objašnjava zašto je svemir danas tako ravnomjeran, ali fizičari i dalje ispituju postoje li drukčiji putovi do istog ishoda. Jedan od njih je model ranog svemira bez inflacije, dok drugi zadržava inflaciju, ali joj prethodi kvantni odskok.
Od sažimanja do širenja bez beskonačne gustoće
U općoj relativnosti, vraćanje kozmičke povijesti unatrag vodi prema singularnosti: granici na kojoj gustoća i zakrivljenost prostorvremena postaju beskonačne, a jednadžbe više ne daju smislen odgovor. Kvantna kozmologija pokušava opisati upravo taj nedostupni dio priče, gdje bi klasična slika gravitacije morala popustiti pred kvantnim pravilima.
Model koji su autori proučavali opisuje kvantni odskok. Svemir bi se najprije sažimao, dosegnuo najmanju moguću veličinu i zatim počeo širiti. Slične ideje stoje iza pitanja je li Velikom prasku prethodila drukčija kozmička faza, no novi rad cilja na vrlo određen problem: što se s nejednakostima događa tijekom samog prijelaza.
To je važno zato što bi se razlike među smjerovima pri sažimanju uobičajeno pojačavale. Svemir koji bi kroz odskok prošao s takvim naslijeđenim neredom ne bi nalikovao onome koji danas opažamo. Autori stoga proučavaju matematički model u kojem se prostor u različitim smjerovima može mijenjati različitim ritmom.
Kvantni učinak koji briše razlike
U njihovoj inačici petljaste kvantne kozmologije kvantna svojstva prostorvremena neposredno nakon odskoka snažno prigušuju te razlike. Rezultat nije dodatno polje ni nova vrsta tvari, nego posljedica načina na koji se gravitacija ponaša na ekstremno malim razmjerima. Tako bi svemir iz vrlo nejednake početne faze mogao izaći znatno pravilniji, a potom nastaviti kroz inflaciju.
To ne mijenja činjenicu da je inflacija i dalje vodeći opis ranog svemira. Rad, međutim, pokazuje da scenarij s kvantnim odskokom ne mora zapeti na pitanju početne nejednakosti. Upravo je odnos između inflacije i alternativnih modela tema koja se posljednjih godina vraća u rasprave o najranijim trenucima svemira.
Od teorije do mjerljivog traga
Presudan test nije u samoj matematici, nego u opažanjima. Autori sada žele izračunati kakav bi potpis takav prijelaz ostavio u sitnim nepravilnostima iz kojih su kasnije nastale galaksije. Najbolje mjesto za potragu je kozmičko mikrovalno pozadinsko zračenje, najstarija svjetlost koju možemo izmjeriti, te mogući prvobitni gravitacijski valovi.
Ako bi se u tim podacima pronašao prepoznatljiv trag, kvantni odskok prestao bi biti samo elegantan način za izbjegavanje singularnosti. Postao bi kandidat za objašnjenje zašto svemir, nakon svega što je mogao proći na samom početku, danas izgleda toliko pravilno.