Zastanawialiście się kiedyś, co tak naprawdę działo się w tej pierwszej, decydującej chwili? Nauka wciąż nie potrafi odpowiedzieć na to fundamentalne pytanie, choć mamy już całkiem sporo informacji o tym, co nastąpiło później. To trochę jak z oglądaniem filmu od drugiej minuty — wiemy, jak się kończy, ale nie znamy początku.
Wspieraj Puls Kosmosu na Patronite.pl
Okazuje się, że odpowiedź może przyjść z nieoczekiwanej strony. Relatywistyka obliczeniowa, czyli metoda wykorzystująca superkomputery do rozwiązywania równań Einsteina, może wreszcie pozwolić nam zajrzeć za zasłonę Wielkiego Wybuchu. Brzmi jak science fiction? Być może, ale naukowcy z Foundational Questions Institute traktują to całkiem poważnie.
Gdy równania przestają działać
Paradoksalnie, im bliżej samego początku, tym mniej wiemy. Równania ogólnej teorii względności, które genialnie opisują ewolucję wszechświata, całkowicie załamują się w momencie Wielkiego Wybuchu. Czas, jaki znamy, wtedy właściwie nie istniał, a nasze matematyczne narzędzia po prostu przestają działać.
Szczególnie tajemniczy pozostaje okres kosmicznej inflacji — ten niewyobrażalnie krótki moment, gdy wszechświat rozszerzał się z prędkością większą niż światło. Bez tego zjawiska kosmos wyglądałby zupełnie inaczej, pełen nierównomiernie rozłożonej materii i pustych przestrzeni. Jednak sama przyczyna inflacji wciąż pozostaje nieznana.
Profesor Eugene Lim wyjaśnia to zjawisko jako teorię efektywną — coś, co musi wynikać z bardziej fundamentalnych praw fizyki. Inflacja nie jest pełną teorią, lecz czymś, co należy wyprowadzić z czegoś bardziej podstawowego.
Komputery na ratunek kosmologii
Relatywistyka obliczeniowa narodziła się kilkadziesiąt lat temu jako sposób na rozwiązanie problemów, z którymi nie radziły sobie tradycyjne metody matematyczne. Początkowo służyła głównie do badania zderzeń czarnych dziur i emisji fal grawitacyjnych.
Metoda polega na wykorzystaniu zaawansowanych symulacji komputerowych, które krok po kroku rozwiązują równania Einsteina w warunkach, gdzie analityczne rozwiązania są niemożliwe. Współczesne superkomputery osiągnęły już poziom mocy obliczeniowej, który pozwala zmierzyć się z tym wyzwaniem.
Skuteczność tego podejścia potwierdził spektakularny sukces sprzed dekady — pierwsze wykrycie fal grawitacyjnych, które potwierdziło przewidywania tej metody.
Nowe perspektywy dla kosmologii
Teraz naukowcy chcą skierować moc obliczeniową superkomputerów na największą zagadkę kosmologii. Jak twierdzi profesor Lim, najbardziej ekscytujące jest wykorzystanie tej metody do badania, jak właściwie rozpoczął się Wielki Wybuch.
Symulacje mogą ujawnić nieznane dotąd pola, interakcje lub właściwości wykraczające poza obecne rozumienie wszechświata. Potencjalnie dostarczą one dowodów na alternatywne teorie kosmologiczne, w tym koncepcję cyklicznego wszechświata, hipotezy multiwersum oraz nowe aspekty teorii strun.
Badania są finansowane przez UK Research Councils i Leverhulme Trust, co świadczy o wadze, jaką instytucje naukowe przypisują tym pionierskim pracom. Dowody na Wielki Wybuch są przytłaczające, ale nauka nie potrafi opisać samego zdarzenia.
Czy to naprawdę możliwe?
Patrząc na to z pewnym sceptycyzmem, warto zadać pytanie: czy superkomputery rzeczywiście mogą pomóc nam zrozumieć coś, co wydarzyło się 13,8 miliarda lat temu? To trochę jak próba odtworzenia pierwszego rozdziału książki na podstawie jej zakończenia.
Jednak historia nauki uczy, że czasami najbardziej nieprawdopodobne metody przynoszą zaskakujące rezultaty. Numeryczna relatywistyka już raz zrewolucjonizowała nasze rozumienie wszechświata poprzez detekcję fal grawitacyjnych. Być może teraz nadszedł czas na kolejny przełom.
Nie spodziewajmy się jednak szybkich odpowiedzi. To żmudna praca, która może zająć lata, a nawet dekady. Ale jeśli symulacje okażą się skuteczne, może to fundamentalnie zmienić nasze rozumienie nie tylko początków wszechświata, ale także fundamentalnych praw fizyki.
W poszukiwaniu odpowiedzi
Co ciekawe, sama metoda numerycznej relatywistyki jest przykładem tego, jak nauka potrafi adaptować się do nowych wyzwań. Gdy tradycyjna matematyka zawodzi, sięgamy po moc obliczeniową superkomputerów. To trochę jak używanie młota pneumatycznego tam, gdzie zwykły młotek nie daje rady.
Nie zmienia to faktu, że wciąż stoimy przed fundamentalnymi ograniczeniami. Nawet najpotężniejsze komputery mają granice swoich możliwości, a symulowanie warunków panujących w momencie Wielkiego Wybuchu to wyzwanie, które może przerosnąć nasze obecne możliwości.
Mimo to perspektywa jest niezwykle kusząca. Wyobraźcie sobie, że pewnego dnia naukowcy ogłoszą: wiemy, co było przed Wielkim Wybuchem. Albo jeszcze śmielej: może nie było żadnego przed, bo czas taki, jaki znamy, po prostu wtedy nie istniał?
Na razie pozostaje nam czekać i obserwować, co przyniosą kolejne symulacje. Jedno jest pewne – numeryczna relatywistyka otwiera nowy rozdział w kosmologii, który może przynieść odpowiedzi na pytania, które dręczą nas od dziesięcioleci.