13,8 miliarda lat temu wszechświat zaczął się od gorącego Wielkiego Wybuchu. Od tego czasu rozszerzył się i ochłodził, aż do dnia dzisiejszego. Z naszego punktu widzenia, możemy obserwować Wszechświat w promieniu 46 miliardów lat, dzięki ograniczeniu prędkości światła i rozszerzaniu się Wszechświata. I chociaż ta odległość jest ogromna, jest ograniczona. Ale to tylko część, którą widzimy. Co jest poza nią i czy to możliwe, że istnieje nieskończoność?
Adam Stevens chce wiedzieć:
Co myślisz o nieskończoności wszechświata? Wielu kosmologów powiedziało mi, że nieskończoność wszechświata nie została udowodniona. Jak można to udowodnić empirycznie?
Po pierwsze, możemy dowiedzieć się więcej niż to, co widzimy w odległości 46 miliardów lat świetlnych.
Im dalej patrzymy w jakimkolwiek kierunku, tym dalej spoglądamy w głębiny czasu. Najbliższa galaktyka, znajdująca się 2,5 miliona lat świetlnych od nas, jest dla nas widoczna tak, jak była 2,5 miliona lat temu, ponieważ światło przemieszcza się stamtąd do naszych oczu od momentu jego emisji. Bardziej odległe galaktyki są dla nas widoczne, ponieważ były dziesiątkami milionów, setkami milionów, a nawet miliardami lat temu. Patrząc jeszcze dalej, widzieliśmy światło wszechświata od jego młodości. Więc jeśli spojrzymy na światło wyemitowane 13,8 miliarda lat temu, relikt Wielkiego Wybuchu, zobaczymy promieniowanie reliktowe.
Wzór fluktuacji jest niezwykle zagmatwany, z różnymi średnimi temperaturami w różnych skalach kątowych. Szyfruje też ogromną ilość informacji o Wszechświecie, w tym niesamowity fakt: krzywizna przestrzeni, o ile możemy to ocenić, jest nieobecna, to znaczy jest płaska. Gdyby przestrzeń miała dodatnią krzywiznę, tak jakbyśmy żyli na powierzchni czterowymiarowej kuli, widzielibyśmy zbieżność odległych promieni światła. Gdyby miał ujemną krzywiznę, jak na powierzchni czterowymiarowego siodełka, widzielibyśmy rozchodzące się odległe promienie światła. Zamiast tego promienie światła poruszają się tak jak one, a fluktuacje mówią nam o idealnej płaszczyźnie.
Z zestawu danych dotyczących promieniowania reliktowego i wielkoskalowych struktur Wszechświata (dostępnych dzięki badaniu barionowych oscylacji akustycznych) możemy wywnioskować, że jeśli Wszechświat jest skończony i zamknięty w sobie, to musi być co najmniej 250 razy większy niż to, co możemy zobaczyć. Ponieważ żyjemy w trzech wymiarach, 250-krotny wzrost promienia oznacza 250 ^ 3-krotny wzrost objętości, czyli 15 milionów razy więcej przestrzeni. Ale to wciąż nie jest nieskończona objętość. Minimalne oszacowanie wielkości Wszechświata to 11 bilionów lat świetlnych we wszystkich kierunkach, co jest bardzo dużo, ale wciąż nie jest nieskończone.
Są powody, by sądzić, że jest jeszcze większy. Gorący Wielki Wybuch może oznaczać początek obserwowalnego wszechświata, ale nie narodziny czasu i przestrzeni. Przed Wielkim Wybuchem Wszechświat przeżywał okres kosmicznej inflacji. Zamiast być wypełnionym materią i promieniowaniem i być gorącym, wszechświat był:
Film promocyjny:
• był wypełniony energią tkwiącą w samej przestrzeni, • rozszerzał się wykładniczo, • stworzył nową przestrzeń tak szybko, że najmniejszy rozmiar fizyczny, długość Plancka, rozciągał się do rozmiarów Wszechświata obserwowanego dzisiaj co 10 ^ -32 s.
W naszym regionie Wszechświata inflacja naprawdę się skończyła. Ale jest kilka pytań, na które odpowiedzi nie są nam znane, a które mają ogromny wpływ na rozmiar Wszechświata i jego skończoność lub nieskończoność.
1) Jaka była wielkość sekcji Wszechświata po inflacji, która dała początek naszemu gorącemu Wielkiemu Wybuchowi? Obserwując obecny Wszechświat i jednorodność poświaty Wielkiego Wybuchu, bliskość Wszechświata do płaszczyzny, fluktuacje rozciągające się w całym Wszechświecie we wszystkich skalach itp., Itp., Możemy się wiele nauczyć. Możemy obliczyć górną granicę skali energii, na której wystąpiła inflacja, o ile inflacja zwiększyła wszechświat, dolną granicę czasu trwania inflacji. Ale ta kieszeń rozszerzającego się Wszechświata, z której pochodzi nasza część, może znacznie przekroczyć dolną granicę! Może być setki, miliony googoli razy większe niż to, co możemy obserwować - lub być naprawdę nieskończone. Bez możliwości zaobserwowania więcej, niż jest obecnie dostępne, nie uzyskamy wystarczających informacji, aby odpowiedzieć na to pytanie.
2) Czy idea „wiecznej inflacji” jest słuszna? Jeśli weźmiesz pod uwagę możliwość, że inflacja jest polem kwantowym, to w dowolnym momencie wykładniczej ekspansji istnieje możliwość, że inflacja się skończy, co doprowadzi do Wielkiego Wybuchu, a także prawdopodobieństwo, że inflacja będzie trwała, tworząc więcej przestrzeni. Takie obliczenia są nam dostępne (w ramach pewnych założeń) i prowadzą do wniosku: jeśli potrzebujemy wystarczającej inflacji przed powstaniem obserwowalnego wszechświata, to inflacja zawsze stworzy jeszcze więcej przestrzeni, która będzie się dalej rozszerzać, w przeciwieństwie do odcinków, na których się kończy i nastąpi Wielki Wybuch. I chociaż nasz obserwowalny Wszechświat mógł pojawić się po zakończeniu inflacji w naszym regionie 13,8 miliarda lat temu, są regiony, w których inflacja trwa - i tworzy coraz więcej przestrzeni,i generuje coraz więcej Wielkich Wybuchów - do dziś. Ta idea jest znana jako wieczna inflacja i jest ogólnie akceptowana w społeczności fizycznej. Jak duży jest dziś cały nieobserwowalny wszechświat?
3) Jak długo trwała inflacja, zanim się skończyła i nastąpił Wielki Wybuch? Mamy dostęp tylko do Wszechświata utworzonego pod koniec inflacji i naszego gorącego Wielkiego Wybuchu. Wiemy, że inflacja powinna trwać co najmniej 10 ^ -32 s, ale najprawdopodobniej trwała dłużej. Ale ile? Sekundy? Lat? Miliardy lat? Nieskończenie? Czy wszechświat zawsze podlegał inflacji? Czy inflacja się rozpoczęła? Czy wynikało to z poprzedniego stanu, który trwał wiecznie? A może przestrzeń i czas wyłoniły się z niczego jakiś czas temu? Możliwości jest wiele, ale w tej chwili nie można zweryfikować odpowiedzi.
Na podstawie naszych najlepszych obserwacji wiemy, że Wszechświat jest znacznie większy niż obserwowalna część. Podejrzewamy, że jeszcze więcej Wszechświata rozciąga się poza te granice, tak samo jak nasz, z tymi samymi prawami fizyki, typami struktur (gwiazdy, galaktyki, gromady, włókna, puste przestrzenie itp.) Iz tymi samymi szansami na kompleks życie. Bańka, w której zakończyła się inflacja, musi być skończona, a większa, rozszerzająca się czasoprzestrzeń musi zawierać wykładniczo ogromną liczbę takich pęcherzyków. Ale nawet jeśli cały ten Wszechświat lub Multiwszechświat jest tak niewiarygodnie ogromny, może nie być nieskończony. W rzeczywistości, jeśli inflacja nie trwałaby w nieskończoność, wszechświat musi być skończony.
Ale największym problemem jest to, że mamy dostęp tylko do informacji zawartych w obserwowalnej części Wszechświata, w tych 46 miliardach lat świetlnych we wszystkich kierunkach. Odpowiedź na największe pytanie - czy wszechświat jest skończony czy nieskończony - można zakodować we wszechświecie, ale nie mamy dostępu do wystarczająco dużej jego części, aby wiedzieć. Dopóki albo nie rozwiążemy tego problemu, albo nie wymyślimy sprytnego sposobu na rozszerzenie możliwości fizyki, wszystko to będzie w sferze możliwości.