Visata | Daugialypė | Lygiagreti visata | Erdvės laikas | Didžiojo sprogimo teorija

Yra didelis skaičius mokslinių įrodymų, patvirtinančių besiplečiančios Visatos ir Didžiojo sprogimo vaizdą. Visa Visatos masės energija buvo išleista per mažiau nei 10–30 sekundžių trunkantį įvykį; pats energingiausias dalykas, kuris kada nors įvyko mūsų Visatos istorijoje.NASA / GSFC

Nuo Didžiojo sprogimo praėjo tik 13,8 milijardo metų, o didžiausias bet kokios informacijos judėjimo greitis - šviesos greitis - yra ribotas. Nors pati Visata iš tikrųjų gali būti begalinė, stebima Visata yra ribota. Tačiau, remiantis pagrindinėmis teorinės fizikos idėjomis, mūsų Visata gali būti tik vienas minusų regionas daug didesnėje daugialypėje dalyje, kurioje yra daugybė Visatų, galbūt net begalinis skaičius. Dalis to yra tikrasis mokslas, bet dalis yra ne kas kita, kaip spekuliatyvus, noro mąstymas. Štai kaip pasakyti, kuri yra kuri. Bet pirmiausia šiek tiek fono.

Šiandien Visata turi keletą faktų, kuriuos gana lengva pastebėti, bent jau turint pasaulinio lygio mokslo priemones. Mes žinome, kad Visata plečiasi: galime išmatuoti galaktikų savybes, kurios mus moko ir atstumo, ir kaip greitai jos nutolsta nuo mūsų. Kuo toliau jie yra, tuo greičiau jie atsitraukia. Bendrojo reliatyvumo kontekste tai reiškia, kad Visata plečiasi.

Ir jei Visata plečiasi šiandien, tai reiškia, kad ji anksčiau buvo mažesnė ir tankesnė. Ekstrapoliuokite pakankamai toli ir pamatysite, kad viskas taip pat yra vienodesnė (nes gravitacija reikalauja laiko, kad viskas susiburtų kartu) ir karštesnė (nes mažesni šviesos bangos ilgiai reiškia aukštesnę energiją / temperatūrą). Tai mus veda atgal į Didįjį sprogimą.

Mūsų kosminės istorijos iliustracija nuo Didžiojo sprogimo iki dabarties besiplečiančios Visatos kontekste. Pirmoji Friedmanno lygtis puikiai tiksliai apibūdina visas šias epochas, nuo infliacijos iki Didžiojo sprogimo iki dabarties ir tolimos ateities. NASA / WMAP MOKSLO KOMANDA

Tačiau Didysis sprogimas nebuvo pati visatos pradžia! Mes galime tik ekstrapoliuoti atgal į tam tikrą epochą laiku, kol nepasibaigė Didžiojo sprogimo prognozės. Visatoje yra keletas dalykų, kurių mes negalime paaiškinti, tačiau tai gali paaiškinti nauja teorija, nustatanti didįjį sprogimą - kosminė infliacija.

Infliacijos metu atsirandantys kvantiniai svyravimai ištempiami visoje Visatoje, o infliacijai pasibaigus jie tampa tankio svyravimais. Laikui bėgant, tai lemia didelio masto struktūrą Visatoje, taip pat CMB.E stebėtus temperatūros svyravimus. „SIEGEL“ SU ATLIKTAIS IŠ EKS / PLANCK IR „DO“ / NASA / NSF INTERAGENCY UŽDUOTIS JĖGOS CMB TYRIMAI

Devintajame dešimtmetyje buvo sukurta daugybė teorinių infliacijos padarinių, įskaitant:

  • kaip turėtų atrodyti didelės struktūros sėklos,
  • kad temperatūros ir tankio svyravimai turėtų būti didesniuose nei kosminis horizontas skalėse,
  • kad visi kosmoso regionai, net ir su svyravimais, turėtų turėti nuolatinę entropiją,
  • ir kad karšto Didžiojo sprogimo metu turėtų būti maksimali temperatūra.

Dešimtajame, 2000-aisiais ir 2010-aisiais šios keturios prognozės buvo stebėtinai patvirtintos labai tiksliai. Kosminė infliacija yra nugalėtoja.

Dėl infliacijos erdvė plečiasi eksponentiškai, todėl labai greitai esanti išlenkta ar nelygi erdvė gali pasirodyti lygi. Jei Visata yra išlenkta, jos kreivio spindulys yra mažiausiai šimtus kartų didesnis nei tai, ką galime stebėti.E. SIEGEL (L); NED WRIGHTO KOSMOLOGIJOS MOKYMAI (R)

Infliacija mums sako, kad iki Didžiojo sprogimo Visata nebuvo užpildyta dalelėmis, antidalelėmis ir radiacija. Vietoj to, ji buvo užpildyta energija, būdinga pačiai kosminei erdvei, ir ši energija sukėlė erdvės plėtimąsi greitu, negailestingu ir eksponentiniu greičiu. Tam tikru metu infliacija baigiasi ir visa (arba beveik visa) ta energija virsta materija ir energija, sukeldama karštą Didįjį sprogimą. Infliacijos pabaiga ir tai, kas vadinama mūsų Visatos pašildymu, žymi karšto Didžiojo sprogimo pradžią. Didysis sprogimas vis dar vyksta, bet tai nėra pati pradžia.

Infliacija numato, kad egzistuoja milžiniškas nepastebimos Visatos tūris už tos dalies, kurią galime stebėti. Bet tai suteikia mums dar daugiau .E. SIEGELIS / BE GALAKSIJOS

Jei tai būtų pilna istorija, viskas, ko mes turėtume, būtų viena nepaprastai didelė Visata. Jis turėtų tas pačias savybes visur, tuos pačius įstatymus visur, o dalys, esančios už mūsų matomo horizonto, būtų panašios į tai, kur esame, bet tai nepateisintina vadinama daugialype.

Iki tol, tai yra, jūs atsimenate, kad viskas, kas fiziškai egzistuoja, iš prigimties turi būti kvantinio pobūdžio. Net infliacija su visais ją supančiais nežinomaisiais turi būti kvantinis laukas.

Kvantinis infliacijos pobūdis reiškia, kad ji baigiasi kai kuriomis Visatos „kišenėmis“, o kitose - toliau. Jis turi nusileisti į metaforinę kalvą ir į slėnį, tačiau jei tai yra kvantinis laukas, išplitimas reiškia, kad kai kuriuose regionuose jis pasibaigs, o kituose - E. SIEGELIS / BE GALAKSIJOS

Jei tada reikalaujate, kad infliacija turėtų savybes, kurias turi visi kvantiniai laukai:

  • kad jo savybės turi jiems būdingų netikrumų,
  • kad lauką apibūdina bangos funkcija,
  • ir to lauko vertės laikui bėgant gali pasiskirstyti,

priimate stebinančią išvadą.

Kad ir kur būtų infliacija (mėlyni kubeliai), kiekviename žingsnyje į priekį atsiranda eksponentiškai daugiau kosmoso regionų. Net jei yra daug kubelių, kuriuose baigiasi infliacija (raudoni X), yra daug daugiau regionų, kuriuose infliacija tęsis ir ateityje. Tai, kad tai niekada nesibaigia, daro infliaciją „amžiną“, kai tik ji prasideda.E. SIEGELIS / BE GALAKSIJOS

Infliacija nesibaigia visur vienu metu, o tam tikru metu pasirinktose, atjungtose vietose, o tarpas tarp tų vietų ir toliau didėja. Turėtų būti keli didžiuliai kosmoso regionai, kuriuose baigiasi infliacija ir prasideda karštas didelis sprogimas, tačiau jie niekada negali susidurti vienas su kitu, nes jie yra atskirti išpūstos erdvės regionais. Ten, kur prasideda infliacija, bus užtikrinta, kad bent amžinai tęsi amžinybę.

Ten, kur baigiasi infliacija, mes sulaukiame karšto Didžiojo sprogimo. Visatos dalis, kurią mes stebime, yra tik viena šio regiono dalis, kurioje baigėsi infliacija, o už jos ribų yra daugiau nepastebimos Visatos. Tačiau yra daugybė regionų, atskirtų vienas nuo kito, su ta pačia tikslia istorija.

Daugybės nepriklausomų Visatų, priežastingai atskirtų viena nuo kitos vis besiplečiančiame kosminiame vandenyne, iliustracija yra viena Multiverse idėjos vaizdavimo. Regione, kuriame prasideda didelis sprogimas ir baigiasi infliacija, plėtimosi rodiklis mažės, o infliacija tęsis tarp dviejų tokių regionų, amžiams juos atskiriant.OZYTYVUS / VIEŠAS DOMAS

Tokia daugialypės idėjos idėja. Kaip matote, jis remiasi dviem nepriklausomais, nusistovėjusiais ir plačiai priimtais teorinės fizikos aspektais: visko kvantine prigimtimi ir kosminės infliacijos savybėmis. Nežinomas būdas tai išmatuoti, lygiai taip pat nėra galimybės išmatuoti nepastebimą mūsų Visatos dalį. Tačiau įrodyta, kad pagrįstos dvi teorijos, ty infliacija ir kvantinė fizika. Jei jie teisūs, tada daugialypė versija yra neišvengiama to pasekmė, ir mes tuo gyvename.

Daugialypė idėja teigia, kad yra savavališkai daug Visatų, tokių kaip mūsų pačių, tačiau tai nebūtinai reiškia, kad egzistuoja kita mūsų versija, ir tai tikrai nereiškia, kad yra tikimybė patekti į alternatyvią savęs versiją ... arba bet ką iš kitos Visatos. LEE DAVY / FLICKR

Tai kas? Ar tai ne visa partija, ar ne? Yra daugybė teorinių pasekmių, kurios neišvengiamos, tačiau apie kurias negalime žinoti tiksliai, nes negalime jų išbandyti. Daugialypė yra viena iš ilgų eilių. Tai nėra ypač naudinga realizacija, tiesiog įdomus numatymas, kuris iškrenta iš šių teorijų.

Taigi kodėl tiek daug teorinių fizikų rašo dokumentus apie daugialypę kalbą? Apie lygiagrečias visatas ir jų ryšį su mūsų pačių per šią daugialypę erdvę? Kodėl jie tvirtina, kad daugialypė dalis yra sujungta su styginių kraštovaizdžiu, kosmologine konstanta ir net tuo, kad mūsų Visata yra gerai suderinta visam gyvenimui?

Nes nors tai akivaizdžiai yra bloga idėja, jie neturi geresnių.

Styginių peizažas gali būti žavi, teorinio potencialo kupina idėja, tačiau ji neprognozuoja nieko, ko galime pastebėti savo Visatoje. Ši grožio idėja, motyvuojama sprendžiant „nenatūralias“ problemas, pati savaime nėra pakankama, kad pakiltų iki mokslo reikalaujamo lygio.KAMBRIDĖS UNIVERSITETAS

Styginių teorijos kontekste yra didžiulis parametrų rinkinys, kuris iš principo galėtų įgyti beveik bet kokią vertę. Teorija joms neprognozuoja, todėl turime jas sudėti ranka: stygos vacua laukimo reikšmės. Jei girdėjote apie nepaprastai didelį skaičių, pavyzdžiui, garsųjį 10500, kuris pasirodo stygų teorijoje, galimos stygos „vacua“ vertės yra tai, ką jie nurodo. Mes nežinome, kas jie yra ar kodėl jie turi tas vertybes, kurias daro. Niekas nemoka jų apskaičiuoti.

Įvairių lygiagrečių „pasaulių“, kurie gali būti kitose daugialypės terpės kišenėse, pavaizdavimas.

Taigi, vietoj to, kai kurie žmonės sako „tai daugialypė versija“! Mąstymo linija eina taip:

  • Mes nežinome, kodėl pagrindinės konstantos turi tas vertybes, kurias daro.
  • Mes nežinome, kodėl fizikos dėsniai yra tokie, kokie jie yra.
  • Styginių teorija yra sistema, galinti suteikti mums savo fizikos dėsnius su pagrindinėmis konstantomis, tačiau ji galėtų suteikti mums kitus įstatymus ir (arba) kitas konstantas.
  • Todėl, jei turime didžiulę daugialypę erdvę, kurioje daugybė skirtingų regionų turi skirtingus įstatymus ir (arba) konstantas, vienas iš jų galėtų būti mūsų.

Didelė problema yra tai, kad ne tik tai nepaprastai spekuliatyvu, bet ir nėra jokios priežasties manyti, kad išpūstas erdvės laikas skirtinguose regionuose turi skirtingus įstatymus ar konstantas, atsižvelgiant į mums žinomą infliacijos ir kvantinę fiziką.

Nesate sužavėtas šios samprotavimo linijos? Be to, praktiškai niekas kitas.

Ar tikėtina, ar mažai tikėtina, kad mūsų Visata pagamins tokį pasaulį kaip Žemė? Ir kaip tikėtina būtų šie šansai, jei pagrindinės konstantos ar įstatymai, valdantys mūsų Visatą, būtų skirtingi? „Fortunate Universe“, kurios viršelis buvo paimtas iš šio atvaizdo, yra viena iš tokių knygų, nagrinėjančių šias problemas.GERAINT LEWIS IR LUKE BARNES

Kaip jau paaiškinau anksčiau, „Multiverse“ savaime nėra mokslinė teorija. Tai greičiau teorinė fizikos dėsnių, kurie šiandien geriausiai suprantami, pasekmė. Tai galbūt net neišvengiama šių įstatymų pasekmė: jei turite infliacinę Visatą, kurią valdo kvantinė fizika, tai yra kažkas, su kuo jūs beveik turite susitaikyti. Tačiau, panašiai kaip Styginių teorija, ji turi didelių problemų: neprognozuoja nieko, ko mes taip pat pastebėjome, ir be jos negali paaiškinti, ir neprognozuoja nieko galutinio, ko galime eiti ir ieškoti.

Vizualizuotas kvantinio lauko teorijos skaičiavimas, parodant virtualias daleles kvantiniame vakuume. Net tuščioje erdvėje ši vakuumo energija nėra lygi nuliui. Tai, ar ji turi tokią pačią, pastovią reikšmę kituose daugialypės terpės regionuose, mes negalime žinoti, tačiau nėra jokios motyvacijos, kad ji tokia būtų.DEREK LEINWEBER

Šioje fizinėje visatoje svarbu stebėti viską, ką galime, ir išmatuoti kiekvieną žinių kiekį, kurį galime įgyti. Tik iš turimų duomenų rinkinio galime tikėtis padaryti pagrįstas mokslines išvadas apie mūsų Visatos prigimtį. Kai kurios iš šių išvadų turės pasekmių, kurių mes galbūt negalėsime įvertinti: daugialypės versijos egzistavimas išplaukia iš to. Bet kai žmonės tvirtina, kad gali padaryti išvadas apie pagrindines konstantas, fizikos dėsnius ar stygos vacua vertybes, jie nebeatlieka mokslo; jie spėlioja. Pageidaujamas mąstymas nepakeičia duomenų, eksperimentų ar stebimų dalykų. Kol jų neturime, žinokite, kad daugialypė reikšmė yra geriausio šiandien mūsų turimo mokslo pasekmė, tačiau tai nepateikia jokių mokslinių prognozių, kurias galime išbandyti.

Tikiuosi, kad tai gali suteikti tam tikros svarbos astrofizikos dalykui.

Jyotiraditya