Ludzie od niepamiętnych czasów zastanawiali się nad tym, skąd pochodzą. Na przestrzeni wieków nasza świadomość na temat naszego otoczenia i jego początków ewoluowała. Od przyjęcia modelu heliocentrycznego zaczęliśmy sobie stopniowo uświadamiać skalę wielkości Wszechświata. Jednak od zawsze wisiało pytanie: skąd się to wszystko wzięło? Przez długi czas odpowiedź miała często korzenie religijne. Dopiero w drugiej połowie XX wieku rozwinęła się teoria Wielkiego Wybuchu, w której Wszechświat miał powstać z bardzo gęstego punktu na początku czasu. Ale wciąż pozostawało pytanie: skąd wziął się sam Wielki Wybuch? Nowa koncepcja kosmologiczna brytyjskiego matematyka Rogera Penrose’a – „conformal cyclic cosmology” – zdaje się wprowadzać nową perspektywę do tej dyskusji.
Pomyślmy przez chwilę o filiżance pełnej gorącej herbaty. Z doświadczenia wiemy, że po dłuższej chwili herbata ostygnie. Dzieje się tak, gdyż szklanka wymienia energię z powietrzem, dążąc do zrównoważenia temperatury. Można zatem zauważyć pewną tendencję — energia „lubi” się rozpraszać. Na początku była skondensowana w herbacie, ale przez wystawienie na kontakt z otoczeniem, daje się jej możliwość ucieczki, z której niezwłocznie korzysta. Okazuje się, że analogicznie do przykładu z herbatą, energia wszystkich układów we Wszechświecie również dąży do równego rozpropagowania.
Filiżanka oddająca ciepło. Propaguje energię równomiernie do otoczenia i osiąga temperaturę pokojową.
Przełóżmy teraz tę ideę na myślenie wielkoskalowe i wybierzmy się w podróż w czasie, aby prześledzić tok myślowy zaproponowany przez noblistę Rogera Penrose’a. Naszym układem będzie nie filiżanka, a cały Wszechświat. Wypełniające go gwiazdy wypalają się przez wypromieniowanie większość swojej energii w przestrzeń kosmiczną. Kończą w ten sposób swoje życie, zapadając się do brązowego czy białego karła lub gwiazdy neutronowej. Wszystkie te obiekty są formami gwiazd bez wewnętrznego źródła energii, które ostatecznie zamienią się w nieznaczącą mieszankę pierwiastków. Innym przypadkiem końcowego stadium ewolucji gwiazdy są czarne dziury. W 1972 roku Jacob Bekenstein sformułował teorię, która przewidywała, że czarne dziury mają niezerową temperaturę i promieniują cieplnie. Mimo sceptycyzmu środowiska naukowego wobec tego pomysłu, teorię podjął Stephen Hawking. Na jej podstawie w 1974 r. sformułował własną teorię przewidującą formę promieniowania czarnych dziur, którą później nazwano od jego imienia promieniowaniem Hawkinga. Postulował, że jeżeli czarna dziura będzie żyć wystarczająco długo, to po długim czasie wypromieniuje tyle energii, że zniknie, pozostawiając po sobie tylko rozproszoną energię w postaci fotonów.
Czarna dziura pochłaniająca materię z pobliskiej gwiazdy.
Okazuje się zatem, że wszystkie znane nam formy materii nie są stabilne i pisany im jest nieunikniony koniec. Ostatecznie w skończonym czasie cała materia — planety, pozostałości po wypalonych gwiazdach, pył międzygwiazdowy — zostanie pochłonięta przez czarne dziury. One również zaczną się łączyć na mocy oddziaływań grawitacyjnych, jednocześnie parując. Na koniec we Wszechświecie zostaną już tylko fotony (skala czasowa tych wydarzeń jest rzędu 10^100 lat, co jest nieporównywalnie większą wartością od np. estymowanego czasu, jaki będzie istnieć Ziemia – około 10^10 lat). W tym stadium Wszechświat osiągnie swój cel — rozpropaguje energię bardzo równomiernie (tak jak filiżanka herbaty, z której ciepło ucieka do otoczenia).
Zauważmy pewną bardzo ważną subtelność. Fotony nie odczuwają upływu czasu. Ze szczególnej teorii względności wiemy, że dla obiektu zbliżającego się do prędkości światła czas spowalnia względem obserwatorów stojących. W przypadku fotonów, które zawsze poruszały się z prędkością światła, pojęcie czasu nie ma żadnego znaczenia. Gdy mówimy o świecie wypełnionym samymi fotonami, czas przestaje w nim płynąć. Mamy wtedy do czynienia z sytuacją podobną do Wielkiego Wybuchu, gdyż przyjmujemy, że właśnie w jego wyniku powstał czas. Istnieje teoria, która zakłada, że we Wszechświecie wypełnionym samymi fotonami możliwe jest pewne przekształcenie matematyczne tej przestrzeni (odwzorowanie równokątne, ang. conformal rescaling), które dopuszcza ściśnięcie tej grupy fotonów do nieskończenie małego obszaru. Polski fizyk Krzysztof Meissner, który współpracował z Penrosem, wnioskował, że mogłoby to zapoczątkować kreację cząstek – umożliwiłoby zainicjowanie nowego Wielkiego Wybuchu z poprzedniego Wszechświata.
Czarne dziury łączące się w jedną poprzez oddziaływania grawitacyjne.
Taki jest tok myślenia stojący za cykliczną kosmologią Penrose’a. Zakłada ona, że Wielki Wybuch nie jest odosobnionym zdarzeniem w historii Wszechświata, a raczej cyklicznie występującym wydarzeniem wynikającym z samego jego istnienia. Tą teorią Roger Penrose odpowiada na pytanie „Skąd wziął się Wielki Wybuch?” postulując, że być może jest on wynikiem istnienia Wszechświata przed naszym, który powstał z jeszcze wcześniejszego itd.
Wielu nie zadowala taka odpowiedź, gdyż nie można się z niej dowiedzieć, skąd wziął się ten nieskończony ciąg Wszechświatów. Hipoteza jest niepotwierdzona i czysto teoretyczna. Nie wiadomo, czy ciąg ten będzie się ciągnął w przyszłości w nieskończoność, czy każdy z Wszechświatów ewoluuje tak samo i czy rządzą nim te same prawa fizyki. Prowadzone są intensywne badania, które szukają przesłanek wskazujących na prawdziwość tej teorii. Może kiedyś poznamy odpowiedź na te i inne pytania, a hipoteza Penrose’a okaże się prawdziwą teorią opisującą świat, w którym żyjemy.
Korekta – Zofia Lamęcka, Matylda Kołomyjec
