Vesmír Multiverse | Paralelný vesmír Vesmírny čas Teória veľkého tresku

Existuje veľké množstvo vedeckých dôkazov, ktoré podporujú obraz rozširujúceho sa vesmíru a Veľkého tresku. Celá masová energia Vesmíru bola uvoľnená v prípade trvajúcom menej ako 10 ^ -30 sekúnd; najenergickejšia vec, ktorá sa kedy vyskytla v histórii nášho vesmíru. NASA / GSFC

Od Veľkého tresku to bolo len 13,8 miliárd rokov a maximálna rýchlosť, ktorou môžu akékoľvek informácie cestovať - ​​rýchlosť svetla - je konečná. Aj keď celý vesmír sám o sebe môže byť skutočne nekonečný, pozorovateľný vesmír je obmedzený. Podľa vedúcich myšlienok teoretickej fyziky však môže byť náš vesmír iba jedným nepatrným regiónom omnoho väčšieho multivesmíru, v ktorom je obsiahnutých mnoho vesmírov, možno aj nekonečné množstvo. Niektoré z nich sú skutočnou vedou, ale niektoré nie sú nič viac ako špekulatívne a zbožné želania. Tu je návod, ako zistiť, ktorá je ktorá. Najprv však trochu zázemie.

Vesmír dnes o ňom obsahuje niekoľko faktov, ktoré je relatívne ľahké, aspoň s vedeckými zariadeniami svetovej úrovne, pozorovať. Vieme, že vesmír sa rozširuje: môžeme merať vlastnosti galaxií, ktoré nás učia tak ich vzdialenosť, ako aj rýchlo, ako sa zdá, že sa od nás vzdialia. Čím ďalej sú, tým rýchlejšie ustupujú. V kontexte všeobecnej relativity to znamená, že sa vesmír rozširuje.

A ak sa vesmír rozširuje dnes, znamená to, že bol v minulosti menší a hustejší. Extrapolujte späť dosť ďaleko a zistíte, že veci sú tiež jednotnejšie (pretože gravitácia vyžaduje čas, aby sa veci zhlukovali) a teplejšie (pretože menšie vlnové dĺžky pre svetlo znamenajú vyššie energie / teploty). To nás vedie späť k Veľkému tresku.

Ilustrácia našej kozmickej histórie od Veľkého tresku po súčasnosť v kontexte rozširujúceho sa vesmíru. Prvá Friedmannova rovnica popisuje všetky tieto epochy, od inflácie po Veľký tresk po súčasnosť a ďaleko do budúcnosti, úplne presne aj dnes.NASA / WMAP SCIENCE TEAM

Ale Veľký tresk nebol úplným začiatkom vesmíru! Môžeme extrapolovať späť do určitej epochy v čase skôr, ako dôjde k rozpadu predpovedí Veľkého tresku. Vo vesmíre pozorujeme niekoľko vecí, ktoré Veľký tresk nevie vysvetliť, ale nová teória, ktorá vytvára Veľký tresk - kozmická inflácia - to môže.

Kvantové výkyvy, ktoré sa vyskytujú počas inflácie, sa tiahnu po celom vesmíre a keď inflácia skončí, stanú sa fluktuáciami hustoty. To v priebehu času vedie k rozsiahlej štruktúre vo vesmíre, ako aj k kolísaniu teploty pozorovanému v CMB.E. SIEGEL, S OBRÁZKAMI ZÍSKANÝMI Z ESA / PLANCK A SILNÉHO ÚNIKU DOE / NASA / NSF V OBLASTI VÝSKUMU CMB

V 80. rokoch sa vypracovalo veľké množstvo teoretických dôsledkov inflácie vrátane:

  • ako by mali vyzerať semená pre rozsiahlu štruktúru,
  • že kolísanie teploty a hustoty by malo existovať na mierkach väčších ako kozmický horizont,
  • že všetky oblasti vesmíru, aj keď majú výkyvy, by mali mať konštantnú entropiu,
  • a že horúci Veľký tresk by mal dosiahnuť maximálnu teplotu.

V deväťdesiatych, dvadsiatych a tridsiatych rokoch boli tieto štyri predpovede pozorne potvrdené s veľkou presnosťou. Kozmická inflácia je víťazom.

Inflácia spôsobuje exponenciálne rozširovanie priestoru, čo môže veľmi rýchlo viesť k tomu, že sa akýkoľvek plochý alebo zakrivený priestor objaví už skôr. Ak je vesmír zakrivený, má polomer zakrivenia, ktorý je minimálne stokrát väčší ako to, čo môžeme pozorovať. SIEGEL (L); NED WRIGHT'S COSMOLOGY TUTORIAL (R)

Inflácia nám hovorí, že pred Veľkým treskom nebol vesmír naplnený časticami, antičasticami a žiarením. Namiesto toho bola plná energie, ktorá je vlastná samotnému vesmíru, a táto energia spôsobila, že sa priestor rozširoval rýchlym, neúprosným a exponenciálnym tempom. V určitom okamihu končí inflácia a všetka (alebo takmer všetka) táto energia sa premení na hmotu a energiu, čo vedie k horúcemu Veľkému tresku. Koniec inflácie a to, čo sa nazýva opätovné zahrievanie nášho vesmíru, predstavuje začiatok horúceho veľkého tresku. Veľký tresk sa stále deje, ale nie je to len začiatok.

Inflácia predpovedá existenciu obrovského množstva nepozorovateľného Vesmíru za časťou, ktorú môžeme pozorovať. Ale dáva nám to ešte viac. SIEGEL / ZA GALAXY

Keby to bol celý príbeh, mali by sme len jeden mimoriadne veľký vesmír. Všade by malo rovnaké vlastnosti, všade rovnaké zákony a časti, ktoré boli mimo nášho viditeľného horizontu, by boli podobné tomu, kde sme, ale oprávnene by sa to nedalo nazvať multiverse.

Kým si teda nezabudnete, že všetko, čo existuje fyzicky, musí byť svojou podstatou kvantové. Dokonca aj inflácia so všetkými neznámymi okolnosťami musí byť kvantovým poľom.

Kvantová povaha inflácie znamená, že končí v niektorých „vreckách“ vesmíru a pokračuje v iných. Musí zbohatnúť do metaforického kopca a do údolia, ale ak ide o kvantové pole, šírenie znamená, že v niektorých regiónoch skončí, zatiaľ čo v iných pokračuje. SIEGEL / ZA GALAXY

Ak potom požadujete, aby inflácia mala vlastnosti, ktoré majú všetky kvantové polia:

  • že ich vlastnosti majú s nimi spojené neistoty,
  • že pole je charakterizované vlnovou funkciou,
  • a hodnoty tohto poľa sa môžu časom rozšíriť,

dosiahnete prekvapivý záver.

Kdekoľvek dochádza k inflácii (modré kocky), vedie k exponenciálne väčšiemu počtu oblastí vesmíru s každým krokom vpred v čase. Aj keď existuje veľa kociek, kde inflácia končí (červené Xs), existuje oveľa viac regiónov, v ktorých bude inflácia pokračovať aj v budúcnosti. Skutočnosť, že sa to nikdy neskončí, je to, čo robí infláciu „večnou“, keď sa to začne. SIEGEL / ZA GALAXY

Inflácia nekončí všade naraz, ale skôr vo vybraných, odpojených miestach v akomkoľvek danom čase, zatiaľ čo priestor medzi týmito miestami sa naďalej nafukuje. Tam by malo byť viac obrovských oblastí vesmíru, kde končí inflácia a začína horúci Veľký tresk, ale nikdy sa nemôžu navzájom stretnúť, pretože sú oddelené oblasťami nafukovacieho priestoru. Všade, kde začína inflácia, je zaručené, že budete pokračovať navždy, aspoň na miestach.

Tam, kde pre nás končí inflácia, dostaneme horúci Veľký tresk. Časť vesmíru, ktorú pozorujeme, je iba jednou časťou tohto regiónu, v ktorom inflácia skončila, pričom viac nezaznamenateľného vesmíru je za ním. Existuje však nespočetné množstvo regiónov, ktoré sú navzájom od seba navzájom oddelené a majú rovnaký presný príbeh.

Ilustrácia mnohonásobných nezávislých vesmírov, ktoré sú kauzálne odpojené od seba v stále sa rozširujúcom kozmickom oceáne, je jedným z príkladov Multiverse. V regióne, kde začína Veľký tresk a končí inflácia, bude miera expanzie klesať, zatiaľ čo inflácia bude pokračovať medzi dvoma takýmito regiónmi, a to navždy, čo ich bude oddeľovať.OZYTIVE / VEREJNÁ DOMÉNA

To je myšlienka multivesmíru. Ako vidíte, vychádza z dvoch nezávislých, dobre zavedených a všeobecne akceptovaných aspektov teoretickej fyziky: kvantovej povahy všetkého a vlastností kozmickej inflácie. Neexistuje známy spôsob, ako to zmerať, rovnako ako neexistuje spôsob, ako zmerať nepozorovateľnú časť nášho vesmíru. Ukázalo sa však, že dve teórie, ktoré sú jej základom, inflácia a kvantová fyzika, sú platné. Ak majú pravdu, potom je multivesmír nevyhnutným dôsledkom a my v ňom žijeme.

Mnohorozmerná myšlienka hovorí, že existuje ľubovoľne veľký počet vesmírov, ako sú tie naše, ale to nevyhnutne neznamená, že tam máme inú verziu, a to určite neznamená, že existuje nejaká šanca naraziť na alternatívnu verziu seba samého. ... alebo čokoľvek z iného vesmíru.LEE DAVY / FLICKR

No a čo? To nie je veľa, však? Existuje veľa teoretických dôsledkov, ktoré sú nevyhnutné, ale o ktorých nemôžeme s istotou vedieť, pretože ich nemôžeme otestovať. Multivesmír je jedným z mnohých z nich. Nie je to zvlášť užitočná realizácia, iba zaujímavá predpoveď, ktorá z týchto teórií odpadne.

Prečo teda píše toľko teoretických fyzikov o multiverzi? O paralelných vesmíroch a ich spojení s našimi vlastnými prostredníctvom tohto multivesmíru? Prečo tvrdia, že multivesmír je spojený so strunovou krajinou, kozmologickou konštantou a dokonca s tým, že náš vesmír je dokonale vyladený na celý život?

Pretože aj keď je to zjavne zlý nápad, nemajú lepšie.

Strunová krajina môže byť fascinujúcim nápadom, ktorý je plný teoretického potenciálu, ale nepredpovedá nič, čo by sme v našom vesmíre mohli pozorovať. Táto myšlienka krásy, motivovaná riešením „neprirodzených“ problémov, sama osebe nestačí na to, aby sa dostala na úroveň vyžadovanú vedou. UNIVERZITA CAMBRIDGE

V kontexte teórie strún existuje veľké množstvo parametrov, ktoré by v zásade mohli mať takmer akúkoľvek hodnotu. Teória pre nich nepredpokladá žiadne predpovede, preto ich musíme dať ručne: očakávané hodnoty reťazca vakua. Ak ste už počuli o neuveriteľne veľkom počte, ako je napríklad slávny 10500, ktorý sa objavuje v teórii strún, možné hodnoty reťazca vakua sú tým, o čom hovoria. Nevieme, čo sú alebo prečo majú hodnoty, ktoré robia. Nikto nevie, ako ich počítať.

Reprezentácia rôznych paralelných „svetov“, ktoré by mohli existovať v iných vreckách multiverse.PUBLIC DOMAIN

Namiesto toho niektorí ľudia hovoria „je to multivesmír!“ Linka myslenia je takáto:

  • Nevieme, prečo majú základné konštanty hodnoty, ktoré robia.
  • Nevieme, prečo sú fyzikálne zákony také, aké sú.
  • Teória strún je rámec, ktorý by nám mohol dať naše fyzikálne zákony s našimi základnými konštantami, ale mohol by nám poskytnúť ďalšie zákony a / alebo iné konštanty.
  • Preto, ak máme obrovské mnohoraké prostredie, kde veľa rôznych regiónov má rôzne zákony a / alebo konštanty, jedným z nich by mohol byť náš.

Veľkým problémom je, že nielen to je nesmierne špekulatívne, ale vzhľadom na inflačnú a kvantovú fyziku, ktorú poznáme, nie je dôvod predpokladať, že nafukovací priestoročas má v rôznych regiónoch rôzne zákony alebo konštanty.

Na túto líniu úvah nemáte dojem? Takisto nie je nikto iný.

Aká pravdepodobná alebo nepravdepodobná bola skutočnosť, že náš vesmír vytvorí svet ako Zem? A aké pravdepodobné by boli tieto šance, keby sa základné konštanty alebo zákony, ktorými sa riadi náš vesmír, líšili? Veselý vesmír, z ktorého obalu bol tento obrázok nasnímaný, je jednou z takýchto kníh, ktorá tieto problémy skúma. GERAINT LEWIS AND LUKE BARNES

Ako som už vysvetlil, Multiverse nie je samostatná vedecká teória. Je to skôr teoretický dôsledok fyzikálnych zákonov, ako sa dnes najlepšie rozumie. Je to možno dokonca nevyhnutný dôsledok týchto zákonov: ak máte inflačný vesmír riadený kvantovou fyzikou, je to niečo, s čím by ste sa mali skoro vyrovnať. Ale - podobne ako Stringova teória - má niektoré veľké problémy: nepredpovedá nič, čo sme buď pozorovali, a bez nej nedokážeme vysvetliť, a nepredpovedá nič definitívne, čo by sme mohli hľadať.

Vizualizácia výpočtu teórie kvantového poľa ukazujúceho virtuálne častice v kvantovom vákuu. Dokonca aj v prázdnom priestore je táto vákuová energia nenulová. Či to má rovnakú konštantnú hodnotu v iných oblastiach multivesmíru, je niečo, čo nevieme, ale neexistuje žiadna motivácia, aby to tak bolo. DEREK LEINWEBER

V tomto fyzickom vesmíre je dôležité pozorovať všetko, čo vieme, a zmerať každý kúsok vedomia, ktorý môžeme získať. Dúfame, že iba z úplného súboru dostupných údajov budeme môcť dospieť k platným vedeckým záverom o povahe nášho vesmíru. Niektoré z týchto záverov budú mať dôsledky, ktoré možno nebudeme môcť zmerať: z toho vyplýva existencia mnohorakého. Keď však ľudia tvrdia, že môžu vyvodiť závery o základných konštantoch, zákonoch fyziky alebo o hodnotách struny vakua, už nerobia vedu; špekulujú. Zbožné želanie nenahrádza dáta, experimenty alebo pozorovateľné. Pokiaľ ich nemáme, uvedomte si, že multivesmír je dôsledkom najlepšej vedy, ktorú máme dnes k dispozícii, ale neprináša žiadne vedecké predpovede, ktoré by sme mohli vyskúšať.

Dúfam, že by to mohlo priniesť určitý význam téme Astrofyzika.

Jyotiraditya