W pierwszej bilionowej części sekundy po Wielkim Wybuchu wszechświat był w zasadzie paktem samobójczym. Na każdy okruch materii, który pojawiał się w istnieniu, przypadał identyczny bliźniak z antymaterii, gotowy do kontaktu i natychmiastowego unicestwienia w wybuchu czystej energii. Według wszelkich praw znanej fizyki kosmos powinien być krótkotrwałym pokazem sztucznych ogni, po którym nie zostałoby nic poza pustym światłem. Po prostu nie powinno nas tu być.
Fizyka nazywa to problemem asymetrii barionowej. To ostateczny błąd w kosmicznym rozrachunku. Gdyby materia i antymateria zostały stworzone w równych ilościach, powinny się całkowicie unicestwić, pozostawiając wszechświat bez gwiazd, bez planet i z pewnością bez ludzi, którzy zastanawialiby się, dlaczego zgasły światła. A jednak jesteśmy tutaj, żyjąc w świecie zbudowanym niemal w całości z materii, podczas gdy po bliźniaczej antymaterii nie ma śladu.
Nikodem Popławski, fizyk teoretyczny z University of New Haven, uważa, że znalazł sprawcę tego kosmicznego skoku. Sugeruje, że brakująca antymateria nie wyparowała po prostu w powietrze; została zjedzona. Mówiąc konkretnie, została wchłonięta przez rój pierwotnych czarnych dziur, które uformowały się w ekstremalnym chaosie o wysokiej gęstości w samym wczesnym wszechświecie, pozostawiając zwykłą materię jako spadkobiercę Ziemi.
Brakująca połowa wszechświata to nie tylko ciekawostka filozoficzna. Gdybyś uścisnął dłoń swojego sobowtóra z antymaterii, powstała w wyniku tego eksplozja przyćmiłaby największą kiedykolwiek zbudowaną broń nuklearną. Ta wrodzona niestabilność oznacza, że jakakolwiek nierównowaga, nawet najmniejsza, decydowałaby o losie wszystkiego. Teoria Popławskiego opiera się na specyficznej, subtelnej różnicy w sposobie, w jaki te dwa rodzaje cząstek zachowują się pod miażdżącym wpływem grawitacji.
Pierwotne czarne dziury to duchy wczesnego kosmosu. W przeciwieństwie do czarnych dziur, które obserwujemy dzisiaj, powstających w wyniku zapadania się gwiazd, te obiekty zostały wykute bezpośrednio z zupy Wielkiego Wybuchu. Są one podstawą fizyki teoretycznej, odkąd Stephen Hawking zaproponował ich istnienie w latach 70. XX wieku, choć pozostają frustrująco niewidoczne dla naszych teleskopów.
Popławski argumentuje, że te małe, starożytne studnie grawitacyjne miały swoje preferencje. W wysokoenergetycznym środowisku wczesnego wszechświata cząstki antymaterii mogły być nieco bardziej masywne lub poruszać się inaczej niż ich odpowiedniki z materii. To nie tylko przypuszczenia; niedawne eksperymenty wykazały, że niektóre cząstki, takie jak mezony, rozpadają się inaczej niż ich wersje z antymaterii. Jeśli antymateria była „cięższa” lub wolniejsza, stawała się łatwiejszym celem.
Grawitacja jest cierpliwym łowcą, ale preferuje wolno poruszającą się zdobycz. Jeśli podczas wczesnej fazy produkcji par cząstki antymaterii rzeczywiście miały większą masę niż cząstki materii, poruszałyby się z mniejszymi prędkościami. Jak powie każdy specjalista od mechaniki orbitalnej, im wolniej porusza się obiekt, tym bardziej prawdopodobne, że zostanie przechwycony przez przyciąganie grawitacyjne.
Popławski sugeruje, że te pierwotne czarne dziury działały jak kosmiczne filtry. Przechwytywały wolniejszą antymaterię w znacznie większym tempie niż szybciej poruszającą się materię. Gdy cząstka antymaterii przekroczy horyzont zdarzeń, znika z naszego obserwowalnego wszechświata na zawsze. To, co pozostało poza dziurami, było niewielką nadwyżką materii.
Ta teoria robi coś więcej niż tylko wyjaśnia, dlaczego istniejemy; może rozwiązać problem obecnie nękający zespoły Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba (JWST) NASA. Odkąd zaczął on zaglądać w początki czasu, JWST dostrzega supermasywne czarne dziury, które są znacznie większe, niż powinny być. Niektóre z tych potworów, o masie miliardy razy większej od naszego Słońca, pojawiają się zaledwie 500 milionów lat po Wielkim Wybuchu.
Teoria Popławskiego o „zjadaniu antymaterii” stanowi zgrabny skrót. Jeśli pierwotne czarne dziury były zajęte pożeraniem ogromnych ilości ciężkiej antymaterii w pierwszych chwilach wszechświata, otrzymały ogromną przewagę na starcie. Nie zaczynały jako małe zalążki; zaczynały jako przejedzeni żarłocy. Zjadając bliźniaka antymaterii, urosły wystarczająco szybko, by stać się supermasywnymi kotwicami pierwszych galaktyk.
Napięcie polega tu na tym, że wciąż pracujemy z mapą wszechświata Einsteina, a czarne dziury są miejscem, w którym ta mapa zaczyna się rwać. Ogólna teoria względności opisuje czarne dziury jako osobliwości — punkty o nieskończonej gęstości, w których prawa fizyki zawodzą. Większość fizyków, w tym Popławski, podejrzewa, że jest to znak, iż teoria Einsteina jest niekompletna.
Jeśli czarne dziury nie są nieskończonymi punktami zagłady, lecz obiektami o strukturze wewnętrznej, ich zdolność do przechowywania i przetwarzania materii (lub antymaterii) zmienia zasady gry. W społeczności fizyków narasta poczucie, że w miarę jak obrazy czarnych dziur stają się coraz bardziej szczegółowe, odkryjemy, iż przepis Einsteina na grawitację wymaga poprawki. Szukamy pomostu między gigantycznym światem grawitacji a maleńkim światem cząstek kwantowych.
Model Popławskiego unika wielu pułapek „nowej fizyki”, w które wpadają inne teorie. Wiele wyjaśnień asymetrii materia-antymateria wymaga wymyślenia całkowicie nowych cząstek lub sił, których nigdy nie zaobserwowano w laboratorium. Pomysł Popławskiego wykorzystuje składniki, które już mamy — czarne dziury i grawitację — jedynie dostosowując harmonogram i apetyt.
Trudność, jak zawsze w przypadku Wielkiego Wybuchu, polega na udowodnieniu tego. Nie możemy cofnąć się do pierwszej sekundy czasu, aby obserwować, jak te czarne dziury się żywią. Jednak coraz lepiej potrafimy wsłuchiwać się we wszechświat. Fale grawitacyjne — zmarszczki w tkaninie czasoprzestrzeni spowodowane potężnymi kolizjami — mogą dostarczyć dowodów, których potrzebuje Popławski.
Jeśli wczesny wszechświat był wypełniony pierwotnymi czarnymi dziurami, pozostawiłyby one specyficzny ślad w tle fal grawitacyjnych. Podobnie neutrina — widmowe cząstki, które przenikają niemal przez wszystko — mogą przenosić informacje z tamtej ery, których światło nie jest w stanie przekazać. Cząstki te działają jak kosmiczni archeolodzy, dostarczając dane z czasów, gdy wszechświat był zbyt nieprzejrzysty, aby teleskopy mogły cokolwiek zobaczyć.
Istnieje również możliwość przetestowania tego na naszym własnym podwórku. Jeśli materia i antymateria rzeczywiście mają nieco inne masy lub różnie reagują na grawitację przy wysokich gęstościach, przyszłe eksperymenty w akceleratorach cząstek mogą być w stanie to wykryć. Obecnie badamy gęstości i odległości, które jeszcze dekadę temu były nie do pomyślenia.
Zaakceptowanie tej teorii wymaga zmiany sposobu, w jaki postrzegamy nasze miejsce w kosmosie. Zwykle myślimy o czarnych dziurach jako o niszczycielach światów — mrocznych odpływach w centrach galaktyk, gdzie światło ginie. Ale w wersji wydarzeń Popławskiego są one powodem, dla którego impreza w ogóle się rozpoczęła.
Bez tych starożytnych, niewidzialnych odkurzaczy materia, z której składa się twoje DNA, zostałaby unicestwiona, zanim w ogóle miałaby szansę stać się atomem. To dziwna myśl: być może zawdzięczamy nasze życie samym obiektom, które zwykle kojarzymy z końcem wszystkiego. Jeśli wszechświat ma jakąś skłonność, to wygląda na to, że jest to skłonność do faworyzowania ocalałych z uczty czarnej dziury.
Na razie teoria ta pozostaje fascynującym elementem matematycznej pracy detektywistycznej. Pasuje do danych, które mamy z JWST, i rozwiązuje największą zagadkę w kosmologii bez konieczności tworzenia całego nowego zestawu reguł. Ale dopóki nie dostrzeżemy pierwotnej czarnej dziury lub nie wykryjemy echa ich wczesnego żerowania, pozostajemy z wszechświatem, który jest pięknym, przypadkowym produktem ubocznym prehistorycznego kosmicznego posiłku.
Comments
No comments yet. Be the first!