For 13,8 milliarder år siden begynte universet med en het Big Bang. Siden den gang har den utvidet og avkjølt, frem til i dag. Fra vårt synspunkt kan vi observere universet innen en radius på 46 milliarder år, takket være begrensningen i lysets hastighet og utvidelsen av universet. Og selv om denne avstanden er enorm, er den endelig. Men dette er bare den delen vi ser. Hva er utenfor det, og er det mulig at det er uendelig?
Adam Stevens vil vite:
Hva tenker du om universets uendelighet? Mange kosmologer har fortalt meg at universets uendelighet ikke er bevist. Hvordan kan dette bevises empirisk?
For det første kan vi lære mer enn det vi ser innen 46 milliarder lysår.
Jo lenger vi ser i hvilken som helst retning, jo lenger ser vi ned i tidens dyp. Den nærmeste galaksen, som ligger 2,5 millioner lysår fra oss, er synlig for oss som for 2,5 millioner år siden, fordi lyset reiser derfra til øynene våre fra det øyeblikket det sendes ut. Flere fjerne galakser er synlige for oss siden de var titalls millioner, hundrevis av millioner eller til og med milliarder av år siden. Ser vi lenger, har vi sett lyset fra universet siden det var yngre dager. Så hvis vi ser på lyset som ble avgitt for 13,8 milliarder år siden, en relikvie fra Big Bang, ser vi relikviene stråling.
Svingningsmønsteret er ekstremt forvirrende, med forskjellige gjennomsnittstemperaturer i forskjellige vinkelskalaer. Den krypterer også en enorm mengde informasjon om universet, inkludert et fantastisk faktum: så langt vi kan bedømme, har ikke plass noen krumning, det vil si at den er flat. Hvis rommet hadde en positiv krumning, som om vi bodde på overflaten av en firdimensjonal sfære, ville vi se konvergensen fra fjerne lysstråler. Hvis den hadde negativ krumning, som på overflaten av en firdimensjonal sal, ville vi se fjerne lysstråler avvike. I stedet beveger lysstrålene seg som de gjorde, og svingninger forteller oss om et ideelt plan.
Fra et sett med data om CMB og storskala strukturer i universet (tilgjengelig gjennom studiet av baryons akustiske svingninger), kan vi konkludere med at hvis universet er begrenset og lukket på seg selv, bør det være minst 250 ganger større enn det vi kan se. Siden vi lever i tre dimensjoner, betyr en økning i radius 250 ganger en økning i volum 250 ^ 3 ganger, eller 15 millioner ganger mer plass. Men dette er fortsatt ikke et uendelig volum. Minimumsestimatet for universets størrelse er 11 billioner lysår i alle retninger, noe som er veldig forferdelig, men fortsatt ikke uendelig.
Det er grunn til å tro at den er enda større. En varm Big Bang kan markere begynnelsen på det observerbare universet, men ikke fødselen av rom og tid. Før Big Bang gikk universet gjennom en periode med kosmisk inflasjon. I stedet for å bli fylt med materie og stråling og å være varme, var universet:
Salgsfremmende video:
• var fylt med energi i selve rommet,
• utvidet med en eksponentiell hastighet, • skapte et nytt rom så raskt at den minste fysiske størrelsen, Planck-lengden, strakte seg til størrelsen på Universet observert i dag hver 10 ^ -32 sek.
I vår region av universet er inflasjonen virkelig over. Men det er flere spørsmål, med svarene som er ukjente for oss, som har en enorm innvirkning på universets størrelse og dets endethet eller uendelighet.
1) Hvilken størrelse var delen av universet etter inflasjonen som ga opphav til vår varme Big Bang? Når vi observerer det nåværende universet og homogeniteten til Big Bang-ettergløden, universets nærhet til et fly, svingninger som strekker seg over universet på alle skalaer, etc., etc., kan vi lære mye. Vi kan beregne den øvre grensen på energiskalaen som inflasjonen skjedde på, hvor mye inflasjonen har økt universet, den nedre grensen for varigheten av inflasjonen. Men den lommen til det ekspanderende universet, som vår del stammer fra, kunne veldig overskride den nedre grensen! Det kan være hundrevis, millioner, googoler ganger større enn det vi kan observere - eller være virkelig uendelig. Uten muligheten til å observere mer enn det som er tilgjengelig for oss nå, vil vi ikke få nok informasjon til å svare på dette spørsmålet.
2) Er ideen om "evig inflasjon" riktig? Hvis du vurderer muligheten for at inflasjon er et kvantefelt, så er det til enhver tid av eksponentiell ekspansjon en mulighet for at inflasjonen vil ende, noe som fører til Big Bang, og sannsynligheten for at inflasjonen vil fortsette, og skaper mer plass. Slike beregninger er tilgjengelige for oss (innenfor rammen av visse forutsetninger), og de fører til konklusjonen: hvis vi trenger nok inflasjon før opprettelsen av det observerbare universet, vil inflasjonen alltid skape enda mer rom som vil fortsette å utvide seg, i motsetning til seksjonene der det ender og det vil være en Big Bang. Og selv om det observerbare universet vårt kunne ha dukket opp etter inflasjonens slutt i regionen for 13,8 milliarder år siden, er det regioner der inflasjonen fortsetter - og skaper mer og mer plass,og genererer flere og flere Big Bangs - til i dag. Denne ideen er kjent som evig inflasjon, og den er generelt akseptert i det fysiske samfunnet. Så hvor stort er hele det uobserverbare universet i dag?
3) Hvor lenge varte inflasjonen før den tok slutt og Big Bang skjedde? Vi har bare tilgang til universet opprettet ved slutten av inflasjonen og vår varme Big Bang. Vi vet at inflasjonen burde ha fortsatt i minst 10 ^ -32 s, men mest sannsynlig fortsatte den lenger. Men hvor mye? Sekunder? År? Milliarder år? Trinnløs? Har universet alltid vært utsatt for inflasjon? Startet inflasjonen? Følgte det fra en tidligere tilstand som varte for alltid? Eller kanskje rom og tid dukket opp fra ingenting for en begrenset tid siden? Det er mange muligheter, men svaret kan ikke bekreftes på nåværende tidspunkt.
Basert på våre beste observasjoner, vet vi at universet er mye større enn den observerbare delen. Vi mistenker at enda mer av universet sprer seg utover disse grensene, det samme som vårt, med de samme fysikklovene, typer strukturer (stjerner, galakser, klynger, filamenter, tomrom osv.), Og med samme sjanser for et kompleks et liv. Boblen der inflasjonen er slutt, må være begrenset, og den større, utvidende romtiden må inneholde et eksponentielt stort antall slike bobler. Men selv om hele dette universet, eller multiverset, er så utrolig enormt, er det ikke sikkert det er uendelig. Faktisk, hvis inflasjonen ikke varte på ubestemt tid, må universet være endelig.
Men det største problemet er at vi bare har tilgang til informasjonen som finnes i den observerbare delen av universet, i disse 46 milliarder lysår i alle retninger. Svaret på det største spørsmålet - om universet er endelig eller uendelig - kan kodes i universet, men vi har ikke tilgang til en stor nok del av det til å vite det. Inntil vi enten løser dette problemet, eller kommer på en smart måte å utvide fysikkens muligheter, vil alt dette ligge i mulighetenes rike.
