Apa yang berlaku sebelum Big Bang? Jawapan konvensional untuk soalan itu biasanya, "Tidak ada yang disebut" sebelum Big Bang. "" Itulah peristiwa yang memulakan semuanya. Tetapi jawapan yang tepat, kata ahli fizik Sean Carroll, adalah, "Kami tidak tahu." Carroll, begitu juga banyak ahli fizik dan ahli kosmologi lain telah mulai mempertimbangkan kemungkinan waktu sebelum Big Bang, serta teori alternatif bagaimana alam semesta kita wujud. Carroll membincangkan jenis "penyelidikan spekulatif" ini semasa ceramah di Mesyuarat Persatuan Astronomi Amerika minggu lalu di St. Louis, Missouri.
"Ini adalah masa yang menarik untuk menjadi ahli kosmologi," kata Carroll. “Kami berdua diberkati dan dikutuk. Ini adalah zaman keemasan, tetapi masalahnya adalah bahawa model yang kita miliki dari alam semesta tidak masuk akal. "
Pertama, ada masalah inventori, di mana 95% alam semesta tidak dijumpai. Ahli kosmologi nampaknya telah menyelesaikan masalah itu dengan menyusun bahan gelap dan tenaga gelap. Tetapi kerana kita telah "membuat" materi agar sesuai dengan data tidak bermaksud kita memahami hakikat alam semesta.
Satu lagi kejutan besar mengenai alam semesta kita berasal dari data sebenar dari kapal angkasa WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) yang telah mengkaji Latar Belakang Gelombang Mikro Kosmik (CMB) "gema" Big Bang.
"Ringkasan WMAP tentang bagaimana alam semesta awal tampak menunjukkan ia menjadi panas, padat dan halus [entropi rendah] di kawasan yang luas," kata Carroll. "Kami tidak faham mengapa demikian. Itu kejutan yang lebih besar daripada masalah inventori. Alam semesta kita tidak kelihatan semula jadi. " Carroll berkata keadaan entropi rendah jarang berlaku, ditambah dengan semua kemungkinan keadaan awal yang mungkin telah berkembang menjadi alam semesta seperti kita, sebahagian besar mempunyai entropi yang jauh lebih tinggi, bukan lebih rendah.
Tetapi satu-satunya fenomena yang paling mengejutkan mengenai alam semesta, kata Carroll, adalah perkara berubah. Dan semuanya berlaku dalam arah yang konsisten dari masa lalu ke masa depan, di seluruh alam semesta.
"Itu disebut panah waktu," kata Carroll. Anak panah masa ini berasal dari undang-undang termodinamika kedua, yang memanggil entropi. Undang-undang tersebut menyatakan bahawa sistem tertutup selalu berubah dari keadaan ke keadaan tidak beratur sepanjang masa. Undang-undang ini adalah asas bagi fizik dan astronomi.
Salah satu persoalan besar mengenai keadaan awal alam semesta adalah mengapa entropi bermula begitu rendah? "Dan entropi rendah di dekat Big Bang bertanggung jawab untuk segala hal mengenai anak panah masa" kata Carroll. "Hidup dan mati, ingatan, arus waktu." Acara berlaku dengan teratur dan tidak dapat diterbalikkan.
"Setiap kali anda memecahkan telur atau menumpahkan segelas air, anda melakukan kosmologi pemerhatian," kata Carroll.
Oleh itu, untuk menjawab soalan kita mengenai alam semesta dan anak panah masa, kita mungkin perlu mempertimbangkan apa yang berlaku sebelum Big Bang.
Carroll menegaskan bahawa ini adalah masalah penting untuk difikirkan. "Ini bukan sekadar teologi rekreasi," katanya. “Kami mahukan kisah alam semesta yang masuk akal. Apabila kita mempunyai perkara yang kelihatan mengejutkan, kita mencari mekanisme yang mendasari yang menjadikan sesuatu teka-teki itu dapat dimengerti. Alam semesta entropi rendah adalah petunjuk untuk sesuatu dan kita harus berusaha mencarinya. "
Buat masa ini kita tidak mempunyai model alam semesta yang baik, dan teori semasa tidak menjawab soalan. Relativiti umum klasik meramalkan alam semesta bermula dengan keunikan, tetapi tidak dapat membuktikan apa-apa sehingga selepas Big Bang.
Teori inflasi, yang mencadangkan tempoh pengembangan alam semesta yang sangat pesat (eksponensial) selama beberapa saat pertama, tidak membantu, kata Carroll. "Itu hanya menjadikan masalah entropi lebih teruk. Inflasi memerlukan teori keadaan awal. "
Terdapat model lain di luar sana, tetapi Carroll mengusulkan, dan sepertinya menyukai idea multi-universal yang terus mencipta alam semesta "bayi". "Alam semesta kita yang dapat dilihat mungkin bukan keseluruhan cerita," katanya. "Jika kita adalah bagian dari multiverse yang lebih besar, tidak ada keadaan keseimbangan entropi maksimum dan entropi dihasilkan melalui penciptaan alam semesta seperti kita sendiri."
Carroll juga membincangkan penyelidikan baru yang dia dan sekumpulan ahli fizik telah lakukan, sekali lagi, melihat hasil dari WMAP. Carroll dan pasukannya mengatakan data menunjukkan alam semesta "sepihak".
Pengukuran dari WMAP menunjukkan bahawa turun naik latar belakang gelombang mikro sekitar 10% lebih kuat di satu sisi langit daripada yang lain.
Penjelasan untuk “alam semesta berat sebelah” ini adalah sekiranya turun naik ini mewakili struktur yang tersisa dari alam semesta yang menghasilkan alam semesta kita.
Carroll mengatakan semua ini akan dibantu oleh pemahaman graviti kuantum yang lebih baik. “Fluktuasi kuantum dapat menghasilkan alam semesta baru. Sekiranya turun naik termal di ruang sunyi boleh menyebabkan alam semesta bayi, mereka akan mempunyai entropi sendiri dan terus mencipta alam semesta. "
Diberikan, - dan Carroll menekankan perkara ini - sebarang penyelidikan mengenai topik ini pada umumnya dianggap sebagai spekulasi pada masa ini. "Tidak satu pun dari ini adalah barang yang mapan," katanya. "Saya akan mempertaruhkan wang walaupun ini salah. Tapi mudah-mudahan saya dapat kembali dalam 10 tahun dan memberitahu anda bahawa kami telah menyelesaikan semuanya. "
Diakui, sebagai penulis, berusaha merangkumi ceramah dan idea Carroll ke dalam artikel pendek pasti tidak berlaku adil. Lihat idea Carroll mengenai idea ini dan lebih banyak lagi di blognya, Cosmic Variance. Juga, baca ringkasan hebat ceramah Carroll, yang ditulis oleh Chris Lintott untuk BBC. Saya telah memikirkan perbincangan Carroll selama lebih dari seminggu sekarang, dan merenungkan permulaan masa - dan bahkan mungkin ada masa sebelum waktu - telah menjadikan minggu yang menarik dan menawan. Sama ada masa itu membawa saya maju atau mundur dalam pemahaman saya masih harus dilihat!
