Vuonna hypertorus malli Maailmankaikkeuden, liike suorassa linjassa palaa alkuperäiseen… sijainti. Jos aika on kuin torus, se voi olla luonteeltaan syklisiä, sen sijaan aina ollut olemassa tai tulee olemaan olemassa rajallinen määrä aikaa sitten. Emme vielä nykyäänkään tiedä ajan alkuperää.,
ESO ja deviantART käyttäjä InTheStarlightGarden
Kun katsomme Maailmankaikkeuden tänään, me tiedämme, ylimääräinen määrä tieteellistä varmuutta siitä, että se ei ollut yksinkertaisesti luotu-on, mutta kehittynyt sen nykyinen kokoonpano miljardien vuosien aikana kosmisen historian. Voimme käyttää mitä näemme tänään, molemmat lähellä ja pitkiäkin matkoja, ekstrapoloida, mitä Maailmankaikkeus oli kuin kauan sitten, ja ymmärtää, miten se tuli olla, miten se on nyt.,
Kun ajattelemme meidän kosmista alkuperää, sitten, se on vain ihmisen kysyä keskeisimpiä kaikki mahdolliset kysymykset: mistä tämä kaikki on peräisin? Se on ollut yli puoli vuosisataa siitä, kun ensimmäinen vankka ja ainutlaatuinen ennusteita Big Bang vahvistettiin, mikä nyky kuva Maailmankaikkeuden, joka alkoi kuuma, tiheä valtion jotkut 13.8 miljardia vuotta sitten. Alun tavoittelussamme tiedämme jo, ettei aika olisi voinut alkaa Alkuräjähdyksestä. Itse asiassa sillä ei ehkä ollut alkua lainkaan.,
alkuräjähdyksen Jälkeen Maailmankaikkeus oli lähes täysin yhtenäinen, ja täynnä materiaa, energiaa ja… säteily nopeasti laajenevassa tilassa. Ajan kuluessa maailmankaikkeus ei ainoastaan muodosta alkuaineita, atomeja ja möhkäleitä ja klustereita, jotka johtavat tähtiin ja galakseihin, vaan laajenee ja viilentää koko ajan. Mikään vaihtoehto ei vastaa sitä, mutta se ei opeta meille kaikkea, mukaan lukien (ja erityisesti) alusta itsestään.
NASA / GSFC
– Kun emme ajattele mitään, käytämme meidän hyvin ihmisen logiikka., Jos haluamme tietää, mistä alkuräjähdys tuli, me kuvataan se paras ehdot voimme, ja sitten spekuloida, mitä olisi voinut aiheuttaa se ja asettaa se. Etsimme todisteita, jotka auttavat meitä ymmärtämään alkuräjähdyksen alkua. Loppujen lopuksi kaikki tulee sieltä: prosessista, joka antoi sille alun.
mutta tämä olettaa jotain, mikä ei välttämättä pidä paikkaansa universumissamme: että sillä todella oli alku. Pitkään, tieteellisesti, emme tienneet, onko tämä totta vai ei. Oliko maailmankaikkeudella alku tai aika, jota ennen ei ollut mitään?, Vai oliko maailmankaikkeus olemassa ikuisuuden, kuten molempiin suuntiin ulottuva ääretön viiva? Vai onko universumimme syklinen kuin ympyrän kehä, jossa se toistuu yhä uudelleen loputtomiin?
kolme suurta mahdollisuuksia, miten aika käyttäytyy maailmankaikkeudessamme ovat, että aika on aina ollut olemassa… ja on aina olemassa, että aika vain oli olemassa äärellinen kesto, jos laskemme tästä taaksepäin, tai että aika on syklinen, ja toistaa, jolla ei ole alkua eikä loppua., Alkuräjähdys näytti antavan jonkin aikaa vastauksen, mutta se on sittemmin syrjäyttänyt meidät, ja se syöksi alkuperämme takaisin epävarmuuteen.
E. Siegel
aikaa, siellä oli useita kilpailevia ajatuksia, jotka olivat kaikki sopusoinnussa havaintojen meillä oli.
- laajeneva Maailmankaikkeus voisi olla peräisin yksittäinen piste — tapahtuma, aika-avaruus, jossa kaikki tilaa ja aikaa syntyneen singulariteetin.
- maailmankaikkeus saattaa laajentua tänään, koska se supistui aiemmin ja supistuu uudelleen tulevaisuudessa esittäen värähtelevän ratkaisun.,
- Lopuksi, laajeneva Maailmankaikkeus voi olla ikuinen tila, jossa avaruus laajenee nyt ja aina ollut ja aina olisi, jos uusi asia on jatkuvasti luotu pitämään tiheys on vakio.
Nämä kolme esimerkkiä edustavat kolme suurta vaihtoehdoista: Maailmankaikkeus oli yksikössä alussa, Maailmankaikkeus on luonteeltaan syklisiä, tai Maailmankaikkeus on aina ollut olemassa. 1960-luvulla mikroaaltosäteilyä löytyi kuitenkin kaikkialta taivaalta, mikä muutti tarinan lopullisesti.,
Mukaan alkuperäisen havaintoja Penzias ja Wilson, galaktisen kone pääsee vähän… astrofysikaaliset säteilylähteet (center), mutta ylä-ja alapuolella jäljelle jäi vain lähes täydellinen, yhtenäinen säteilyn tausta. Tämän säteilyn lämpötila ja spektri on nyt mitattu, ja sopimus alkuräjähdyksen ennusteiden kanssa on poikkeuksellinen.
NASA / WMAP Science Team
Tämä säteily ei ollut vain samaa suuruusluokkaa kaikkialla, mutta myös sama kaikkiin suuntiin., Vain muutamia asteita absoluuttisen nollapisteen yläpuolella, se oli sopusoinnussa Maailmankaikkeuden syntymässä aiemmasta, kuuma, tiheä valtion, ja jäähdytys kuin se laajeni.
Kuten parempaa tekniikkaa ja uusia tekniikoita johti parempaa tietoa, opimme, että spektri säteily oli erityisen muodon: se on lähes täydellinen mustan. On mustan on mitä saat, jos sinulla on täydellinen vaimentimen säteily lämmittää tietyn lämpötilan. Jos maailmankaikkeus laajenee ja jäähtyy muuttamatta entropiaansa (ts.,, adiabatically), jotain, joka alkaa pois mustan kappaleen spektri pysyy mustan, vaikka se jäähtyy. Tämä säteily ei ole vain sopusoinnussa on jäänne hehku Big Bang, mutta oli ristiriidassa vaihtoehtoja, kuten väsynyt valo tai heijastuu starlight.
ainutlaatuinen ennustaminen Big Bang malli on, että olisi jäänne hehku säteily… läpäisee koko universumin kaikkiin suuntiin., Säteily olisi vain muutaman asteen absoluuttisen nollan yläpuolella, olisi samaa suuruusluokkaa kaikkialla ja tottelisi täydellistä blackbody-spektriä. Nämä ennusteet toteutuivat erittäin hyvin ja poistivat vakaan tilan teorian kaltaiset vaihtoehdot elinkelpoisuudesta.
NASA / Goddard Space Flight Center / COBE (main); Princeton Ryhmä, 1966 (inset)
Mukaan Big Bang, Maailmankaikkeus oli kuumempi, tiheämpi, tasaisempi ja pienempi menneisyydessä., Se vain on ominaisuuksia näemme tänään, koska se on kasvanut, jäähdytys -, ja kokee alaisena gravitaatio niin kauan. Koska säteilyn aallonpituus ulottuu maailmankaikkeuden laajetessa, pienemmässä maailmankaikkeudessa olisi pitänyt olla lyhyemmillä aallonpituuksilla säteilyä, eli sillä olisi ollut korkeammat energiat ja suuremmat lämpötilat.
Miljardeja vuosia sitten, se oli kerran niin kuuma, että jopa neutraaleja atomeja voinut muodossa ilman, puhallettu toisistaan., Vielä tätä aikaisemmin tämän päivän mikroaaltosäteily oli niin energistä, että se hallitsi Materiaa maailmankaikkeuden energiasisällön suhteen. Vielä varhaisempina aikoina atomiytimet räjähtivät hetkessä kappaleiksi, ja vielä varhaisemmissa emme pystyneet luomaan edes stabiileja protoneja ja neutroneja.
visuaalinen historia laajeneva Maailmankaikkeus sisältää kuuma, tiheä tila, joka tunnetaan nimellä Big Bang ja… kasvu ja rakenteen muodostuminen myöhemmin., Täyden valikoiman tietoja, mukaan lukien huomautukset, valon elementtejä ja kosmista taustasäteilyä, lehdet vain Big Bang kuin voimassa oleva selitys kaikki näemme. Maailmankaikkeuden laajetessa se myös jäähtyy, jolloin muodostuu ioneja, neutraaleja atomeja ja lopulta molekyylejä, kaasupilviä, tähtiä ja lopulta galakseja.
NASA / CXC / M. Weiss
Jos laskemme tästä taaksepäin, mielivaltaisesti kuuma lämpötila, pieniä matkoja, ja korkea tiheys, olisit intuit, että tämä olisi todella rinnastaa alussa., Jos olisit valmis ajaa kelloa taaksepäin niin pitkälle kuin voit, kaikki tila, joka tekee jopa meidän näkyvän Maailmankaikkeuden tänään olisi pakattu alas yhden pisteen.
Nyt se on totta, että jos meni näissä äärimmäisissä olosuhteissa, puristamalla kaikki materia ja energia läsnä tänään on Maailmankaikkeuden pieni riittävän määrän tilaa, fysiikan lakeja olisi murtaa. Voit yrittää laskea erilaisia ominaisuuksia, mutta saat vain hölynpölyä vastauksia. Tätä kuvaillaan singulariteetiksi: ehdoiksi, joilla ajalla ja avaruudella ei ole merkitystä., Ensi silmäyksellä, jos lasket, näyttää siltä, että singulariteetti on väistämätön riippumatta siitä, mikä hallitsee maailmankaikkeuden energiasisältöä.
Singulariteetit ovat missä painovoimalain ekp: n Universumi — Einsteinin Yleinen Suhteellisuusteoria — tuotot hölynpölyä ennusteita. Suhteellisuusteoria on teoria, joka kuvaa avaruutta ja aikaa. Mutta singulariteeteissa sekä avaruus-että ajalliset ulottuvuudet lakkaavat olemasta. ”Mitä tapahtui ennen tätä tapahtumaa, jossa aika alkoi” – kysymysten esittäminen on yhtä järjetöntä kuin ”missä minä olen” – kysymyksen esittäminen, jos tilaa ei enää ole.,
Todellakin, tämä on väite, että monet tekevät, kuten Paul Davies, kun he väittävät, että ei voi olla ei keskustelu siitä, mitä tapahtui ennen alkuräjähdystä. Tämä on tietysti tautologiaa, jos väittää alkuräjähdyksen olevan se, mistä aika alkoi. Mutta niin mielenkiintoinen kuin tämä väite onkin, tiedämme, että alkuräjähdys ei ole enää se, mistä aika alkoi. Siitä lähtien, kun olemme tehneet kosmoksesta tarkkoja mittauksia, – olemme oppineet, että tämä ekstrapolaatio singulariteettiin on väärä.,
jääneen hehku Big Bang, CMB, ei ole yhtenäinen, mutta on pieniä puutteita ja… lämpötilavaihtelut asteikolla muutamia satoja microkelvin. Vaikka tämä on iso rooli myöhään kertaa sen jälkeen, kun painovoiman kasvua, on tärkeää muistaa, että varhainen Maailmankaikkeus, ja suuren mittakaavan Maailmankaikkeus tänään, on ainoa ei-yhtenäinen tasolla, joka on vähemmän kuin 0,01%. Planck on havainnut ja mitata nämä vaihtelut paremmin tarkkuutta kuin koskaan ennen, ja voi jopa paljastaa vaikutuksia kosmiset neutriinot tämän signaalin., Näiden heilahtelujen ominaisuudet tukevat vahvasti inflatorista alkuperää havainnoitavaan universumiimme.
ESA: n ja Planck collaboration
erityisesti kuvioita ja vahvan vaihtelut, jotka olemme löytäneet moderni säteilyn jääneet niin aikaisin, kuuma, tiheä valtio opettaa meille monia tärkeitä ominaisuuksia meidän Maailmankaikkeus. Ne opettavat meille, kuinka paljon ainetta oli pimeässä aineessa sekä normaalissa aineessa: protoneissa, neutroneissa ja elektroneissa., Ne antavat meille mittauksen maailmankaikkeuden avaruudellisesta kaarevuudesta sekä pimeän energian läsnäolosta ja neutriinojen vaikutuksista.
mutta he kertovat myös jotain elintärkeää, joka jää usein huomaamatta: he kertovat, oliko universumille maksimilämpötila sen varhaisimmissa vaiheissa. Tietojen mukaan WMAP ja Planck, Maailmankaikkeus koskaan saavuttaa lämpötilassa, joka on suurempi kuin noin 1029 K. Tämä määrä on valtava, mutta se on yli 1000 kertaa pienempi, että lämpötilat meidän täytyy rinnastaa singulariteetti.,
koko kosmista historia on teoreettisesti hyvin ymmärretty, mutta vain laadullisesti. Se on ohi… observationally vahvistaa ja paljastaa eri vaiheissa Maailmankaikkeus on aiemmin, että on on tapahtunut, kun ensimmäiset tähdet ja galaksit muodostuvat, ja miten Maailmankaikkeus laajeni ajan, että voimme todella ymmärtää meidän kosmoksen. Pyhäinjäännökset, jotka on painettu universumiimme inflaatiotilasta ennen kuumaa alkuräjähdystä, antavat meille ainutlaatuisen tavan testata kosmista historiaamme.,
Nicole Rager Fuller / National Science Foundation
erityisiä ominaisuuksia Maailmankaikkeus, joka on painettu heti sen alkuvaiheista tarjoavat ikkunan fyysisiä prosesseja, jotka tapahtuivat noina aikoina. Paitsi että ne kertovat meille, että emme voi yleistää Big Bang takaisin singulariteetti, mutta ne kertovat meille tilaa, joka vallitsi ennen (ja säätö) hot Big Bang: ajan kosminen inflaatio.,
Aikana inflaatio, siellä oli valtava määrä energiaa luontainen tila itse, joka aiheuttaa Maailmankaikkeuden laajentaa sekä nopeasti ja hellittämättä: eksponentiaalisella vauhdilla. Tänä aikana inflaatio tapahtui ennen hot Big Bang, aseta alkuehdot, että Maailmankaikkeus alkoi, ja jätti sarjan ainutlaatuinen painatuksia, että olemme etsineet ja löytäneet sen jälkeen, kun teoria oli jo ennustettu niitä. Millä tahansa mittarilla inflaatio on valtava menestys.,
kvantti vaihtelut, jotka tapahtuvat aikana inflaatio saada venytetty koko Maailmankaikkeuden, ja kun… inflaatio loppuu, niistä tulee tiheysvaihteluita. Tämä johtaa ajan myötä suuren mittakaavan rakenne Maailmankaikkeuden tänään, sekä lämpötilan vaihteluja havaittiin CMB. Nämä uudet ennusteet ovat välttämättömiä osoittaa pätevyyttä hienosäätö mekanismi, ja on validoitu inflaatio kuin uusi, johtava teoria siitä, miten alkuräjähdys sai alkunsa.
E., Siegel, kuvia, jotka on johdettu ESA/Planck ja DoE/NASA/ NSF interagency task force on CMB-tutkimus
Mutta tämä vakavasti muuttaa käsityksiä siitä, miten Maailmankaikkeus alkoi. Aiemmin esitin kuvaajan siitä, miten maailmankaikkeuden koko (tai mittakaava) kehittyi ajan myötä. Kaaviossa näkyy eroja, miten Maailmankaikkeus olisi laajentaa, jos se hallitsi väliä (punainen), säteily (sininen), tai tilaa itse (kuten aikana inflaatio, keltainen) varhaisessa kertaa. En kuitenkaan ollut täysin rehellinen esittäessäni sitä kuvaajaa.,
katso, minulla on jätetty pois jotain aiemmin kuvaajan, koska en katkaistu se positiivinen, rajallinen aika. Toisin sanoen pysäytin kuvaajan ennen kuin saavutimme nollan koon. Jos olisin edelleen yleistää taaksepäin, asia ja säteily käyrät todellakin saavuttaa singulariteetin tiettyyn aikaan: t = 0. Siinä olisi ollut alkuperäinen ajatus Alkuräjähdyksestä. Mutta inflaatiouniversumissa asymptootti on vain nollan kokoinen; sitä ei koskaan saavuta. Ei tiettyyn aikaan T = 0, eikä missään varhaisessa vaiheessa, vaikka kuinka kauas taakse mennään.,
Siniset ja punaiset viivat edustavat ”perinteisiä” Big Bang-skenaario, jossa kaikki alkaa hetkellä t=0,… mukaan lukien itse avaruusaika. Mutta inflaation skenaario (keltainen), emme koskaan saavuttaa singulariteetin, missä tilaa menee yksittäinen valtio; sen sijaan se voi vain saada mielivaltaisesti pieni menneisyydessä, kun taas aikaa jatkaa mennä taaksepäin ikuisesti. Hawking-Hartle ei-reunaehto haasteet, pitkäikäisyys tämän tilan, koska ei Borde-Guth-Vilenkin lause, mutta ei yksi on varma asia.
E., Siegel
Kuten monet suuria löytöjä tieteen, tämä johtaa liuta ihastuttavia uusia kysymyksiä, kuten:
- Ei inflaatiota valtion vakio yksi? Emme tiedä, onko Maailmankaikkeuden paisuttivat samaan tahtiin kaikkialla, vai onko se liian pitkiä aikoja. Jos Maailmankaikkeus liioiteltu tavalla, joka muuttui hyvin nopeasti yhdestä hetkestä toiseen, vaihtelevat sijainti-sijainti, se saattaa silti olla ominaisuuksia, huomaamme, että se on tänään.
- kestikö inflaatiotila ikuisesti mennen ajassa taaksepäin?, Inflaatiolla on varmasti mahdollisuus olla ikuinen valtio; uskomme alueisiin, joilla se ei pääty kuumaan Alkuräjähdykseen, se jatkuu ikuisesti tulevaisuuteen. Mutta olisiko se voinut olla ikuista myös menneisyyteen? Ilman, että mikään kieltää sitä, meidän on harkittava mahdollisuutta.
- liittyykö inflaatio pimeään energiaan, joka on myös eksponentiaalisen laajenemisen muoto? Vaikka ne ovat mittakaavaltaan ja magnitudiltaan erilaisia, alkuvaiheen kosminen inflaatio ja myöhäisvaiheen pimeä energia antavat molemmat saman matemaattisen muodon maailmankaikkeuden laajenemiselle., Nämä kaksi vaihetta liittyvät, ja meidän tulevaa laajentumista lisätä voimaa ja nuorentaa meidän Maailmankaikkeus, kuten jokin kosminen sykli?
eri tavalla pimeä energia voisi kehittyä tulevaisuudessa. Pysyy vakiona tai kasvaa… voima (isoksi Ripiksi) voi mahdollisesti nuorentaa maailmankaikkeutta, kun taas kääntyvä merkki voi johtaa suureen Räsähdykseen. Joko näistä kaksi skenaariota, aika voi olla syklistä, kun taas jos ei tule totta, aika voisi olla joko äärellinen tai ääretön kesto ohi.
NASA / CXC / M.,Weiss
Observationally, emme tiedä vastausta kaikkiin näihin kysymyksiin. Kaikkeus, sikäli kuin voimme havaita sen, sisältää vain tietoa viimeisen 10-33 sekunnin tai niin inflaation. Jotain, joka tapahtui ennen, että — joka sisältää mitään, joka kertoisi meille, miten-tai-jos inflaatio alkoi ja mikä sen kesto oli — saa pyyhkiä pois, niin pitkälle kuin mitä on havaittavissa meille, luonteen inflaatio itsessään.
teoreettisesti emme pärjää paljon paremmin., Borde-Guth-Vilenkin lause kertoo, että kaikki universumin pisteet, jos ekstrapoloidaan tarpeeksi kauas taaksepäin, sulautuvat yhteen, eikä inflaatio pysty kuvaamaan täydellistä avaruusaikaa. Mutta se ei välttämättä tarkoita, että se paisuttaa valtion ei olisi voinut kestänyt ikuisesti; se voisi yhtä hyvin merkitä sitä, että nykyiset säännöt fysiikka ovat kykenemättömiä kuvaamaan näitä alkuvaiheista tarkasti.
kolme suurta mahdollisuuksia, miten aika käyttäytyy maailmankaikkeudessamme ovat, että aika on aina ollut olemassa…, ja on aina olemassa, että aika vain oli olemassa äärellinen kesto, jos laskemme tästä taaksepäin, tai että aika on syklinen, ja toistaa, jolla ei ole alkua eikä loppua. Meillä ei ole tarpeeksi tietoa Maailmankaikkeudessamme nykyään tietääksemme, mitkä näistä mahdollisuuksista ovat paikkansapitäviä.
E. Siegel
vaikka emme voi jäljittää meidän kosmisen historian koko matkan takaisin alkuvaiheista hot Big Bang, se ei riitä vastaamaan kysymykseen siitä, miten (tai jos) aika alkoi., Menee jopa aikaisemmin, loppu-vaiheissa kosminen inflaatio, voimme oppia, miten Big Bang perustettiin ja alkoi, mutta meillä ei ole havaittavissa tietoa siitä, mitä tapahtui sitä ennen. Lopullinen sekunnin murto-osa inflaatiosta on siinä, mihin tietomme loppuu.
Tuhansia vuosia sen jälkeen, kun olemme säädettyihin kolme suuria mahdollisuuksia, miten aika alkoi — kuten on aina ollut, niin oli alkanut rajallinen kesto sitten menneisyydessä, tai on syklinen kokonaisuus — emme ole lähempänä lopullista vastausta., Onko aika on rajallinen, ääretön, tai syklinen ei ole kysymys siitä, että meillä on tarpeeksi tietoa sisällä meidän havaittavissa Maailmankaikkeus vastata. Ellemme keksi uutta tapaa saada tietoa tästä syvästä eksistentiaalisesta kysymyksestä, vastaus voi olla ikuisesti sen rajojen ulkopuolella, mikä on tiedossa.
