13,8 miljardia vuotta sitten maailmankaikkeus alkoi kuumalla isolla räjähdyksellä. Siitä lähtien se on laajentunut ja jäähtynyt nykypäivään asti. Näkemyksemme mukaan voimme havaita maailmankaikkeuden 46 miljardin vuoden säteellä valon nopeuden rajoittamisen ja maailmankaikkeuden laajenemisen ansiosta. Ja vaikka tämä etäisyys on valtava, se on rajallinen. Mutta tämä on vain osa, jonka näemme. Mikä on sen ulkopuolella, ja onko mahdollista, että siellä on ääretön?
Adam Stevens haluaa tietää:
Mitä mieltä olet maailmankaikkeuden äärettömyydestä? Monet kosmologit ovat kertoneet minulle, että maailmankaikkeuden äärettömyyttä ei ole todistettu. Kuinka tämä voidaan todistaa empiirisesti?
Ensinnäkin voimme oppia enemmän kuin mitä näemme 46 miljardin valovuoden sisällä.
Mitä kauemmaksi katsomme mihinkään suuntaan, sitä kauemmas tarkastelemme ajan syvyyksiä. Lähin galaksi, joka sijaitsee 2,5 miljoonan valovuoden päässä meistä, on meille näkyvissä kuin se oli 2,5 miljoonaa vuotta sitten, koska valo kulkee sieltä silmiimme heti, kun se emittoituu. Kauemmat galaksit ovat meille näkyviä, koska ne olivat kymmeniä miljoonia, satoja miljoonia tai jopa miljardeja vuosia sitten. Vielä kauemmas, olemme nähneet maailmankaikkeuden valon sen nuorempien aikojen jälkeen. Joten jos tarkastelemme 13,8 miljardia vuotta sitten säteilytettyä valoa, Big Bang -jäännöstä, näemme jäännössäteilyn.
Vaihtelukuvio on erittäin hämmentävä, keskimääräisillä lämpötiloilla on eri kulma-asteikot. Se salaa myös valtavan määrän tietoa maailmankaikkeudesta, mukaan lukien uskomattoman tosiasian: sikäli kuin voimme arvioida, avaruudessa ei ole kaarevuutta, ts. Se on tasainen. Jos avaruudessa olisi positiivinen kaarevuus, ikään kuin eläisimme nelidimensioisen pallon pinnalla, näkisimme etäisten valonsäteiden lähentymisen. Jos sillä olisi negatiivinen kaarevuus, kuten neliulotteisen satulan pinnalla, näkisimme kaukana olevat valonsäteet. Sen sijaan valonsäteet liikkuvat kuten ne tapahtuivat, ja heilahtelut kertovat meille ihanteellisesta tasosta.
Tietokokonaisuudesta, joka liittyy reliktin säteilyyn ja maailmankaikkeuden laaja-alaisiin rakenteisiin (saatavissa tutkimalla baryoniakustisia värähtelyjä), voimme päätellä, että jos maailmankaikkeus on äärellinen ja suljettu itsessään, sen on oltava vähintään 250 kertaa suurempi kuin mitä voimme nähdä. Koska elämme kolmessa ulottuvuudessa, säteen kasvu 250 kertaa tarkoittaa tilavuuden kasvua 250 ^ 3 kertaa tai 15 miljoonaa kertaa enemmän tilaa. Mutta tämä ei vieläkään ole ääretön määrä. Vähimmäisarvio maailmankaikkeuden koosta on 11 biljoonaa valovuotta kaikkiin suuntiin, mikä on kauheaa, mutta silti ei ääretön.
On syytä uskoa, että se on vielä suurempi. Kuuma Big Bang voi merkitä havaittavan maailmankaikkeuden alkua, mutta ei tilan ja ajan syntyä. Ennen isoa iskua maailmankaikkeus oli käymässä läpi kosmisen inflaation ajanjakson. Sen sijaan, että olisi täynnä ainetta ja säteilyä ja olisi kuuma, universumi oli:
Mainosvideo:
• oli täynnä itse avaruuteen ominaista energiaa, • laajentunut eksponentiaalisella nopeudella, • loi uuden tilan niin nopeasti, että pienin fyysinen koko, Planckin pituus, venytti maailmankaikkeuden kokoon, jota havaitaan tänään jokaisen 10 ^ -32 sekunnin välein.
Universumialueellamme inflaatio on todella ohi. Mutta on olemassa useita kysymyksiä, joihin vastauksia meille ei tunneta, joilla on valtava vaikutus maailmankaikkeuden kokoon ja sen äärellisyyteen tai äärettömyyteen.
1) Minkä kokoinen maailmankaikkeuden osa oli inflaation jälkeen, joka aiheutti kuuman Ison Paineemme? Tarkastelemalla nykypäivän maailmankaikkeutta ja Big Bang -jälkeisen hehkuvaiheen homogeenisuutta, maailmankaikkeuden läheisyyttä tasoon, maailmankaikkeuden laajuuden vaihteluita kaikissa mittakaavoissa jne., Jne., Voimme oppia paljon. Voimme laskea energian asteikon ylärajan, jolla inflaatio tapahtui, kuinka paljon inflaatio on lisännyt maailmankaikkeutta, kuinka alhainen inflaation kesto. Mutta se laajentuvan maailmankaikkeuden tasku, josta meidän osamme on kotoisin, voisi hyvin ylittää alarajan! Se voi olla satoja, miljoonia, googoleja kertaa suurempi kuin mitä voimme havaita - tai olla todella ääretön. Ilman kykyä tarkkailla enemmän kuin meillä on nyt käytettävissä, emme saa tarpeeksi tietoa vastaamaan tähän kysymykseen.
2) Onko ajatus "ikuisesta inflaatiosta" oikea? Jos tarkastellaan sitä mahdollisuutta, että inflaatio on kvanttikenttä, milloin tahansa eksponentiaalisessa laajentumisessa on mahdollista, että inflaatio loppuu, mikä johtaa isoon räjähdykseen, ja todennäköisyys, että inflaatio jatkuu, jolloin syntyy enemmän tilaa. Tällaiset laskelmat ovat meille saatavilla (tiettyjen oletusten puitteissa), ja ne johtavat johtopäätökseen: jos tarvitsemme riittävästi inflaatiota ennen havaittavan universumin luomista, inflaatio luo aina enemmän tilaa, joka jatkaa kasvuaan, toisin kuin osissa, joissa se loppuu ja tulee olemaan iso räjähdys. Ja vaikka havaittavissa oleva universumimme olisi voinut ilmestyä alueemme inflaation päättymisen jälkeen 13,8 miljardia vuotta sitten, on alueita, joilla inflaatio jatkuu - ja luo yhä enemmän tilaa,ja tuottaa yhä enemmän Big Bangs - tähän päivään saakka. Tätä ajatusta kutsutaan ikuiseksi inflaatioksi, ja se on yleisesti hyväksytty fyysisessä yhteisössä. Joten kuinka suuri on koko tarkkailematon maailmankaikkeus tänään?
3) Kuinka kauan inflaatio kesti ennen kuin se päättyi ja iso räjähdys tapahtui? Meillä on pääsy vain inflaatiokauden ja kuuman Ison Paineemme lopulla luomaan universumiin. Tiedämme, että inflaation olisi pitänyt jatkua ainakin 10–32 s, mutta todennäköisesti se jatkui pidempään. Mutta kuinka paljon? Sekuntia? Vuotta? Miljardeja vuosia? Äärettömän? Onko maailmankaikkeus aina ollut inflaation alainen? Alkoi inflaatio? Tuliko se aikaisemmasta tilasta, joka kesti ikuisesti? Tai ehkä tila ja aika syntyivät mistään rajoitetun ajan sitten? Mahdollisuuksia on monia, mutta vastausta ei voida varmentaa tällä hetkellä.
Parhaiden havaintojen perusteella tiedämme, että maailmankaikkeus on paljon suurempi kuin havaittavissa oleva osa. Epäilemme, että entistä suurempi osa maailmankaikkeudesta leviää näiden rajojen ulkopuolelle, samoin kuin meidän, samoilla fysiikan laeilla, rakennetyypeillä (tähdet, galaksit, klusterit, filamentit, tyhjät alueet jne.) Ja samoilla mahdollisuuksilla kompleksiin elämä. Kuplan, jossa inflaatio on päättynyt, on oltava rajallinen, ja suuremman, laajentuvan avaruusajan on sisällettävä eksponentiaalisesti valtava määrä tällaisia kuplia. Mutta vaikka tämä koko maailmankaikkeus tai Multiverse olisi niin uskomattoman valtava, se ei välttämättä ole ääretön. Itse asiassa, jos inflaatio ei kestänyt loputtomiin, maailmankaikkeuden on oltava rajallinen.
Mutta suurin ongelma on, että meillä on pääsy vain tietoihin, jotka sisältyvät maailmankaikkeuden havaittavissa olevaan osaan, näihin 46 miljardiin valovuoteen kaikkiin suuntiin. Vastaus suurimpaan kysymykseen - onko maailmankaikkeus äärellinen vai ääretön - voidaan koodata maailmankaikkeuteen, mutta emme pääse käsittämään riittävän suurta osaa siitä tietää. Ennen kuin joko ratkaisemme tämän kysymyksen tai keksimme taitava tavan laajentaa fysiikan mahdollisuuksia, kaikki tämä on mahdollisuuksien vallassa.