Universet | multiverse | Parallelt univers | Space Time | Big Bang teorien

Det er en stor serie vitenskapelige bevis som støtter bildet av det ekspanderende universet og Big Bang. Hele massenergien til universet ble frigjort i en hendelse som varte under 10 ^ -30 sekunder i varighet; den mest energiske tingen som noen gang har skjedd i universets historie. NASA / GSFC

Det er bare gått 13,8 milliarder år siden Big Bang, og toppfarten som all informasjon kan reise - lysets hastighet - er begrenset. Selv om hele universet i seg selv virkelig kan være uendelig, er det observerbare universet begrenset. I henhold til de ledende ideene om teoretisk fysikk, kan imidlertid universet vårt bare være et lite område i en mye større multivers, hvor mange univers, kanskje til og med et uendelig antall, er inneholdt. Noe av dette er faktisk vitenskap, men noen er ikke annet enn spekulativ ønsketenkning. Slik forteller du hvilken som er. Men først, litt bakgrunn.

Universet i dag har noen få fakta om det som er relativt enkle, i det minste med vitenskapelige fasiliteter i verdensklasse, å observere. Vi vet at universet ekspanderer: vi kan måle egenskaper om galakser som lærer oss både deres avstand og hvor raskt de ser ut til å bevege seg fra oss. Jo lenger borte de er, jo raskere ser de ut til å avta. I forbindelse med generell relativitet betyr det at universet utvides.

Og hvis universet utvides i dag, betyr det at det var mindre og tettere i fortiden. Ekstrapolere langt tilbake, så vil du oppdage at ting også er mer ensartet (fordi tyngdekraften tar tid å få ting til å klumpe seg sammen) og varmere (fordi mindre bølgelengder for lys betyr høyere energier / temperaturer). Dette fører oss tilbake til Big Bang.

En illustrasjon av vår kosmiske historie, fra Big Bang til i dag, innenfor rammen av det ekspanderende universet. Den første Friedmann-ligningen beskriver alle disse epokene, fra inflasjon til Big Bang til i dag og langt inn i fremtiden, helt nøyaktig, også i dag.NASA / WMAP SCIENCE TEAM

Men Big Bang var ikke begynnelsen på universet! Vi kan bare ekstrapolere tilbake til en viss epoke i tid før Big Bangs spådommer brytes sammen. Det er en rekke ting vi observerer i universet som Big Bang ikke kan forklare, men en ny teori som setter opp Big Bang - kosmisk inflasjon - kan.

Kvantumsvingningene som oppstår under inflasjonen blir strukket over hele universet, og når inflasjonen slutter, blir de tetthetssvingninger. Dette fører over tid til den storskala strukturen i universet i dag, samt svingningene i temperatur observert i CMB.E. SIEGEL, MED BILDER DERIVET FRA ESA / PLANCK OG DOE / NASA / NSF INTERAGENCY OPPGAVE PÅ CMB FORSKNING

På 1980-tallet ble et stort antall teoretiske konsekvenser av inflasjon utarbeidet, inkludert:

  • hvordan frøene i stor skala skal se ut,
  • at temperatur- og tetthetssvingninger skal eksistere i større skalaer enn den kosmiske horisonten
  • at alle regioner i rommet, selv med svingninger, skal ha konstant entropi,
  • og at det skal være en maksimal temperatur oppnådd med den varme Big Bang.

På 1990-, 2000- og 2010-tallet ble disse fire prediksjonene observert observasjonsmessig til stor presisjon. Kosmisk inflasjon er en vinner.

Inflasjon får plass til å ekspandere eksponentielt, noe som veldig raskt kan føre til at alt eksisterende buet eller ikke-jevnt rom vises flatt. Hvis universet er buet, har det en krumningsradius som er minst hundre ganger større enn det vi kan observere. SIEGEL (L); NED WRIGHT'S KOSMOLOGISK TUTORIAL (R)

Inflasjonen forteller oss at universet før Big Bang ikke var fylt med partikler, antipartikler og stråling. I stedet ble den fylt med energi iboende i rommet, og den energien fikk rom til å utvide seg med en hurtig, nådeløs og eksponentiell hastighet. På et tidspunkt slutter inflasjonen, og all (eller nesten hele) energien blir omdannet til materie og energi, noe som gir opphav til den varme Big Bang. Slutten på inflasjonen, og det som er kjent som oppvarmingen av universet vårt, markerer starten på den varme Big Bang. Big Bang skjer fremdeles, men det er ikke helt begynnelsen.

Inflasjon spår eksistensen av et stort volum av ikke observerbart univers utover den delen vi kan observere. Men det gir oss enda mer enn det.E. SIEGEL / VÆRE GALAXY

Hvis dette var hele historien, ville vi bare ha et ekstremt stort univers. Det ville ha de samme egenskapene overalt, de samme lovene overalt, og delene som var utenfor vår synlige horisont ville være lik den vi er, men det vil ikke med rette kunne kalles multiversen.

Inntil, det vil si, du husker at alt som fysisk eksisterer, må være iboende kvantet i naturen. Selv inflasjon, med alle de ukjente som omgir den, må være et kvantefelt.

Den kvante naturen til inflasjonen betyr at den ender i noen ”lommer” av universet og fortsetter i andre. Den må rulle nedover den metaforiske bakken og inn i dalen, men hvis det er et kvantefelt, betyr utbredelsen at den vil ende i noen regioner mens du fortsetter i andre. SIEGEL / VÆRE GALAXY

Hvis du da krever inflasjon for å ha egenskapene som alle kvantefelt har:

  • at dens egenskaper har usikkerhetsmomenter som følger med dem,
  • at feltet er beskrevet av en bølgefunksjon,
  • og verdiene for det feltet kan spre seg over tid,

du kommer til en overraskende konklusjon.

Uansett hvor inflasjonen oppstår (blå terninger), gir det eksponentielt flere romområder med hvert skritt fremover i tid. Selv om det er mange terninger der inflasjonen slutter (rød X), er det langt flere regioner der inflasjonen vil fortsette inn i fremtiden. At dette aldri slutter, er det som gjør inflasjonen 'evig' når den først begynner. SIEGEL / VÆRE GALAXY

Inflasjonen slutter ikke overalt på en gang, men heller på utvalgte, frakoblede steder til enhver tid, mens plassen mellom disse stedene fortsetter å blåse opp. Det skal være flere, enorme romområder der inflasjonen ender og en varm Big Bang begynner, men de kan aldri møte hverandre, fordi de er atskilt av regioner med oppblåsende rom. Uansett hvor inflasjonen begynner, er det garantert å fortsette i en evighet, i det minste på steder.

Der inflasjonen ender for oss, får vi en varm Big Bang. Den delen av universet vi observerer er bare en del av denne regionen der inflasjonen endte, med mer uobserverbart univers utover det. Men det er utallige mange regioner, alle koblet fra hverandre, med den samme eksakte historien.

En illustrasjon av flere uavhengige universer, som er årsakelig koblet fra hverandre i et stadig voksende kosmisk hav, er en skildring av Multiverse-ideen. I en region hvor Big Bang begynner og inflasjonen avsluttes, vil ekspansjonsgraden falle, mens inflasjonen fortsetter i mellom to slike regioner, for alltid å skille dem. OZYTIVE / PUBLIC DOMAIN

Det er ideen om flersiden. Som du kan se, er det basert på to uavhengige, veletablerte og allment aksepterte aspekter ved teoretisk fysikk: kvantiteten til alt og egenskapene til kosmisk inflasjon. Det er ingen kjent måte å måle det på, akkurat som det ikke er noen måte å måle den uobserverbare delen av universet vårt. Men de to teoriene som ligger til grunn for det, inflasjon og kvantefysikk, har vist seg å være gyldige. Hvis de har rett, er multiversen en uunngåelig konsekvens av det, og vi lever i det.

I den mangfoldige ideen heter det at det er et vilkårlig stort antall univers som våre egne, men det betyr ikke nødvendigvis at det er en annen versjon av oss der ute, og det betyr absolutt ikke at det er noen sjanse for å komme inn i en alternativ versjon av deg selv ... eller noe fra et annet univers i det hele tatt.LEE DAVY / FLICKR

Hva så? Det er ikke en hel masse, er det? Det er mange teoretiske konsekvenser som er uunngåelige, men som vi ikke kan vite om med sikkerhet fordi vi ikke kan teste dem. Multiverset er en i en lang rekke av dem. Det er ikke spesielt en nyttig erkjennelse, bare en interessant spådom som faller ut av disse teoriene.

Så hvorfor skriver så mange teoretiske fysikere artikler om multiversen? Om parallelle universer og deres tilknytning til vår egen gjennom denne multiversen? Hvorfor hevder de at multiversen er koblet til strenglandskapet, den kosmologiske konstanten og til og med det faktum at universet vårt er finstemt for livet?

For selv om det åpenbart er en dårlig idé, har de ikke noen bedre.

Strengelandskapet kan være en fascinerende idé som er full av teoretisk potensial, men det spår ikke noe vi kan observere i vårt univers. Denne ideen om skjønnhet, motivert av å løse 'unaturlige' problemer, er ikke nok på egen hånd til å stige til det nivået som kreves av vitenskapen. UNIVERSITY OF CAMBRIDGE

I forbindelse med strengteori er det et stort sett med parametere som i prinsippet kan ha på seg nesten hvilken som helst verdi. Teorien gir ingen spådommer for dem, så vi må legge dem i hånden: forventningsverdiene til strengen vacua. Hvis du har hørt om utrolig store tall som den berømte 10500 som vises i strengteori, er de mulige verdiene til strengen vacua det de viser til. Vi vet ikke hva de er, eller hvorfor de har verdiene de gjør. Ingen vet hvordan de skal beregnes.

En representasjon av de forskjellige parallelle ”verdenene” som kan eksistere i andre lommer i multiverset. OFFENTLIG DOMAIN

Så i stedet er det noen som sier “det er multiversen!” Tankegangen går slik:

  • Vi vet ikke hvorfor de grunnleggende konstantene har verdiene de gjør.
  • Vi vet ikke hvorfor fysikkens lover er hva de er.
  • Stringteori er et rammeverk som kan gi oss fysikkens lover med våre grunnleggende konstanter, men den kan gi oss andre lover og / eller andre konstanter.
  • Derfor, hvis vi har en enorm multiverse, hvor mange forskjellige regioner har forskjellige lover og / eller konstanter, kan en av dem være vår.

Det store problemet er at ikke bare dette er enormt spekulativt, men det er ingen grunn, gitt inflasjonen og kvantefysikken vi kjenner, til å anta at en oppblåsende romtid har forskjellige lover eller konstanter i forskjellige regioner.

Ikke imponert over denne begrunnelsesgrensen? Det er praktisk talt ingen andre.

Hvor sannsynlig eller usannsynlig var universet vårt til å produsere en verden som Jorden? Og hvor sannsynlige ville disse oddsene være hvis de grunnleggende konstantene eller lovene som styrer vårt univers var forskjellige? Et heldig univers, hvorfra dette bildet ble tatt, er en slik bok som utforsker disse problemene. GERAINT LEWIS OG LUKE BARNES

Som jeg har forklart tidligere, er Multiverse ikke en vitenskapelig teori på egen hånd. Snarere er det en teoretisk konsekvens av fysikkens lover slik de er best forstått i dag. Det er kanskje til og med en uunngåelig konsekvens av disse lovene: hvis du har et inflasjonsunivers som er styrt av kvantefysikk, er dette noe du er ganske bundet til å slutte med. Men - akkurat som String Theory - det har noen store problemer: den forutsier ikke noe vi enten har observert og ikke kan forklare uten det, og det spår ikke noe definitivt vi kan gå og lete etter.

Visualisering av en beregning av kvantefeltteori som viser virtuelle partikler i kvantevakuumet. Selv i tomt rom er denne vakuumenergien ikke-null. Hvorvidt den har den samme, konstante verdien i andre regioner i multiverset er noe vi ikke kan vite, men det er ingen motivasjon for at det skal være slik.DEREK LEINWEBER

I dette fysiske universet er det viktig å observere alt vi kan, og å måle enhver kunnskap vi kan samle på. Bare fra den komplette datapakke som er tilgjengelig, kan vi håpe å noen gang trekke gyldige, vitenskapelige konklusjoner om universets natur. Noen av disse konklusjonene vil ha konsekvenser som vi kanskje ikke kan måle: multiversens eksistens skyldes det. Men når folk deretter påstår at de kan trekke konklusjoner om grunnleggende konstanter, fysikkens lover eller verdiene til string vacua, gjør de ikke lenger vitenskap; de spekulerer. Ønsketenkning er ingen erstatning for data, eksperimenter eller observerbare ting. Inntil vi har dette, må du være klar over at mangfoldet er en konsekvens av den beste vitenskapen vi har tilgjengelig i dag, men det gir ikke noen vitenskapelige forutsigelser vi kan prøve.

Håper dette kan gi litt betydning for emnet Astrofysikk ..

Jyotiraditya