Pred 13,8 milijarde let se je vesolje začelo z vročim velikim praskom. Od takrat se je širila in hladila, vse do danes. Z našega vidika lahko Vesolje opazujemo v polmeru 46 milijard let, zahvaljujoč omejitvi hitrosti svetlobe in širjenju Vesolja. In čeprav je ta razdalja ogromna, je končna. Toda to je le del, ki ga vidimo. Kaj je zunaj tega in ali je mogoče, da obstaja neskončnost?
Adam Stevens želi vedeti:
Kaj menite o neskončnosti vesolja? Mnogi kozmologi so mi rekli, da neskončnost vesolja ni dokazana. Kako je to mogoče dokazati empirično?
Najprej se lahko naučimo več kot to, kar vidimo v 46 milijard svetlobnih letih.
Dlje kot gledamo v katerokoli smer, dlje kot pogledamo v globino časa. Najbližja galaksija, ki se nahaja 2,5 milijona svetlobnih let od nas, je vidna tako, kot je bila pred 2,5 milijona let, saj svetloba potuje od tam v naše oči od trenutka, ko jo oddajamo. Bolj oddaljene galaksije so nam vidne, kot so bile pred desetimi milijoni, stotimi milijoni ali celo milijardami let. Če pogledamo še dlje, smo luč vesolja videli že od njegovih mlajših dni. Torej, če pogledamo svetlobo, ki je izpuščena pred 13,8 milijarde let, relikvijo velikega poka, vidimo reliktno sevanje.
Vzorec nihanja je zelo zmeden z različnimi srednjimi temperaturami na različnih kotnih lestvicah. Šifrira tudi ogromno informacij o Vesolju, vključno z neverjetnim dejstvom: ukrivljenost prostora, kolikor lahko sodimo, je odsotna, torej je ravna. Če bi imel prostor pozitivno ukrivljenost, kot bi živeli na površini štiridimenzionalne krogle, bi videli konvergenco daljnih žarkov svetlobe. Če bi imela negativno ukrivljenost, bi na površini štiridimenzionalnega sedla opazili oddaljene žarke svetlobe. Namesto tega se žarki svetlobe premikajo, kot so se dogajali, in nihanja nam govorijo o idealni ravnini.
Iz nabora podatkov o reliktnem sevanju in obsežnih strukturah Vesolja (dostopnih s študijem barionskih zvočnih nihanj) lahko sklepamo, da če je vesolje dokončno in je zaprto nase, mora biti vsaj 250-krat večje od tistega, kar lahko vidimo. Ker živimo v treh dimenzijah, povečanje polmera 250-krat pomeni povečanje prostornine 250 ^ 3-krat ali 15 milijonov krat več prostora. A to še vedno ni neskončna količina. Najmanjša ocena velikosti vesolja je 11 bilijonov svetlobnih let v vseh smereh, kar je grozno, vendar še vedno ne neskončno.
Obstaja razlog, da verjamemo, da je še večji. Vroči Veliki prasak lahko pomeni začetek vesolja, ki ga je mogoče opazovati, ne pa tudi rojstva prostora in časa. Pred velikim praskom je bilo vesolje skozi obdobje kozmične inflacije. Namesto da bi se napolnili s snovjo in sevanjem in segrevali, je bilo vesolje:
Promocijski video:
• je bila napolnjena z energijo, ki je značilna za sam prostor, • razširjena z eksponentno hitrostjo,
• ustvaril nov prostor tako hitro, da se je najmanjša fizična velikost, Planckova dolžina, raztezala na velikost Vesolja, ki jo danes opažamo vsakih 10 ^ -32 s.
V naši regiji Vesolja je inflacije res konec. Obstaja pa več vprašanj, na katera nam odgovori niso znani, ki imajo velik vpliv na velikost vesolja in njegovo končnost ali neskončnost.
1) Kakšne velikosti je bil odsek Vesolja po inflaciji, ki je povzročila naše vroče Big Bang? Če opazimo današnje Vesolje in homogenost svetlečega velikega praska, bližino Vesolja do ravnine, nihanja, ki se raztezajo po Vesolju na vseh lestvicah itd., Itd., Se lahko veliko naučimo. Izračunamo lahko zgornjo mejo energetske lestvice, na kateri je prišlo do inflacije, za koliko inflacije se je vesolje povečalo, spodnjo mejo trajanja inflacije. Toda žep razširjajočega se Vesolja, iz katerega izvira naš del, bi lahko zelo presegel spodnjo mejo! Lahko so stotine, milijoni, googoli krat večji od tistega, kar lahko opazujemo - ali pa so res neskončni. Brez možnosti opazovanja več, kot nam je zdaj na voljo, ne bomo dobili dovolj informacij za odgovor na to vprašanje.
2) Ali je ideja o "večni inflaciji" pravilna? Če upoštevate možnost, da je inflacija kvantno polje, potem v vsakem trenutku eksponentne ekspanzije obstaja možnost, da se bo inflacija končala, kar bo privedlo do velikega poka, in verjetnost, da se bo inflacija nadaljevala, ustvarila več prostora. Takšni izračuni so nam na voljo (v okviru določenih predpostavk) in vodijo do zaključka: če potrebujemo dovolj inflacije pred nastankom opazovanega vesolja, bo inflacija vedno ustvarila še več prostora, ki se bo še naprej širil, za razliko od odsekov, kjer se konča in prišlo bo do velikega poka. In čeprav se je naše opazovano Vesolje lahko pojavilo po koncu inflacije v naši regiji pred 13,8 milijarde let, obstajajo regije, kjer se inflacija nadaljuje - in ustvarja vedno več prostora,in ustvarja vedno več velikih bang - do danes. Ta ideja je znana kot večna inflacija in je v fizični skupnosti splošno sprejeta. Kako velik je danes celotno neopazno vesolje?
3) Kako dolgo je trajala inflacija, preden se je končala in je prišlo do velikega poka? Imamo samo dostop do vesolja, ki ga je ustvaril konec inflacije in vročega velikega poka. Vemo, da bi se inflacija morala nadaljevati vsaj 10 ^ -32 s, a najverjetneje je šlo dlje. Toda koliko? Sekunde? Leta? Milijard let? Neskončno? Je bilo vesolje vedno podvrženo inflaciji? Se je začela inflacija? Je izhajalo iz prejšnjega stanja, ki je trajalo večno? Ali sta se prostor in čas izkazala iz nič omejenega časa? Možnosti je veliko, vendar odgovora trenutno ni mogoče preveriti.
Na podlagi naših najboljših opažanj vemo, da je vesolje veliko večje od opazovanega dela. Sumimo, da se še več Vesolja širi onkraj teh meja, enako kot naše, z enakimi zakoni fizike, vrstami struktur (zvezde, galaksije, grozdi, nitke, praznine itd.) In z enakimi možnostmi zapletenega življenje. Mehurček, v katerem se je inflacija končala, mora biti končen, večji, širši prostor-čas pa mora vsebovati eksponentno ogromno število takih mehurčkov. Toda tudi če je ves ta vesolje ali multiverse tako neverjetno velik, morda ni neskončno. V resnici, če inflacija ne bi trajala v nedogled, mora biti vesolje končno.
Največja težava pa je, da imamo v teh 46 milijard svetlobnih letih v vseh smereh dostop le do informacij, ki jih vsebuje opazovani del Vesolja. Odgovor na največje vprašanje - ali je vesolje končno ali neskončno - je lahko v vesolju kodiran, vendar do njegovega velikega dela ne moremo dostopati. Dokler ne bomo rešili tega vprašanja ali si zamislili pametnega načina za razširitev možnosti fizike, bo vse to v kraljestvu možnosti.