Visums | Multiverse | Paralēlais Visums | Kosmosa laiks | Lielā sprādziena teorija

Ir liels skaits zinātnisku pierādījumu, kas atbalsta paplašinātā Visuma un Lielā sprādziena ainu. Visa Visuma enerģijas enerģija tika atbrīvota notikumā, kas ilgst mazāk nekā 10 ^ -30 sekundes; visaktīvākā lieta, kas jebkad notikusi mūsu Visuma vēsturē.NASA / GSFC

Ir pagājuši tikai 13,8 miljardi gadu kopš Lielā sprādziena, un maksimālais ātrums, ar kādu var pārvietoties jebkura informācija - gaismas ātrums - ir ierobežots. Pat ja viss Visums patiesībā var būt bezgalīgs, novērojamais Visums ir ierobežots. Tomēr saskaņā ar teorētiskās fizikas vadošajām idejām mūsu Visums var būt tikai viens mazākstāvu reģions daudz lielākā multiversā, kurā atrodas daudzi Visumi, varbūt pat bezgalīgs skaits. Daļa no tā ir patiesa zinātne, bet daļa nav nekas vairāk kā spekulatīva, vēlmju pilna domāšana. Lūk, kā pateikt, kurš ir kurš. Bet vispirms nedaudz fona.

Mūsdienu Visumam ir daži fakti par to, ko ir samērā viegli novērot, vismaz ar pasaules klases zinātnes iespējām. Mēs zinām, ka Visums paplašinās: mēs varam izmērīt galaktiku īpašības, kas māca mums gan attālumu, gan to, cik ātri viņi, šķiet, attālinās no mums. Jo tālāk viņi atrodas, jo ātrāk tie parādās. Vispārējās relativitātes kontekstā tas nozīmē, ka Visums paplašinās.

Un, ja Visums šodien paplašinās, tas nozīmē, ka agrāk tas bija mazāks un blīvāks. Ekstrapolējiet pietiekami tālu atpakaļ, un jūs atradīsit, ka lietas ir arī vienveidīgākas (jo smagumam ir vajadzīgs laiks, lai lietas saliktu kopā) un karstākas (jo mazāki gaismas viļņu garumi nozīmē augstākas enerģijas / temperatūras). Tas mūs ved atpakaļ uz Lielo sprādzienu.

Mūsu kosmiskās vēstures ilustrācija no lielā sprādziena līdz mūsdienām paplašinošā Visuma kontekstā. Pirmais Frīdmana vienādojums pilnīgi precīzi apraksta visus šos laikmetus, sākot no inflācijas līdz Lielajam sprādzienam un beidzot ar tagadni un tālu nākotnē. NASA / WMAP ZINĀTNES KOMANDA

Bet Lielais sprādziens nebija pats Visuma sākums! Mēs varam tikai ekstrapolēt atpakaļ uz noteiktu laikmetu laikā, pirms Lielā sprādziena prognozes sabojājas. Ir vairākas lietas, kuras mēs novērojam Visumā, ko Lielais sprādziens nevar izskaidrot, bet to var izdarīt jauna teorija, kas izveido Lielo sprādzienu - kosmiskā inflācija.

Kvantu svārstības, kas rodas inflācijas laikā, stiepjas visā Visumā, un, inflācijai beidzoties, tās kļūst par blīvuma svārstībām. Laika gaitā tas noved pie liela mēroga struktūras mūsdienu Visumā, kā arī CMB.E novērotajām temperatūras svārstībām. SIEGEL ar attēliem, kas iegūti no ESA / PLANCK un DOE / NASA / NSF INTERAGENCY UZDEVUMA SPĒKĀ CMB PĒTĪJUMIEM

Astoņdesmitajos gados tika izstrādāts liels skaits inflācijas teorētisko seku, tai skaitā:

  • kādai vajadzētu izskatīties liela mēroga struktūras sēklām,
  • ka temperatūras un blīvuma svārstībām vajadzētu notikt mērogos, kas ir lielāki par kosmisko horizontu,
  • ka visiem kosmosa reģioniem, pat ar svārstībām, jābūt pastāvīgai entropijai,
  • un ka vajadzētu būt maksimālajai temperatūrai, ko sasniedz karstais Lielais sprādziens.

Deviņdesmitajos, 2000. un 2010. gados šīs četras prognozes tika novērotas ļoti precīzi. Kosmiskā inflācija ir uzvarētāja.

Inflācija izraisa telpas eksponenciālu paplašināšanos, kas ļoti ātri var izraisīt jebkuru iepriekš izliektu vai nelīdzenu vietu, kas izskatās plakana. Ja Visums ir izliekts, tam ir izliekuma rādiuss, kas ir vismaz simtiem reižu lielāks nekā tas, ko mēs varam novērot.E. SIEGEL (L); NED WRIGHT KOSMOLOĢIJAS TUTORIAL (R)

Inflācija mums saka, ka pirms Lielā sprādziena Visums nebija piepildīts ar daļiņām, antidaļiņām un starojumu. Tā vietā tā tika piepildīta ar enerģiju, kas raksturīga pašai kosmosam, un šī enerģija lika kosmosam paplašināties ar strauju, nerimstošu un eksponenciālu ātrumu. Kādā brīdī inflācija beidzas, un visa (vai gandrīz visa) enerģija tiek pārveidota matērijā un enerģijā, izraisot karsto Lielo sprādzienu. Inflācijas beigas un tas, kas pazīstams kā mūsu Visuma sildīšana, iezīmē karstā Lielā sprādziena sākumu. Lielais sprādziens joprojām notiek, bet tas nav pats sākums.

Inflācija paredz milzīga apjoma nenovērojama Visuma esamību ārpus tās daļas, kuru mēs varam novērot. Bet tas dod mums vēl vairāk. SIEGEL / BEAL GALAXY

Ja tas būtu pilns stāsts, mums būtu tikai viens ārkārtīgi liels Visums. Tam visur būtu vienādas īpašības, visur vienādi likumi, un daļas, kas atradās ārpus mūsu redzamā horizonta, būtu līdzīgas tām, kur mēs atrodamies, taču to nevarētu pamatoti saukt par daudzsēriju.

Līdz tam brīdim, kad jūs atceraties, ka visam, kas fiziski pastāv, dabā pēc būtības jābūt kvantam. Pat inflācijai ar visiem apkārt esošajiem nezināmajiem jābūt kvantu laukam.

Inflācijas kvantu raksturs nozīmē, ka tā beidzas dažās Visuma “kabatās” un citās turpinās. Tam ir jānobrauc lejā pa metaforisko kalnu un ielejā, bet, ja tas ir kvantu lauks, izkliede nozīmē, ka dažos reģionos tas beigsies, turpinoties citos.E. SIEGEL / BEAL GALAXY

Ja jums pēc tam nepieciešama inflācija, lai tām būtu īpašības, kas piemīt visiem kvantu laukiem:

  • ka tā īpašībām piemīt nenoteiktība,
  • ka lauku raksturo viļņa funkcija,
  • un šī lauka vērtības laika gaitā var izplatīties,

jūs nonākat pārsteidzošā secinājumā.

Lai kur notiktu inflācija (zili klucīši), tas rada eksponenciāli vairāk kosmosa reģionu ar katru soli uz priekšu laikā. Pat ja ir daudz kubu, kur beidzas inflācija (sarkani X), ir daudz vairāk reģionu, kur inflācija turpināsies arī nākotnē. Fakts, ka tas nekad nebeidzas, padara inflāciju “mūžīgu”, tiklīdz tā sākas.E. SIEGEL / BEAL GALAXY

Inflācija nebeidzas visur vienlaicīgi, bet drīzāk izvēlētās, atvienotās vietās jebkurā laikā, kamēr atstarpe starp šīm vietām turpina palielināties. Jābūt vairākiem milzīgiem kosmosa reģioniem, kur beidzas inflācija un sākas karstais Lielais sprādziens, taču tie nekad nevar sastapties viens ar otru, jo tos atdala kosmosa piepūšanas reģioni. Lai kur sākas inflācija, tas ir garantēts, lai vismaz mūžībā turpinātos mūžībā.

Kur inflācija mums beidzas, mēs iegūstam karstu lielo sprādzienu. Tā Visuma daļa, kuru mēs novērojam, ir tikai viena šī reģiona daļa, kurā beidzās inflācija, un ārpus tā ir vēl vairāk neievērojama Visuma. Bet ir neskaitāmi daudz reģionu, visi atdalīti viens no otra, ar to pašu precīzo stāstu.

Vairāku, neatkarīgu Visumu ilustrācija, kas cēloņsakarībā ir atdalīti viens no otra kosmiskajā okeānā, kas arvien paplašinās, ir viens no Multiverse idejas attēlojumiem. Reģionā, kur sākas Lielais sprādziens un beidzas inflācija, paplašināšanās temps samazināsies, bet inflācija turpinās starp diviem šādiem reģioniem, uz visiem laikiem tos atdalot.OZITĪVA / SABIEDRISKA DOMA

Tāda ir multiverse ideja. Kā redzat, tā pamatā ir divi neatkarīgi, vispāratzīti un plaši pieņemti teorētiskās fizikas aspekti: visa kvantu raksturs un kosmiskās inflācijas īpašības. Nav zināms veids, kā to izmērīt, tāpat kā nav iespējams izmērīt mūsu Visuma nenovērojamo daļu. Bet ir pierādīts, ka abas teorijas, kas ir tās pamatā, proti, inflācija un kvantu fizika, ir derīgas. Ja viņiem taisnība, tad multiverse ir tā neizbēgamas sekas, un mēs tajā dzīvojam.

Daudzveidīgā ideja norāda, ka ir patvaļīgi liels skaits tādu universālu kā mūsu pašu, taču tas nebūt nenozīmē, ka tur ir arī cita mūsu versija, un tas, protams, nenozīmē, ka ir kādas iespējas nokļūt alternatīvā sevis versijā. … Vai vispār kaut kas no cita Visuma. LAI DĀRZS / FLIKRS

Ko tad? Tas nav visai daudz, vai ne? Ir daudz teorētisko seku, kas ir neizbēgami, bet par kuriem mēs noteikti nevaram zināt, jo mēs tos nevaram pārbaudīt. Multiverse ir viena no tām garā rindā. Tā nav īpaši noderīga realizācija, tikai interesants pareģojums, kas izkrīt no šīm teorijām.

Tad kāpēc tik daudz teorētisko fiziķu raksta dokumentus par multiverse? Par paralēliem Visumiem un to savienojumu ar mūsu pašu caur šo multiverse? Kāpēc viņi apgalvo, ka multiverse ir saistīta ar stīgu ainavu, kosmoloģisko konstanti un pat ar to, ka mūsu Visums ir precīzi noregulēts visu mūžu?

Tā kā, pat ja tā acīmredzami ir slikta ideja, viņiem nav labāku.

Stīgu ainava varētu būt aizraujoša ideja, kas ir pilna ar teorētisko potenciālu, bet tā neparedz neko, ko mēs varam novērot mūsu Visumā. Šī skaistuma ideja, ko motivē risināt “nedabiskas” problēmas, pati par sevi nav pietiekama, lai paceltos līdz zinātnes prasītajam līmenim.KAMBRIDĒJUMA UNIVERSITĀTE

Stīgu teorijas kontekstā ir milzīgs parametru kopums, kas principā varētu iegūt gandrīz jebkuru vērtību. Teorija viņiem neparedz nekādas prognozes, tāpēc mums tie ir jāievieto rokā: stīgas vakuuma vērtības. Ja esat dzirdējis par neticami lieliem numuriem, piemēram, slaveno 10500, kas parādās stīgu teorijā, iespējamās virknes vacua vērtības ir tas, uz ko viņi atsaucas. Mēs nezinām, kas viņi ir vai kāpēc viņiem ir vērtības, kuras viņi dara. Neviens nezina, kā tos aprēķināt.

Dažādu paralēlu “pasauļu” attēlojums, kas varētu būt citās multiverse kabatās. PUBLISKAIS DOMSNIS

Tā vietā daži cilvēki saka “tā ir daudzējādība!” Domāšanas līnija iet šādi:

  • Mēs nezinām, kāpēc pamatkonstantēm ir vērtības, kuras viņi dara.
  • Mēs nezinām, kāpēc fizikas likumi ir tādi, kādi tie ir.
  • Stīgu teorija ir ietvars, kas varētu dot mums savus fizikas likumus ar mūsu pamata konstantēm, bet tas varētu dot mums citus likumus un / vai citas konstantes.
  • Tāpēc, ja mums ir milzīgs daudzbalsis, kurā daudziem dažādiem reģioniem ir atšķirīgi likumi un / vai konstantes, viens no tiem varētu būt mūsējais.

Liela problēma ir tā, ka ne tikai tas ir ārkārtīgi spekulatīvs, bet, ņemot vērā mums zināmo inflācijas un kvantu fiziku, nav iemesla uzskatīt, ka uzpūstajam kosmosa laikam dažādos reģionos ir atšķirīgi likumi vai konstantes.

Vai neesat pārsteigts par šo argumentācijas līniju? Arī praktiski neviens cits.

Cik ticams vai maz ticams, ka mūsu Visums radīs tādu pasauli kā Zeme? Un cik ticamas būtu šīs izredzes, ja pamata konstantes vai likumi, kas regulē mūsu Visumu, būtu atšķirīgi? Laimīgais Visums, no kura vāka tika uzņemts šis attēls, ir viena no šādām grāmatām, kas pēta šos jautājumus.GERAINT LEWIS UN LUKE BARNES

Kā esmu paskaidrojis iepriekš, Multiverse pati par sevi nav zinātniska teorija. Drīzāk tas ir fizikas likumu teorētiskas sekas, kuras šodien vislabāk saprot. Tas, iespējams, ir pat neizbēgamas šo likumu sekas: ja jums ir inflācijas Visums, kuru pārvalda kvantu fizika, tas ir kaut kas, ar ko jūs diezgan daudz saistāties. Bet - līdzīgi kā Stīgu teorijai - tai ir dažas lielas problēmas: tā neprognozē neko tādu, ko mēs vai nu esam novērojuši, un nespēj izskaidrot bez tās, kā arī neparedz neko galīgu, ko mēs varam iet un meklēt.

Kvantu lauka teorijas aprēķina vizualizācija, parādot virtuālās daļiņas kvantu vakuumā. Pat tukšā telpā šī vakuuma enerģija nav nulle. To, vai tam ir vienāda un nemainīga vērtība citos daudznozaru reģionos, mēs nevaram zināt, bet tam nav motivācijas būt tādam .DEREK LEINWEBER

Šajā fiziskajā Visumā ir svarīgi novērot visu, ko mēs varam, un izmērīt katru zināšanu līmeni, ko varam izkopt. Tikai no visa pieejamo datu komplekta mēs varam cerēt kādreiz izdarīt pamatotus, zinātniskus secinājumus par mūsu Visuma dabu. Dažiem no šiem secinājumiem būs ietekme, ko mēs, iespējams, nevarēsim izmērīt: multiverse pastāv tāpēc. Bet, kad cilvēki apgalvo, ka viņi var izdarīt secinājumus par pamatkonstantām, fizikas likumiem vai stīgu vakuuma vērtībām, viņi vairs nenodarbojas ar zinātni; viņi spekulē. Vēloša domāšana neaizvieto datus, eksperimentus vai novērojamos datus. Kamēr mums tādu nav, ņemiet vērā, ka daudznozaru versija ir labākā mūsdienās pieejamā zinātne, bet tā nesniedz nekādas zinātniskas prognozes, kuras mēs varam izmēģināt.

Es ceru, ka tas varētu dot zināmu nozīmi astrofizikas priekšmetam.

Jyotiraditya