Universul | Multiverse | Univers paralel | Spațiu timp | Teoria Big Bang

Există o suită mare de dovezi științifice care susțin imaginea Universului în expansiune și Big Bang. Întreaga energie de masă a Universului a fost eliberată într-un eveniment care a durat mai puțin de 10 ^ -30 secunde; cel mai energic lucru care a avut loc vreodată în istoria Universului nostru.NASA / GSFC

Au trecut doar 13,8 miliarde de ani de la Big Bang, iar viteza maximă la care orice informație poate călători - viteza luminii - este finită. Chiar dacă întregul Univers poate fi cu adevărat infinit, Universul observabil este limitat. În conformitate cu ideile conducătoare ale fizicii teoretice, Universul nostru poate fi doar o regiune minusculă a unui multivers mult mai mare, în cadrul căruia sunt conținute multe Universe, poate chiar un număr infinit. Unele dintre acestea sunt științe actuale, dar altele nu sunt altceva decât gândiri speculative, doritoare. Iată cum să spun care este care. Dar mai întâi, puțin fundal.

Universul are astăzi câteva date despre el, care sunt relativ ușor, cel puțin cu facilități științifice de talie mondială, de observat. Știm că Universul se extinde: putem măsura proprietăți despre galaxii care ne învață atât distanța cât și cât de repede par să se îndepărteze de noi. Cu cât sunt mai departe, cu atât par să se retragă mai repede. În contextul Relativității generale, asta înseamnă că Universul se extinde.

Și dacă Universul se extinde astăzi, asta înseamnă că a fost mai mic și mai dens în trecut. Extrapolați destul de departe și veți constata că lucrurile sunt, de asemenea, mai uniforme (deoarece gravitația necesită timp pentru ca lucrurile să se strângă împreună) și mai fierbinți (deoarece lungimile de undă mai mici pentru lumină înseamnă energii / temperaturi mai mari). Acest lucru ne duce înapoi la Big Bang.

O ilustrare a istoriei noastre cosmice, de la Big Bang până în prezent, în contextul Universului în expansiune. Prima ecuație a lui Friedmann descrie toate aceste epoci, de la inflație la Big Bang până în prezent și departe în viitor, perfect exact, chiar și astăzi.NASA / WMAP SCIENCE TEAM

Dar Big Bang-ul nu a fost chiar începutul Universului! Putem extrapola doar la o anumită epocă în timp, înainte ca predicțiile Big Bang-ului să se descompună. Există o serie de lucruri pe care le observăm în Univers pe care Big Bang nu le poate explica, dar o nouă teorie care stabilește Big Bang - inflația cosmică - poate.

Fluctuațiile cuantice care apar în timpul inflației se întind pe întregul Univers, iar când inflația se termină, acestea devin fluctuații de densitate. Acest lucru duce, de-a lungul timpului, la structura pe scară largă din Universul de astăzi, precum și la fluctuațiile de temperatură observate în CMB.E. SIEGEL, CU IMAGINILE DERIVATE DIN ESA / PLANCK ȘI FORMA DE TASĂ DE INTERAGENȚIE DOE / NASA / NSF ÎN CERCETAREA CMB

În anii 80, au fost elaborate un număr mare de consecințe teoretice ale inflației, inclusiv:

  • cum ar trebui să arate semințele pentru structura pe scară largă,
  • că fluctuațiile de temperatură și densitate ar trebui să existe pe scări mai mari decât orizontul cosmic,
  • că toate regiunile spațiului, chiar și cu fluctuații, ar trebui să aibă o entropie constantă,
  • și că ar trebui să existe o temperatură maximă atinsă de Big Bang-ul fierbinte.

În anii 1990, 2000 și 2010, aceste patru predicții au fost confirmate observațional cu mare precizie. Inflația cosmică este câștigătoare.

Inflația face ca spațiul să se extindă exponențial, ceea ce poate duce foarte rapid la apariția oricărui spațiu curbat sau neted preexistent. Dacă Universul este curbat, are o rază de curbură care este de cel puțin sute de ori mai mare decât ceea ce putem observa.E. SIEGEL (L); TUTORIALUL COSMOLOGIEI NED WRIGHT'S (R)

Inflația ne spune că, înainte de Big Bang, Universul nu era umplut cu particule, antiparticule și radiații. În schimb, a fost umplută cu energie inerentă spațiului însuși, iar acea energie a făcut ca spațiul să se extindă cu o viteză rapidă, neobosită și exponențială. La un moment dat, inflația se încheie și toată (sau aproape toată) energia respectivă devine convertită în materie și energie, dând naștere la Big Bang-ul fierbinte. Sfârșitul inflației și ceea ce se numește reîncălzirea Universului nostru marchează începutul Big Bang-ului fierbinte. Big Bang-ul se întâmplă în continuare, dar nu este chiar începutul.

Inflația prezice existența unui volum imens de Univers neobservabil dincolo de partea pe care o putem observa. Dar ne oferă chiar mai mult decât atât.E. SIEGEL / DUPĂ GALAXIE

Dacă aceasta ar fi povestea completă, tot ce am fi avut a fost un Univers extrem de mare. Acesta ar avea aceleași proprietăți peste tot, aceleași legi peste tot și părțile care se aflau dincolo de orizontul nostru vizibil ar fi similare cu locul în care ne aflăm, dar nu ar fi numit în mod justificat multiversul.

Până când, adică, îți amintești că tot ceea ce există fizic trebuie să fie inerent cuantic în natură. Chiar și inflația, cu toate necunoscutele care o înconjoară, trebuie să fie un câmp cuantic.

Natura cuantică a inflației înseamnă că se termină în unele „buzunare” ale Universului și continuă în altele. Trebuie să se deruleze pe dealul metaforic și în vale, dar dacă este un câmp cuantic, răspândirea înseamnă că se va termina în unele regiuni în timp ce va continua în altele. SIEGEL / DUPĂ GALAXIE

Dacă atunci solicitați ca inflația să aibă proprietățile pe care toate câmpurile cuantice le au:

  • că proprietățile sale au incertitudini inerente lor,
  • că câmpul este descris de o funcție de undă,
  • iar valorile acestui câmp se pot răspândi în timp,

ajungi la o concluzie surprinzătoare.

Oriunde are loc inflația (cuburi albastre), ea creează exponențial mai multe regiuni de spațiu cu fiecare pas înainte în timp. Chiar dacă există multe cuburi în care inflația se termină (roșu X), există mult mai multe regiuni în care inflația va continua în viitor. Faptul că acest lucru nu se încheie niciodată este ceea ce face ca inflația să fie „eternă” odată ce începe. SIEGEL / DUPĂ GALAXIE

Inflația nu se termină oriunde dintr-o dată, ci mai degrabă în locații selecte, deconectate la un moment dat, în timp ce spațiul dintre aceste locații continuă să se umple. Ar trebui să existe mai multe regiuni enorme de spațiu în care inflația se termină și începe un Big Bang fierbinte, dar nu se pot întâlni niciodată unul pe altul, deoarece sunt separate de regiuni cu spații umflante. Oriunde începe inflația, este garantat să continuăm o veșnicie, cel puțin în locuri.

În cazul în care inflația se termină pentru noi, obținem un Big Bang puternic. Partea Universului pe care o observăm este doar o parte a acestei regiuni în care s-a încheiat inflația, cu un Univers mai neobservabil dincolo de asta. Există însă nenumărate regiuni, toate deconectate unele de altele, cu aceeași poveste exactă.

O ilustrare a mai multor Universe independente, deconectate cauzal unele de altele într-un ocean cosmic în continuă expansiune, este o ilustrare a ideii Multivers. Într-o regiune în care Big Bang-ul începe și inflația se termină, rata de expansiune va scădea, în timp ce inflația continuă între două astfel de regiuni, separându-le pentru totdeauna.OZYTIVE / DOMAIN PUBLIC

Aceasta este ideea multiversului. După cum puteți vedea, se bazează pe două aspecte independente, bine stabilite și larg acceptate ale fizicii teoretice: natura cuantică a tuturor și proprietățile inflației cosmice. Nu există nici o modalitate cunoscută de a o măsura, la fel cum nu există nici o modalitate de a măsura partea neobservabilă a Universului nostru. Dar cele două teorii care stau la baza ei, inflația și fizica cuantică, s-au dovedit a fi valabile. Dacă au dreptate, atunci multiversul este o consecință inevitabilă a acestui lucru și trăim în el.

Ideea multiversului afirmă că există un număr foarte mare de Universuri ca ale noastre, dar asta nu înseamnă neapărat că există o altă versiune a noastră acolo și, cu siguranță, nu înseamnă că există nicio șansă de a rula într-o versiune alternativă a dvs. ... sau ceva din alt Univers.DEMNI DAVY / FLICKR

Și ce dacă? Nu este foarte mult, nu-i așa? Există o mulțime de consecințe teoretice inevitabile, dar despre care nu putem ști cu siguranță, deoarece nu le putem testa. Multiversul este unul dintr-o linie lungă dintre acestea. Nu este o realizare deosebit de utilă, ci doar o prezicere interesantă care se încadrează din aceste teorii.

Deci de ce atât de mulți fizicieni teoretici scriu lucrări despre multivers? Despre universele paralele și legătura lor cu ale noastre prin intermediul acestui multivers? De ce susțin că multiversul este conectat la peisajul cu coarde, la constanta cosmologică și chiar la faptul că Universul nostru este bine reglat pentru viață?

Pentru că, deși este în mod evident o idee proastă, nu au altele mai bune.

Peisajul cu coarde ar putea fi o idee fascinantă, plină de potențial teoretic, dar nu prezice nimic pe care îl putem observa în Universul nostru. Această idee de frumusețe, motivată de rezolvarea problemelor „nefirești”, nu este suficientă pentru a se ridica la nivelul cerut de știință.UNIVERSITATEA CAMBRIDGE

În contextul teoriei șirurilor, există un set uriaș de parametri care, în principiu, ar putea prelua aproape orice valoare. Teoria nu face predicții pentru ei, așa că trebuie să le punem la îndemână: valorile de așteptare ale șirului vacua. Dacă ați auzit despre numere incredibil de mari precum celebrul 10500 care apare în teoria șirurilor, valorile posibile ale șirului vacua sunt la ce se referă. Nu știm ce sunt sau de ce au valorile pe care le fac. Nimeni nu știe să le calculeze.

O reprezentare a diferitelor „lumi” paralele care ar putea exista în alte buzunare ale multiversului.PUBLIC DOMAIN

Deci, în schimb, unii oameni spun „este multiversul!” Linia gândirii merge astfel:

  • Nu știm de ce constantele fundamentale au valorile pe care le fac.
  • Nu știm de ce sunt legile fizicii.
  • Teoria șirurilor este un cadru care ne-ar putea oferi legile fizicii cu constantele noastre fundamentale, dar ne-ar putea oferi alte legi și / sau alte constante.
  • Prin urmare, dacă avem un multivers enorm, în care multe regiuni diferite au legi și / sau constante diferite, una dintre ele ar putea fi a noastră.

Marea problemă este că nu numai că aceasta este enorm de speculativă, dar nu există niciun motiv, având în vedere inflația și fizica cuantică pe care o știm, să presupunem că o perioadă de timp umflată are legi sau constante diferite în diferite regiuni.

Nu ești impresionat de această linie de raționament? Nici pe altcineva nu este practic.

Cât de probabil sau puțin probabil Universul nostru să producă o lume ca Pământul? Și cât de plauzibile ar fi acele șanse dacă constantele sau legile fundamentale care guvernează Universul nostru ar fi diferite? Un Univers norocos, de pe coperta căruia a fost preluată această imagine, este o astfel de carte care explorează aceste probleme.GERAINT LEWIS ȘI LUKE BARNES

Așa cum am explicat anterior, Multiverse nu este o teorie științifică de la sine. Mai degrabă, este o consecință teoretică a legilor fizicii, așa cum sunt înțelese cel mai bine astăzi. Este poate chiar o consecință inevitabilă a acestor legi: dacă aveți un Univers inflaționist guvernat de fizica cuantică, acesta este un lucru cu care sunteți obligat să vă rezistați. Dar - la fel ca și teoria șirurilor - are câteva probleme mari: nu prezice nimic pe care am observat-o și nu îl putem explica fără el și nu prezice nimic definitiv pe care îl putem merge și căuta.

Vizualizarea unui calcul cuantic al teoriei câmpurilor care prezintă particule virtuale în vidul cuantic. Chiar și în spațiul gol, această energie de vid este non-zero. Indiferent dacă are aceeași valoare constantă în alte regiuni ale multiversului este ceva ce nu putem ști, dar nu există o motivație pentru ca acesta să fie așa. DEREK LEINWEBER

În acest Univers fizic, este important să observăm tot ce putem și să măsurăm fiecare informație pe care o putem obține. Doar din suita completă de date disponibile putem spera să tragem vreodată concluzii științifice valide despre natura Universului nostru. Unele dintre aceste concluzii vor avea implicații pe care s-ar putea să nu le putem măsura: existența multiversului rezultă din aceasta. Dar atunci când oamenii susțin că pot trage concluzii despre constantele fundamentale, legile fizicii sau valorile șirului vacua, nu mai fac știință; speculează. Gândirea doritoare nu este un substitut pentru date, experimente sau observabile. Până când nu avem aceștia, fiți conștienți că multiversul este o consecință a celei mai bune științe pe care le avem astăzi, dar nu face niciun fel de predicții științifice pe care le putem pune la încercare.

Sper că acest lucru poate aduce o anumită importanță subiectului Astrofizică ..

Jyotiraditya