Wszechświat | Multiverse | Wszechświat równoległy | Czas i przestrzeń | Teoria wielkiego podrywu

Istnieje duży zestaw dowodów naukowych, które potwierdzają obraz rozszerzającego się Wszechświata i Wielkiego Wybuchu. Cała energia masowa Wszechświata została uwolniona w czasie trwającym krócej niż 10 ^ -30 sekund; najbardziej energetyczna rzecz, jaka kiedykolwiek miała miejsce w historii naszego Wszechświata. NASA / GSFC

Od Wielkiego Wybuchu minęło zaledwie 13,8 miliarda lat, a maksymalna prędkość, z jaką może poruszać się każda informacja - prędkość światła - jest skończona. Chociaż cały wszechświat może być naprawdę nieskończony, obserwowany wszechświat jest ograniczony. Jednak zgodnie z wiodącymi ideami fizyki teoretycznej nasz Wszechświat może być tylko jednym niewielkim regionem o wiele większym multiwersie, w którym zawarte jest wiele Wszechświatów, być może nawet nieskończona liczba. Niektóre z nich są faktyczną nauką, ale niektóre są niczym innym jak spekulacyjnym, pobożnym życzeniem. Oto jak powiedzieć, który jest który. Ale najpierw trochę tła.

Wszechświat ma dziś kilka faktów na ten temat, które są stosunkowo łatwe do zaobserwowania, przynajmniej przy użyciu światowej klasy zaplecza naukowego. Wiemy, że Wszechświat się rozszerza: możemy mierzyć właściwości galaktyk, które uczą nas zarówno ich odległości, jak i szybkości, z jaką wydają się oddalać od nas. Im dalej są, tym szybciej wydają się oddalać. W kontekście ogólnej teorii względności oznacza to, że Wszechświat się rozszerza.

A jeśli Wszechświat rozszerza się dzisiaj, oznacza to, że był mniejszy i gęstszy w przeszłości. Ekstrapoluj z powrotem wystarczająco daleko, a przekonasz się, że rzeczy są również bardziej jednorodne (ponieważ grawitacja wymaga czasu, aby rzeczy się zbijały) i cieplejsze (ponieważ mniejsze długości fali światła oznaczają wyższe energie / temperatury). To prowadzi nas z powrotem do Wielkiego Wybuchu.

Ilustracja naszej kosmicznej historii, od Wielkiego Wybuchu po teraźniejszość, w kontekście rozszerzającego się Wszechświata. Pierwsze równanie Friedmanna opisuje wszystkie te epoki, od inflacji przez Wielki Wybuch po teraźniejszość i daleką przyszłość, doskonale dokładnie, nawet dzisiaj. ZESPÓŁ NAUKI NASA / WMAP

Ale Wielki Wybuch nie był początkiem Wszechświata! Możemy jedynie ekstrapolować z powrotem do pewnej epoki, zanim prognozy Wielkiego Wybuchu się załamią. Istnieje wiele rzeczy, które obserwujemy we Wszechświecie, których Wielki Wybuch nie może wyjaśnić, ale nowa teoria, która ustanawia Wielki Wybuch - kosmiczna inflacja - może.

Fluktuacje kwantowe występujące podczas inflacji rozciągają się na Wszechświat, a gdy inflacja się kończy, stają się fluktuacjami gęstości. Prowadzi to z czasem do wielkoskalowej struktury we Wszechświecie, a także do wahań temperatury obserwowanych w CMB.E. SIEGEL, Z OBRAZAMI POCHODZONYMI Z ESA / PLANCK I SIŁY ZADANIA INTERAGENCJI DOE / NASA / NSF NA BADANIACH CMB

W latach osiemdziesiątych opracowano wiele teoretycznych konsekwencji inflacji, w tym:

  • jak powinny wyglądać nasiona dla wielkoskalowej struktury,
  • że wahania temperatury i gęstości powinny istnieć na skalach większych niż horyzont kosmiczny,
  • że wszystkie regiony kosmosu, nawet z wahaniami, powinny mieć stałą entropię,
  • i że gorący Big Bang powinien osiągnąć maksymalną temperaturę.

W latach 90., 2000. i 2010. te cztery prognozy zostały potwierdzone obserwacyjnie z wielką precyzją. Kosmiczna inflacja jest zwycięzcą.

Inflacja powoduje, że przestrzeń powiększa się wykładniczo, co może bardzo szybko spowodować, że dowolna wcześniej zakrzywiona lub nierówna przestrzeń będzie wyglądać płasko. Jeśli Wszechświat jest zakrzywiony, ma promień krzywizny co najmniej setki razy większy niż to, co możemy zaobserwować. SIEGEL (L); PODRĘCZNIK KOSMOLOGICZNY NED WRIGHT (R)

Inflacja mówi nam, że przed Wielkim Wybuchem Wszechświat nie był wypełniony cząsteczkami, antycząstkami i promieniowaniem. Zamiast tego była wypełniona energią związaną z samą przestrzenią i ta energia spowodowała, że ​​przestrzeń rozszerzyła się w szybkim, nieustępliwym i wykładniczym tempie. W pewnym momencie inflacja się kończy i cała (lub prawie cała) ta energia zamienia się w materię i energię, powodując gorący wybuch Wielkiego Wybuchu. Koniec inflacji i tak zwane ponowne ogrzanie naszego Wszechświata oznacza początek gorącego Wielkiego Wybuchu. Wielki Wybuch wciąż ma miejsce, ale to nie jest początek.

Inflacja przewiduje istnienie ogromnej objętości nieobserwowalnego Wszechświata poza częścią, którą możemy zaobserwować. Ale daje nam to jeszcze więcej. SIEGEL / BEYOND THE GALAXY

Gdyby to była pełna historia, wszystko, co mielibyśmy, to jeden niezwykle duży Wszechświat. Miałby wszędzie te same właściwości, wszędzie te same prawa, a części, które znajdowały się poza naszym widocznym horyzontem, byłyby podobne do tego, gdzie jesteśmy, ale nie byłoby słusznie nazywane multiwersum.

Dopóki nie zapamiętasz, że wszystko, co istnieje fizycznie, musi mieć z natury charakter kwantowy. Nawet inflacja, z otaczającymi ją wszystkimi niewiadomymi, musi być polem kwantowym.

Kwantowa natura inflacji oznacza, że ​​kończy się ona w niektórych „kieszeniach” Wszechświata, a trwa w innych. Musi stoczyć się ze wzgórza metaforycznego do doliny, ale jeśli jest to pole kwantowe, rozprzestrzenienie oznacza, że ​​zakończy się w niektórych regionach, a będzie kontynuowane w innych. SIEGEL / BEYOND THE GALAXY

Jeśli następnie potrzebujesz inflacji, aby mieć właściwości, które mają wszystkie pola kwantowe:

  • że jego właściwości mają związane z nimi niepewności,
  • że pole jest opisane funkcją falową,
  • a wartości tego pola mogą się rozkładać w czasie,

dochodzisz do zaskakującego wniosku.

Wszędzie tam, gdzie występuje inflacja (niebieskie sześciany), powstaje wykładniczo więcej obszarów przestrzeni kosmicznej z każdym krokiem naprzód w czasie. Nawet jeśli istnieje wiele kostek, w których inflacja się kończy (czerwone X), istnieje znacznie więcej regionów, w których inflacja będzie się utrzymywać w przyszłości. Fakt, że nigdy się to nie kończy, sprawia, że ​​inflacja staje się „wieczna”, gdy się zaczyna. SIEGEL / BEYOND THE GALAXY

Inflacja nie kończy się wszędzie na raz, ale raczej w wybranych, odłączonych lokalizacjach w danym momencie, podczas gdy przestrzeń między tymi lokalizacjami wciąż się powiększa. Powinny istnieć liczne, ogromne regiony kosmiczne, w których kończy się inflacja i rozpoczyna się gorący wybuch, ale nigdy nie mogą się one spotkać, ponieważ są oddzielone regionami napełniania przestrzeni. Gdziekolwiek zaczyna się inflacja, gwarantuje się, że będzie trwała wiecznie, przynajmniej miejscami.

Tam, gdzie kończy się dla nas inflacja, mamy gorący wybuch. Część Wszechświata, którą obserwujemy, jest tylko jedną częścią tego regionu, w którym inflacja się skończyła, a poza tym bardziej nieobserwowalny Wszechświat. Ale istnieje niezliczona ilość regionów, wszystkie oddzielone od siebie, z tą samą dokładną historią.

Ilustracja wielu niezależnych Wszechświatów, przyczynowo odłączonych od siebie w stale powiększającym się kosmicznym oceanie, jest jednym z przedstawień idei Multiwersum. W regionie, w którym rozpoczyna się Wielki Wybuch i kończy się inflacja, tempo ekspansji spadnie, podczas gdy inflacja będzie się utrzymywać między dwoma takimi regionami, na zawsze je oddzielając.

To jest idea multiwersum. Jak widać, opiera się on na dwóch niezależnych, ugruntowanych i powszechnie akceptowanych aspektach fizyki teoretycznej: kwantowej naturze wszystkiego i właściwościach kosmicznej inflacji. Nie ma znanego sposobu na zmierzenie tego, podobnie jak nie ma sposobu na zmierzenie nieobserwowalnej części naszego Wszechświata. Ale udowodniono, że dwie leżące u jego podstaw teorie, inflacja i fizyka kwantowa. Jeśli mają rację, to multiwersum jest nieuniknioną konsekwencją tego i żyjemy w nim.

Pomysł wieloświatowy mówi, że istnieje dowolnie duża liczba Wszechświatów takich jak nasza, ale to niekoniecznie oznacza, że ​​istnieje inna wersja nas, i na pewno nie oznacza, że ​​istnieje szansa na napotkanie alternatywnej wersji ciebie … Lub cokolwiek z innego Wszechświata. LEE DAVY / FLICKR

Więc co? To nie wszystko, prawda? Istnieje wiele teoretycznych konsekwencji, które są nieuniknione, ale o których nie możemy wiedzieć na pewno, ponieważ nie możemy ich przetestować. Multiwers jest jednym z długiej linii tych. Nie jest to szczególnie przydatna realizacja, tylko interesująca prognoza wypływająca z tych teorii.

Dlaczego więc tak wielu fizyków teoretycznych pisze artykuły o multiwersie? O równoległych Wszechświatach i ich połączeniu z naszym poprzez ten multiwers? Dlaczego twierdzą, że multiwersum jest połączone z krajobrazem strun, stałą kosmologiczną, a nawet z faktem, że nasz Wszechświat jest doskonale dostrojony do życia?

Ponieważ chociaż jest to oczywiście zły pomysł, nie mają lepszych.

Krajobraz strun może być fascynującym pomysłem pełnym potencjału teoretycznego, ale nie przewiduje niczego, co możemy zaobserwować w naszym Wszechświecie. Ta idea piękna, motywowana rozwiązywaniem „nienaturalnych” problemów, sama w sobie nie wystarczy, aby osiągnąć poziom wymagany przez naukę.

W kontekście teorii strun istnieje ogromny zestaw parametrów, które w zasadzie mogłyby przyjąć prawie każdą wartość. Teoria nie przewiduje dla nich prognoz, więc musimy je wprowadzić ręcznie: wartości oczekiwane ciągu vacua. Jeśli słyszałeś o niewiarygodnie dużych liczbach, takich jak słynny 10500, który pojawia się w teorii strun, możliwe wartości wakua struny są tym, do czego się odnoszą. Nie wiemy, czym oni są ani dlaczego mają wartości, które wyznają. Nikt nie wie, jak je obliczyć.

Reprezentacja różnych równoległych „światów”, które mogą istnieć w innych kieszeniach wieloświata. DOMENA PUBLICZNA

Zamiast tego niektórzy mówią „to wieloświat!” Myślenie wygląda następująco:

  • Nie wiemy, dlaczego podstawowe stałe mają wartości, które mają.
  • Nie wiemy, dlaczego prawa fizyki są takie, jakie są.
  • Teoria strun jest ramą, która może dać nam nasze prawa fizyki z naszymi podstawowymi stałymi, ale może dać nam inne prawa i / lub inne stałe.
  • Dlatego jeśli mamy ogromny multiwers, w którym wiele różnych regionów ma różne prawa i / lub stałe, jeden z nich może być nasz.

Dużym problemem jest to, że jest to nie tylko niezwykle spekulatywne, ale nie ma powodu, biorąc pod uwagę znaną nam inflację i fizykę kwantową, aby zakładać, że czasoprzestrzeń pompująca ma różne prawa lub stałe w różnych regionach.

Nie pod wrażeniem tego rozumowania? Nie ma praktycznie nikogo innego.

Jak prawdopodobne lub mało prawdopodobne było, że nasz Wszechświat stworzy świat taki jak Ziemia? A jak prawdopodobne byłyby te szanse, gdyby podstawowe stałe lub prawa rządzące naszym Wszechświatem były inne? Szczęśliwym wszechświatem, z którego okładki zostało zrobione to zdjęcie, jest jedna z takich książek, która bada te kwestie. GERAINT LEWIS I LUKE BARNES

Jak wyjaśniłem wcześniej, Multiverse nie jest naukową teorią samą w sobie. Jest to raczej teoretyczna konsekwencja praw fizyki, które są najlepiej rozumiane dzisiaj. Być może jest to nawet nieunikniona konsekwencja tych praw: jeśli masz inflacyjny Wszechświat zarządzany przez fizykę kwantową, jest to coś, z czym prawie musisz się skończyć. Ale - podobnie jak teoria strun - ma pewne poważne problemy: nie przewiduje niczego, co albo zaobserwowaliśmy, i bez tego nie może wyjaśnić, i nie przewiduje niczego ostatecznego, na co moglibyśmy poszukać.

Wizualizacja obliczeń teorii pola kwantowego pokazujących wirtualne cząstki w próżni kwantowej. Nawet w pustej przestrzeni ta energia próżni jest niezerowa. Nie wiadomo, czy ma taką samą, stałą wartość w innych regionach multiwersu, ale nie ma motywacji, aby tak było .DEREK LEINWEBER

W tym fizycznym wszechświecie ważne jest obserwowanie wszystkiego, co możemy, i mierzenie każdej wiedzy, jaką możemy zdobyć. Tylko na podstawie pełnego zestawu dostępnych danych możemy mieć nadzieję na wyciągnięcie ważnych, naukowych wniosków na temat natury naszego Wszechświata. Niektóre z tych wniosków będą miały implikacje, których możemy nie być w stanie zmierzyć: z tego wynika istnienie wieloświata. Ale kiedy ludzie twierdzą, że mogą wyciągać wnioski na temat podstawowych stałych, praw fizyki lub wartości stringa vacua, nie zajmują się już nauką; spekulują. Myślenie życzeniowe nie zastępuje danych, eksperymentów ani obserwowalnych. Dopóki ich nie uzyskamy, pamiętajcie, że multiwers jest konsekwencją najlepszej dostępnej obecnie nauki, ale nie daje żadnych naukowych prognoz, które moglibyśmy przetestować.

Mam nadzieję, że to może przynieść pewne znaczenie tematowi Astrofizyka ..

Jyotiraditya