For 13,8 milliarder år siden begyndte universet med en varm Big Bang. Siden da er det udvidet og afkølet indtil i dag. Fra vores synspunkt kan vi observere universet inden for en radius på 46 milliarder år takket være begrænsningen af lysets hastighed og udvidelsen af universet. Og selvom denne afstand er enorm, er den endelig. Men dette er kun den del, vi ser. Hvad er der ud over det, og er det muligt, at der er uendelig?
Adam Stevens vil vide:
Hvad synes du om universets uendelighed? Mange kosmologer har fortalt mig, at universets uendelighed ikke er blevet bevist. Hvordan kan dette bevises empirisk?
For det første kan vi lære mere end det, vi ser inden for 46 milliarder lysår.
Jo længere vi ser i en hvilken som helst retning, jo længere ser vi ind i tidens dybder. Den nærmeste galakse, der ligger 2,5 millioner lysår fra os, er synlig for os, som den var for 2,5 millioner år siden, da lyset bevæger sig derfra til vores øjne fra det øjeblik, det udsendes. Flere fjerne galakser er synlige for os, da de var titusinder af millioner, hundreder af millioner eller endda for milliarder af år siden. Ser vi endnu længere har vi set universets lys siden dets yngre dage. Så hvis vi ser på det lys, der blev udsendt for 13,8 milliarder år siden, en relikvie fra Big Bang, ser vi relikvien stråling.
Svingningsmønsteret er ekstremt forvirrende med forskellige gennemsnitstemperaturer i forskellige vinkelskalaer. Det krypterer også en enorm mængde information om universet, inklusive en forbløffende kendsgerning: så vidt vi kan bedømme, har rummet ingen krumning, det vil sige, det er fladt. Hvis rummet havde en positiv krumning, som om vi levede på overfladen af en firedimensionel sfære, ville vi se konvergensen fra fjerne lysstråler. Hvis det havde negativ krumning, som på overfladen af en firedimensionel sadel, ville vi se fjerne lysstråler afvige. I stedet bevæger lysstrålene sig som de gjorde, og udsving fortæller os om et ideelt plan.
Fra et sæt data om universets stråling og storskala strukturer i universet (tilgængeligt gennem studiet af akustiske baryon-svingninger) kan vi konkludere, at hvis universet er begrænset og lukket for sig selv, skal det være mindst 250 gange større end hvad vi kan se. Da vi lever i tre dimensioner, betyder en stigning i radius 250 gange en stigning i volumen 250 ^ 3 gange, eller 15 millioner gange mere plads. Men dette er stadig ikke et uendeligt volumen. Minimumsestimatet for universets størrelse er 11 billioner lysår i alle retninger, hvilket er en frygtelig masse, men stadig ikke uendelig.
Der er grund til at tro, at det er endnu større. En varm Big Bang markerer måske begyndelsen på det observerbare univers, men ikke fødslen af rum og tid. Før Big Bang gennemgik universet en periode med kosmisk inflation. I stedet for at blive fyldt med stof og stråling og at være varm, var universet:
Salgsfremmende video:
• var fyldt med energi i selve rummet,
• udvidet eksponentielt, • skabte nyt rum så hurtigt, at den mindste fysiske størrelse, Planck-længden, strakte sig til størrelsen af Universet, der observeres i dag hver 10 ^ -32 sek.
I vores region af universet er inflationen virkelig forbi. Men der er adskillige spørgsmål, hvis svar er ukendte for os, der har en enorm indflydelse på universets størrelse og dets endethed eller uendelighed.
1) Hvilken størrelse var afsnittet af universet efter inflationen, der gav anledning til vores varme Big Bang? Når vi observerer dagens univers og homogeniteten fra Big Bang-efterglød, universets nærhed til et fly, udsving, der strækker sig over universet på alle skalaer osv. Osv., Kan vi lære meget. Vi kan beregne den øvre grænse på den energiskala, som inflationen opstod, hvor meget inflation har øget universet, den nedre grænse for inflationens varighed. Men den lomme i det ekspanderende univers, som vores del stammer fra, kunne meget overstige den nedre grænse! Det kan være hundreder, millioner, googols gange større end hvad vi kan observere - eller være virkelig uendelig. Uden evnen til at observere mere, end der er tilgængeligt for os nu, vil vi ikke få nok information til at besvare dette spørgsmål.
2) Er ideen om "evig inflation" korrekt? Hvis du overvejer muligheden for, at inflation er et kvantefelt, er der på ethvert tidspunkt i eksponentiel ekspansion en mulighed for, at inflationen vil ende, hvilket fører til Big Bang, og sandsynligheden for, at inflationen fortsætter, hvilket skaber mere plads. Sådanne beregninger er tilgængelige for os (inden for rammerne af visse antagelser), og de fører til konklusionen: hvis vi har brug for nok inflation inden oprettelsen af det observerbare univers, vil inflation altid skabe endnu mere plads, som vil fortsætte med at udvide sig, i modsætning til de sektioner, hvor det vil ende og der vil være et Big Bang. Og selv om vores observerbare univers kunne have vist sig efter afslutningen af inflationen i vores region for 13,8 milliarder år siden, er der regioner, hvor inflationen fortsætter - og skaber mere og mere plads,og genererer flere og flere Big Bangs - indtil i dag. Denne idé er kendt som evig inflation, og den accepteres generelt i det fysiske samfund. Så hvor stort er hele det uobservable univers i dag?
3) Hvor længe varede inflationen, før den sluttede, og Big Bang skete? Vi har kun adgang til universet skabt ved slutningen af inflationen og vores varme Big Bang. Vi ved, at inflationen burde have fortsat i mindst 10 ^ -32 s, men sandsynligvis fortsatte den længere. Men hvor meget? Sekunder? Flere år? Milliarder af år? Uendeligt? Har universet altid været udsat for inflation? Begyndte inflationen? Følgte det fra en tidligere tilstand, der varede for evigt? Eller måske plads og tid opstod fra intet for en begrænset tid siden? Der er mange muligheder, men svaret kan ikke verificeres på dette tidspunkt.
Baseret på vores bedste observationer ved vi, at universet er meget større end den observerbare del. Vi har mistanke om, at endnu mere af universet spreder sig ud over disse grænser, det samme som vores, med de samme fysiske love, strukturtyper (stjerner, galakser, klynger, filamenter, hulrum osv.), Og med de samme chancer for et kompleks et liv. Boblen, hvor inflationen er slut, skal være begrænset, og den større, ekspanderende rumtid skal indeholde et eksponentielt stort antal sådanne bobler. Men selvom hele dette univers eller multiverset er så utroligt enormt, er det måske ikke uendeligt. Faktisk, hvis inflationen ikke varede på ubestemt tid, skal universet være begrænset.
Men det største problem er, at vi kun har adgang til informationerne indeholdt i den observerbare del af Universet i disse 46 milliarder lysår i alle retninger. Svaret på det største spørgsmål - om universet er endeligt eller uendeligt - kan kodes i universet, men vi har ikke adgang til en stor nok del af det til at vide det. Indtil vi enten løser dette problem, eller har fundet en smart måde at udvide fysikens muligheder, vil alt dette være i mulighederne.
