Вселената | Multiverse | Паралелна Вселена | Космическо време | Теория за Големия взрив

Има голям набор от научни доказателства, които подкрепят картината на разширяващата се Вселена и Големия взрив. Цялата масова енергия на Вселената се освобождава при събитие с продължителност по-малко от 10 ^ -30 секунди; най-енергичното нещо, случвало се някога в историята на нашата Вселена.NASA / GSFC

Изминаха само 13,8 милиарда години от Големия взрив, а максималната скорост, с която може да се движи всяка информация - скоростта на светлината, е ограничена. Въпреки че цялата самата Вселена може наистина да е безкрайна, наблюдаваната Вселена е ограничена. Според водещите идеи на теоретичната физика, обаче, нашата Вселена може да бъде само една незначителна област на много по-голяма мултивсерия, в която се съдържат много Вселени, може би дори безкрайно число. Част от това е действителна наука, но някои не е нищо повече от спекулативно, пожелателно мислене. Ето как да разберете кое е кое. Но първо, малко предистория.

Днес Вселената има няколко факта за нея, които са сравнително лесни за наблюдение, поне със световни научни съоръжения. Знаем, че Вселената се разширява: можем да измерим свойства за галактики, които ни учат както на тяхното разстояние, така и на това колко бързо изглежда да се отдалечават от нас. Колкото по-далече са, толкова по-бързо изглежда да се оттеглят. В контекста на общата относителност това означава, че Вселената се разширява.

И ако Вселената се разширява днес, това означава, че е била по-малка и по-плътна в миналото. Екстраполирайте обратно достатъчно далеч и ще откриете, че нещата също са по-равномерни (защото гравитацията отнема време, за да се сглобят нещата) и по-гореща (защото по-малките дължини на вълната за светлина означават по-високи енергии / температури). Това ни връща към Големия взрив.

Илюстрация на нашата космическа история, от Големия взрив до настоящето, в контекста на разширяващата се Вселена. Първото уравнение на Фридман описва всички тези епохи - от инфлация до Големия взрив до настоящето и далеч в бъдещето, напълно точно, дори и днес.NASA / WMAP SCIENCE TEAM

Но Големият взрив не беше самото начало на Вселената! Можем само да екстраполираме обратно към определена епоха във времето, преди прогнозите на Големия взрив да се разпаднат. В Вселената наблюдаваме няколко неща, които Големият взрив не може да обясни, но нова теория, която създава Големия взрив - космическа инфлация, може.

Квантовите колебания, които възникват по време на инфлация, се разтягат във Вселената и когато инфлацията приключи, те се превръщат в колебания на плътността. Това води с течение на времето до мащабната структура във Вселената днес, както и до колебанията в температурата, наблюдавани в CMB.E. SIEGEL, С ИЗОБРАЖЕНИЯ, ПОЛУЧЕНИ ОТ ESA / PLANCK И ЗАДЪЛЖИТЕЛНАТА СИЛА НА DOE / НАСА / NSF ЗА ИЗСЛЕДВАНЕ НА CMB

През 80-те години бяха разработени голям брой теоретични последици от инфлацията, включително:

  • как трябва да изглеждат семената за мащабна структура,
  • че колебанията на температурата и плътността трябва да съществуват на скали, по-големи от космическия хоризонт,
  • че всички региони на космоса, дори с колебания, трябва да имат постоянна ентропия,
  • и че трябва да има максимална температура, постигната от горещия Голям взрив.

През 90-те, 2000-те и 2010-те тези четири прогнози бяха потвърдени с голяма точност. Космическата инфлация е победител.

Инфлацията причинява пространството да се разширява експоненциално, което може много бързо да доведе до това, че всяко съществуващо извито или негладко пространство изглежда плоско. Ако Вселената е извита, тя има радиус на кривина, който е поне стотици пъти по-голям от това, което можем да наблюдаваме. SIEGEL (L); УРОК ЗА КОЗМОЛОГИЯ НА NED WRIGHT (R)

Инфлацията ни казва, че преди Големия взрив Вселената не е била изпълнена с частици, античастици и радиация. Вместо това тя беше изпълнена с енергия, присъща на самото пространство, и тази енергия предизвика пространството да се разширява бързо, безмилостно и експоненциално. В един момент инфлацията приключва и цялата (или почти цялата) от тази енергия се преобразува в материя и енергия, което води до горещия Голям взрив. Краят на инфлацията и това, което се нарича подгряване на нашата Вселена, бележи началото на горещия Голям взрив. Големият взрив все още се случва, но това не е самото начало.

Инфлацията предсказва наличието на огромен обем на несъвместима Вселена извън частта, която можем да наблюдаваме. Но ни дава дори повече от това.Е. СИГЕЛ / СРЕД ГАЛАКСИЯТА

Ако това беше пълната история, щяхме да имаме една изключително голяма Вселена. Тя би имала едни и същи свойства навсякъде, едни и същи закони навсякъде и частите, които са отвъд видимия ни хоризонт, биха били подобни на това, където сме, но няма да бъде оправдано наречено мултивселената.

Докато това е, не забравяте, че всичко, което съществува физически, трябва да бъде по своята същност квантова в природата. Дори инфлацията, с всички неизвестни около нея, трябва да бъде квантово поле.

Квантовата природа на инфлацията означава, че тя завършва в някои „джобове“ на Вселената и продължава в други. Необходимо е да се търкаля по метафоричния хълм и в долината, но ако това е квантово поле, разпространението означава, че ще завърши в някои региони, докато продължава в други.E. СИГЕЛ / СРЕД ГАЛАКСИЯТА

Ако след това се нуждаете от инфлация, за да притежавате свойствата, които имат всички квантови полета:

  • че свойствата му имат присъща за тях несигурност,
  • че полето се описва от вълнова функция,
  • и стойностите на това поле могат да се разпространят във времето,

стигате до изненадващо заключение.

Където и да се появи инфлация (сини кубчета), тя поражда експоненциално повече области на пространството с всяка стъпка напред във времето. Дори да има много кубчета, където инфлацията свършва (червени Xs), има много повече региони, където инфлацията ще продължи и в бъдеще. Фактът, че това никога не свършва, е това, което прави инфлацията „вечна“, след като започне. СИГЕЛ / СРЕД ГАЛАКСИЯТА

Инфлацията не свършва навсякъде наведнъж, а по-скоро на избрани, изключени места в даден момент, докато пространството между тези места продължава да се надува. Трябва да има множество, огромни региони на пространството, където инфлацията завършва и започва горещ Голям взрив, но те никога не могат да се срещнат един с друг, тъй като са разделени от региони на надуто пространство. Където и да започне инфлацията, е почти сигурно, че ще остане за цяла вечност, поне на места.

Там, където инфлацията свърши за нас, получаваме горещ Голям взрив. Частта от Вселената, която наблюдаваме, е само една част от този регион, където инфлацията приключи, с по-незабележима Вселена отвъд тази. Но има безброй много региони, всички изключени един от друг, със същата точна история.

Илюстрация на множество, независими Вселени, причинно изключени една от друга във непрекъснато разрастващ се космически океан, е едно изображение на идеята на Мултиверс. В регион, където започва Големият взрив и инфлацията приключва, темпът на разрастване ще спадне, докато инфлацията продължава между два такива региона, завинаги ги разделя.ОЗИТИВЕН / ОБЩЕСТВЕН ДОМАН

Това е идеята на мултивселената. Както можете да видите, той се основава на два независими, утвърдени и широко приети аспекта на теоретичната физика: квантовата природа на всичко и свойствата на космическата инфлация. Не е известен начин за измерване, както няма начин да се измери незабележимата част от нашата Вселена. Но двете теории, които са в основата на нея, инфлацията и квантовата физика, са доказани като валидни. Ако са прави, тогава мултивселената е неизбежна последица от това и ние живеем в нея.

Мултивселенната идея гласи, че има произволно голям брой Вселени като нашата собствена, но това не означава непременно, че има друга версия на нас там и това със сигурност не означава, че има шанс да се натъкнете на алтернативна версия на себе си … Или изобщо нещо от друга Вселена.LEE DAVY / FLICKR

И какво? Това не е много, нали? Има много теоретични последици, които са неизбежни, но за които не можем да знаем със сигурност, защото не можем да ги тестваме. Мултивселената е една в дълга линия от тях. Това не е особено полезна реализация, а интересно предсказване, което изпада от тези теории.

Така че защо толкова много теоретични физици пишат документи за мултивселената? За паралелните Вселени и тяхната връзка със собствената ни чрез тази мултиверс? Защо те твърдят, че мултивселената е свързана със струнния пейзаж, с космологичната константа и дори с факта, че нашата Вселена е фино настроена за цял живот?

Защото, макар че очевидно е лоша идея, те нямат по-добри.

Низовият пейзаж може да е увлекателна идея, която е пълна с теоретичен потенциал, но не предрича нищо, което можем да наблюдаваме във нашата Вселена. Тази идея за красота, мотивирана от решаването на „неестествени“ проблеми, сама по себе си не е достатъчна, за да се издигне до нивото, изисквано от науката. УНИВЕРСИТЕТ НА КАМБРИДЖ

В контекста на теорията на струните има огромен набор от параметри, които по принцип биха могли да приемат почти всяка стойност. Теорията не прави прогнози за тях, така че трябва да ги поставим на ръка: стойностите на очакването на струнната вакуума. Ако сте чували за невероятно големи числа като известния 10500, който се появява в теорията на струните, възможните стойности на струнната вакуума са това, за което се отнасят. Ние не знаем какви са или защо имат ценностите, които правят. Никой не знае как да ги изчисли.

Представяне на различните паралелни „светове“, които биха могли да съществуват в други джобове на мултивселената. ОБЩЕСТВЕН ДОМАН

Така че, вместо това, някои хора казват „това е мултивселената!“ Линията на мислене е така:

  • Не знаем защо основните константи имат стойностите, които правят.
  • Не знаем защо законите на физиката са такива, каквито са.
  • Теорията на струните е рамка, която може да ни даде нашите закони на физиката с нашите основни константи, но може да ни даде други закони и / или други константи.
  • Следователно, ако имаме огромен мултиверс, където много различни региони имат различни закони и / или константи, един от тях може да бъде наш.

Големият проблем е, че не само това е изключително спекулативно, но няма причина, предвид инфлацията и квантовата физика, които познаваме, да приемем, че надуването на космическото време има различни закони или константи в различни региони.

Не сте впечатлени от този ред на разсъждения? Нито на практика никой друг.

Колко вероятно или малко вероятно е нашата Вселена да създаде свят като Земята? И колко правдоподобни биха били тези шансове, ако основните константи или закони, управляващи нашата Вселена, бяха различни? Една щастлива Вселена, от чиято корица е взето това изображение, е една такава книга, която изследва тези проблеми.ГЕРАЙНТ ЛЕВИС И ЛЮК БАРНС

Както вече обясних, Мултивселената сама по себе си не е научна теория. По-скоро това е теоретично следствие от законите на физиката, каквито са най-добре разбрани днес. Това е може би дори неизбежна последица от тези закони: ако имате инфлационна Вселена, управлявана от квантовата физика, това е нещо, с което сте почти задължени да приключите. Но - подобно на теорията на струните - тя има някои големи проблеми: тя не предрича нищо, което ние сме наблюдавали и не можем да обясним без него, и не предвижда нещо окончателно, което можем да търсим и търсим.

Визуализация на изчислението на квантовата теория на полето, показващо виртуални частици в квантовия вакуум. Дори в празно пространство тази вакуумна енергия е ненулева. Дали тя има същата, постоянна стойност в други региони на мултивселената е нещо, което не можем да знаем, но няма мотивация да бъде по този начин.DEREK LEINWEBER

В тази физическа Вселена е важно да наблюдаваме всичко, което можем, и да измерваме всяка част от знанието, което можем да съберем. Само от пълния набор от налични данни можем да се надяваме някога да направим валидни научни заключения за същността на нашата Вселена. Някои от тези заключения ще имат последици, които може да не можем да измерим: съществуването на мултивселената произтича от това. Но когато хората твърдят, че могат да правят изводи за основните константи, законите на физиката или стойностите на струнната вакуума, те вече не правят наука; те спекулират. Желателното мислене не замества данните, експериментите или наблюденията. Докато не разполагаме с тези, имайте предвид, че мултивселената е следствие от най-добрата наука, с която разполагаме днес, но не дава никакви научни прогнози, които можем да поставим на изпитание.

Дано това може да донесе някакво значение на темата Астрофизика ..

Jyotiraditya