Mitä oli ennen alkuräjähdystä?

Olen pannut merkille, että termit kosminen inflaatio ja alkuräjähdys aiheuttavat usein hengenahdistusta silloin, kun ne esiintyvät samassa lauseessa. Oliko ensin alkuräjähdys ja sitten inflaatio, vai päinvastoin?

Kosmologeille alkuräjähdys tarkoittaa äärimmäisen kuumaa ja tiheää alkutilaa, josta nyt näkyvä universumimme on kehittynyt avaruuden laajentuessa ja aineen samanaikaisesti jäähtyessä. Suurelle yleisölle alkuräjähdys sen sijaan on usein matemaattinen piste, joka jostakin käsittämättömästä syystä otti ja pamahti.

Tämä kadunmiehen käsitys perustuu Einsteinin yleiseen suhteellisuusteoriaan – kadunmies (vai pitäisikö sanoa kadunhenkilö?) on siis varsin oppinut olento.

Suhteellisuusteoria sanoo seuraavaa: jos universumimme ainesisältö koostuu pelkästään alkeishiukkasista, Einsteinin yhtälöiden ratkaisu on laajeneva avaruus. Menneisyydestä ratkaisun matematiikka vannoo löytävänsä hetken, jolloin avaruuden tilavuus oli puhdas nolla. Silloin kaikki aine on ollut pusertuneena äärettömän tiheään tilaan.  Tämä on tuo mieliä kiehtova singulariteetti, joka värisyttää herkimpien sielujen syvyyksiä.

Fyysikon arvomaailmassa matematiikka on kuitenkin idealisaatio, johon tulee suhtautua tietyllä skeptisyydellä. Siksi kosmologien satukirja tapasi aina sivuuttaa singulariteetin ja alkoi tyyliin: "Olipa kerran, kauan kauan sitten, maailmankaikkeus, joka nykyiseen verrattuna oli hyvin pieni ja täynnä kuumaa, tiheää alkeishiukkaspuuroa."

Alkeishiukkasia ovat mm. elektronit ja kvarkit, mutta myös fotonit ovat tässä väestönlaskennassa alkeishiukkasia. Säteily ei ole mikään oma olemisen lajinsa vaan pelkästään nimi alkeishiukkasille, jotka liikkuvat käytännössä valon nopeudella. Ja nykytietämyksen mukaan kaikki tunnetut alkeishiukkaset liikkuivat täsmälleen valon nopeudella 0,01 nanosekuntia nuoremmassa universumissa.

Alkeishiukkasten liikenopeudella on pieni vaikutus universumin laajenemislakiin. Mutta paljon tärkeämpi kysymys on: esiintyikö varhaisessa maailmankaikkeudessa myös jotakin muuta energiamuotoa kuin alkeishiukkasia?

Inflaatioteorian mukaan vastaus on kyllä. Inflaation käyttövoima on tyhjiön energia, ja se muuttaa laajenemislakia ratkaisevalla tavalla. Inflaation aikana avaruus pullistuu valoa nopeammin ja käytännössä tyhjenee kuin tilkitsemätön vesisaavi. Samalla lämpötila, yhdessä hiukkastiheyden kanssa, putoaa nollaan.

Inflaatioteorian alkumaailma ei ole kuuma ja tiheä vaan jääkylmä ja autio.

Inflaatioteoriat olettavat kuitenkin, että tyhjiön energia on epävakaa. Ennen pitkää se hajoaa alkeishiukkasiksi. Näin syntyy kuuma ja tiheä alkeishiukkaspuuro, jota kosmologit kutsuvat alkuräjähdykseksi.

Mutta tuolloin avaruudella oli jo koko.

Itse asiassa avaruus on voinut olla aina äärettömän kokoinen. Inflaatio voi tapahtua vain avaruuden yhdessä pikkuruisessa, sattuman määräämässä osasessa.  Siellä pienestä siemenestä kasvaa koko meille nyt näkyvä universumi. Mitä tuolle kaikelle muulle avaruudelle kuuluu, se on, Kiplingin sanoin, kokonaan toinen juttu.

Marssijärjestys oli siis seuraava. Ensin oli inflaatio. Sitä kesti aikansa. Sitten inflaatio loppui ja meille tärkeä universumin osa kuumeni. Siitä alkanutta vaihetta kutsumme alkuräjähdykseksi.

Kun nyt sanomme, että universumi on 13,8 miljardia vuotta vanha, tarkoitamme siis oikeastaan, että inflaation päättymisestä on kulunut nuo pyöreät vuodet. Tai jos puhumme 0,01 nanosekunnin ikäisestä maailmankaikkeudesta, tarkoitamme että inflaation loppumisesta oli tuolloin vierähtänyt nanosekunnin sadasosa.

Emme tiedä, miten kauan inflaatio kesti. Emme tiedä, edelsikö inflaatiota jonkinlainen singulariteetti. Jos veikata pitäisi, arvaisin, että luultavasti ei. Maailmankaikkeuden ikä voi olla myös ääretön.

 

 

 


Juttuja samasta aiheesta