Το Σύμπαν | Πολυσύμπαν | Παράλληλο Σύμπαν | Διάστημα | Θεωρία της Μεγάλης Έκρηξης

Υπάρχει μια μεγάλη σειρά επιστημονικών στοιχείων που υποστηρίζει την εικόνα του επεκτεινόμενου Σύμπαντος και της Μεγάλης Έκρηξης. Ολόκληρη η μαζική ενέργεια του Σύμπαντος απελευθερώθηκε σε μια εκδήλωση διάρκειας μικρότερης των 10 ^ -30 δευτερολέπτων. το πιο ενεργητικό πράγμα που έχει συμβεί ποτέ στην ιστορία του Σύμπαντός μας. NASA / GSFC

Έχουν περάσει μόλις 13,8 δισεκατομμύρια χρόνια από το Big Bang και η κορυφαία ταχύτητα με την οποία μπορούν να ταξιδέψουν οι πληροφορίες - η ταχύτητα του φωτός - είναι πεπερασμένη. Ακόμα κι αν ολόκληρο το ίδιο το Σύμπαν μπορεί πραγματικά να είναι άπειρο, το παρατηρήσιμο Σύμπαν είναι περιορισμένο. Σύμφωνα με τις κορυφαίες ιδέες της θεωρητικής φυσικής, ωστόσο, το Σύμπαν μας μπορεί να είναι μόνο μια μικροσκοπική περιοχή ενός πολύ μεγαλύτερου πολυσύμπαντος, εντός του οποίου περιλαμβάνονται πολλά Σύμπαντα, ίσως ακόμη και ένας άπειρος αριθμός. Μερικά από αυτά είναι πραγματική επιστήμη, αλλά μερικά δεν είναι τίποτα περισσότερο από κερδοσκοπικές, ευσεβείς σκέψεις. Να πώς να πείτε ποιο είναι ποιο. Αλλά πρώτα, ένα μικρό υπόβαθρο.

Το Σύμπαν έχει σήμερα μερικά στοιχεία σχετικά με αυτό που είναι σχετικά εύκολο, τουλάχιστον με επιστημονικές εγκαταστάσεις παγκόσμιας κλάσης, να παρατηρηθούν. Γνωρίζουμε ότι το Σύμπαν επεκτείνεται: μπορούμε να μετρήσουμε ιδιότητες σχετικά με τους γαλαξίες που μας διδάσκουν τόσο την απόστασή τους όσο και πόσο γρήγορα φαίνεται να απομακρύνονται από εμάς. Όσο πιο μακριά είναι, τόσο πιο γρήγορα φαίνεται να υποχωρούν. Στο πλαίσιο της Γενικής Σχετικότητας, αυτό σημαίνει ότι το Σύμπαν επεκτείνεται.

Και αν το Σύμπαν επεκτείνεται σήμερα, αυτό σημαίνει ότι ήταν μικρότερο και πυκνότερο στο παρελθόν. Επέκταση αρκετά πίσω και θα διαπιστώσετε ότι τα πράγματα είναι επίσης πιο ομοιόμορφα (επειδή η βαρύτητα χρειάζεται χρόνο για να κάνει τα πράγματα να συσσωρευτούν μαζί) και πιο ζεστά (επειδή τα μικρότερα μήκη κύματος για το φως σημαίνουν υψηλότερες ενέργειες / θερμοκρασίες). Αυτό μας οδηγεί πίσω στο Big Bang.

Μια απεικόνιση της κοσμικής ιστορίας μας, από το Big Bang έως το παρόν, στο πλαίσιο του επεκτεινόμενου Σύμπαντος. Η πρώτη εξίσωση Friedmann περιγράφει όλες αυτές τις εποχές, από τον πληθωρισμό στο Big Bang έως το παρόν και μέχρι το μέλλον, με απόλυτη ακρίβεια, ακόμα και σήμερα. NASA / WMAP SCIENCE TEAM

Αλλά το Big Bang δεν ήταν η αρχή του Σύμπαντος! Μπορούμε να παρεκκλίνουμε μόνο σε μια συγκεκριμένη εποχή εγκαίρως προτού καταρρεύσουν οι προβλέψεις του Big Bang. Υπάρχουν πολλά πράγματα που παρατηρούμε στο Σύμπαν που δεν μπορεί να εξηγήσει το Big Bang, αλλά μια νέα θεωρία που δημιουργεί το Big Bang - κοσμικός πληθωρισμός - μπορεί.

Οι κβαντικές διακυμάνσεις που συμβαίνουν κατά τη διάρκεια του πληθωρισμού εκτείνονται σε όλο το Σύμπαν, και όταν τελειώνει ο πληθωρισμός, γίνονται διακυμάνσεις πυκνότητας. Αυτό οδηγεί, με την πάροδο του χρόνου, στη δομή μεγάλης κλίμακας στο Σύμπαν σήμερα, καθώς και στις διακυμάνσεις της θερμοκρασίας που παρατηρούνται στο CMB.E. ΣΙΕΓΕΛ, ΜΕ ΕΙΚΟΝΕΣ ΠΟΥ ΠΑΡΕΧΟΝΤΑΙ ΑΠΟ ΤΟ ESA / PLANCK ΚΑΙ ΤΟ DOE / NASA / NSF INTERAGENCY TASK FORCE ΣΤΗΝ ΕΡΕΥΝΑ CMB

Στη δεκαετία του 1980, πραγματοποιήθηκε ένας μεγάλος αριθμός θεωρητικών συνεπειών του πληθωρισμού, όπως:

  • πώς θα φαίνονται οι σπόροι για δομή μεγάλης κλίμακας,
  • ότι πρέπει να υπάρχουν διακυμάνσεις θερμοκρασίας και πυκνότητας σε κλίμακες μεγαλύτερες από τον κοσμικό ορίζοντα,
  • ότι όλες οι περιοχές του χώρου, ακόμη και με διακυμάνσεις, πρέπει να έχουν συνεχή εντροπία,
  • και ότι πρέπει να υπάρχει μια μέγιστη θερμοκρασία που επιτυγχάνεται από το καυτό Big Bang.

Στη δεκαετία του 1990, 2000 και 2010, αυτές οι τέσσερις προβλέψεις επιβεβαιώθηκαν παρατηρητικά με μεγάλη ακρίβεια. Ο κοσμικός πληθωρισμός είναι νικητής.

Ο πληθωρισμός αναγκάζει τον χώρο να επεκταθεί εκθετικά, γεγονός που μπορεί πολύ γρήγορα να οδηγήσει σε κάθε προϋπάρχον κυρτό ή μη ομαλό χώρο να φαίνεται επίπεδο. Εάν το Σύμπαν είναι καμπύλο, έχει μια ακτίνα καμπυλότητας που είναι τουλάχιστον εκατοντάδες φορές μεγαλύτερη από αυτή που μπορούμε να παρατηρήσουμε. SIEGEL (L); TUTORIAL ΤΗΣ ΚΟΣΜΟΛΟΓΙΑΣ NED WRIGHT (R)

Ο πληθωρισμός μας λέει ότι, πριν από τη Μεγάλη Έκρηξη, το Σύμπαν δεν ήταν γεμάτο με σωματίδια, αντισωματίδια και ακτινοβολία. Αντ 'αυτού, ήταν γεμάτο με ενέργεια εγγενή στον ίδιο τον χώρο και ότι η ενέργεια προκάλεσε την επέκταση του χώρου με γρήγορο, αδυσώπητο και εκθετικό ρυθμό. Σε κάποιο σημείο, ο πληθωρισμός τελειώνει και όλη (ή σχεδόν όλη) η ενέργεια μετατρέπεται σε ύλη και ενέργεια, προκαλώντας το καυτό Big Bang. Το τέλος του πληθωρισμού, και αυτό που είναι γνωστό ως η αναθέρμανση του Σύμπαντός μας, σηματοδοτεί την έναρξη του καυτού Big Bang. Το Big Bang εξακολουθεί να συμβαίνει, αλλά δεν είναι η αρχή.

Ο πληθωρισμός προβλέπει την ύπαρξη ενός τεράστιου όγκου μη παρατηρήσιμου Σύμπαντος πέρα ​​από το μέρος που μπορούμε να παρατηρήσουμε. Αλλά μας δίνει ακόμη περισσότερα από αυτό. SIEGEL / ΠΕΡΑ ΑΠΟ ΤΟ ΓΑΛΑΞΙ

Εάν αυτή ήταν η πλήρης ιστορία, το μόνο που θα είχαμε ήταν ένα εξαιρετικά μεγάλο Σύμπαν. Θα είχε τις ίδιες ιδιότητες παντού, τους ίδιους νόμους παντού, και τα μέρη που ήταν πέρα ​​από τον ορατό μας ορίζοντα θα ήταν παρόμοια με εκείνα που βρισκόμαστε, αλλά δεν θα μπορούσε να αποκαλείται δικαιολογημένα το multiverse.

Μέχρι, δηλαδή, θυμάστε ότι ό, τι υπάρχει φυσικά πρέπει να είναι εγγενώς κβαντικό στη φύση. Ακόμη και ο πληθωρισμός, με όλα τα άγνωστα που περιβάλλουν, πρέπει να είναι ένα κβαντικό πεδίο.

Η κβαντική φύση του πληθωρισμού σημαίνει ότι τελειώνει σε μερικές «τσέπες» του Σύμπαντος και συνεχίζεται σε άλλους. Πρέπει να κυλήσει τον μεταφορικό λόφο και στην κοιλάδα, αλλά αν είναι ένα κβαντικό πεδίο, η εξάπλωση σημαίνει ότι θα τελειώσει σε ορισμένες περιοχές ενώ συνεχίζει σε άλλες. SIEGEL / ΠΕΡΑ ΑΠΟ ΤΟ ΓΑΛΑΞΙ

Εάν, στη συνέχεια, απαιτείται πληθωρισμός για να έχετε τις ιδιότητες που έχουν όλα τα κβαντικά πεδία:

  • ότι οι ιδιότητές του έχουν αβεβαιότητες που τους ενέχει,
  • ότι το πεδίο περιγράφεται από μια λειτουργία κύματος,
  • και οι τιμές αυτού του πεδίου μπορούν να εξαπλωθούν με την πάροδο του χρόνου,

καταλήγετε σε ένα εκπληκτικό συμπέρασμα.

Όπου συμβαίνει πληθωρισμός (μπλε κύβοι), δημιουργεί εκθετικά περισσότερες περιοχές του χώρου με κάθε βήμα προς τα εμπρός στο χρόνο. Ακόμα κι αν υπάρχουν πολλοί κύβοι όπου τελειώνει ο πληθωρισμός (κόκκινα Xs), υπάρχουν πολύ περισσότερες περιοχές όπου ο πληθωρισμός θα συνεχιστεί στο μέλλον. Το γεγονός ότι αυτό δεν τελειώνει ποτέ είναι αυτό που κάνει τον πληθωρισμό «αιώνιο» μόλις αρχίσει. SIEGEL / ΠΕΡΑ ΑΠΟ ΤΟ ΓΑΛΑΞΙ

Ο πληθωρισμός δεν τελειώνει παντού ταυτόχρονα, αλλά σε επιλεγμένες, αποσυνδεδεμένες τοποθεσίες ανά πάσα στιγμή, ενώ ο χώρος μεταξύ αυτών των τοποθεσιών συνεχίζει να διογκώνεται. Θα πρέπει να υπάρχουν πολλές, τεράστιες περιοχές του χώρου όπου τελειώνει ο πληθωρισμός και ξεκινά ένα καυτό Big Bang, αλλά δεν μπορούν ποτέ να συναντηθούν, καθώς διαχωρίζονται από περιοχές του φουσκωμένου χώρου. Όπου ξεκινά ο πληθωρισμός, είναι εγγυημένο ότι θα συνεχιστεί για μια αιωνιότητα, τουλάχιστον σε μέρη.

Όπου τελειώνει ο πληθωρισμός για εμάς, έχουμε ένα καυτό Big Bang. Το μέρος του Σύμπαντος που παρατηρούμε είναι ένα μόνο μέρος αυτής της περιοχής όπου τελείωσε ο πληθωρισμός, με πιο απρόβλεπτο Σύμπαν πέρα ​​από αυτό. Αλλά υπάρχουν αμέτρητες πολλές περιοχές, όλες αποσυνδεμένες μεταξύ τους, με την ίδια ακριβή ιστορία.

Μια απεικόνιση πολλαπλών, ανεξάρτητων Σύμπαντων, που αιτιωδώς αποσυνδέονται το ένα από το άλλο σε έναν συνεχώς διευρυνόμενο κοσμικό ωκεανό, είναι μια απεικόνιση της ιδέας του Πολυσύμπαντος. Σε μια περιοχή όπου ξεκινά η Μεγάλη Έκρηξη και τελειώνει ο πληθωρισμός, ο ρυθμός επέκτασης θα μειωθεί, ενώ ο πληθωρισμός συνεχίζεται μεταξύ δύο τέτοιων περιοχών, χωρίζοντάς τις για πάντα. ΟΖΥΤΙΚΟΣ / ΔΗΜΟΣΙΟΣ ΤΟΜΕΑΣ

Αυτή είναι η ιδέα του multiverse. Όπως μπορείτε να δείτε, βασίζεται σε δύο ανεξάρτητες, καθιερωμένες και ευρέως αποδεκτές πτυχές της θεωρητικής φυσικής: την κβαντική φύση των πάντων και τις ιδιότητες του κοσμικού πληθωρισμού. Δεν υπάρχει κανένας γνωστός τρόπος να το μετρήσετε, όπως δεν υπάρχει τρόπος να μετρήσετε το μη παρατηρήσιμο μέρος του Σύμπαντός μας. Ωστόσο, οι δύο θεωρίες που τη διέπουν, ο πληθωρισμός και η κβαντική φυσική, έχουν αποδειχθεί ότι είναι έγκυρες. Εάν έχουν δίκιο, τότε το multiverse είναι αναπόφευκτη συνέπεια αυτού, και ζούμε σε αυτό.

Η ιδέα του multiverse δηλώνει ότι υπάρχει ένας αυθαίρετα μεγάλος αριθμός κόσμων όπως το δικό μας, αλλά αυτό δεν σημαίνει απαραίτητα ότι υπάρχει μια άλλη εκδοχή μας εκεί έξω, και σίγουρα δεν σημαίνει ότι υπάρχει πιθανότητα να αντιμετωπίσετε μια εναλλακτική έκδοση του εαυτού σας … Ή οτιδήποτε άλλο από ένα άλλο Σύμπαν. LEE DAVY / FLICKR

Και λοιπόν? Αυτό δεν είναι πολύ, έτσι; Υπάρχουν πολλές θεωρητικές συνέπειες που είναι αναπόφευκτες, αλλά για τις οποίες δεν μπορούμε να γνωρίζουμε με βεβαιότητα γιατί δεν μπορούμε να τις δοκιμάσουμε. Το multiverse είναι ένα σε μια μεγάλη σειρά από αυτά. Δεν είναι ιδιαίτερα χρήσιμη πραγματοποίηση, αλλά μια ενδιαφέρουσα πρόβλεψη που δεν εμπίπτει σε αυτές τις θεωρίες.

Γιατί λοιπόν τόσοι πολλοί θεωρητικοί φυσικοί γράφουν εργασίες για το multiverse; Σχετικά με τα παράλληλα σύμπαντα και τη σύνδεσή τους με τα δικά μας μέσω αυτού του πολλαπλού κόσμου; Γιατί ισχυρίζονται ότι το σύμπαν συνδέεται με το τοπίο χορδών, την κοσμολογική σταθερά, ακόμη και με το γεγονός ότι το Σύμπαν μας είναι συντονισμένο για τη ζωή;

Επειδή παρόλο που είναι προφανώς μια κακή ιδέα, δεν έχουν καλύτερες.

Το τοπίο των χορδών μπορεί να είναι μια συναρπαστική ιδέα που είναι γεμάτη θεωρητικές δυνατότητες, αλλά δεν προβλέπει τίποτα που μπορούμε να παρατηρήσουμε στο Σύμπαν μας. Αυτή η ιδέα της ομορφιάς, με κίνητρο την επίλυση «αφύσικων» προβλημάτων, δεν αρκεί από μόνη της για να φτάσει στο επίπεδο που απαιτείται από την επιστήμη. ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΑΜΠΡΙΔΙΟΥ

Στο πλαίσιο της θεωρίας χορδών, υπάρχουν ένα τεράστιο σύνολο παραμέτρων που θα μπορούσαν, κατ 'αρχήν, να πάρουν σχεδόν οποιαδήποτε τιμή. Η θεωρία δεν κάνει καμία πρόβλεψη γι 'αυτούς, οπότε πρέπει να τις βάλουμε στο χέρι: τις τιμές προσδοκίας της κενής χορδής. Αν έχετε ακούσει για απίστευτα μεγάλους αριθμούς όπως το φημισμένο 10500 που εμφανίζεται στη θεωρία χορδών, οι πιθανές τιμές του κενού συμβολοσειράς είναι αυτές που αναφέρονται. Δεν ξέρουμε τι είναι ή γιατί έχουν τις αξίες που κάνουν. Κανείς δεν ξέρει πώς να τα υπολογίσει.

Μια αναπαράσταση των διαφορετικών παράλληλων «κόσμων» που μπορεί να υπάρχουν σε άλλες τσέπες του multiverse.PUBLIC DOMAIN

Έτσι, αντίθετα, ορισμένοι λένε ότι "είναι το πολυσύμπαν!" Η γραμμή σκέψης έχει ως εξής:

  • Δεν γνωρίζουμε γιατί οι θεμελιώδεις σταθερές έχουν τις τιμές που έχουν.
  • Δεν ξέρουμε γιατί είναι οι νόμοι της φυσικής.
  • Η θεωρία χορδών είναι ένα πλαίσιο που θα μπορούσε να μας δώσει τους νόμους της φυσικής μας με τις θεμελιώδεις σταθερές μας, αλλά θα μπορούσε να μας δώσει άλλους νόμους ή / και άλλες σταθερές.
  • Επομένως, εάν έχουμε ένα τεράστιο πολυσύμπαν, όπου πολλές διαφορετικές περιοχές έχουν διαφορετικούς νόμους ή / και σταθερές, μία από αυτές θα μπορούσε να είναι δική μας.

Το μεγάλο πρόβλημα είναι ότι όχι μόνο αυτό είναι εξαιρετικά κερδοσκοπικό, αλλά δεν υπάρχει κανένας λόγος, δεδομένου του πληθωρισμού και της κβαντικής φυσικής που γνωρίζουμε, να υποθέσουμε ότι ένας διογκούμενος χωροχρόνος έχει διαφορετικούς νόμους ή σταθερές σε διαφορετικές περιοχές.

Δεν εντυπωσιάσατε με αυτή τη λογική; Ούτε πρακτικά κανένας άλλος.

Πόσο πιθανό ή απίθανο ήταν το Σύμπαν μας να δημιουργήσει έναν κόσμο σαν τη Γη; Και πόσο εύλογο θα ήταν αυτές οι πιθανότητες αν οι θεμελιώδεις σταθερές ή οι νόμοι που διέπουν το Σύμπαν μας ήταν διαφορετικοί; Ένα τυχερό σύμπαν, από το εξώφυλλο του οποίου λήφθηκε αυτή η εικόνα, είναι ένα τέτοιο βιβλίο που διερευνά αυτά τα ζητήματα. GERAINT LEWIS ΚΑΙ LUKE BARNES

Όπως εξήγησα προηγουμένως, το Multiverse δεν είναι από μόνο του μια επιστημονική θεωρία. Αντίθετα, είναι μια θεωρητική συνέπεια των νόμων της φυσικής, όπως κατανοούνται καλύτερα σήμερα. Είναι ίσως ακόμη και μια αναπόφευκτη συνέπεια αυτών των νόμων: εάν έχετε ένα πληθωριστικό Σύμπαν που διέπεται από την κβαντική φυσική, αυτό είναι κάτι που είστε σχεδόν υποχρεωμένοι να καταλήξετε. Αλλά - όπως και η θεωρία του String - έχει κάποια μεγάλα προβλήματα: δεν προβλέπει τίποτα που είτε έχουμε παρατηρήσει και δεν μπορεί να εξηγήσει χωρίς αυτό, και δεν προβλέπει τίποτα οριστικό που μπορούμε να πάμε και να αναζητήσουμε.

Οπτικοποίηση ενός υπολογισμού της κβαντικής θεωρίας πεδίου που δείχνει εικονικά σωματίδια στο κβαντικό κενό. Ακόμη και σε κενό χώρο, αυτή η ενέργεια κενού είναι μηδενική. Είτε έχει την ίδια, σταθερή αξία σε άλλες περιοχές του multiverse είναι κάτι που δεν μπορούμε να γνωρίζουμε, αλλά δεν υπάρχει κανένα κίνητρο για να είναι έτσι. DEREK LEINWEBER

Σε αυτό το φυσικό Σύμπαν, είναι σημαντικό να παρατηρήσουμε ό, τι μπορούμε και να μετρήσουμε κάθε κομμάτι της γνώσης που μπορούμε να συλλέξουμε. Μόνο από την πλήρη γκάμα διαθέσιμων δεδομένων μπορούμε να ελπίζουμε να βγάλουμε πάντα έγκυρα, επιστημονικά συμπεράσματα σχετικά με τη φύση του Σύμπαντός μας. Μερικά από αυτά τα συμπεράσματα θα έχουν συνέπειες που ενδέχεται να μην μπορούμε να μετρήσουμε: η ύπαρξη του πολυσύμπαντος προκύπτει από αυτό. Αλλά όταν οι άνθρωποι ισχυρίζονται ότι μπορούν να εξαγάγουν συμπεράσματα σχετικά με τις θεμελιώδεις σταθερές, τους νόμους της φυσικής ή τις αξίες των κενών χορδών, δεν κάνουν πλέον επιστήμη. εικάζουν. Η ευσεβής σκέψη δεν υποκαθιστά δεδομένα, πειράματα ή παρατηρήσιμα. Μέχρι να τα έχουμε, να γνωρίζετε ότι το multiverse είναι συνέπεια της καλύτερης επιστήμης που διαθέτουμε σήμερα, αλλά δεν κάνει επιστημονικές προβλέψεις που μπορούμε να δοκιμάσουμε.

Ελπίζω αυτό να φέρει κάποια σημασία στο θέμα Αστροφυσική ..

Jyotiraditya