היקום | רב-ג | יקום מקביל | זמן החלל | תאוריית המפץ הגדול

יש חבילה גדולה של ראיות מדעיות התומכות בתמונת היקום המתרחב והמפץ הגדול. האנרגיה ההמונית כולה של היקום שוחררה באירוע שנמשך פחות מ- 10 ^ -30 שניות. הדבר האנרגטי ביותר שקרה אי פעם בתולדות היקום שלנו. נאסא / GSFC

עברו רק 13.8 מיליארד שנים מאז המפץ הגדול, והמהירות העליונה שבה כל מידע יכול לנוע - מהירות האור - היא סופית. למרות שהיקום כולו יכול להיות אינסופי באמת, היקום הנצפה מוגבל. על פי הרעיונות המובילים של הפיזיקה התיאורטית, עם זאת, היקום שלנו עשוי להיות רק אזור אחד זעיר של ריבוי גדול בהרבה, שבתוכו נמצאים יקומים רבים, אולי אפילו מספר אינסופי. חלקם הם מדע בפועל, אך חלקם אינו אלא חשיבה ספקולטיבית ומשאלת לב. הנה איך לדעת איזה מהם. אבל ראשית, קצת רקע.

ביקום היום יש כמה עובדות עליו שקל יחסית, לפחות עם מתקנים מדעיים ברמה העולמית, להתבונן בהן. אנו יודעים שהיקום מתרחב: אנו יכולים למדוד תכונות לגבי גלקסיות המלמדות אותנו גם את המרחק שלהם וגם כמה מהר הם נראים מתרחקים מאיתנו. ככל שהם רחוקים יותר, כך נראה שהם נסוגים מהר יותר. בהקשר של היחסות הכללית, פירוש הדבר שהיקום מתרחב.

ואם היקום מתרחב היום, זה אומר שהוא היה קטן וצפוף בעבר. החליפו בחזרה מספיק רחוק ותגלו שהדברים גם אחידים יותר (מכיוון שכוח הכבידה לוקח זמן כדי שדברים יתקבצו זה לזה) וחמים יותר (מכיוון שאורך גל קטן יותר עבור אור פירושו אנרגיות / טמפרטורות גבוהות יותר). זה מוביל אותנו חזרה למפץ הגדול.

המחשה להיסטוריה הקוסמית שלנו, מהמפץ הגדול ועד ימינו, במסגרת היקום המתרחב. משוואת פרידמן הראשונה מתארת ​​את כל התקופות הללו, מאינפלציה למפץ הגדול להווה ולרחוק לעתיד, בצורה מדויקת לחלוטין, גם בימינו. צוות נשיא / WMAP SCIENCE

אבל המפץ הגדול לא היה ראשיתו של היקום! אנו יכולים רק להחיש חזרה לתקופה מסוימת בזמן לפני שהתחזיות של המפץ הגדול יתקלקלו. ישנם מספר דברים שאנו רואים ביקום שהמפץ הגדול אינו יכול להסביר, אך תיאוריה חדשה המגדירה את המפץ הגדול - אינפלציה קוסמית - יכולה.

התנודות הקוונטיות המתרחשות במהלך האינפלציה נמתחות על פני היקום, וכאשר האינפלציה מסתיימת הן הופכות לתנודות צפיפות. זה מוביל, לאורך זמן, למבנה בקנה מידה הגדול ביקום כיום, כמו גם לתנודות הטמפרטורה הנצפות ב- CMB.E. סיגל, עם תמונות שמקורן ב- ESA / PLANCK ובמשימה הבין-לאומית של נאס

בשנות השמונים הוכנסו מספר רב של השלכות תיאורטיות של האינפלציה, כולל:

  • איך נראים הזרעים למבנה רחב היקף,
  • שתנודות הטמפרטורה והצפיפות צריכות להתקיים במאזניים הגדולים מהאופק הקוסמי,
  • שכל אזורי המרחב, אפילו עם תנודות, צריכים להיות אנטרופיה מתמדת,
  • וכי צריכה להיות טמפרטורה מקסימאלית שמושגת על ידי המפץ הגדול הלוהט.

בשנות התשעים, האלפיים וה 2010, ארבע תחזיות אלה אושרו מבחינה תצפיתית בדיוק רב. אינפלציה קוסמית היא מנצחת.

האינפלציה גורמת להתרחבות המרחב באופן אקספוננציאלי, מה שעלול לגרום מהר מאוד לכל שטח מעוקל או לא חלק להיות מופיע שטוח. אם היקום מעוקל, יש לו רדיוס של עקמומיות שהוא גדול לפחות פי מאות ממה שאנחנו יכולים לראות. E. סיגל (ל); הדרכה לקוסמולוגיה של NED WRIGHT (R)

האינפלציה אומרת לנו שלפני המפץ הגדול, היקום לא היה מלא בחלקיקים, חלקיקים וקרינה. במקום זאת, הוא היה מלא באנרגיה הטבועה בחלל עצמו, ואותה אנרגיה גרמה לחלל להתפשט בקצב מהיר, בלתי נלאה ואקספוננציאלי. בשלב מסוים האינפלציה מסתיימת, וכל (או כמעט כל) האנרגיה ההיא הופכת לחומר ואנרגיה, ומולידה את המפץ הגדול הלוהט. סוף האינפלציה, ומה שנקרא חימום מחדש של היקום שלנו, מסמן את תחילת המפץ הגדול הלוהט. המפץ הגדול עדיין קורה, אך זו לא ההתחלה ממש.

האינפלציה מנבאת את קיומו של נפח עצום של יקום בלתי ניתן לצפייה מעבר לחלק בו אנו יכולים לצפות. אבל זה נותן לנו אפילו יותר מזה. E. סיגל / מעבר לגלקסיה

אם זה היה הסיפור המלא, כל מה שהיה לנו היה יקום אחד גדול במיוחד. יהיו לו אותן תכונות בכל מקום, אותם חוקים בכל מקום, והחלקים שהיו מעבר לאופק הגלוי שלנו יהיו דומים למקום בו אנו נמצאים, אבל זה לא ייקרא בצדק המולטי-ריבוי.

עד, כלומר, אתה זוכר שכל מה שקיים פיזית חייב להיות קוונטי מטבעו. אפילו אינפלציה, עם כל הלא נודעים הסובבים אותה, חייבת להיות שדה קוונטי.

אופיה הקוונטי של האינפלציה פירושו שהוא מסתיים בכמה

אם אתה מחייב אז לאינפלציה יש את המאפיינים שיש לכל שדות הקוונטים:

  • שלתכונותיו יש אי וודאות הטבועה בהם,
  • שהשדה מתואר על ידי תפקוד גלים,
  • והערכים של אותו שדה יכולים להתפשט לאורך זמן,

אתה מגיע למסקנה מפתיעה.

בכל מקום בו מתרחשת אינפלציה (קוביות כחולות), היא מולידה אזורים מרחביים יותר מעריכיים עם כל צעד קדימה בזמן. גם אם יש הרבה קוביות בהן האינפלציה מסתיימת (Xs אדום), ישנם אזורים רבים בהרבה שבהם האינפלציה תמשיך לעבר העתיד. העובדה שזה לעולם לא מסתיים היא שהופכת את האינפלציה לנצחית ברגע שהיא מתחילה. סיגל / מעבר לגלקסיה

האינפלציה לא מסתיימת בכל מקום בבת אחת, אלא במיקומים מנותקים מנותקים בכל זמן נתון, בעוד המרחב בין אותם מיקומים ממשיך לנפח. צריכים להיות אזורים מרובים עצומים של מרחב בהם מסתיימת האינפלציה ומתחיל המפץ הגדול החם, אך הם לעולם לא יכולים להיתקל זה בזה, מכיוון שהם מופרדים על ידי אזורים של ניפוח חלל. בכל מקום בו האינפלציה מתחילה, הכל מובטח להימשך לנצח, לפחות במקומות.

איפה שהאינפלציה מסתיימת עבורנו, אנחנו מקבלים את המפץ הגדול. החלק של היקום שאנו מתבוננים בו הוא רק חלק אחד באזור זה בו הסתיים האינפלציה, עם יקום בלתי ניתן לעין יותר מעבר לכך. אבל יש אינספור אזורים רבים, כולם מנותקים זה מזה, עם אותו סיפור מדויק.

המחשה של ריבוי יקומים עצמאיים, המנותקים זה מזה בסיבוכים באוקיאנוס הקוסמי שהולך ומתרחב, היא תיאור אחד של רעיון המולטיברס. באזור בו המפץ הגדול מתחיל והאינפלציה מסתיימת, קצב ההתרחבות יירד, ואילו האינפלציה נמשכת בין שני אזורים כאלה, תוך הפרדתם לנצח. OZYTIVE / DOMAIN

זה הרעיון של ריבוי המגוונים. כפי שאתה יכול לראות, זה מבוסס על שני היבטים עצמאיים, מבוססים ומקובלים מאוד של הפיזיקה התיאורטית: הטבע הקוונטי של הכל ותכונות האינפלציה הקוסמית. אין דרך ידועה למדוד את זה, כמו שאין דרך למדוד את החלק הבלתי ניתן לצפייה ביקום שלנו. אולם הוכח ששתי התיאוריות העומדות בבסיסה, אינפלציה ופיזיקת קוונטים. אם הם צודקים, הרי המרב הוא תוצאה בלתי נמנעת מכך ואנחנו חיים בזה.

הרעיון הרב-גוני קובע שיש מספר גדול באופן שרירותי של יקומים כמו שלנו, אבל זה לא אומר בהכרח שיש גרסה אחרת שלנו שם בחוץ, וזה בהחלט לא אומר שיש סיכוי להיתקל בגרסה חלופית של עצמך ... או כל דבר מיקום אחר בכלל. LEE DAVY / FLICKR

אז מה? זה לא מגרש שלם, נכון? ישנן הרבה השלכות תיאורטיות בלתי נמנעות, אך איננו יכולים לדעת עליהן בוודאות מכיוון שאיננו יכולים לבחון אותן. ריבוי המגוונים הוא אחד בשורה ארוכה מאלו. זה לא מימוש שימושי במיוחד, אלא רק חיזוי מעניין שנופל מהתיאוריות האלה.

אז מדוע כל כך הרבה פיסיקאים תיאורטיים כותבים מאמרים על המגוון הרחב? על יקומים מקבילים והקשר שלהם לשלנו באמצעות ריבוי רחב זה? מדוע הם טוענים שהרב-רחב קשור לנוף המיתרים, לקבוע הקוסמולוגי ואפילו לעובדה שהיקום שלנו מכוון לכל החיים?

כי למרות שברור שזה רעיון רע, אין להם טובים יותר.

נוף המיתרים עשוי להיות רעיון מרתק מלא בפוטנציאל תיאורטי, אך הוא לא מנבא שום דבר שנוכל לצפות בו ביקום שלנו. רעיון זה של יופי, המונע על ידי פתרון בעיות 'לא טבעיות', אינו מספיק בפני עצמו כדי לעלות לרמה הנדרשת על ידי המדע. UNIVERSITY OF CAMBRIDGE

בהקשר של תורת המיתרים, יש מערכת ענק של פרמטרים שיכולים, באופן עקרוני, לקבל כמעט כל ערך. התיאוריה אינה גורסת להם תחזיות, ולכן עלינו להכניס אותם ביד: ערכי הציפייה של המיתר vacua. אם שמעתם על מספרים גדולים להפליא כמו 10500 המפורסם המופיע בתורת המיתרים, הערכים האפשריים של המיתר vacua הם הדברים שהם מתכוונים אליו. אנחנו לא יודעים מה הם, או מדוע יש להם את הערכים שהם עושים. איש אינו יודע לחשב אותם.

ייצוג של

לכן, במקום זאת, יש אנשים שאומרים "זה המרבה!" קו החשיבה הולך כך:

  • איננו יודעים מדוע לקבועים הבסיסיים יש את הערכים שהם עושים.
  • איננו יודעים מדוע חוקי הפיזיקה הם מה שהם.
  • תורת המיתרים היא מסגרת שיכולה לתת לנו את חוקי הפיזיקה שלנו עם קבועי היסוד שלנו, אך היא יכולה לתת לנו חוקים אחרים ו / או קבועים אחרים.
  • לכן, אם יש לנו ריבוי עצום, שבו המון אזורים שונים חוקים ו / או קבועים שונים, אחד מהם יכול להיות שלנו.

הבעיה הגדולה היא שלא זו בלבד שהספקולטיבי הזה הוא אדיר, אלא שאין שום סיבה, בהינתן האינפלציה והפיזיקה הקוונטית המוכרת לנו, להניח שלמרחב ניפוח יש חוקים או קבועים שונים באזורים שונים.

לא מתרשמים מקו ההיגיון הזה? אף אחד לא כמעט אחר.

כמה סביר או לא סביר שהיקום שלנו ייצר עולם כמו כדור הארץ? וכמה סבירים היו הסיכויים האלה אם הקבועים או החוקים הבסיסיים השולטים ביקום שלנו היו שונים? יקום מזל, שמכסהו צולמה דימוי זה, הוא ספר אחד כזה הבוחן סוגיות אלה. גרנד ליוויס ולוק אסנס

כפי שהסברתי בעבר, המולטיברס איננה תיאוריה מדעית בפני עצמה. במקום זאת, זו תוצאה תיאורטית של חוקי הפיזיקה כפי שהם הכי מובנים כיום. זה אולי אפילו תוצאה בלתי נמנעת של החוקים האלה: אם יש לך יקום אינפלציוני שנשלט על ידי פיזיקת הקוונטים, זה משהו שאתה די צפוי להסתכם בו. אבל - ממש כמו תורת המיתרים - יש לה כמה בעיות גדולות: היא לא מנבאת שום דבר ששנינו צפינו בו ואיננו יכולים להסביר בלעדיו, והיא לא מנבאת שום דבר מוחלט שנוכל לחפש.

ויזואליזציה של חישוב תורת השדות הקוונטים המציג חלקיקים וירטואליים בוואקום הקוונטי. אפילו בחלל הריק, אנרגיית הוואקום הזו אינה אפסית. אם יש לזה ערך קבוע זהה באזורים אחרים של המולטיברסיה זה משהו שאנחנו לא יכולים לדעת, אבל אין שום מוטיבציה שזה יהיה ככה .DEREK LEINWEBER

ביקום הפיזי הזה, חשוב להקפיד על כל מה שאנחנו יכולים, ולמדוד כל פיסת ידע שאנחנו יכולים לגייס. רק מתוך חבילת הנתונים המלאה אנו יכולים לקוות להסיק מסקנות מדעיות תקפות לגבי אופי היקום שלנו. לחלק מהמסקנות הללו יהיו השלכות שאולי לא נוכל למדוד: קיומה של הרב-רובה נובע מכך. אבל כשאנשים טוענים אז שהם יכולים להסיק מסקנות בנוגע לקבועים בסיסיים, לחוקי הפיזיקה או לערכים של מיתרי vacua, הם כבר לא עושים מדע; הם משערים. חשיבה משאלת לב אינה תחליף לנתונים, ניסויים או ניתן לראות. עד שיהיו לנו כאלה, היו מודעים לכך שהמגוון הרב-גוני הוא תוצאה של המדע הטוב ביותר שיש לנו כיום, אך הוא אינו מביא שום תחזיות מדעיות שנוכל להעמיד למבחן.

מקווה שזה עשוי להביא חשיבות מסוימת לנושא האסטרופיזיקה ..

Jyotiraditya