Pred 13,8 miliardami rokov sa vesmír začal horúcim Veľkým treskom. Odvtedy sa rozšírila a ochladila dodnes. Z nášho pohľadu môžeme pozorovať vesmír v okruhu 46 miliárd rokov vďaka obmedzeniu rýchlosti svetla a expanzii vesmíru. Aj keď je táto vzdialenosť obrovská, je konečná. Ale to je len časť, ktorú vidíme. Čo je za tým a je možné, že existuje nekonečno?
Adam Stevens chce vedieť:
Čo si myslíš o nekonečne vesmíre? Mnoho kozmológov mi povedalo, že nekonečno vesmíru nebolo dokázané. Ako to možno dokázať empiricky?
Po prvé, môžeme sa dozvedieť viac, ako to, čo vidíme do 46 miliárd svetelných rokov.
Čím ďalej sa pozrieme akýmkoľvek smerom, tým ďalej sa pozrieme do hĺbok času. Najbližšia galaxia, ktorá sa nachádza 2,5 milióna svetelných rokov od nás, je pre nás viditeľná tak, ako to bolo pred 2,5 miliónmi rokov, pretože svetlo sa odtiaľto dostane do našich očí od okamihu, keď je vyžarované. Vzdialenejšie galaxie sú pre nás viditeľné, pretože boli to desiatky miliónov, stovky miliónov alebo dokonca miliardy rokov. Keď sa pozrieme ešte ďalej, vidíme svetlo vesmíru od jeho mladších dní. Ak sa teda pozrieme na svetlo vyžarované pred 13,8 miliardami rokov, na pozostatok Veľkého tresku, vidíme reliktné žiarenie.
Fluktuácia je veľmi mätúca, s rôznymi strednými teplotami v rôznych uhlových mierkach. Šifruje tiež obrovské množstvo informácií o vesmíre, vrátane úžasného faktu: zakrivenie priestoru, pokiaľ vieme posúdiť, chýba, to znamená, že je ploché. Keby mal priestor pozitívne zakrivenie, akoby sme žili na povrchu štvorrozmernej gule, videli by sme zbližovanie vzdialených lúčov svetla. Keby to malo negatívne zakrivenie, ako na povrchu štvorrozmerného sedla, videli by sme vzdialené lúče svetla. Namiesto toho sa lúče svetla pohybujú tak, ako sa pohybovali, a výkyvy nám hovoria o ideálnej rovine.
Z množiny údajov o reliktnom žiarení a rozsiahlych štruktúrach vesmíru (prístupných štúdiom baryonových akustických oscilácií) môžeme vyvodiť záver, že ak je vesmír konečný a uzavretý sám o sebe, musí byť najmenej 250-krát väčší, ako vidíme. Pretože žijeme v troch dimenziách, 250-násobné zväčšenie polomeru znamená zvýšenie objemu 250 × 3-krát alebo 15 miliónov-krát viac priestoru. Ale stále to nie je nekonečný objem. Minimálny odhad veľkosti vesmíru je 11 biliónov svetelných rokov vo všetkých smeroch, čo je síce veľa, ale stále nie nekonečné.
Existuje dôvod domnievať sa, že je ešte väčší. Horúci Veľký tresk môže znamenať začiatok pozorovateľného vesmíru, ale nie zrodenie vesmíru a času. Pred Veľkým treskom prešiel vesmír obdobím kozmickej inflácie. Namiesto toho, aby bol vesmír naplnený hmotou a žiarením a bol horúci, bol:
Propagačné video:
• bola naplnená energiou, ktorá je súčasťou samotného priestoru, • expandoval exponenciálnym tempom,
• vytvoril nový priestor tak rýchlo, že najmenšia fyzická veľkosť, Planckova dĺžka, sa natiahla na veľkosť vesmíru pozorovanú dnes každých 10 ^ -32 s.
V našom regióne vesmíru inflácia skutočne skončila. Existuje však niekoľko otázok, na ktoré nevieme odpovede, ktoré majú obrovský vplyv na veľkosť vesmíru a jeho konečnosť alebo nekonečno.
1) Aká veľkosť bola časť vesmíru po inflácii, ktorá viedla k nášmu horúcemu veľkému tresku? Pri pozorovaní dnešného vesmíru a homogenite dosvitu Big Bang, blízkosti vesmíru k rovine, fluktuáciám, ktoré sa tiahnu cez vesmír vo všetkých mierkach atď. Atď., Sa môžeme veľa naučiť. Môžeme vypočítať hornú hranicu energetického rozsahu, v ktorom došlo k inflácii, koľko inflácie zvýšila vesmír, dolnú hranicu trvania inflácie. Ale tá kapsa rozširujúceho sa vesmíru, z ktorej pochádza naša časť, by mohla výrazne prekročiť dolnú hranicu! Môžu to byť stovky, milióny, googolové časy väčšie ako to, čo môžeme pozorovať - alebo byť skutočne nekonečné. Bez schopnosti pozorovať viac, ako je teraz k dispozícii, nebudeme mať dostatok informácií na zodpovedanie tejto otázky.
2) Je myšlienka „večnej inflácie“správna? Ak vezmete do úvahy možnosť, že inflácia je kvantovým poľom, potom v ktoromkoľvek momente exponenciálnej expanzie existuje možnosť, že inflácia skončí, čo povedie k Veľkému tresku, a pravdepodobnosť, že inflácia bude pokračovať, vytvorí viac priestoru. Takéto výpočty sú nám k dispozícii (v rámci určitých predpokladov) a vedú k záveru: ak potrebujeme dostatok inflácie pred vytvorením pozorovateľného vesmíru, potom inflácia vždy vytvorí ešte viac priestoru, ktorý sa bude naďalej rozširovať, na rozdiel od úsekov, kde sa končí a bude to Veľký tresk. A hoci sa náš pozorovateľný vesmír mohol objaviť po ukončení inflácie v našom regióne pred 13,8 miliardami rokov, existujú oblasti, v ktorých inflácia pokračuje - a vytvára stále viac priestoru,a generuje stále viac veľkých treskov - dodnes. Táto myšlienka sa nazýva večná inflácia a všeobecne sa akceptuje vo fyzickej komunite. Aký veľký je teda dnes celý nepoznateľný vesmír?
3) Ako dlho trvala inflácia predtým, ako sa skončila a kým sa vyskytol Veľký tresk? Máme prístup iba do vesmíru vytvoreného koncom inflácie a nášho horúceho Veľkého tresku. Vieme, že inflácia by mala trvať najmenej 10 ^ -32 s, ale pravdepodobne pokračovala dlhšie. Ale koľko? Sekúnd? Let? Miliardy rokov? Nekonečne? Bol vesmír vždy vystavený inflácii? Začala inflácia? Vyplývalo to z predchádzajúceho stavu, ktorý trval navždy? Alebo snáď čas a čas nevznikol z ničoho obmedzeného času? Existuje veľa možností, ale odpoveď sa momentálne nedá overiť.
Na základe našich najlepších pozorovaní vieme, že vesmír je omnoho väčší ako pozorovateľná časť. Máme podozrenie, že ešte viac vesmíru sa šíri za tieto hranice, rovnaké ako naše, s rovnakými fyzikálnymi zákonmi, druhmi štruktúr (hviezdy, galaxie, zhluky, vlákna, dutiny atď.) A so rovnakými šancami na komplex život. Bublina, v ktorej inflácia skončila, musí byť konečná a väčší a rozširujúci sa priestorový čas musí obsahovať exponenciálne veľké množstvo takýchto bublín. Ale aj keď je celý tento vesmír alebo multiverse taký neuveriteľne obrovský, nemusí byť nekonečný. Ak by inflácia netrvala donekonečna, vesmír musí byť konečný.
Najväčším problémom je však to, že máme prístup iba k informáciám obsiahnutým v pozorovateľnej časti vesmíru, a to v týchto 46 miliárd svetelných rokov vo všetkých smeroch. Odpoveď na najväčšiu otázku - či už je vesmír konečný alebo nekonečný - je možné zakódovať vo vesmíre, nemôžeme však získať prístup k dostatočne veľkej časti, aby sme to vedeli. Kým tento problém buď nevyriešime, alebo kým neprišli s chytrým spôsobom, ako rozšíriť možnosti fyziky, bude to všetko v oblasti možností.