Inainte de big-bang

Inainte de big-bang a fost un ocean de energie infinita; perfectiunea Universului simetrie absoluta inainte de creatie; atemporalitate.( H Reeves şi J. Guitillon);
Este rezonabil sa presupunem ca exista nişte legi care guverneaza si starea iniţiala a universului (Stephen Hawking).

Conform teoriei generale a relativitatii, Big Bangul reprezinta Inceputul, marele eveniment in care a aparut nu numai materia ci si spatiu-timpul insusi. Problema este insa ca starea universului in apropierea Big Bangului se presupune a fi fost una de condensare extrema - atat de extrema incat trebuie tinut cont de efectele cuantice. De aceea, teoria lui Einstein a relativitatii generale nu se aplica pana la momentul Big-Bangului. Prin urmare nu poate fi folosita nici pentru a spune ce se intampla sau daca se intampla ceva inainte de acest eveniment. O echipa de cercetatori de la Penn State a facut o serie de calcule folosind ideea de gravitatie cuantica incercand sa ghiceasca ce ar fi existat inainte de Big Bang.
"Teoria generala a relativitatii poate fi folosita pentru a descrie Universul inapoi pana la un anumit punct dincolo de care materia devine atat de densa incat ecuatiile nu mai functioneaza", spune Abhay Ashtekar, directorul Institutului de Geometrie si Fizica Gravitatiei de la Penn State. "Dincolo de acest moment trebuie sa aplicam uneltele mecanicii cuantice care nu ii erau disponibile lui Einstein."
Cercetatorii au calculat ca inainte de Big Bang trebuie sa fi existat un univers care se contracta cu o geometrie a spatiu-timpului care era similara window.google_render_ad(); cu cea a universului nostru (care in prezent este in expansiune). Pe masura ce fortele gravitationale au facut universul anterior sa colapseze el a ajuns la un punct in care proprietatile cuantice ale spatiu-timpului au facut ca gravitatia sa devina repulsiva - lucru care a cauzat Big Bang-ul.
"Folosind modificari cuantice ale ecuatiilor cosmologice ale lui Einstein am aratat ca in locul unui Big Bang clasic a existat un Bounce cuantic", spune Ashtekar. "Am fost foarte surprinsi sa descoperim ca a existat un alt univers pre-Big Bang incat am repetat simularile cu diferite valori ale parametrilor timp de cateva luni, insa am descoperit ca scenariul Big Bounce-ului este robust."
Chiar daca ideea unui alt univers inainte de Big Bang a mai fost propusa, aceasta este o descriere matematica ce stabileste in mod sistematic existenta sa si deduce proprietatile geometriei spatiu-timpului in acel univers.
Echipa de cercetatori a folosit asa numita "loop quantum gravity", o abordare destul de populara a problemei unificarii teoriei generale a relativitatii cu mecanica cuantica. In aceasta teorie, geometria spatiu-timpului are ea insasi o structura "atomica", discreta, fiind mai degraba asemenea unei foi de matematica cu patratele decat unei foi albe continue. Conform acestei teorii, continuitatea nu este decat o aproximare care apare din cauza ca distantele si timpii pe care le experimentam noi sunt mult mai mari decat distantele si duratele elementare. Universul pare a fi ca un fel de tesatura facuta din fire foarte fine care devin evidente doar daca ne uitam la ele foarte de aproape. In apropierea Big Bang-ului aceasta structura a "tesaturii" universului devine importanta si este cea care face ca gravitatia sa devina repulsiva.
"Cercetarea noastra presupune un model omogen al universului", spune Ashtekar. "Cu toate acestea rezultatele obtinute ne fac sa avem incredere in ideile teoriei loop quantum gravity. Vom continua sa rafinam modelul pentru a descrie mai bine universul asa cum il cunoastem si pentru a intelege mai bine caracteristicile cuantice ale gravitatiei."



Big-Bangul

Geneza Universului
Putem considera Universul nostru ca fiind unul dintr-o infinitate de sisteme gigantice similare si ca are urmatoarea geneza.

Perioada dintre Momentul Zero si momentul 10-43 secunde
Timp de o fractiune inimaginabil de mica dintr-o secunda, materia se afla intr-o forma (geometrie) supradimensionala care are 3+1+N dimensiuni. Printr-o tranzitie "topologica" de faza, cele N dimensiuni ale materiei se decupleaza de dimensiunile spatiului si timpului, ducand la aparitia unui camp scalar, inzestrat cu o cantitate fantastica de informatie, stocata sub forma unor grupuri de simetrie matematica.

Perioada dintre momentele 10-43 secunde şi 10-35 secunde
Oamenii de ştiinţă presupun că în cursul acestei perioade Universul avea structura cea mai simplă. După secunda 10-43, Universul pe care îl cunoaştem astăzi nu avea nici măcar dimensiunea unei particule elementare, iar forţele fundamentale, cum ar fi atracţia universală şi forţa care face ca nucleul atomic să nu se dezintegreze, erau unite într-o superforţă unică.
Se crede că grupul de simetrie SU(5) corespunde unificării tuturor interacţiunilor fizice posibile (gravitaţie, interacţiune slabă, electro-magnetică, nucleară). Dacă Universul este un sistem conservativ, nu numai în privinţa substanţei şi a energiei, ci şi a informaţiei, atunci toată diversitatea informaţiei actuale ar trebui să provină (potrivit unor legi - deocamdată necunoscute - de transformare, evoluţie şi concentrare a informaţiei) din simetria primordială SU(5) sau eventual dintr-un grup mult mai cuprinzător.

Perioada dintre momentele 10-35 secunde şi 10-10 secunde
La timpul 10 la puterea -35 secunde după explozia iniţială, temperatura embrionului cosmic a scăzut sub limita de 10 000 de miliarde de miliarde de grade: forţele naturii şi particulele elementare au inceput să îşi dobândească propria identitate.
O instabilitate specifică a determinat ruperea simetriei SU(5) prin mecanismul de rupere simetrică al lui Weinberg (este vorba de corecţii cuantice de "o singură buclă" la potenţialul scalar). Rezultă astfel simetria SU(3)*SU(2)*SU(1) care însoţeşte apariţia substanţei sub forma cea mai elementară, aceea de quark-uri şi probabil sub alte forme, cum sunt axionii.

Perioada dintre momentele 10-10 secunde şi 10-5 secunde

 A urmat, într-o fracţiune infimă de secundă, organizarea quark-urilor în nucleoni şi antinucleoni, separarea materiei de antimaterie. Totul s-a petrecut într-o regiune a spaţiului infimă în raport cu un atom. Această mică regiune, cauzal conexă, în care au loc astfel de transformări, se expandează în mod exponenţial (de unde provine şi denumirea de "scenariu inflaţonist").

Perioada dintre momentele 10-5 secunde şi 3 minute
Totul se petrece în mai puţin de 3 secunde şi după acest timp exista deja materia ordinară: electroni, protoni, radiaţie electromagnetică, neutrini, găuri negre, etc.
Se ajunge la stadiul de Big-Bang şi de aici încolo Universul, deja format, evoluează în cadrul modelelor cosmologice relativiste. Formularea matematică a Universului fizic, având compoziţia actuală (cu hidrogen preponderent şi cu sinteza nucleară a materialelor grele în stele), se realizează pe baza gândirii lui Einstein.

Perioada dintre momentele 3 minute şi 500 000 de ani
Trecerea spre cosmosul rece a inceput inca din prima secunda, in timpul careia cele patru forte fundamentale ale naturii au actionat separat. Totusi bobul cosmic, in desumflare rapida, considera cosmologii pe baza simularilor pe calculator, continea pe langa particole atomice de fuziune si ramasite ale nucleului incandescent initial: fire cosmice (strings). Cosmologii sustin ca aceste fire sunt un ligament extrafin de masa si energie, care se deplaseaza in univers aproape cu viteza luminii: diametrul lor este atat de mic, incat nu poate fi masurat (are lungimea lui Plank) si totusi, fiecare bucatica de 25 mm are o masa similara cu Alpii elvetieni. Campurile de atractie ale acestor strings ar fi putut accelera formarea galaxiilor. Unii fizicieni presupun ca anumiti strings mai traverseaza universul si acum.

La a 10-a mie parte de secunda dupa explozia initiala , se formase deja supa initiala de radiatie de electroni, protoni si neutroni. Primele care au luat nastere au fost nucleele atomice ale elementelor usoare, ca hidrogenul si heliul, dar caldura imensa si concentrarea radiatiei nu permiteau inca formarea completa a atomilor.

Abia la 300 000 de ani după explozia iniţiala s-au putut forma atomii în Universul inundat de radiaţii.

Perioada dintre momentele 500 000 de ani şi trecutul apropiat
Într-un model de Univers închis, atât din punct de vedere topologic (un fel de analog tridimensional al suprafeţei sferei), cât şi energetico-informaţional, cantitatea de substanţă, energie şi informaţie este constantă. Evoluţia globală este adiabatică, astfel încât, dacă într-o regiune a Universului au loc procese de degradare sau dispariţie, în alte regiuni vor avea loc procese de organizare şi concentrare.
Dicke consideră Universul fizic ca un gigant servo-sistem şi anumiţi parametri care caracterizează evoluţia de ansamblu acestuia. Aceşti parametri trebuie să varieze în mod reciproc condiţionat pentru a asigura constanţa unor anumite funcţiuni care depind de aceşti parametri (invarianţă parametrică). Universul funcţionează ca un creier care îşi auto-reglează componentele pentru a-şi conserva anumite proprietăţi caracteristice. Informaţia necesară acestor auto-reglări se propagă cu viteza luminii pe curbele geodezice spaţiu-timp care se închid în ele însele.
Formarea galaxiilor şi a stelelor acoperă o perioadă de timp de la 1-109 ani până la 15-109 ani după "clipa zero". După 2 miliarde de ani au luat naştere primele galaxii. Galaxia noastră Calea Lactee, Soarele şi Pământul s-au format abia acum 4,6 miliarde de ani.

Timpul prezent şi viitor
Faţă de situaţia în care se află Universul în epoca actuală, la 20-109 ani după "clipa zero" şi la o temperatură de de 3 K, Universul va continua să se dilate încă un timp, după care pot apărea două cazuri:
Dacă densitatea cosmică este mai mică decât densitatea critică, atunci Universul se va extinde la nesfârşit.
În caz contrar, expansiunea Universului se va sfârşi în cele din urmă datorită unei contracţii accelerate. Temperatura Universului va creşte din nou, timp de miliarde de ani, iar Universul va ajunge din nou într-o stare granulară cu densitate infinită.
În miliardele de lumi răspândite în spaţiu totul se dezvoltă progresiv. Lumina stelelor ne confirmă că evoluţia nucleară se continuă în toate galaxiile. La fel, moleculele din spaţiu, fruct al evoluţiei chimice interstelare, ne dovedesc că acestea le găsim peste tot.