az univerzum hypertorus modelljében az egyenes vonalú mozgás visszatér az eredetihez… hely. Ha az idő olyan, mint egy tórusz, akkor ciklikus lehet a természetben, ahelyett, hogy mindig létezett vagy véges mennyiségű idővel jött volna létre. Még ma sem ismerjük az idő eredetét.,
ESO and deviantART user InTheStarlightGarden
amikor ma megnézzük az univerzumot, rendkívüli mennyiségű tudományos bizonyossággal tudjuk, hogy nem egyszerűen úgy hozták létre, ahogy van, hanem a kozmikus történelem milliárd éveinek jelenlegi konfigurációjává fejlődött. Használhatjuk azt, amit ma látunk, mind a közelben, mind a nagy távolságokon, hogy extrapoláljuk, milyen volt az univerzum régen, és hogy megértsük, hogyan jött létre ez a helyzet most.,
amikor kozmikus eredetünkre gondolunk, akkor csak az ember teszi fel a lehető legalapvetőbb kérdéseket: honnan származik ez az egész? Már több, mint fél évszázad óta az első, átfogó, egyedi előrejelzések a Big Bang megerősítette, ami a modern kép, hogy a Világegyetem kezdődött a forró, sűrű állami néhány 13,8 milliárd évvel ezelőtt. De a mi küldetést az elején, tudjuk, hogy már az idő nem lehetett volna kezdeni a Big Bang. Valójában, lehet, hogy egyáltalán nem volt kezdete.,
Az ősrobbanás után az univerzum szinte teljesen egységes volt, tele volt anyaggal, energiával és… sugárzás gyorsan bővülő állapotban. Az idő előrehaladtával az univerzum nemcsak elemeket, atomokat, csomókat és klasztereket alkot, amelyek csillagokhoz és galaxisokhoz vezetnek, hanem egész idő alatt kitágul és lehűl. Egyetlen alternatíva sem egyezik meg vele, de nem tanít meg mindent, beleértve (különösen) magát a legelején.
NASA/GSFC
amikor bármire gondolunk, akkor nagyon emberi logikát alkalmazunk rá., Ha tudni akarjuk, honnan jött az Ősrobbanás, akkor a lehető legjobb kifejezésekkel írjuk le, majd elmélkedünk arról, hogy mi okozhatta, és felállítottuk. Bizonyítékokat keresünk, hogy segítsünk megérteni az Ősrobbanás kezdetét. Végül is ez az, ahol minden származik: a folyamatból, amely elindította.
de ez azt feltételezi, hogy valami nem igaz a mi univerzumunkban: hogy valójában volt kezdete. Hosszú ideig, tudományosan, nem tudtuk, hogy ez igaz-e vagy sem. Volt-e az Univerzumnak kezdete, vagy olyan idő, amely előtt semmi sem létezett?, Vagy létezett az univerzum egy örökkévalóságig, mint egy végtelen vonal, amely mindkét irányban kiterjed? Vagy valószínűleg az univerzumunk ciklikus, mint egy kör kerülete, ahol végtelenségig megismétlődik?
Az idő világegyetemünkben való viselkedésének három fő lehetősége mindig is létezett… és mindig is létezni fog, ez az idő csak akkor létezett véges ideig, ha visszafelé extrapoláljuk, vagy ez az idő ciklikus, és megismétlődik, kezdet és vég nélkül., Az Ősrobbanás úgy nézett ki, mintha egy ideig választ adott volna, de azóta felváltották, az eredetünket visszahelyezve a bizonytalanságba.
E. Siegel
egy ideig több versengő ötlet volt, amelyek mind összhangban voltak a megfigyeléseinkkel.
- egy táguló univerzum egy egyedi pontból — egy téridő eseményéből-származhatott, ahol az összes tér és idő egy szingularitásból alakult ki.
- az univerzum ma is tágulhat, mert a múltban összehúzódott, és a jövőben újra össze fog kötni, egy oszcilláló megoldást mutatva be.,
- végül, a táguló Univerzum lehetett volna egy örök állapot, ahol a tér bővül most és mindig is volt és mindig is lenne, ahol az új anyag folyamatosan jön létre, hogy a sűrűség állandó maradjon.
Ez a három példa a három fő lehetőséget képviseli: az Univerzumnak egyedülálló kezdete volt, az univerzum ciklikus a természetben, vagy az univerzum mindig is létezett. Az 1960-as években azonban alacsony szintű mikrohullámú sugárzást találtak mindenütt az égen, örökre megváltoztatva a történetet.,
Penzias és Wilson eredeti megfigyelései szerint a Galaktikus sík kibocsátott néhányat… a sugárzás asztrofizikai forrásai( központ), de fent és lent, minden, ami maradt, a sugárzás közel tökéletes, egységes háttere volt. A sugárzás hőmérsékletét és spektrumát most mérték, és az Ősrobbanás jóslataival való egyetértés rendkívüli.
NASA/WMAP Science Team
Ez a sugárzás nem mindenhol azonos nagyságrendű volt, hanem minden irányban azonos., Néhány fokkal az abszolút nulla felett egy korábbi, forró, sűrű állapotból előbukkanó Univerzumnak felel meg, és ahogy tágult, lehűlt.
mivel a továbbfejlesztett technológia és új technikák jobb adatokhoz vezettek, megtudtuk, hogy ennek a sugárzásnak a spektruma különleges alakú: egy közel tökéletes fekete testé. A blackbody az, amit kapsz, ha van egy tökéletes sugárzáselnyelő, amelyet egy adott hőmérsékletre melegítenek. Ha az univerzum kitágul és lehűl anélkül, hogy megváltoztatná az entrópiáját (azaz,, adiabatically), valami, ami egy blackbody spektrummal kezdődik, fekete test marad, még akkor is, ha lehűl. Ez a sugárzás nem csak összhangban volt azzal, hogy a Big Bang maradék ragyogása volt, de nem volt összhangban olyan alternatívákkal, mint a fáradt fény vagy a visszavert csillagfény.
a Big Bang modell egyedi előrejelzése az, hogy a sugárzás maradék fénye marad… áthatolva az egész univerzumot minden irányban., A sugárzás csak néhány fokkal lenne az abszolút nulla felett, mindenhol ugyanolyan nagyságú lenne, és tökéletes fekete test spektrumot engedne meg magának. Ezeket az előrejelzéseket látványosan jól alátámasztották, kiküszöbölve az olyan alternatívákat, mint az egyensúlyi állapot elmélete az életképességből.
NASA / Goddard Space Flight Center/COBE (main); Princeton Group, 1966 (inset)
Az ősrobbanás szerint az univerzum melegebb, sűrűbb, egyenletesebb és kisebb volt a múltban., Csak olyan tulajdonságai vannak, amiket ma látunk, mert olyan régóta terjeszkedik, hűl, és éli a gravitáció hatását. Mivel a sugárzás hullámhossza a világegyetem tágulásával párhuzamosan húzódik, egy kisebb Univerzumnak rövidebb hullámhosszúságú sugárzással kellett volna rendelkeznie, ami azt jelenti, hogy nagyobb energiája és nagyobb hőmérséklete volt.
több milliárd évvel ezelőtt olyan forró volt, hogy még a semleges atomok sem tudtak kialakulni anélkül, hogy szétrobbantak volna., Még ennél is korábban, a mai mikrohullámú sugárzás annyira energikus volt, hogy az anyag felett uralkodtak az univerzum energiatartalma szempontjából. A korábbi időkben az atommagok azonnal szétrobbantak, és még a korábbiaknál sem tudtunk stabil protonokat és neutronokat létrehozni.
a táguló Univerzum vizuális története magában foglalja a Nagyrobbanás néven ismert forró, sűrű állapotot… ezt követően a szerkezet növekedése és kialakulása., A teljes adatcsomag, beleértve a fényelemek megfigyeléseit és a kozmikus mikrohullámú hátteret, csak az ősrobbanást hagyja érvényes magyarázatnak minden látásra. Ahogy az Univerzum tágul, lehűl, lehetővé téve az ionok, semleges atomok, végül molekulák, gázfelhők, csillagok és végül galaxisok kialakulását.
NASA / CXC / M. Weiss
ha extrapoláljuk egészen vissza, hogy önkényesen meleg hőmérséklet, kis távolságok, és nagy sűrűségű, akkor azt intuit, hogy ez valóban megegyezik a kezdet., Ha hajlandó lenne az órát visszafelé futtatni, amennyire csak lehet, az összes helyet, amely ma látható univerzumunkat alkotja, egyetlen pontra tömörítenék.
most, igaz, hogy ha ilyen szélsőséges körülmények között mentél, a mai világegyetemben jelen lévő összes anyagot és energiát egy elég kis mennyiségű térbe tömörítve, a fizika törvényei összeomlanak. Megpróbálhatnád kiszámolni a különböző tulajdonságokat,de csak értelmetlen válaszokat kapnál. Ezt úgy írjuk le, mint szingularitást: olyan feltételeket, ahol az időnek és a térnek nincs értelme., Első pillantásra, ha a matematikát végzi, úgy tűnik, hogy a szingularitás elkerülhetetlen, függetlenül attól, hogy mi uralja az univerzum energiatartalmát.
A szingularitások azok, ahol az univerzumot szabályozó gravitáció törvénye — Einstein általános relativitása — értelmetlen előrejelzéseket eredményez. A relativitáselmélet az az elmélet, amely a teret és az időt írja le. De a szingularitásoknál mind a térbeli,mind az időbeli dimenziók megszűnnek. Olyan kérdések feltevése, mint például: “mi történt az esemény előtt, ahol az idő megkezdődött”, ugyanolyan értelmetlen, mint a “Hol vagyok”, ha a tér már nem létezik.,
valójában ez az az érv, amelyet sokan tesznek, köztük Paul Davies is, amikor azt állítják, hogy nem lehet megvitatni, mi történt az Ősrobbanás előtt. Ez természetesen tautológia, ha azt állítja, hogy az Ősrobbanás az idő kezdete. De olyan érdekes, mint ez az érv, tudjuk, hogy a Big Bang nem az, ahol az idő kezdődött többé. Amióta modern, részletes méréseket végeztünk a kozmoszról, megtudtuk, hogy ez a szingularitásra való extrapoláció rossz lehet.,
a Big Bang, a CMB maradék fénye nem egységes,de apró hiányosságai vannak… hőmérséklet-ingadozások a skála néhány száz microkelvin. Bár ez nagy szerepet játszik a késői időkben, a gravitációs növekedés után fontos megjegyezni, hogy a korai Univerzum, és a mai nagyszabású univerzum csak nem egységes olyan szinten, amely kevesebb, mint 0.01%. A Planck ezeket az ingadozásokat minden eddiginél nagyobb pontossággal észlelte és mérte, sőt még a kozmikus neutrínók hatását is felfedheti erre a jelre., Ezeknek az ingadozásoknak a tulajdonságai erősen támogatják az inflációs eredetet a megfigyelhető univerzumunkban.
ESA és a Planck collaboration
különösen a korai, forró, sűrű állapotból megmaradt modern sugárzásban felfedezett ingadozások mintái és nagyságai számos fontos tulajdonságot tanítanak nekünk Univerzumunkról. Azt tanítják nekünk, hogy mennyi anyag volt jelen a sötét anyagban, valamint a normál anyagban: protonok, neutronok és elektronok., Az univerzum térbeli görbületét, valamint a sötét energia jelenlétét és a neutrínók hatását mérik.
de azt is elmondják nekünk, hogy valami nagyon fontos, amit gyakran figyelmen kívül hagynak: elmondják nekünk, hogy a világegyetem maximális hőmérséklete a legkorábbi szakaszaiban volt-e. A WMAP és a Planck adatai szerint az univerzum soha nem érte el a 1029 K-nál nagyobb hőmérsékletet. ez a szám hatalmas, de több mint 1000-szer kisebb, mint a szingularitásnak megfelelő hőmérséklet.,
teljes kozmikus történelmünk elméletileg jól érthető,de csak minőségileg. Itt van… megfigyelésileg megerősítve és feltárva világegyetemünk múltjának különböző szakaszait, amelyek megtörténhettek, például amikor az első csillagok és galaxisok kialakultak, és hogy az univerzum idővel hogyan bővült, hogy valóban megérthessük kozmoszunkat. A forró Ősrobbanás előtti inflációs állapotból az Univerzumunkra nyomott ereklye-aláírások egyedülálló módon tesztelik kozmikus történelmünket.,
Nicole Rager Fuller/National Science Foundation
Az Univerzum azon tulajdonságai, amelyek a legkorábbi szakaszokból rá vannak nyomva, ablakot biztosítanak az akkoriban zajló fizikai folyamatokba. Nem csak azt mondják nekünk, hogy nem tudjuk extrapolálni az ősrobbanást egészen a szingularitásig, de mesélnek nekünk arról az állapotról, amely a forró Nagyrobbanás előtt (és felállításakor) létezett: a kozmikus infláció időszaka.,
az infláció során óriási mennyiségű energia volt magában a térben, ami az univerzum gyors és könyörtelen terjeszkedését eredményezte: exponenciális sebességgel. Ez az időszak az infláció előtt történt a forró Big Bang, létre a kezdeti feltételeket, hogy a világegyetem kezdődött, és hagyott egy sor egyedi lenyomat, hogy kerestük, és felfedezte, miután az elmélet már előre őket. Minden mutató szerint az infláció óriási siker.,
az infláció során bekövetkező kvantumingadozások az univerzumban feszülnek, és mikor… az infláció véget ér, sűrűségi ingadozásokká válnak. Ez idővel a világegyetem nagyszabású szerkezetéhez, valamint a CMB-ben megfigyelt hőmérsékleti ingadozásokhoz vezet. Ezek az új jóslatok elengedhetetlenek a finomhangoló mechanizmus érvényességének bizonyításához, és az inflációt az új, vezető elméletünkként validálták arra vonatkozóan, hogy a mi Ősrobbanásunk hogyan kezdődött.
E., Siegel, a képek származnak, ESA/Planck a DoE/NASA/ NSF munkacsoportnak a CMB kutatási
De ez súlyosan megváltoztatja a koncepciók, hogyan keletkezett az Univerzum. Korábban bemutattam neked egy grafikont arról, hogy az univerzum mérete (vagy mérete) hogyan fejlődött az idővel. A grafikon azt mutatta, hogy milyen különbségek vannak a világegyetem tágulása között, ha az anyag (piros), a sugárzás (kék) vagy maga a tér (például az infláció alatt, sárga) uralja a korai időkben. Azonban nem voltam teljesen őszinte veled a grafikon megjelenítésében.,
látod, kihagytam valamit a korábbi grafikonon, mert pozitív, véges időben csonkoltam. Más szavakkal, leállítottam a grafikont, mielőtt elértük a nulla méretét. Ha továbbra is visszafelé extrapolálnék, az anyag és a sugárzási görbék valóban elérik a szingularitást egy adott időpontban: t = 0. Ez lett volna az, ahol az Ősrobbanás eredeti ötlete történt. De egy inflációs univerzumban csak aszimptotálja a nullát; soha nem éri el. Nem egy adott időpontban t = 0, és nem korai időben, nem számít, milyen messzire vissza megy.,
a kék és a piros vonalak egy “hagyományos” Big Bang forgatókönyvet képviselnek, ahol minden a T=0 időpontban kezdődik… beleértve a téridőt is. De egy inflációs forgatókönyvben (sárga) soha nem érjük el a szingularitást, ahol a tér egyedülálló állapotba kerül; ehelyett csak önkényesen kicsi lehet a múltban,míg az idő örökké visszafelé halad. A Hawking-Hartle no-boundary feltétel vitatja ennek az állapotnak a hosszú élettartamát, akárcsak a Borde-Guth-Vilenkin tétel, de egyikük sem biztos.
E., Siegel
mint sok nagy felfedezések a tudomány, ez vezet egy rakás kellemes új kérdéseket, beleértve:
- volt az inflációs állapot állandó? Nem tudjuk, hogy az univerzum mindenhol ugyanolyan sebességgel felfújódott-e, vagy hosszú ideig felfújódott-e. Ha az univerzum felfújt oly módon, hogy nagyon gyorsan változott az egyik pillanatról a másikra, változó helyről-helyre, lehet, hogy még mindig a tulajdonságok figyeljük meg, hogy ma.
- az inflációs állapot örökké tartott, visszafelé haladva az időben?, Az infláció minden bizonnyal örök állam lehet; hiszünk azokban a régiókban, ahol nem ér véget egy forró Nagy Bumm, örökké folytatódik a jövőben. De vajon ez is örök volt a múlt számára? Semmi sem tiltja meg, meg kell fontolnunk a lehetőséget.
- az infláció kapcsolódik a sötét energiához, ami szintén exponenciális terjeszkedés egyik formája? Bár méretük és nagyságuk eltérő, a korai stádiumú kozmikus infláció és a késői stádiumú sötét energia egyaránt ugyanazt a matematikai formát adja az univerzum tágulásához., Összefügg-e ez a két szakasz, és a jövőbeli terjeszkedésünk növeli-e az erőnket, és megfiatalítja-e Világegyetemünket, mint valamiféle kozmikus ciklus?
a sötét energia különböző módjai a jövőbe fejlődhetnek. Állandó marad vagy növekszik… az erő (egy nagy Rip-be) potenciálisan megfiatalíthatja az univerzumot, míg a hátrameneti jel nagy Összeroppanáshoz vezethet. E két forgatókönyv egyikében az idő ciklikus lehet, míg ha egyik sem valósul meg, az idő véges vagy végtelen lehet a múlt időtartamában.
NASA / CXC / M.,Weiss
Megfigyelésesen, nem tudjuk a választ ezekre a kérdésekre. Az univerzum, amennyire megfigyelhetjük, csak az infláció utolsó 10-33 másodpercéből származó információkat tartalmazza. Bármi, ami előtte történt — ami magában foglal mindent, ami megmondja nekünk, hogyan-vagy-ha az infláció elkezdődik, és milyen időtartamú volt -, az infláció természetéből fakadóan megsemmisül.
elméletileg nem sokkal jobbak vagyunk., A Borde-Guth-Vilenkin-tétel azt mondja nekünk, hogy az Univerzum minden pontja, ha elég messzire visszük vissza, összeolvad, és az infláció nem tudja leírni a teljes téridőt. De ez nem feltétlenül jelenti azt, hogy egy felfújó állapot nem tarthatott volna örökké; ugyanolyan könnyen utalhat arra, hogy jelenlegi fizikai szabályaink képtelenek pontosan leírni ezeket a legkorábbi szakaszokat.
Az idő világegyetemünkben való viselkedésének három fő lehetősége az, hogy az idő mindig is létezett…, és mindig is létezni fog, ez az idő csak akkor létezett véges ideig, ha visszafelé extrapoláljuk, vagy ez az idő ciklikus, és megismétlődik, kezdet és vég nélkül. Nincs elég információnk az univerzumunkban, ma, hogy tudjuk, melyik lehetőség pontos.
E. Siegel
annak ellenére, hogy kozmikus történelmünket egészen a forró Ősrobbanás legkorábbi szakaszáig nyomon követhetjük, ez nem elég ahhoz, hogy megválaszoljuk azt a kérdést, hogy hogyan kezdődött (vagy ha) az idő., Még korábban, a kozmikus infláció végpontjáig, megtudhatjuk, hogyan jött létre és kezdődött az Ősrobbanás, de nincs megfigyelhető információnk arról, hogy mi történt előtte. Az infláció utolsó másodpercének töredéke az, ahol tudásunk véget ér.
Több ezer évvel azután, hogy meghatároztuk az idő kezdetének három fő lehetőségét — mint mindig is létezett, mint a múltban véges időtartamú, vagy ciklikus entitásként -, nem vagyunk közelebb a végleges válaszhoz., Az, hogy az idő véges, végtelen vagy ciklikus, nem az a kérdés, hogy elegendő információnk van a megfigyelhető univerzumunkban, hogy válaszoljunk. Hacsak nem találunk ki egy új módot arra, hogy információt szerezzünk erről a mély, egzisztenciális kérdésről, a válasz örökre meghaladhatja a megismerhető határokat.
