Ce s-a întâmplat înainte de Big Bang? Metoda care ne-ar putea ajuta să aflăm

Adesea ni se spune că este „neștiințific” sau „lipsit de sens” să ne întrebăm ce a existat înainte de Big Bang.

Însă un nou studiu, realizat de cosmologul Eugene Lim (King’s College London), astrofiziciana Katy Clough (Queen Mary University of London) și Josu Aurrekoetxea (Oxford University), publicat în Living Reviews in Relativity, propune o abordare diferită: folosirea simulărilor pe computer pentru a rezolva numeric (mai degrabă decât exact) ecuațiile lui Einstein privind gravitația în situații extreme.

• Cum și-a salvat Pământul apa de la distrugere totală în urmă cu 4,6 miliarde de ani
• Sonda MAVEN se rotește neputincioasă după ce s-a pierdut contactul

Cercetătorii susțin că relativitatea numerică ar trebui utilizată tot mai des în cosmologie pentru a explora marile întrebări ale Universului: ce s-a întâmplat înainte de Big Bang, dacă trăim într-un multivers, dacă universul nostru a intrat vreodată în coliziune cu unul vecin sau dacă există cicluri de „explozii și colapsuri” cosmice.

Metoda care ne-ar putea ajuta să aflăm ce a fost înainte de Big Bang

Ecuațiile relativității generale descriu gravitația și mișcarea corpurilor cerești. Însă dacă „derulăm timpul înapoi” suficient de mult, ajungem la singularități (stări cu densitate și temperatură infinite), unde legile fizicii nu mai funcționează. În astfel de medii extreme, aceste ecuații nu mai pot fi rezolvate cu metodele obișnuite. Problema se regăsește și în cazul altor regiuni cu gravitație extremă, precum găurile negre.

O dificultate majoră ține de presupunerile cosmologilor: aceștia consideră, de obicei, că Universul este „izotrop” și „omogen”, adică arată la fel în toate direcțiile pentru orice observator. Această aproximație funcționează foarte bine pentru universul actual, dar nu este clar dacă era valabilă și în timpul Big Bangului.

„Poți căuta în lumina felinarului, dar nu poți merge prea departe în întuneric, pentru că acolo ecuațiile nu mai pot fi rezolvate”, explică Lim. Relativitatea numerică oferă însă posibilitatea de a explora „dincolo de felinar”. Conceptul a apărut încă din anii 1960-1970, pentru a înțelege ce fel de unde gravitaționale ar rezulta din coliziunea și fuziunea găurilor negre, un scenariu imposibil de calculat doar pe hârtie, fără computere și aproximații numerice.

Odată cu proiectul LIGO, interesul pentru această metodă a renăscut, iar în 2005 problema fuziunii găurilor negre a fost rezolvată numeric. De atunci, a apărut speranța că aceeași tehnică ar putea fi folosită și pentru alte mistere cosmice.

La ce întrebări vor să răspundă oamenii de știință?

Una dintre enigmele care îl fascinează pe Lim este inflația cosmică, o perioadă de expansiune extrem de rapidă a universului timpuriu. Inflația explică de ce cosmosul pare uniform pe distanțe uriașe, „întinzând” o regiune inițial mică până la scara actuală. „Fără inflație, multe lucruri nu se leagă”, spune Lim. Totuși, nimeni nu a reușit să explice cum sau de ce a început această expansiune bruscă.

Problema este că, pentru a folosi ecuațiile lui Einstein, cosmologii trebuie să presupună că Universul era deja omogen și izotrop, exact ceea ce inflația ar trebui să explice. Dacă presupunem alte condiții inițiale, ecuațiile devin imposibil de scris într-o formă simplă. Relativitatea numerică ar putea elimina această barieră, permițând explorarea unor condiții inițiale radical diferite.

Metoda ar putea fi aplicată și pentru testarea teoriilor fundamentale care prevăd inflația, precum teoria corzilor. De asemenea, ar putea ajuta la studierea undelor gravitaționale generate de obiecte ipotetice precum „șirurile cosmice” (cicatrice extrem de subțiri în structura spațiu-timpului) sau la identificarea urmelor unor posibile coliziuni între universul nostru și alte universuri, oferind indicii pentru teoria multiversului, notează Phys.org.

A existat un univers înainte de Big Bang?

Mai mult, relativitatea numerică ar putea dezvălui dacă a existat un univers înainte de Big Bang. Poate că realitatea este ciclică și Universul trece prin „salturi” repetate, renașteri succesive prin mari explozii și mari colapsuri. „Universurile ciclice sunt un exemplu excelent, pentru că implică gravitație extremă, unde nu te mai poți baza pe simetrii. Acum deja mai multe echipe lucrează la asta, deși înainte nu se ocupa nimeni”, afirmă Lim.

Aceste simulări sunt însă atât de complexe încât necesită supercomputere. Pe măsură ce tehnologia avansează, și înțelegerea Universului ar putea face pași uriași. Lim speră ca lucrarea echipei sale, care descrie metodele și avantajele relativității numerice, să creeze punți între cercetători din domenii diferite.

„Ne dorim să dezvoltăm o legătură reală între cosmologie și relativitatea numerică, astfel încât specialiștii în simulări să aplice metodele lor în probleme cosmologice, iar cosmologii care nu își pot rezolva întrebările prin alte metode să poată folosi relativitatea numerică”, concluzionează Lim.

Vă recomandăm să citiți și:

Cel mai extrem sistem dublu de găuri negre descoperit vreodată

Obiect extrem de rar în Univers care sfidează legile astrofizicii, descoperit de oamenii de știință

„Uragane spațiale”, fenomenul uimitor care are loc la polii Pământului

Super-Pământul K2-18 b ar putea fi o planetă oceanică bogată în apă