v hypertorusovém modelu vesmíru vás pohyb v přímce vrátí k originálu… umístění. Je-li čas jako torus, to může být cyklický v přírodě, spíše než mít vždy existoval nebo přichází do existence konečné množství času. Ani dnes neznáme původ času.,
ESO a deviantART uživatele InTheStarlightGarden
Když se podíváme na dnešní Vesmír, víme, s mimořádným množstvím vědecké jistoty, že to nebylo prostě vytvořeny tak, jak je, ale se vyvinul do své současné podobě více než miliardy let vesmírné historie. Můžeme použít to, co vidíme dnes, a to jak v blízkosti a ve velké vzdálenosti, extrapolovat, jak Vesmír vypadal dávno, a pochopit, jak to přišlo být, jak to je teď.,
Když přemýšlíme o našem kosmickém původu, pak je jen lidské klást nejzákladnější ze všech možných otázek: odkud to všechno pochází? Je to už více než půl století od prvního robustní a jedinečné předpovědi Velkého Třesku byly potvrzeny, což vede k naší moderní obraz Vesmíru, který začal z horkém a hustém stavu, některé před 13.8 miliardami let. Ale v naší snaze o začátek už víme, že čas nemohl začít s Velkým třeskem. Ve skutečnosti by to vůbec nemělo začátek.,
po Velkém třesku byl vesmír téměř dokonale jednotný a plný hmoty, energie a… záření v rychle se rozšiřujícím stavu. Jak čas pokračuje, vesmír nejen tvoří prvky, atomy a shluky a shluky dohromady, které vedou ke hvězdám a galaxiím, ale po celou dobu se rozšiřuje a ochlazuje. Žádná alternativa se tomu nemůže vyrovnat, ale neučí nás všechno, včetně (a zejména) samotného začátku.
NASA/GSFC
kdykoli o něčem přemýšlíme, aplikujeme na to naši lidskou logiku., Pokud chceme vědět, odkud přišel velký třesk, popíšeme to v nejlepších termínech, které můžeme, a pak teoretizovat o tom, co by to mohlo způsobit, a nastavit to. Hledáme důkazy, které nám pomohou pochopit začátky velkého třesku. Koneckonců, to je místo, odkud pochází všechno: z procesu, který mu dal svůj začátek.
ale to předpokládá něco, co nemusí být pravda o našem vesmíru: že to vlastně mělo začátek. Dlouho, vědecky, jsme nevěděli, zda je to pravda nebo ne. Měl vesmír začátek, nebo čas, před kterým nic neexistovalo?, Nebo existoval vesmír na věčnost, jako nekonečná čára probíhající v obou směrech? Nebo, dost možná, je náš vesmír cyklický jako obvod kruhu, kde se opakuje znovu a znovu donekonečna?
tři hlavní možnosti, jak se čas chová v našem Vesmíru jsou té době existovala vždy… a bude vždy existovat, že čas existuje jen pro omezenou dobu, když jsme se vrátili dozadu, nebo že čas je cyklický, a bude opakovat, bez začátku a bez konce., Velký třesk vypadal, jako by nějakou dobu poskytoval odpověď, ale od té doby byl nahrazen, vrhat náš původ zpět do nejistoty.
E. Siegel
po určitou dobu existovalo několik konkurenčních nápadů, které byly v souladu s pozorováními, které jsme měli.
- rozšiřující se vesmír mohl pocházet z jedinečného bodu-události v časoprostoru-kde se celý prostor a čas vynořily ze singularity.
- vesmír by se dnes mohl rozšiřovat, protože se v minulosti stahoval a v budoucnu se opět uzavře, což představuje oscilační řešení.,
- Konečně, rozšiřující se Vesmír mohl být věčný státu, kde je prostor rozšiřuje nyní a vždy byl a vždy bude, kde se nové věci je průběžně vytvořen, aby hustota konstantní.
Tyto tři příklady reprezentují tři hlavní možnosti: Vesmír měl jedinečnou začátek, Vesmír je cyklické v přírodě, nebo Vesmír vždy existoval. V šedesátých letech však byla všude po obloze nalezena nízká úroveň mikrovlnného záření, která navždy změnila příběh.,
Podle původního vyjádření Penzias a Wilson, galaktické rovině vyzařovaného některé… astrofyzikální zdroje záření (centrum), ale nad a pod, vše, co zůstalo, bylo téměř dokonalé, jednotné pozadí záření. Nyní byla změřena teplota a spektrum tohoto záření a dohoda s předpovědí velkého třesku je mimořádná.
vědecký tým NASA/WMAP
toto záření nebylo všude stejné, ale také stejné ve všech směrech., Při pouhých několika stupních nad absolutní nulou to bylo v souladu s vesmírem, který se vynořil z dřívějšího, horkého hustého stavu, a chlazení, jak se rozšiřovalo.
Jako vylepšená technologie a nové techniky vedla k lepší data, zjistili jsme, že spektrum tohoto záření má zvláštní tvar: téměř dokonalé černé těleso. Blackbody je to, co dostanete, pokud máte dokonalý absorbér záření zahřátého na určitou specifickou teplotu. Pokud se vesmír rozšiřuje a ochlazuje, aniž by se změnila jeho entropie (tj.,, adiabatically), něco, co začíná s černého tělesa spektra zůstane tělesa, i když se ochladí. Toto záření bylo nejen v souladu s tím, že zbylo záře z velkého třesku, ale bylo v rozporu s alternativami, jako je unavené světlo nebo odražené hvězdné světlo.
unikátní predikce model Velkého Třesku je, že by zbytky záře záření… prostupuje celým vesmírem ve všech směrech., Záření by bylo jen několik stupňů nad absolutní nulou, všude by mělo stejnou velikost a poslouchalo by dokonalé spektrum blackbody. Tyto předpovědi byly potvrzeny okázale dobře, eliminovat alternativy, jako je teorie ustáleného stavu z životaschopnosti.
NASA / Goddard Space Flight Center / COBE (hlavní); Princetonské Skupiny, 1966 (vložka)
Podle Velkém Třesku byl Vesmír teplejší, hutnější, jednotnější a menší v minulosti., Má pouze vlastnosti, které dnes vidíme, protože se tak dlouho rozšiřuje, ochlazuje a zažívá vliv gravitace. Protože vlnová délka záření se táhne jak Vesmír expanduje, menší, Vesmír by měl záření s kratší vlnové délky, což znamená, že měl vyšší energii a vyšší teploty.
před miliardami let bylo kdysi tak horké, že se ani neutrální atomy nemohly tvořit, aniž by byly odpáleny., Ještě dříve bylo dnešní mikrovlnné záření tak energické, že dominovalo nad hmotou, pokud jde o energetický obsah vesmíru. Ještě v dřívějších dobách byla atomová jádra okamžitě odstřelena a ještě dříve jsme nemohli vytvořit stabilní protony a neutrony.
vizuální historie rozpínání Vesmíru zahrnuje horký, hustý, stát, známý jako Velký Třesk a… růst a tvorba struktury následně., Celá sada dat, včetně pozorování světelných prvků a kosmického mikrovlnného pozadí, ponechává pouze Velký třesk jako platné vysvětlení všeho, co vidíme. Jak se vesmír rozšiřuje, také ochlazuje, což umožňuje vznik iontů, neutrálních atomů a nakonec molekul, plynových mraků, hvězd a nakonec galaxií.
NASA / CXC / M. Weiss
Pokud budeme extrapolovat celou cestu zpátky, aby libovolně vysokých teplot, malé vzdálenosti a vysoké hustoty, že intuit, že to by opravdu přirovnat k začátku., Pokud byste byli ochotni spustit hodiny dozadu tak daleko, jak byste mohli, celý prostor, který tvoří náš viditelný vesmír dnes, by byl stlačen na jediný bod.
Nyní, to je pravda, že pokud jste šel do těchto extrémních podmínkách, komprese veškeré hmoty a energie přítomné v dnešním Vesmíru do malé dostatečný objem prostoru, fyzikální zákony by se zhroutil. Mohli byste se pokusit vypočítat různé vlastnosti, ale dostali byste jen nesmysly pro odpovědi. To je to, co popisujeme jako singularita: soubor podmínek, kde čas a prostor nemají žádný význam., Na první pohled, pokud uděláte matematiku, zdá se, že singularita je nevyhnutelná, bez ohledu na to, co dominuje energetickému obsahu vesmíru.
Singularity jsou místem, kde gravitační zákon, který řídí vesmír — Einsteinova obecná relativita — přináší nesmysly pro předpovědi. Relativita, pamatujte, je teorie, která popisuje prostor a čas. Ale u singularit přestávají existovat prostorové i časové rozměry. Klást otázky jako “ co přišlo před touto událostí, kde začal čas „je stejně nesmyslné jako ptát se“ kde jsem“, Pokud prostor již neexistuje.,
to je argument, který mnozí dělají, včetně Paula Daviese, když tvrdí, že nelze diskutovat o tom, co se stalo před Velkým třeskem. To je tautologie, samozřejmě, pokud tvrdíte, že velký třesk je místo, kde začal čas. Ale stejně zajímavé jako tento argument je, víme, že velký třesk není místo, kde čas začal už. Od té doby, co jsme provedli moderní, podrobná měření vesmíru, jsme se dozvěděli, že tato extrapolace na singularitu musí být špatná.,
zbytky záře z Velkého Třesku, CMB, není jednotná, ale má drobné nedokonalosti a… teplotní výkyvy na stupnici několika stovek mikrokelvinů. I když to hraje velkou roli v pozdních dobách, po gravitačním růstu je důležité si uvědomit, že časný vesmír a rozsáhlý vesmír dnes jsou pouze nerovnoměrné na úrovni, která je menší než 0,01%. Planck detekoval a měřil tyto výkyvy na lepší přesnost než kdy předtím, a může dokonce odhalit účinky kosmických neutrin na tento signál., Vlastnosti těchto výkyvů silně podporují inflační původ našeho pozorovatelného vesmíru.
ESA Planck collaboration
zejména, vzory a velikosti výkyvy, že jsme objevili v moderní záření, pozůstatek od začátku, horký, hustý, stát, nás učí několik důležitých vlastností našeho Vesmíru. Učí nás, kolik hmoty bylo přítomno v temné hmotě i v normální hmotě: protony, neutrony a elektrony., Dávají nám měření prostorového zakřivení vesmíru, stejně jako přítomnost temné energie a účinků neutrin.
ale také nám říkají něco životně důležitého, co je často přehlíženo: říkají nám, zda byla maximální teplota pro vesmír zpět v nejranějších fázích. Podle dat z WMAP a Planck, Vesmír nikdy dosáhnout teploty vyšší než asi 1029 K. Toto číslo je obrovský, ale to je více než 1000 krát menší, že teploty budeme muset přirovnat k singularitě.,
celá naše kosmická historie je teoreticky dobře pochopena, ale pouze kvalitativně. Je konec… zkoumavě potvrzení a odhalení různých fázích našeho Vesmíru, minulé, že musí došlo, jako když první hvězdy a galaxie vznikla a jak se Vesmír rozpínal v průběhu času, že můžeme skutečně pochopit náš vesmír. Relikvie podpisy potiskem na náš Vesmír od inflační stát před horkým Velkým Třeskem nám unikátní způsob, jak otestovat naší kosmické historie.,
Nicole Rager Fuller / Národní Nadace pro Vědu
konkrétní vlastnosti Vesmíru, které jsou potištěny na to od nejranějších etap poskytnout okno do fyzikálních procesů, které se odehrály v té době. Nejen že nám říkají, že nemůžeme extrapolovat Velkého Třesku celou cestu zpět do singularity, ale říkají nám, o stavu, který existoval před (a nastavit) horký Velký Třesk: období inflace vesmíru.,
během inflace bylo obrovské množství energie vlastní samotnému prostoru, což způsobilo, že se vesmír rychle a neúnavně rozšiřoval: exponenciálním tempem. Toto období inflace došlo před horkým Velkým Třeskem, nastavit počáteční podmínky, že náš Vesmír začal s, a zanechal řadu jedinečných otisky, které jsme hledali a objevili po teorii již předpověděl. Jakoukoli metrikou je inflace obrovským úspěchem.,
kvantové výkyvy, ke kterým dochází během inflace, se táhnou napříč vesmírem a kdy… inflace končí, stávají se kolísáním hustoty. To vede v průběhu času k rozsáhlé struktuře ve vesmíru dnes, stejně jako kolísání teploty pozorované v CMB. Tyto nové předpovědi jsou nezbytné pro prokázání platnosti dolaďování mechanismu, a potvrdily, inflace jako nový, vedoucí teorie o tom, jak náš Velký Třesk dostal jeho začátek.
E., Siegel, s obrázky odvozenými od ESA / Planck a Doe/ NASA / NSF interagency task force na CMB research
ale to vážně mění naše představy o tom, jak vesmír začal. Dříve jsem vám představil graf toho, jak se velikost (nebo měřítko) vesmíru vyvíjela s časem. Graf zobrazoval rozdíly mezi tím, jak by se vesmír rozšířil, kdyby v raných dobách dominovala hmota (červeně), záření (modře) nebo samotný prostor (například během inflace, žlutě). Při zobrazování tohoto grafu jsem k vám však nebyl úplně upřímný.,
vidíte, něco jsem vynechal v předchozím grafu, protože jsem to zkrátil v pozitivním, konečném čase. Jinými slovy, zastavil jsem graf, než jsme dosáhli velikosti nuly. Pokud bych měl pokračovat v extrapolování dozadu, křivky hmoty a záření skutečně dosáhnou singularity v určitém čase: t = 0. Tam by došlo k původní myšlence velkého třesku. Ale v inflačním Vesmíru, jen je asymptota do velikosti nula, nikdy dosáhnout. Ne v určitém čase t=0, a ne v žádném brzkém čase, bez ohledu na to, jak daleko jste zpátky.,
Modré a červené čáry představují „tradiční“ scénář Velkého Třesku, kde vše začíná v čase t=0,… včetně samotného časoprostoru. Ale v inflačním scénáři (žlutá) nikdy nedosáhneme singularity,kde prostor jde do singulárního stavu; místo toho se může v minulosti libovolně zmenšovat, zatímco čas pokračuje navždy zpět. Podmínka Hawking-Hartle no-boundary zpochybňuje dlouhověkost tohoto stavu, stejně jako věta Borde-Guth-Vilenkin, ale ani jeden není jistá věc.
E., Siegel
stejně Jako mnoho velkých objevů ve vědě, to vede k zabil nádherné nové otázky, včetně:
- Byl inflační státní konstantní? Nevíme, zda se vesmír všude nafoukl stejným tempem, nebo zda se nafoukl po dlouhou dobu. Pokud se vesmír nafoukne způsoby, které se velmi rychle změnily z jednoho okamžiku na druhý, které se liší od místa k místu, může mít stále vlastnosti, které dnes pozorujeme.
- vydržel inflační stav navždy a časem se vrátil zpět?, Inflace má určitě potenciál být věčným státem; věříme v regiony, kde nekončí horkým Velkým třeskem, pokračuje věčně do budoucnosti. Ale mohlo to být také věčné minulosti? S ničím, co by to zakazovalo, musíme tuto možnost zvážit.
- je inflace spojena s temnou energií, což je také forma exponenciální expanze? Ačkoli se liší v měřítku a velikosti, časná kosmická inflace a temná energie v pozdním stádiu dávají stejnou matematickou podobu pro expanzi vesmíru., Jsou tyto dvě fáze spojeny a naše budoucí expanze se zvýší v síle a omladí náš vesmír, jako nějaký kosmický cyklus?
různé způsoby, jak by se temná energie mohla vyvinout do budoucnosti. Zůstává konstantní nebo se zvyšuje… síla (do velkého Ripu) by mohla potenciálně omladit vesmír, zatímco obrácené znamení by mohlo vést k velké krizi. Podle jednoho z těchto dvou scénářů může být čas cyklický, zatímco pokud se ani nenaplní, čas může být konečný nebo nekonečný v trvání do minulosti.
NASA / CXC / m.,Weiss
pozorujeme, neznáme odpověď na žádnou z těchto otázek. Vesmír, pokud ho můžeme pozorovat, obsahuje pouze informace z posledních 10-33 sekund inflace. Nic, které nastaly před tím — což zahrnuje cokoliv, co by nám říct, jak-nebo-li inflace začala, a to, co jeho trvání byl vyhlazen, tak daleko, jako to, co je pozorovatelné na nás, podle povahy inflace sám.
teoreticky se nám moc nedaří., Že pokud by-Guth-Vilenkin věta nám říká, že všechny body ve Vesmíru, pokud se vám extrapolaci zpět dostatečně daleko, bude sloučit dohromady, a že inflace nemůže popsat kompletní časoprostoru. Ale to nutně neznamená, nafukování státu, nemohlo to trvat věčně; mohlo by to klidně znamenat, že naše současná pravidla fyziky jsou schopny popsat tyto nejranějších fázích přesně.
tři hlavní možnosti, jak se čas chová v našem vesmíru, jsou, že čas vždy existoval…, a bude vždy existovat, že čas existuje jen pro omezenou dobu, když jsme se vrátili dozadu, nebo že čas je cyklický, a bude opakovat, bez začátku a bez konce. V našem vesmíru dnes nemáme dostatek informací, abychom věděli, která z těchto možností je přesná.
E. Siegel
přestože můžeme sledovat naši kosmickou historii až do nejranějších fází horkého velkého třesku, nestačí odpovědět na otázku, Jak (nebo zda) čas začal., Jde to i dříve, na konci fáze kosmické inflace, se můžeme dozvědět, jak Velký Třesk byl zřízen a začal, ale my nemáme žádné pozorovatelné informace o tom, co se stalo před tím. Poslední zlomek inflace je tam, kde naše znalosti končí.
tisíce let poté, co jsme vyložili tři hlavní možnosti, jak začal čas — jako vždy existoval, jako když začal před konečnou dobou v minulosti, nebo jako cyklická entita — nejsme blíže k definitivní odpovědi., Zda je čas konečný, nekonečný nebo cyklický, není otázkou, na kterou máme dostatek informací v našem pozorovatelném vesmíru, abychom mohli odpovědět. Pokud jsme se vymyslet nový způsob, jak získat informace o této hluboké, existenciální otázka, odpověď může být navždy za hranice toho, co je poznatelné.
