Good Mood

Når vi ser på Universet i dag, ved vi med en ekstraordinær mængde af videnskabelig vished for, at det ikke blot var skabt som de er, men har udviklet sig til sin nuværende konfiguration over milliarder af år af den kosmiske historie. Vi kan bruge det, vi ser i dag, både i nærheden og på store afstande, til at ekstrapolere, hvordan Universet var for længe siden, og til at forstå, hvordan det blev som det er nu.,

Når vi tænker på vores kosmiske oprindelse, er det kun menneskeligt at stille det mest grundlæggende af alle mulige spørgsmål: Hvor kom alt dette fra? Det er blevet mere end et halvt århundrede siden den første robust og unikke forudsigelser af Big Bang blev bekræftet, førende til vores moderne billede af et Univers, der begyndte fra en varm og tæt tilstand nogle 13,8 milliarder år siden. Men i vores søgen efter begyndelsen ved vi allerede, at tiden ikke kunne have startet med Big Bang. Faktisk, det har måske slet ikke haft en begyndelse.,

Når vi tænker på noget, anvender vi vores meget menneskelige logik på det., Hvis vi vil vide, hvor Big Bang kom fra, beskriver vi det på de bedste vilkår, vi kan, og teoretiserer derefter om, hvad der kunne have forårsaget det og sat det op. Vi leder efter beviser, der hjælper os med at forstå Big Bangs begyndelse. Det er trods alt, hvor alt kommer fra: fra den proces, der gav det sin start.

men dette antager noget, der måske ikke er sandt om vores univers: at det faktisk havde en begyndelse. I lang tid, videnskabeligt, vidste vi ikke, om dette var sandt eller ej. Havde universet en begyndelse, eller en tid før, hvor intet eksisterede?, Eller eksisterede universet i en evighed, som en uendelig linje, der strækker sig i begge retninger? Eller er vores univers muligvis cyklisk som omkredsen af en cirkel, hvor det gentages igen og igen på ubestemt tid?

For en tid var der flere konkurrerende ideer, som alle var i overensstemmelse med de observationer, vi havde.

1. et ekspanderende univers kunne stamme fra et entydigt punkt — en begivenhed i rumtid — hvor alt rum og tid opstod fra en singularitet.
2. universet kunne udvides i dag, fordi det var kontraherende i fortiden og vil indgå kontrakt igen i fremtiden og præsentere en oscillerende løsning.,
3. endelig kunne det ekspanderende univers have været en evig tilstand, hvor rummet udvides nu og altid havde været og altid ville være, hvor nyt stof kontinuerligt skabes for at holde tætheden konstant.

disse tre eksempler repræsenterer de tre store muligheder: universet havde en ental begyndelse, universet er cyklisk i naturen, eller universet har altid eksisteret. I 1960 ‘ erne blev der imidlertid fundet et lavt niveau af mikrobølgestråling overalt over himlen, hvilket ændrede historien for evigt.,

denne stråling var ikke bare den samme størrelse overalt, men også den samme i alle retninger., På bare et par grader over absolut nul var det i overensstemmelse med universet, der opstod fra en tidligere, varm tæt tilstand og afkøling, da den ekspanderede.da forbedret teknologi og nye teknikker førte til bedre data, lærte vi, at spektret af denne stråling havde en bestemt form: den af en næsten perfekt sort krop. En blackbody er, hvad du får, hvis du har en perfekt absorber af stråling opvarmet til en bestemt specifik temperatur. Hvis universet udvides og afkøles uden at ændre dets entropi (dvs .,, adiabatisk), vil noget, der starter med et blackbody-spektrum, forblive en blackbody, selvom det køler af. Denne stråling var ikke kun i overensstemmelse med at være den resterende glød fra Big Bang, men var uforenelig med alternativer som træt lys eller reflekteret stjernelys.

Ifølge Big Bang var Universet varmere, tættere, mere ensartede og mindre i fortiden., Det har kun de egenskaber, vi ser i dag, fordi det har udvidet, afkølet og oplevet tyngdekraftens indflydelse i så lang tid. Fordi strålingsbølgelængden strækker sig, når universet udvider sig, burde et mindre univers have haft stråling med kortere bølgelængder, hvilket betyder, at det havde højere energier og større temperaturer.for milliarder af år siden var det engang så varmt, at selv neutrale atomer ikke kunne dannes uden at blive sprængt fra hinanden., Endnu tidligere var nutidens mikrobølgestråling så energisk, at de dominerede over materien, hvad universets energiindhold angår. På endnu tidligere tidspunkter blev atomkerner øjeblikkeligt sprængt fra hinanden, og hos stadig tidligere kunne vi ikke engang skabe stabile protoner og neutroner.

Hvis vi ekstrapolerer helt tilbage til vilkårligt varme temperaturer, små afstande og høje tætheder, ville du intuitere, at dette virkelig ville svare til begyndelsen., Hvis du var villig til at køre uret baglæns så langt som du kunne, ville alt det rum, der udgør vores synlige univers i dag, blive komprimeret ned til et enkelt punkt.

nu er det rigtigt, at hvis du gik til disse ekstreme forhold og komprimerede alt stof og energi, der er til stede i dagens univers, til et lille nok rumfang, ville fysikens love bryde ned. Du kan prøve at beregne forskellige egenskaber, men du får kun vrøvl til svar. Dette er, hvad vi beskriver som en singularitet: et sæt forhold, hvor tid og rum ikke har nogen mening., Ved første øjekast, hvis du laver matematikken, ser det ud til, at en singularitet er uundgåelig, uanset hvad der dominerer universets energiindhold.singulariteter er hvor tyngdeloven, der styrer universet-Einsteins generelle relativitet-giver nonsens til forudsigelser. Relativitet, husk, er teorien, der beskriver rum og tid. Men i singulariteter ophører både rumlige og tidsmæssige dimensioner med at eksistere. At stille spørgsmål som “hvad der kom før denne begivenhed, hvor tiden begyndte” er lige så nonsensisk som at spørge “Hvor er jeg”, hvis der ikke længere findes plads.,

faktisk er dette argumentet, som mange gør, herunder Paul Davies, når de hævder, at der ikke kan diskuteres, hvad der skete før Big Bang. Dette er en tautologi, selvfølgelig, hvis du hævder, at Big Bang er hvor tiden begyndte. Men så interessant som dette argument er, ved vi, at Big Bang ikke er, hvor tiden begyndte længere. Lige siden vi har foretaget moderne, detaljerede målinger af kosmos, har vi lært, at denne ekstrapolation til en singularitet må være forkert.,

i særdeleshed lærer mønstrene og størrelsen af de udsving, vi har opdaget i den moderne stråling, der er tilbage fra den tidlige, varme, tætte tilstand, os en række vigtige egenskaber om vores univers. De lærer os, hvor meget stof der var til stede i mørkt stof såvel som normalt stof: protoner, neutroner og elektroner., De giver os en måling af universets rumlige krumning, såvel som tilstedeværelsen af mørk energi og virkningerne af neutrinoer.

men de fortæller os også noget meget vigtigt, som ofte overses: de fortæller os, om der var en maksimal temperatur for universet tilbage i dets tidligste stadier. I henhold til data fra SATELLITTEN og Planck, Universet aldrig opnået en temperatur større end omkring 1029 K. Dette tal er enorme, men det er over 1.000 gange mindre, at de temperaturer, vi havde behov for at svare til en singularitet.,

De særlige egenskaber ved Universet, der er trykt på det fra de tidligste stadier giver et vindue til de fysiske processer, der fandt sted på disse tidspunkter. Ikke alene fortæller de os, at vi ikke kan ekstrapolere Big Bang helt tilbage til en singularitet, men de fortæller os om den tilstand, der eksisterede før (og oprettet) the hot Big Bang: en periode med kosmisk inflation.,

under inflationen var der en enorm mængde energi iboende for selve rummet, hvilket fik universet til at ekspandere både hurtigt og ubarmhjertigt: i en eksponentiel hastighed. Denne periode med inflation fandt sted før hot Big Bang, oprette de oprindelige betingelser, som vores univers begyndte med, og efterlod en række unikke aftryk, som vi søgte efter og opdagede, efter at teorien allerede havde forudsagt dem. Ved enhver måling er inflationen en enorm succes.,

men dette ændrer alvorligt vores forestillinger om, hvordan universet begyndte. Tidligere præsenterede jeg dig en graf over, hvordan universets størrelse (eller skala) udviklede sig med tiden. Grafen viste forskellene mellem, hvordan universet ville udvide sig, hvis det var domineret af stof (i rødt), stråling (i blåt) eller selve rummet (som under inflation, i gult) på tidlige tidspunkter. Jeg var dog ikke helt ærlig med dig i at vise den graf.,

du ser, jeg udeladte noget i den tidligere graf, fordi jeg afkortede det på et positivt, endeligt tidspunkt. Med andre ord stoppede jeg grafen, før vi nåede en størrelse på nul. Hvis jeg skulle fortsætte med at ekstrapolere baglæns, når stof-og strålingskurverne faktisk en singularitet på et bestemt tidspunkt: t = 0. Det ville have været, hvor den oprindelige ID.om Big Bang opstod. Men i et inflationært univers, du kun asymptote til en størrelse på nul; du aldrig nå det. Ikke på et bestemt tidspunkt af T=0, og ikke på noget tidligt tidspunkt, uanset hvor langt tilbage du går.,

som mange store opdagelser inden for videnskab fører dette til en række dejlige nye spørgsmål, herunder:

1. var inflationsstaten konstant? Vi ved ikke, om universet oppustes i samme hastighed overalt, eller om det oppustes i lange perioder. Hvis universet oppustes på måder, der ændrede sig meget hurtigt fra det ene øjeblik til det næste, varierende fra sted til sted, kan det stadig have de egenskaber, vi observerer det at have i dag.
2. varede inflationsstaten evigt og gik baglæns i tiden?, Inflationen har bestemt potentialet til at være en evig tilstand; vi tror på de regioner, hvor den ikke ender i et varmt Big Bang, det fortsætter evigt ind i fremtiden. Men kunne det også have været evigt til fortiden? Med intet forbyder det, må vi overveje muligheden.
3. er inflationen forbundet med mørk energi, som også er en form for eksponentiel ekspansion? Selvom de er forskellige i skala og størrelse, giver den tidlige fase kosmiske inflation og den sene fase mørke energi begge den samme matematiske form for universets ekspansion., Er disse to faser beslægtede, og vil vores fremtidige ekspansion stige i styrke og forynge vores univers, som en slags kosmisk cyklus?

Observationally, vi kender ikke svaret på nogen af disse spørgsmål. Universet, så vidt vi kan observere det, indeholder kun information fra de sidste 10-33 sekunder af inflationen. Alt, hvad der skete før det-som omfatter noget, der ville fortælle os, hvordan-eller-hvis inflationen begyndte, og hvad dens varighed var — bliver udslettet, for så vidt som det er observerbart for os, af selve inflationen.

teoretisk set går vi ikke meget bedre., Borde-Guth-Vilenkin-sætningen fortæller os, at alle punkter i universet, hvis du ekstrapolerer langt nok tilbage, vil smelte sammen, og at inflationen ikke kan beskrive en komplet rumtid. Men det betyder ikke nødvendigvis, at en oppustningstilstand ikke kunne have varet for evigt; det kunne lige så let antyde, at vores nuværende fysikregler ikke er i stand til at beskrive disse tidligste stadier nøjagtigt.

selvom vi kan spore vores kosmiske historie helt tilbage til de tidligste stadier af hot Big Bang, er det ikke nok til at besvare spørgsmålet om, hvordan (eller om) tiden begyndte., Når vi går endnu tidligere, til slutstadierne af kosmisk inflation, kan vi lære, hvordan Big Bang blev oprettet og begyndte, men vi har ingen observerbare oplysninger om, hvad der skete før det. Den sidste brøkdel af inflationen er, hvor vores viden slutter.tusinder af år efter at vi har lagt de tre store muligheder for, hvordan tiden begyndte — som altid har eksisteret, som at have påbegyndt en endelig varighed siden i fortiden eller som en cyklisk enhed — er vi ikke tættere på et endeligt svar., Hvorvidt tiden er endelig, uendelig eller cyklisk er ikke et spørgsmål, som vi har nok information inden for vores observerbare univers til at besvare. Medmindre vi finder ud af en ny måde at få information om dette dybe, eksistentielle spørgsmål, kan svaret for evigt være uden for grænserne for, hvad der er kendt.