Yksi maailmankaikkeuden suurimmista kysymyksistä on mistä se kaikki tuli. Kun huomasimme, että taivaan jättiläisspiraalit olivat galakseja, jotka eivät paljon eroa omasta Linnunradastamme, avasimme ensin ymmärtää havaitsemiemme suuruuden. Nämä kaukana olevat “maailmankaikkeuden saaret” eivät ole Linnunradassa: ne ovat miljardeja tai biljoonia tähtiä sisältäviä kokoelmia, joita avaruudessa miljoonia tai miljardeja valovuosia erottaa.
Kun huomasimme, että mitä kauempana galaksi on meistä, sitä nopeammin se lähtee perspektiivistämme, meillä on utelias asia, joka on yhdenmukainen yleisen suhteellisuusteorian kanssa: Ehkäpä galaksit eivät ole siirtymässä pois sijainnistamme, mutta itse avaruuden kangas laajenee. Jos näin on, siis maailmankaikkeuden ei tarvitse vain laajentua, vaan myös jäähtyä, ja valon aallonpituuden on venyttävä alempiin ja alempiin energioihin ajan myötä. Lisäksi voimme ekstrapoloida tämän paitsi eteenpäin myös taaksepäin: aikaan, jolloin maailmankaikkeus oli pienempi.
Tähän suuntaan katsomalla näemme, että maailmankaikkeus oli tiheämpi, kuumempi, laajentunut nopeammin ja pienempi. Hänen varhaisimmassa nuoruudessaan maailmankaikkeus oli niin energinen, että neutraalit atomit repeytyivät toisistaan, ja jopa ennen sitä ne eivät pystyneet muodostamaan edes yksittäisiä atomiytimiä.
Tällaisen kuvan - Ison räjähdyksen - vahvisti jäännössäteilyn havaitseminen, kosmisen mikroaaltotausta, sen spektrin ja heilahtelujen mittaukset sekä siitä lähtien jäljelle jääneiden pääelementtien löytäminen. Mutta niin houkuttelevaa kuin voi olla palata takaisin erittäin kuumaan ja tiheään tilaan, ainutlaatuisuuteen, se on yksinkertaisesti mahdotonta universumissamme.
Näet, että on joitain vakavia ongelmia, joita syntyy, jos yrität palata takaisin niin pitkälle:
- Universumi ei laajeneisi loputtomiin, se ei romahdu sinne, se ei anna tähtijen tai galaksien muodostua, jos alkuperäinen laajenemisnopeus ja energian tiheys eivät olisi täysin tasapainossa.
Mainosvideo:
- Universumilla olisi eri lämpötilat eri suuntiin - mitä emme huomioi - jos jokin ei johtaisi tasaiseen lämpötilan jakautumiseen.
- Universumi olisi täynnä korkean energian jäännöksiä, joita ei ole koskaan löydetty mielivaltaisen ekstrapoloinnin takia menneisyyteen.
Ja jälleen kerran, kun tarkkailemme maailmankaikkeutta, näemme tähdet ja galaksit; hänellä on sama lämpötila kaikkiin suuntiin; korkean energian jäännöksiä ei ole näkyvissä.
Ratkaisu näihin ongelmiin oli kosmisen inflaation teoria, joka korvasi ajatuksen singulaarisuudesta avaruuden eksponentiaalisen laajenemisen ajanjaksolla ja jossa määrättiin sellaisista lähtöolosuhteista, ettei isoa räjähdystä voi olla. Lisäksi inflaatio on antanut kuusi ennustetta siitä, mitä meidän tulisi tarkkailla universumissamme:
- Täysin tasainen maailmankaikkeus.
- Maailmankaikkeus, jonka vaihtelut ovat valoa suurempia, voisi voittaa.
- Universumi, jonka maksimilämpötila ei ole mielivaltaisesti korkea.
- maailmankaikkeus, jonka vaihtelu oli adiabaattista tai yhtä suuri entropia kaikkialla.
- Universumi, jonka heilahteluiden spektri oli hiukan pienempi kuin asteikon invarianttiluonne (n_s <1).
- Lopuksi, maailmankaikkeus, jolla on tietty spektri painovoima-aaltovaihteluita.
Ensimmäinen on vahvistettu, ja kuudes etsitään edelleen.
Seuraava looginen kysymys alkuperästämme on tietysti mistä inflaatio tuli? Oliko tämä valtio iankaikkinen suhteessa menneisyyteen (ts. Sillä ei ollut alkuperää ja se oli aina olemassa) Big Bang -lopun loppuun ja luomiseen saakka? Onko tällä valtiolla alku, kun se ilmaani avaruusajan ei-inflaatiotilasta jonkin tietyn ajankohdan aikana? Vai oliko se suhdannetilassa, kun aika oli lukittu silmukkaan?
Vaikea asia tässä on, että mikään ei voinut havaita universumissamme, mikä antoi meille mahdollisuuden valita yksi näistä kolmesta vaihtoehdosta. Kaikissa paitsi kaikkein kaukaisimmissa inflaatiomalleissa (ja muissa kuin sellaisissa, joita olemme poissulkeneet), maailmankaikkeuteen on vaikuttanut vain viimeiset 10 (-33) sekuntia inflaatiosta. Inflaation eksponentiaalinen luonne poistaa kaikki tiedot, jotka syntyivät ennen sitä, erottaen ne kaikesta, mitä voimme havaita, puhaltaen sen havainnoitavasta universumistamme.
Mutta se, mikä meille jää havaittavissa olevan maailmankaikkeuden muodossa, on valtava: 46 miljardia valovuotta säteellä, 1012 galaksia, 1024 tähteä, 1080 atomia ja noin 1090 fotonia. Mutta nämä numerot, vaikka ne ovat tähtitieteellisiä, ovat rajalliset eivätkä anna meille mitään tietoa siitä, mitä tapahtui maailmankaikkeudessa ennen tätä pientä viimeistä sekunnin murto-osaa inflaatiosta. Voimme tehdä teoreettisia laskelmia yrittääksemme purkaa vielä joitain oletuksia, mutta ne kaikki riippuvat valitusta mallista. Lukuun ottamatta muutamia erityisiä malleja, jotka jättäisivät havaittavissa olevat jalanjäljet universumissamme (useimmissa ei), meillä ei ole mitään tapaa tietää, kuinka - tai edes jos - maailmankaikkeus sai alkunsa.
Tietojen kokonaismäärä, joka meillä on käytettävissä maailmankaikkeudessa, on rajallinen, ja sen mukanaan tietomäärä, jonka voimme saada siitä. On kuitenkin vielä paljon opittavaa, tiede ei tiedä vielä paljon. Mutta joitain asioita, joita emme todennäköisesti koskaan tiedä. Universumi voi olla ääretön, mutta tietojemme siitä ei tule koskaan.