Universumi on siellä missä se aina oli ja tulee aina olemaan. Ainakin se mitä meille kerrottiin, ja se seuraa sanasta "Universe". Mutta riippumatta maailmankaikkeuden todellisesta luonteesta, kykymme kerätä tietoa siitä on pohjimmiltaan rajoitettu. Suuresta räjähdyksestä on kulunut 13,8 miljardia vuotta, ja tiedon kulkunopeus - lopullinen nopeus, valon nopeus - on rajoitettu. Siksi, vaikka koko maailmankaikkeus voi olla todella rajaton, havaittavissa oleva maailmankaikkeus ei ole.
Teoreettisen fysiikan johtavien ideoiden mukaan maailmankaikkeus voi olla yksi pieni alue valtavasta monista universumista, joita voi olla äärettömän paljon. Jotkut näistä ideoista ovat todella tieteellisiä, ja jotkut ovat puhtaasti spekulatiivisia, toiveajattelua. Otetaan oppia erottamaan ne. Mutta ensin pieni tausta.
Onko useita maailmankaikkeuksia?
Nykyaikainen maailmankaikkeus tarjoaa meille mielenkiintoisia tosiasioita, jotka on erittäin helppo havaita ja tarkistaa ainakin maailmanluokan tieteellisten esineiden avulla. Tiedämme, että maailmankaikkeus laajenee: voimme mitata galaksien ominaisuudet, selvittää niiden etäisyyden ja nopeuden siirtyä pois meistä. Mitä kauempana ne ovat, sitä nopeammin ne poistetaan. Yleisen relatiivisuuden suhteen tämä tarkoittaa, että maailmankaikkeus laajenee.
Ja jos maailmankaikkeus laajenee tänään, se tarkoittaa, että se oli aiemmin pienempi ja tiheämpi. Jos mennään tarpeeksi syvälle aiemmin, huomaat, että se oli myös homogeenisempi (koska painovoima vei aikaa kerätä kaikkea paaluihin) ja kuumempi (koska lyhyemmät valon aallonpituudet tarkoittavat korkeampia energioita ja lämpötiloja). Tämä tuo meidät takaisin isoon räjähdykseen.
Mutta iso räjähdys ei ollut maailmankaikkeuden alku. Voimme katsoa menneisyyteen vain tiettyyn ajankohtaan saakka, jonka jälkeen Ison räjähdyksen ennusteet lakkaavat totta. Universumissa on useita havaintoja asioista, joita Big Bang ei selitä, mutta kosmisen inflaation teoria tekee.
Mainosvideo:
1980-luvulla kehitettiin useita inflaation teoreettisia vaikutuksia, mukaan lukien:
- miltä suurten rakenteiden siementen tulisi näyttää;
- lämpötilan ja tiheyden vaihtelun on oltava asteikolla, joka ylittää kosmisen horisontin;
- että kaikilla avaruusalueilla, myös heilahteluilla, on oltava jatkuva entropia;
- tulisi olla suurin räjähdys, jonka Big Bang saavuttaa.
1990-, 2000- ja 2010-luvuilla nämä neljä ennustetta vahvistettiin havainnollisesti suurella tarkkuudella. Kosminen inflaatio on voittamassa.
Inflaatio kertoo meille, että ennen isoa räjähdystä maailmankaikkeus ei ollut täynnä hiukkasia, hiukkasten vastaisia aineita ja säteilyä. Sen sijaan se oli täynnä itse avaruuteen ominaista energiaa, ja tämä energia aiheutti avaruuden laajentumisen nopeasti, vääjäämättä ja eksponentiaalisesti. Jossain vaiheessa inflaatio päättyi ja koko (tai melkein kaikki) tämä energia osoittautui muuttuneeksi aineeksi ja energiaksi, mikä käynnisti kuuman Ison Paudan. Inflaation loppuminen merkitsi ison räjähdyksen alkua. Eli siellä oli iso räjähdys, mutta ei aivan alussa.
Jos tämä olisi koko tarina, meillä olisi käsissämme yksi erittäin suuri maailmankaikkeus. Sen ominaisuudet olisivat samat kaikkialla, lait ovat samat, ja osat, jotka olivat näkyvän horisontin ulkopuolella, olisivat samanlaisia kuin paikka, jossa olemme, mutta olisi mahdotonta kutsua niitä useiksi maailmankaikkeuksiksi.
Eli se ei olisi mahdollista, ennen kuin muistat, että kaiken fyysisesti olemassa olevan on oltava luonteeltaan kvantti. Jopa inflaation ja sitä ympäröivien tuntemattomien on oltava kvanttikenttä.
Jos tarvitset inflaatiota, jotta sinulla olisi kvanttikenttien ominaisuuksia:
- sen ominaisuuksissa on oltava niihin liittyviä epävarmuustekijöitä;
- kenttä on kuvailtava aaltofunktiolla;
- kenttäarvot venyvät ajan myötä;
sitten teet epätavallisen johtopäätöksen.
Inflaatio ei päättynyt kaikkialle samaan aikaan, vaan erillisissä, valituissa, itsenäisissä paikoissa, kun taas niiden välinen tila jatkoi turvotusta. Avaruudessa on oltava useita valtavia avaruusalueita, joissa inflaatio loppuu ja Big Bang alkaa, mutta niitä ei tapahdu koskaan, koska ne ovat erotettu turpoavan tilan alueilla. Käynnistymisen jälkeen inflaatio jatkuu varmasti ja toistaiseksi, ainakin joissain paikoissa.
Kun inflaatio loppuu, meillä on iso räjähdys. Se osa maailmankaikkeutta, jota havaitsemme, on vain osa sitä aluetta, jolla inflaatio on päättynyt, jonka ulkopuolella on paljon tarkkailematonta maailmankaikkeutta. Ja on valtava määrä alueita, jotka jakautuvat keskenään ja joilla on täsmälleen sama historia.
Tämä on ajatus useasta universumista. Kuten näette, se perustuu teoreettisen fysiikan kahteen riippumattomaan, vakiintuneeseen ja laajalti hyväksyttyyn näkökohtaan: kaiken kvanttiluonteeseen ja kosmisen inflaation ominaisuuksiin. Sitä ei ole mitattavissa eikä maailmankaikkeuden havaittavissa olevaa osaa voida mitata. Mutta kaksi sen taustalla olevaa teoriaa, inflaatio ja kvanttifysiikka, ovat osoittaneet arvonsa. Jos ne ovat oikein, useat maailmankaikkeudet ovat tämän väistämätön seuraus, ja me elämme niissä.
Mitä sitten? On monia teoreettisia vaikutuksia, jotka ovat väistämättömiä, mutta joita emme voi tietää varmasti, koska emme voi vahvistaa niitä. Useat universumit ovat yksi tällainen seuraus. Ei siitä, että se olisi hyödyllistä, se on vain mielenkiintoinen ennuste, joka tulee teorioista.
Miksi niin monet teoreettiset fyysikot kirjoittavat kirjoja useista maailmankaikkeuksista? Aiheesta rinnakkaisuniversumit ja niiden suhde omaamme? Miksi he väittävät, että useita maailmankaikkeuksia on sidottu merkkijonoihin, kosmologiseen vakioon ja siihen, että maailmankaikkeuksemme on ihanteellisesti viritetty elämää varten?
Koska heillä ei ole parempia ideoita.
Merkkijonoteorian yhteydessä on olemassa valtava luettelo parametreista, joilla voi periaatteessa olla melkein mikä tahansa arvo. Tämä teoria ei tee heille mitään ennusteita, joten meidän on pakko selvittää heidän merkityksensä merkkijonon vacua yhteydessä. Jos olet kuullut uskomattoman suurista lukumääristä, kuten kuuluisasta 10 - 500 voimasta, jotka esiintyvät jousiteoriassa, ne viittaavat kielen vacua mahdollisiin merkityksiin. Emme vielä tiedä, mitä he ovat tai miksi heillä on sellainen merkitys. Kukaan ei osaa laskea niitä.
Joten sen sijaan, että sanotisi: "Nämä ovat useita universumeja!", Ihmiset ajattelevat näin:
- Emme tiedä, miksi perusvakiot omaavat arvot, joita he tekevät.
- Emme tiedä, miksi fysiikan lait ovat sellaisia kuin ne ovat.
- Jousteoria on kehys, joka voisi tarjota fysiikkalakeille perusvakiomme, samoin kuin antaa meille muita lakeja tai vakioita.
- Joten jos meillä on valtavia useita universumeja, joissa eri alueilla on erilaiset lait ja vakiot, yksi niistä voi olla meidän.
Ongelmana on, että kaikki tämä ei ole pelkästään spekulatiivista, mutta inflaatioon ja kvanttifysiikkaan nähden ei ole syytä uskoa, että avaruus-ajan paisuudella on erilaiset lait tai vakiot eri alueilla.
Etkö pidä tästä lähestymistavasta päättelyyn? Ja kukaan ei pidä siitä.
Kuten olemme jo todenneet, useat maailmankaikkeudet eivät itsessään ole tieteellistä teoriaa. Pikemminkin se on fysiikan lakien teoreettinen seuraus niiden ymmärryksessä. Vaikka sinulla olisi inflaatiouniversumi, jota ohjaa kvanttifysiikka, sinut kiinni siihen. Mutta - kuten jousiteoriassa - sillä on ongelmia: se ei ennusta mitään, mitä havaitsimme, eikä voinut selittää ilman sitä, eikä myöskään ennusta mitään konkreettista, jota voisimme mennä katsomaan.
Tässä fyysisessä maailmankaikkeudessa on tärkeää tarkkailla kaikkea mitä pystymme ja kerätä kerrallaan kaikki tiedot, joista meillä on pääsy. Ainoastaan täydellisestä tietojoukosta, jonka toivomme olevan oikein, on mahdollista tehdä tieteellisiä arvioita maailmankaikkeuden luonteesta. Joillakin näistä havainnoista on seurauksia, joita emme voi mitata ja todistaa: esimerkiksi monien universumien olemassaolo. Mutta kun ihmiset puhuvat perustavanlaatuisista vakioista, fysiikan laeista, merkkijonon tyhjiön arvoista, he eivät harjoita tiedettä, he puhuvat vain. Voit juoruttaa useista maailmankaikkeuksista niin paljon kuin haluat ja lainata esimerkiksi tällaisten teoreetikkojen merkittäviä teoksia, mutta et voi tehdä siitä tieteellistä näkemystä.
Ilja Khel