Universet | multivers | Parallelt univers | Rum tid | Teorien om Big Bang

Der er en stor række videnskabelige beviser, der understøtter billedet af det ekspanderende univers og Big Bang. Hele universets masseenergi blev frigivet i en begivenhed, der varede under 10 ^ -30 sekunder i varighed; den mest energiske ting nogensinde, der sker i vores universets historie. NASA / GSFC

Det er kun gået 13,8 milliarder år siden Big Bang, og den øverste hastighed, hvorpå enhver information kan rejse - lysets hastighed - er begrænset. Selvom hele universet i sig selv virkelig kan være uendeligt, er det observerbare univers begrænset. I henhold til de førende ideer inden for teoretisk fysik kan vores univers dog være blot et mindre område i en meget større multivers, inden for hvilken mange univers, måske endda et uendeligt antal, er indeholdt. Nogle af dette er faktisk videnskab, men andre er intet andet end spekulativ, ønsketænkning. Sådan fortæller du, hvilken der er. Men først lidt baggrund.

Universet i dag har et par fakta om det, der er relativt let, i det mindste med videnskabelige faciliteter i verdensklasse, at observere. Vi ved, at universet ekspanderer: vi kan måle egenskaber om galakser, der lærer os både deres afstand og hvor hurtigt de ser ud til at bevæge sig væk fra os. Jo længere væk de er, jo hurtigere ser de ud til at trække sig tilbage. I forbindelse med generel relativitet betyder det, at universet ekspanderer.

Og hvis universet udvides i dag, betyder det, at det tidligere var mindre og tættere. Ekstrapoleres langt nok tilbage, og du vil opdage, at tingene også er mere ensartede (fordi tyngdekraften tager tid at få tingene til at klumpe sig sammen) og varmere (fordi mindre bølgelængder for lys betyder højere energier / temperaturer). Dette fører os tilbage til Big Bang.

En illustration af vores kosmiske historie fra Big Bang indtil nutiden inden for rammerne af det ekspanderende univers. Den første Friedmann-ligning beskriver alle disse epoker, fra inflation til Big Bang til nutiden og langt ind i fremtiden, helt præcist, selv i dag.NASA / WMAP SCIENCE TEAM

Men Big Bang var ikke begyndelsen på universet! Vi kan kun ekstrapolere tilbage til en bestemt epoke i tid, før Big Bangs forudsigelser bryder sammen. Der er en række ting, vi observerer i universet, som Big Bang ikke kan forklare, men en ny teori, der sætter Big Bang - kosmisk inflation - kan.

De kvantefluktuationer, der opstår under inflationen, strækkes over hele universet, og når inflationen slutter, bliver de tæthedsfluktuationer. Dette fører med tiden til den store struktur i universet i dag såvel som til variationerne i temperaturen observeret i CMB.E. SIEGEL, MED BILLEDER DERIVERET FRA ESA / PLANCK OG DOE / NASA / NSF INTERAGENCY TASK FOR CMB FORSKNING

I 1980'erne blev et stort antal teoretiske konsekvenser af inflationen udarbejdet, herunder:

  • hvordan frøene i stor skala skal se ud,
  • at temperatur- og densitetsudsving skal eksistere i skalaer, der er større end den kosmiske horisont,
  • at alle regioner i rummet, selv med udsving, skal have konstant entropi,
  • og at der skal være en maksimal temperatur opnået ved den varme Big Bang.

I 1990'erne, 2000'erne og 2010'erne blev disse fire forudsigelser observatorisk bekræftet med stor præcision. Kosmisk inflation er en vinder.

Inflation får plads til at ekspandere eksponentielt, hvilket meget hurtigt kan resultere i, at alt eksisterende, krumt eller ikke-glat rum vises fladt. Hvis universet er buet, har det en krumningsradius, der er mindst hundrede gange større end hvad vi kan observere. E. SIEGEL (L); NED WRIGHT'S COSMOLOGY TUTORIAL (R)

Inflationen fortæller os, at universet før Big Bang ikke var fyldt med partikler, antipartikler og stråling. I stedet blev den fyldt med energi iboende i selve rummet, og denne energi fik rummet til at ekspandere med en hurtig, nådeløs og eksponentiel hastighed. På et tidspunkt slutter inflationen, og al (eller næsten hele) energien omdannes til stof og energi, hvilket giver anledning til den varme Big Bang. Enden på inflationen, og hvad der er kendt som genopvarmning af vores univers, markerer starten på den varme Big Bang. Big Bang sker stadig, men det er ikke meget begyndelsen.

Inflation forudsiger eksistensen af ​​et stort antal uobserverbart univers ud over den del, vi kan observere. Men det giver os endnu mere end det. E. SIEGEL / FRA GALAXY

Hvis dette var den fulde historie, ville vi bare have et ekstremt stort univers. Det ville have de samme egenskaber overalt, de samme love overalt, og de dele, der var uden for vores synlige horisont, ville svare til, hvor vi er, men det ville ikke med rette blive kaldt multiversen.

Indtil, det vil sige, husker du, at alt, hvad der fysisk eksisterer, skal være iboende kvant af natur. Selv inflation, med alle de ukendte omgivelser, skal være et kvantefelt.

Den kvante natur af inflation betyder, at den ender i nogle ”lommer” af universet og fortsætter i andre. Den skal rulle ned ad den metaforiske bakke og ind i dalen, men hvis det er et kvantefelt, betyder udbredelsen, at det ender i nogle regioner, mens det fortsætter i andre. SIEGEL / FRA GALAXY

Hvis du derefter kræver inflation for at have de egenskaber, som alle kvantefelter har:

  • at dens egenskaber har usikkerheder forbundet med dem,
  • at feltet er beskrevet af en bølgefunktion,
  • og værdierne for dette felt kan sprede sig over tid,

du når en overraskende konklusion.

Overalt hvor inflation forekommer (blå terninger), giver den eksponentielt flere regioner med plads med hvert skridt fremad i tiden. Selv hvis der er mange terninger, hvor inflationen slutter (røde X'er), er der langt flere regioner, hvor inflationen fortsætter ind i fremtiden. At dette aldrig slutter, er det, der gør inflationen 'evig', når den først begynder. SIEGEL / FRA GALAXY

Inflationen slutter ikke overalt på én gang, men snarere på udvalgte, frakoblede steder på et givet tidspunkt, mens rummet mellem disse placeringer fortsætter med at oppustes. Der skulle være flere, enorme rumområder, hvor inflationen slutter, og en varm Big Bang begynder, men de kan aldrig støde på hinanden, da de er adskilt af regioner med oppustning af rum. Uanset hvor inflation begynder, er det alt sammen garanteret at fortsætte i en evighed, i det mindste på steder.

Hvor inflationen ender for os, får vi en varm Big Bang. Den del af universet, vi observerer, er blot en del af denne region, hvor inflationen sluttede, med et mere uobserverbart univers ud over det. Men der er utallige mange regioner, alle koblet fra hinanden, med den samme nøjagtige historie.

En illustration af flere uafhængige universer, der er årsagsmæssigt frakoblet fra hinanden i et stadigt voksende kosmisk hav, er en skildring af Multiverse-ideen. I en region, hvor Big Bang begynder, og inflationen slutter, vil ekspansionsraten falde, mens inflationen fortsætter i mellem to sådanne regioner, for altid at adskille dem.

Det er ideen om multiverset. Som du kan se, er det baseret på to uafhængige, veletablerede og bredt accepterede aspekter af teoretisk fysik: kvantiteten af ​​alting og egenskaberne ved kosmisk inflation. Der er ingen kendt måde at måle det på, ligesom der ikke er nogen måde at måle den uobserverbare del af vores univers. Men de to teorier, der ligger til grund for det, inflation og kvantefysik, er blevet vist at være gyldige. Hvis de har ret, er multiversen en uundgåelig konsekvens af det, og vi lever i det.

I multiverse-ideen hedder det, at der er et vilkårligt stort antal universer som vores egne, men det betyder ikke nødvendigvis, at der er en anden version af os derude, og det betyder bestemt ikke, at der er nogen chance for at løbe ind i en alternativ version af dig selv ... eller noget fra et andet univers overhovedet. LEE DAVY / FLICKR

Og hvad så? Det er ikke en hel masse, er det? Der er masser af teoretiske konsekvenser, der er uundgåelige, men som vi ikke kan vide om med sikkerhed, fordi vi ikke kan teste dem. Multiverset er en i en lang række af dem. Det er ikke særlig en nyttig erkendelse, bare en interessant forudsigelse, der falder ud af disse teorier.

Så hvorfor skriver så mange teoretiske fysikere artikler om multiversen? Om parallelle universer og deres forbindelse til vores egne gennem denne multivers? Hvorfor hævder de, at multiversen er forbundet med strenglandskabet, den kosmologiske konstant og endda til det faktum, at vores univers er fint tilpasset til livet?

For selvom det åbenlyst er en dårlig idé, har de ikke nogen bedre.

Strengelandskabet kan være en fascinerende idé, der er fuld af teoretisk potentiale, men det forudsiger ikke noget, vi kan observere i vores univers. Denne idé om skønhed, motiveret ved at løse 'unaturlige' problemer, er ikke alene til at stige til det niveau, der kræves af videnskab. UNIVERSITY OF CAMBRIDGE

I forbindelse med strengteori er der et enormt sæt parametre, der i princippet kan påtage sig næsten enhver værdi. Teorien giver ingen forudsigelser for dem, så vi er nødt til at lægge dem i hånden: forventningsværdierne til strengen vacua. Hvis du har hørt om utroligt store tal som den berømte 10500, der vises i strengteori, er de mulige værdier for strengen vacua det, de refererer til. Vi ved ikke, hvad de er, eller hvorfor de har de værdier, de gør. Ingen ved, hvordan man beregner dem.

En repræsentation af de forskellige parallelle ”verdener”, der muligvis findes i andre lommer i multiverset. OFFENTLIG DOMAIN

Så i stedet siger nogle mennesker "det er multiverset!" Tænkelinjen går således:

  • Vi ved ikke, hvorfor de grundlæggende konstanter har de værdier, de gør.
  • Vi ved ikke, hvorfor fysiklovene er, hvad de er.
  • Stringteori er en ramme, der kunne give os vores fysiske love med vores grundlæggende konstanter, men den kan give os andre love og / eller andre konstanter.
  • Derfor, hvis vi har en enorm multiverse, hvor mange forskellige regioner har forskellige love og / eller konstanter, kan en af ​​dem være vores.

Det store problem er, at ikke kun dette er enormt spekulativt, men der er ingen grund i betragtning af den inflation og kvantefysik, vi kender, til at antage, at en oppustet rumtid har forskellige love eller konstanter i forskellige regioner.

Ikke imponeret over denne ræsonnement? Hverken er praktisk talt nogen anden.

Hvor sandsynligt eller usandsynligt var vores univers at producere en verden som Jorden? Og hvor plausible ville disse odds være, hvis de grundlæggende konstanter eller love, der styrer vores univers, var forskellige? Et heldigt univers, fra hvis omslag dette billede blev taget, er en sådan bog, der udforsker disse spørgsmål. GERAINT LEWIS OG LUKE BARNES

Som jeg har forklaret før, er Multiverse ikke en videnskabelig teori alene. Det er snarere en teoretisk konsekvens af fysikkens love, som de bedst forstås i dag. Det er måske endda en uundgåelig konsekvens af disse love: Hvis du har et inflatorisk univers styret af kvantefysik, er dette noget, du er temmelig bundet til at afslutte. Men - ligesom strengteori - det har nogle store problemer: det forudsiger ikke noget, vi enten har observeret og kan ikke forklare uden det, og det forudsiger ikke noget definitivt, vi kan gå og kigge efter.

Visualisering af en beregning af kvantefeltteorien, der viser virtuelle partikler i kvantevakuumet. Selv i tomt rum er denne vakuumenergi ikke-nul. Om det har den samme, konstante værdi i andre regioner i multiverset er noget, vi ikke kan vide, men der er ingen motivation for at det er sådan.DEREK LEINWEBER

I dette fysiske univers er det vigtigt at observere alt, hvad vi kan, og at måle enhver viden, vi kan få. Kun fra den fulde pakke med tilgængelige data kan vi håbe på nogensinde at drage gyldige, videnskabelige konklusioner om arten af ​​vores univers. Nogle af disse konklusioner har konsekvenser, som vi måske ikke er i stand til at måle: multiversens eksistens skyldes det. Men når folk derefter hævder, at de kan drage konklusioner om grundlæggende konstanter, fysikkens love eller værdierne for string vacua, gør de ikke længere videnskab; de spekulerer. Ønsketænkning er ikke en erstatning for data, eksperimenter eller observerbare ting. Indtil vi har sådanne, skal du være opmærksom på, at multiverset er en konsekvens af den bedste videnskab, vi har tilgængelig i dag, men det giver ikke nogen videnskabelige forudsigelser, vi kan prøve.

Håber, at dette muligvis får en vis betydning for emnet Astrofysik ..

Jyotiraditya