Alheimurinn | Fjölbraut | Samhliða alheimurinn | Geimtími | Big Bang kenningin

Það er stór föruneyti af vísindalegum gögnum sem styðja myndina af stækkandi alheiminum og Miklahvellinu. Öll massaorka alheimsins losnaði við atburði sem stóð innan við 10 ^ -30 sekúndur. það ötullasta sem gerist hefur í sögu alheimsins. NASA / GSFC

Það eru aðeins 13,8 milljarðar ár síðan Miklahvell og topphraðinn sem allar upplýsingar geta ferðast um - ljóshraði - er endanlegur. Jafnvel þó að allur alheimurinn sjálfur geti sannarlega verið óendanlegur er áberandi alheimurinn takmarkaður. Samkvæmt leiðandi hugmyndum um fræðilega eðlisfræði getur alheimurinn okkar aðeins verið eitt smátt svæði í miklu stærri fjölþjóð, þar sem margir alheimar, jafnvel óendanlegur fjöldi, eru innan þess. Sumt af þessu eru raunveruleg vísindi, en önnur eru ekkert annað en íhugandi, óskhyggja. Hér er hvernig á að segja hver er hver. En fyrst smá bakgrunnur.

Alheimurinn í dag hefur nokkrar staðreyndir um það sem er tiltölulega auðvelt, að minnsta kosti með heimsklassa vísindaaðstöðu, að fylgjast með. Við vitum að alheimurinn stækkar: við getum mælt eiginleika um vetrarbrautir sem kenna okkur bæði fjarlægð þeirra og hversu hratt þær virðast fjarlægast okkur. Því lengra sem þeir eru, því hraðar virðast þeir draga sig til baka. Í tengslum við almennar afstæðiskenningar þýðir það að alheimurinn stækkar.

Og ef alheimurinn stækkar í dag þýðir það að hann var minni og þéttari áður. Dragðu nógu langt til baka og þú munt komast að því að hlutirnir eru jafnari (vegna þess að þyngdarafl tekur tíma að gera hlutina saman) og heitari (vegna þess að minni bylgjulengdir fyrir ljós þýða hærri orku / hitastig). Þetta leiðir okkur aftur til Miklahvell.

Líking á Cosmic sögu okkar, frá Miklahvellinu til dagsins í dag, í tengslum við vaxandi alheiminn. Fyrsta Friedmann-jöfnuna lýsir öllum þessum tímum, frá verðbólgu til Miklahvellar til dagsins í dag og langt fram í framtíðina, alveg nákvæmlega, jafnvel í dag. NASA / WMAP SCIENCE TEAM

En Miklahvell var ekki byrjun alheimsins! Við getum aðeins framreiknað aftur í ákveðinn tíma í tímum áður en spár Miklahvells brotna niður. Það er ýmislegt sem við fylgjumst með í alheiminum sem Miklahvell getur ekki útskýrt en ný kenning sem setur upp Miklahvell - kosmísk verðbólga - getur það.

Skammtasveiflur sem verða við verðbólgu teygja sig um alheiminn og þegar verðbólgu lýkur verða þær sveiflur í þéttleika. Þetta leiðir með tímanum til stórfellds uppbyggingar í alheiminum í dag, svo og sveiflum í hitastigi sem sést í CMB.E. SIEGEL, MEÐ myndum sem eru rakin frá ESA / PLANCK OG DOE / NASA / NSF SAMBANDAÐFERÐ TILGREININGAR Á CMB Rannsókn

Á níunda áratugnum var unnið að fjölda fræðilegra afleiðinga verðbólgu, þar á meðal:

  • hvernig fræin í stórum stíl ættu að líta út,
  • að sveiflur í hitastigi og þéttleika ættu að vera fyrir hendi á stærri kvarða en hins kosmíska sjóndeildarhring,
  • að öll svæði í rýminu, jafnvel með sveiflum, ættu að vera með stöðuga óreiðu,
  • og að hámarks hitastig ætti að vera náð með heita Miklahvell.

Á 10. og 2. áratug síðustu aldar voru þessar fjórar spár staðfestar með mikilli nákvæmni. Kosmísk verðbólga er sigurvegari.

Verðbólga veldur því að rými stækkar veldishraða, sem getur mjög fljótt leitt til þess að bogið eða slétt rými sem fyrir er, birtist flatt. Ef alheimurinn er boginn er hann með bogadregis sem er að minnsta kosti hundruð sinnum stærri en við getum séð. SIEGEL (L); NED WRIGHT's COSMOLOGY TUTORIAL (R)

Verðbólgan segir okkur að alheimurinn var ekki fullur af agnum, hlutum agna og geislun fyrir Miklahvell. Í staðinn fylltist hún orku sem felst í rýminu sjálfu og sú orka olli því að rýmið stækkaði hratt, óbeitt og veldisvísi. Á einhverjum tímapunkti lýkur verðbólgu og allri (eða næstum því allri) þeirri orku umbreytist í efni og orku, sem gefur tilefni til mikils mikils Bangs. Lok verðbólgunnar, og það sem er þekkt sem upphitun alheimsins, markar upphaf hinnar stóru Bang Bang. Miklahvell gerist samt, en það er ekki byrjunin.

Verðbólga spáir því að til sé mikið magn af ósjáanlegum alheimi umfram þann hluta sem við getum fylgst með. En það gefur okkur jafnvel meira en það.E. SIEGEL / FYRIR GALAXY

Ef þetta væri öll sagan, allt sem við myndum hafa var einn mjög stór alheimur. Það myndi hafa sömu eiginleika alls staðar, sömu lög alls staðar og hlutirnir sem væru handan við sýnilegan sjóndeildarhring okkar væru svipaðir og við erum, en það væri ekki réttlætanlega kallað fjölþjóðin.

Þangað til, það er, þú manst að allt sem líkamlega er til verður að vera í eðli sínu skammtafræðilegt eðli. Jafnvel verðbólga, með öllum óþekktum sem umkringja hana, hlýtur að vera skammtasvið.

Skammta eðli verðbólgu þýðir að hún endar í sumum „vasa“ alheimsins og heldur áfram í öðrum. Það þarf að rúlla niður metaforíska hæðina og inn í dalinn, en ef það er skammtasvið þýðir útbreiðsla þess að henni lýkur á sumum svæðum meðan haldið er áfram í öðrum. SIEGEL / FYRIR GALAXY

Ef þú krefst þá verðbólgu til að hafa þá eiginleika sem allir skammtagreinar hafa:

  • að eignir þess hafi óvissu sem felst í þeim,
  • að reitnum sé lýst með bylgjuvirkni,
  • og gildi þess reits geta breiðst út með tímanum,

þú kemst á óvart.

Hvar sem verðbólga á sér stað (bláir teningur), gefur það tilefni til meiri svæða rýmis með hverju skrefi fram í tímann. Jafnvel þó að það séu margir teningur þar sem verðbólga lýkur (rauða X), þá eru miklu fleiri svæði þar sem verðbólga mun halda áfram inn í framtíðina. Sú staðreynd að þessu lýkur aldrei er það sem gerir verðbólguna „eilífa“ þegar hún hefst. E. SIEGEL / FYRIR GALAXY

Verðbólga lýkur ekki alls staðar í einu, heldur á völdum, ótengdum stöðum á hverjum tíma, meðan bilið milli þessara staða heldur áfram að blása. Það ættu að vera margvísleg, gífurleg svæði í rými þar sem verðbólga lýkur og heitt Big Bang byrjar, en þau geta aldrei lent í hvort öðru, þar sem þau eru aðskilin eftir svæðum sem blása upp. Hvar sem verðbólgan byrjar er hún allt en tryggð að halda áfram í eilífð, að minnsta kosti á stöðum.

Þar sem verðbólgan endar fyrir okkur fáum við mikinn hvell. Sá hluti alheimsins sem við blasir er aðeins einn hluti af þessu svæði þar sem verðbólga lauk, með ósjáanlegri alheiminum umfram það. En það eru óteljandi mörg svæði, öll ótengd hvert við annað, með sömu nákvæmu sögu.

Líking á fjölmörgum, óháðum alheimi, sem eru orsakasamir tengdir hver við annan í sívaxandi heimsborg, er ein lýsing á Multiverse hugmyndinni. Á svæði þar sem Miklahvell byrjar og verðbólga lýkur mun þensluhraði lækka en verðbólga heldur áfram á milli tveggja slíkra svæða og aðskilja þau að eilífu. OZYTIVE / PUBLIC DOMAIN

Það er hugmyndin um fjölþjóðina. Eins og þú sérð er það byggt á tveimur óháðum, vel staðfestum og vel viðteknum þáttum í fræðilegri eðlisfræði: skammtaeðli alls og eiginleika kosmískrar verðbólgu. Það er engin þekkt leið til að mæla það, alveg eins og það er engin leið til að mæla hið ósjáanlega hluti alheimsins okkar. Sýnt hefur verið fram á að kenningarnar tvær sem liggja að baki, verðbólga og skammtaeðlisfræði, eru gildar. Ef þeir hafa rétt fyrir sér, þá er fjölþjóðin óhjákvæmileg afleiðing þess og við lifum í því.

Margvíslega hugmyndin segir að til sé fjöldi alheims sem eru geðþótta eins og okkar eigin, en það þýðir ekki endilega að það sé önnur útgáfa af okkur þarna úti og það þýðir vissulega ekki að það sé einhver möguleiki á því að lenda í annarri útgáfu af sjálfum þér … Eða hvað sem er frá öðrum alheimi. LEE DAVY / FLICKR

Og hvað? Það er ekki allt, ekki satt? Það eru fullt af fræðilegum afleiðingum sem eru óhjákvæmilegar en við getum ekki vitað um með vissu vegna þess að við getum ekki prófað þær. Fjölþjóðin er ein í langri línu þeirra. Það er ekki sérstaklega gagnleg framkvæmd, bara áhugaverð spá sem fellur út úr þessum kenningum.

Svo af hverju skrifa svo margir fræðilegir eðlisfræðingar greinar um fjölþjóðina? Um samhliða alheimsins og tengingu þeirra við okkar eigin í gegnum þessa fjölbreytni? Af hverju halda þeir því fram að fjölþjóðin sé tengd strengjalandslaginu, heimsfræðilegum stöðugum og jafnvel þeim staðreynd að alheimurinn okkar er fínstilltur fyrir lífið?

Vegna þess að jafnvel þó að það sé augljóslega slæm hugmynd, þá hafa þeir ekki betri.

Strengalandslagið gæti verið heillandi hugmynd sem er full af fræðilegum möguleikum, en það spáir ekki fyrir neitt sem við getum fylgst með í alheiminum okkar. Þessi hugmynd um fegurð, hvata með því að leysa „óeðlileg“ vandamál, er ekki ein og sér sjálf til að rísa upp á það stig sem vísindin krefjast. UNIVERSITY OF CAMBRIDGE

Í tengslum við strengjafræði eru til mikið af færibreytum sem gætu í grundvallaratriðum tekið á sig nánast hvaða gildi sem er. Kenningin gerir engar spár fyrir þær, svo við verðum að setja þær í höndina: væntingargildi strengsins vacua. Ef þú hefur heyrt um ótrúlega stórar tölur eins og fræga 10500 sem birtist í strengjafræði, eru möguleg gildi strengsins vacua það sem þeir vísa til. Við vitum ekki hver þau eru eða hvers vegna þau hafa þau gildi sem þau gera. Enginn veit hvernig á að reikna þær.

Framsetning á hinum ýmsu samsíða „heimum“ sem gætu verið til staðar í öðrum vasa fjölþjóðanna.

Svo, í staðinn, segja sumir „þetta er fjölþjóðin!“ Hugarlínan gengur svona:

  • Við vitum ekki af hverju grundvallaratriðin hafa þau gildi sem þeir gera.
  • Við vitum ekki af hverju lögmál eðlisfræðinnar eru það sem þau eru.
  • Strengjakenningin er rammi sem gæti gefið okkur lögmál okkar um eðlisfræði með grundvallaratriðum okkar, en hún gæti gefið okkur önnur lög og / eða aðra fasti.
  • Þess vegna, ef við erum með gríðarlega fjölþjóð, þar sem fjöldi mismunandi svæða hefur mismunandi lög og / eða fastara, gæti eitt þeirra verið okkar.

Stóra vandamálið er að ekki aðeins er þetta gríðarlega vangaveltur, heldur er engin ástæða, miðað við verðbólgu og skammtaeðlisfræði sem við þekkjum, að gera ráð fyrir að uppblásinn geimtími hafi mismunandi lög eða fasti á mismunandi svæðum.

Ekki hrifinn af þessari röksemdafærslu? Hvorugur er nánast annar.

Hversu líklegt eða ólíklegt var alheimurinn okkar að framleiða heim eins og jörðina? Og hversu trúanlegar væru líkurnar á því að grundvallaratriðin eða lögin sem gilda um alheim okkar væru önnur? Heppinn alheimur, úr hvaða forsíðu þessi mynd var tekin, er ein slík bók sem kannar þessi mál. GERAINT LEWIS OG LUKE BARNES

Eins og ég hef áður sagt er Multiverse ekki vísindaleg kenning á eigin spýtur. Frekar, það er fræðileg afleiðing eðlisfræðilaga eins og þeim er best skilið í dag. Það er jafnvel óhjákvæmileg afleiðing af þessum lögum: ef þú ert með verðbólguheiminum sem stjórnast af skammtaeðlisfræði, þá er þetta eitthvað sem þú ert nokkurn veginn að ljúka við. En - líkt og String Theory - það hefur nokkur stór vandamál: það spáir ekki fyrir neinu sem við annað hvort höfum fylgst með og getum ekki útskýrt án hennar og það spáir ekki neinu endanlegu sem við getum farið og leitað að.

Sjónræn útreikningur á skammtareitskenningu sem sýnir sýndar agnir í skammta tómarúminu. Jafnvel í tómu rými er þessi tómarúm orka ekki núll. Hvort það hefur hið sama, stöðugt gildi á öðrum svæðum fjölþjóðanna er eitthvað sem við getum ekki vitað, en það er engin hvatning fyrir því að vera svona.DEREK LEINWEBER

Í þessum líkamlega alheimi er mikilvægt að fylgjast með öllu sem við getum og mæla alla þekkingu sem við getum safnað. Aðeins úr allri gögnum sem fyrir liggja getum við vonað að við getum alltaf dregið gildar, vísindalegar ályktanir um eðli alheimsins. Sumar af þessum ályktunum hafa afleiðingar sem við gætum ekki verið fær um að mæla: Tilvist fjölmenningarinnar stafar af því. En þegar fólk heldur því fram að þeir geti dregið ályktanir um grundvallaratriðin, lögmál eðlisfræðinnar eða gildin um string vacua, þá eru þeir ekki að gera vísindi; þeir eru að geta sér til. Óskandi hugsun kemur ekki í stað gagna, tilrauna eða áhorfs. Þar til við höfum þetta, vertu meðvituð um að fjölþjóðin er afleiðing af bestu vísindum sem við höfum í dag, en það gerir engar vísindalegar spár sem við getum prófað.

Vona að þetta gæti haft einhverja þýðingu fyrir viðfangsefnið Astrophysics ..

Jyotiraditya