Eno največjih vprašanj o našem vesolju je, od kod je vse nastalo. Ko smo odkrili, da so velikanske spirale na nebu galaksije, ki se ne razlikujejo veliko od naše lastne Mlečne poti, smo najprej začeli razumevati, kakšno velikost zaznavamo. Ti oddaljeni "otoki vesolja" niso v Mlečni poti: so zbirke milijard ali trilijonov zvezd, ločene z milijoni ali milijardami svetlobnih let v vesolju.
Ko smo odkrili, da dlje kot je galaksija od nas, hitreje zapušča našo perspektivo, pred nami se je odprla radovedna stvar, ki je skladna s splošno relativnostjo: morda se ne oddaljene galaksije oddaljene od naše lokacije, temveč se sama tkanina prostora širi. Če je tako, se mora vesolje ne samo razširiti, ampak tudi ohladiti, valovna dolžina svetlobe pa se mora sčasoma raztezati na nižje in nižje energije. Poleg tega lahko to ekstrapoliramo ne samo naprej, ampak tudi nazaj: v času, ko je bilo vesolje manjše.
Če pogledamo v to smer, vidimo, da je bilo vesolje gostejše, bolj vroče, hitreje se širi in je bolj kompaktno. Vesolje je bilo v svoji najzgodnejši mladosti tako energično, da so se raztrgali nevtralni atomi, še prej pa niso mogli tvoriti niti posameznih atomskih jeder.
Takšno sliko - Big Bang - so potrdili odkritje relikvijskega sevanja, kozmično mikrovalovno ozadje, meritve njegovega spektra in nihanja, pa tudi odkritje primarnih elementov, ki so ostali od takrat. Toda kot mamljivo, kot bi se lahko vrnili vse do izjemno vročega in gostega stanja, do posebnosti, je v našem vesolju preprosto nemogoče.
Vidite, da se pojavijo nekatere resne težave, če poskušate iti tako daleč nazaj:
- Vesolje se ne bi širilo v nedogled, tam se ne bi sesulo, ne bi dopustilo, da bi se tvorile zvezde ali galaksije, če začetna hitrost širitve in gostota energije ne bi bila popolnoma uravnotežena.
Promocijski video:
- Vesolje bi imelo različne temperature v različnih smereh - česar ne opazimo - če nekaj ne bi privedlo do enakomerne porazdelitve temperature.
- Vesolje bi bilo napolnjeno z visokoenergijskimi relikvijami, ki jih nikoli ni bilo mogoče najti, kot rezultat samovoljne ekstrapolacije nazaj v preteklost.
In spet, ko opazujemo vesolje, vidimo zvezde in galaksije; ima enako temperaturo v vseh smereh; niso vidne visokoenergijske relikvije.
Rešitev teh težav je bila teorija o kozmični inflaciji, ki je idejo o singularnosti nadomestila z obdobjem eksponentne širitve prostora in ki je predpisala tako začetne pogoje, da ne bi moglo biti velikega poka. Poleg tega je inflacija dala šest napovedi, kaj moramo opazovati v našem vesolju:
- Popolno ravno vesolje.
- Vesolje z nihanji v merilu, večjem od svetlobe, bi lahko premagalo.
- Vesolje z najvišjo temperaturo, ki ne bo poljubno visoka.
- vesolje, katerega nihanja so bila adiabatska ali povsod enaka entropija.
- Vesolje, katerega spekter nihanj je bil nekoliko manjši od narave invariantne lestvice (n_s <1).
- Končno, vesolje z določenim spektrom nihanj gravitacijskega valovanja.
Prvo je potrjeno, šesto se še išče.
Naslednje logično vprašanje o našem izvoru bo seveda, od kod je prišla inflacija? Je bila ta država večna glede na preteklost (se pravi, da ni imela izvora in je vedno obstajala) do konca in ustvarjanja Velikega poka? Ali je imelo to stanje začetek, ko je iz neinflacijskega stanja vesoljskega časa kakšen določen čas v preteklosti? Ali pa je bilo v cikličnem stanju, ko je bil čas zaprt v zanki?
Težka stvar pri tem je, da v našem vesolju ni ničesar, kar bi nam omogočilo, da smo izbrali eno od teh treh možnosti. V vseh modelih inflacije (razen tistih, ki smo jih izključili), razen najbolj razširjenih modelov inflacije, je naše vesolje vplivalo le zadnjih 10 (-33) sekund inflacije ali tako. Izrazna narava inflacije izbriše vsako informacijo, ki se je rodila pred njo, in jo loči od vsega, kar lahko opazujemo, izpušča iz našega opazovanega vesolja.
Toda tisto, kar nam ostane v obliki opazovalnega Vesolja, je ogromno: 46 milijard svetlobnih let v polmeru, 1012 galaksij, 1024 zvezd, 1080 atomov in približno 1090 fotonov. Toda te številke so, čeprav astronomske, končne in nam ne dajo nobenih informacij o dogajanju v vesolju pred tem drobnim zadnjim delom sekunde inflacije. Lahko naredimo teoretične izračune, da poskusimo iztisniti še nekaj predpostavk, vendar bodo vse odvisne od izbranega modela. Z izjemo nekaj specifičnih modelov, ki bi pustili opazne odtise v našem vesolju (večina ne), ne moremo vedeti, kako - ali tudi če - se je vesolje začelo.
Skupna količina informacij, ki nam je na voljo v vesolju, je omejena, s tem pa tudi količina znanja, ki ga lahko o njem dobimo. Vendar se je treba še veliko naučiti, še veliko znanosti ne ve. Toda nekaterih stvari, ki jih najverjetneje ne bomo nikoli izvedeli. Vesolje je morda neskončno, vendar naše znanje o njem ne bo nikoli.