w modelu hypertorus wszechświata ruch w linii prostej powróci do oryginału… miejsce. Jeśli czas jest jak torus, może mieć charakter cykliczny, a nie zawsze istniał lub powstawał skończoną ilość czasu temu. Nawet dzisiaj nie znamy pochodzenia czasu.,
eso i deviantART user InTheStarlightGarden
kiedy patrzymy na wszechświat dzisiaj, wiemy z niezwykłą naukową pewnością, że nie został on po prostu stworzony w stanie takim, w jakim jest, ale ewoluował do obecnej konfiguracji na przestrzeni miliardów lat kosmicznej historii. Możemy użyć tego, co widzimy dzisiaj, zarówno w pobliżu, jak i w dużych odległościach, aby ekstrapolować, jaki był Wszechświat dawno temu i zrozumieć, jak stał się taki, jaki jest teraz.,
Kiedy myślimy o naszym kosmicznym pochodzeniu, to tylko człowiek zadaje najbardziej fundamentalne ze wszystkich możliwych pytań: skąd to wszystko się wzięło? Minęło ponad pół wieku od potwierdzenia pierwszych solidnych i unikalnych prognoz Wielkiego Wybuchu, co doprowadziło do naszego współczesnego obrazu wszechświata, który rozpoczął się od gorącego, gęstego stanu około 13,8 miliarda lat temu. Ale w naszym dążeniu do początku, wiemy już, że czas nie mógł zacząć się od Wielkiego Wybuchu. W rzeczywistości, to może nie mieć początku w ogóle.,
po Wielkim Wybuchu wszechświat był prawie idealnie jednolity, pełen materii, energii i.. promieniowanie w stanie szybko rozwijającym się. W miarę upływu czasu wszechświat nie tylko tworzy elementy, Atomy, grudki i gromady, które prowadzą do gwiazd i galaktyk, ale rozszerza się i ochładza przez cały czas. Żadna alternatywa nie może się z tym równać, ale nie uczy nas wszystkiego, w tym (a zwłaszcza) samego początku.
NASA / GSFC
ilekroć myślimy o czymś, stosujemy do tego naszą bardzo ludzką logikę., Jeśli chcemy wiedzieć, skąd wziął się Wielki Wybuch, opisujemy go najlepiej, jak potrafimy, a następnie teoretyzujemy, co mogło go spowodować i ustawiamy. Szukamy dowodów, które pomogą nam zrozumieć początki Wielkiego Wybuchu. W końcu od tego wszystko się bierze: od procesu, który dał początek.
ale to zakłada coś, co może nie być prawdą o naszym wszechświecie: że faktycznie miał początek. Przez długi czas, naukowo, nie wiedzieliśmy, czy to prawda, czy nie. Czy Wszechświat miał początek, czy też czas, przed którym nic nie istniało?, A może Wszechświat istniał przez wieczność, jak nieskończona linia rozciągająca się w obu kierunkach? Albo, całkiem możliwe, czy nasz Wszechświat jest cykliczny jak obwód okręgu, gdzie powtarza się w nieskończoność?
trzy główne możliwości zachowania czasu w naszym wszechświecie to to, że czas zawsze istniał… i zawsze będzie istnieć, że czas istniał tylko przez skończony czas trwania, jeśli ekstrapolujemy wstecz, lub że czas jest cykliczny i będzie się powtarzał, bez początku i bez końca., Wielki Wybuch wyglądał, jakby dawał odpowiedź na jakiś czas, ale od tego czasu został zastąpiony, pogrążając nasze początki z powrotem w niepewności.
E. Siegel
przez pewien czas istniało wiele konkurujących ze sobą pomysłów, które były zgodne z obserwacjami, które mieliśmy.
- rozszerzający się wszechświat mógł powstać z pojedynczego punktu — zdarzenia w czasoprzestrzeni — gdzie cała przestrzeń i czas wyłoniły się z osobliwości.
- Wszechświat może się rozszerzać dzisiaj, ponieważ kurczył się w przeszłości i będzie kurczył się ponownie w przyszłości, przedstawiając oscylujące rozwiązanie.,
- wreszcie, rozszerzający się wszechświat mógł być wiecznym stanem, w którym przestrzeń rozszerza się teraz i zawsze była i zawsze będzie, gdzie nowa Materia jest stale tworzona, aby utrzymać stałą gęstość.
te trzy przykłady przedstawiają trzy główne opcje: Wszechświat miał pojedynczy początek, wszechświat ma charakter cykliczny lub wszechświat zawsze istniał. Jednak w latach 60. XX wieku wszędzie na niebie wykryto niski poziom promieniowania mikrofalowego, zmieniając historię na zawsze.,
zgodnie z oryginalnymi obserwacjami Penziasa i Wilsona, płaszczyzna galaktyczna emitowała ok… Astrofizyczne źródła promieniowania (centrum), ale powyżej i poniżej, wszystko, co pozostało, było prawie idealne, jednolite tło promieniowania. Temperatura i widmo tego promieniowania zostały zmierzone, a porozumienie z przewidywaniami Wielkiego Wybuchu jest Nadzwyczajne.
zespół naukowy NASA/WMAP
promieniowanie to nie było wszędzie tej samej wielkości, ale również we wszystkich kierunkach., Przy zaledwie kilku stopniach powyżej zera absolutnego, było to zgodne z tym, że Wszechświat wyłaniał się z wcześniejszego, gorącego, gęstego stanu i ochładzał się w miarę jego rozszerzania.
ponieważ ulepszona technologia i nowatorskie techniki prowadziły do lepszych danych, dowiedzieliśmy się, że widmo tego promieniowania ma szczególny kształt: prawie idealny ciało czarne. Ciało czarne jest tym, co dostajesz, jeśli masz idealny absorber promieniowania podgrzanego do określonej temperatury. Jeśli wszechświat rozszerza się i ochładza nie zmieniając swojej entropii (tj.,, adiabatycznie), coś, co zaczyna się od spektrum ciała czarnego, pozostanie ciałem czarnym, nawet gdy się ochłodzi. Promieniowanie to było nie tylko zgodne z pozostałością po Wielkim Wybuchu, ale było niespójne z alternatywami, takimi jak zmęczone światło lub odbite światło gwiazdy.
unikalną prognozą modelu Big Bang jest to, że zostanie resztki promieniowania… przenika cały wszechświat we wszystkich kierunkach., Promieniowanie byłoby tylko kilka stopni powyżej zera absolutnego, byłoby wszędzie tej samej wielkości i byłoby zgodne z doskonałym widmem ciała czarnego. Przewidywania te zostały potwierdzone spektakularnie dobrze, eliminując alternatywy, takie jak teoria stanu stacjonarnego z żywotności.
NASA / Goddard Space Flight Center / COBE( main); Princeton Group, 1966 (inset)
według Wielkiego Wybuchu, wszechświat był gorętszy, gęstszy, bardziej jednolity i mniejszy w przeszłości., Ma tylko te właściwości, które widzimy dzisiaj, ponieważ rozszerza się, ochładza i doświadcza wpływu grawitacji od tak dawna. Ponieważ długość fali promieniowania rozciąga się wraz z rozwojem wszechświata, mniejszy Wszechświat powinien mieć promieniowanie o krótszych długościach fal, co oznacza, że miał wyższe energie i wyższe temperatury.
miliardy lat temu było kiedyś tak gorąco, że nawet neutralne Atomy nie mogły się uformować bez rozpadu., Jeszcze wcześniej, dzisiejsze promieniowanie mikrofalowe było tak energetyczne, że dominowało nad materią, jeśli chodzi o zawartość energii wszechświata. Jeszcze wcześniej jądra atomowe były natychmiast rozbijane, a jeszcze wcześniej nie mogliśmy nawet stworzyć stabilnych protonów i neutronów.
a visual history of the expanding Universe includes the hot, dense state known as the Big Bang and… wzrost i tworzenie struktury następnie., Pełny zestaw danych, w tym obserwacje elementów świetlnych i kosmicznego mikrofalowego tła, pozostawia tylko Wielki Wybuch jako poprawne Wyjaśnienie dla wszystkiego, co widzimy. Wraz z rozwojem wszechświata ochładza się, umożliwiając tworzenie jonów, atomów neutralnych, a w końcu cząsteczek, obłoków gazowych, gwiazd i w końcu galaktyk.
NASA / CXC / M. Weiss
Jeśli ekstrapolujemy całą drogę wstecz, do arbitralnie wysokich temperatur, małych odległości i wysokich gęstości, można by przypuszczać, że to naprawdę równa się początku., Gdybyś chciał cofnąć czas tak daleko, jak to tylko możliwe, cała przestrzeń, która tworzy nasz widzialny Wszechświat, zostałaby skompresowana do jednego punktu.
To prawda, że gdybyś poszedł do tych ekstremalnych warunków, kompresując całą materię i energię obecną w dzisiejszym wszechświecie w wystarczająco małą objętość przestrzeni, prawa fizyki zostałyby złamane. Można próbować obliczyć różne właściwości, ale można uzyskać tylko nonsens dla odpowiedzi. To jest to, co opisujemy jako osobliwość: zbiór warunków, w których czas i przestrzeń nie mają znaczenia., Na pierwszy rzut oka, jeśli wykonasz obliczenia, wydaje się, że osobliwość jest nieunikniona, niezależnie od tego, co dominuje zawartość energii we wszechświecie.
osobliwości są tam, gdzie prawo grawitacji rządzące wszechświatem — Ogólna teoria względności Einsteina — daje nonsens dla przewidywań. Teoria względności jest teorią opisującą czas i przestrzeń. Ale w osobliwościach, zarówno wymiary przestrzenne, jak i czasowe przestają istnieć. Zadawanie pytań takich jak „co wydarzyło się przed tym wydarzeniem, w którym rozpoczął się czas” jest tak samo bezsensowne jak zadawanie pytania „Gdzie Jestem”, jeśli przestrzeń już nie istnieje.,
rzeczywiście, jest to argument, że wielu, w tym Paul Davies, kiedy twierdzą, że nie może być dyskusji na temat tego, co wydarzyło się przed Wielkim Wybuchem. Jest to tautologia, oczywiście, jeśli twierdzisz, że wielki wybuch to miejsce, w którym zaczął się czas. Ale jakkolwiek interesujący jest ten argument, wiemy, że wielki wybuch nie jest już miejscem, w którym czas się rozpoczął. Odkąd dokonaliśmy nowoczesnych, szczegółowych pomiarów kosmosu, nauczyliśmy się, że ta ekstrapolacja na osobliwość musi być błędna.,
pozostałość po Wielkim Wybuchu, CMB, nie jest jednolita, ale ma drobne niedoskonałości i… wahania temperatury w skali kilkuset mikrokelwinów. Chociaż odgrywa to dużą rolę w późnych czasach, po wzroście grawitacyjnym, ważne jest, aby pamiętać, że wszechświat wczesny, a dziś Wszechświat na dużą skalę, jest nierównomierny tylko na poziomie mniejszym niż 0,01%. Planck wykrył i zmierzył te fluktuacje z większą precyzją niż kiedykolwiek wcześniej, a nawet może ujawnić wpływ kosmicznych neutrin na ten sygnał., Właściwości tych fluktuacji silnie wspierają inflacyjne pochodzenie naszego obserwowalnego wszechświata.
ESA i współpraca Plancka
w szczególności wzory i wielkości fluktuacji, które odkryliśmy we współczesnym promieniowaniu pozostałym z tego wczesnego, gorącego, gęstego stanu, uczą nas wielu ważnych właściwości naszego wszechświata. Uczą nas, jak wiele materii było obecnych w ciemnej materii, a także w normalnej materii: protonach, neutronach i elektronach., Dają nam one pomiar krzywizny przestrzennej wszechświata, a także obecność ciemnej energii i działanie neutrin.
ale mówią nam również coś niezwykle ważnego, co jest często pomijane: mówią nam, czy we wczesnym stadium wszechświata istniała Maksymalna temperatura. Według danych WMAP i Plancka, Wszechświat nigdy nie osiągnął temperatury większej niż około 1029 K. liczba ta jest ogromna, ale jest ponad 1000 razy mniejsza niż temperatura, którą musimy zrównać z osobliwością.,
cała nasza kosmiczna historia jest teoretycznie dobrze zrozumiana, ale tylko jakościowo. To przez… obserwacyjnie potwierdzając i ujawniając różne etapy w przeszłości naszego Wszechświata, które musiały mieć miejsce, jak kiedy powstały pierwsze gwiazdy i galaktyki, i jak wszechświat rozszerzał się w czasie, że możemy naprawdę zrozumieć nasz kosmos. Reliktowe sygnatury odciśnięte na naszym wszechświecie od stanu inflacyjnego sprzed gorącego Wielkiego Wybuchu dają nam unikalny sposób na sprawdzenie naszej kosmicznej historii.,
Nicole Rager Fuller / National Science Foundation
szczególne właściwości Wszechświata, które są odciśnięte na nim od najwcześniejszych etapów, stanowią okno na procesy fizyczne, które miały miejsce w tamtych czasach. Nie tylko mówią nam, że nie możemy ekstrapolować Wielkiego Wybuchu aż do osobliwości, ale mówią nam o stanie, który istniał przed (i ustanowił) gorący Wielki Wybuch: okres kosmicznej inflacji.,
podczas inflacji ogromna ilość energii związana była z samą przestrzenią kosmiczną, powodując, że Wszechświat rozszerzał się zarówno szybko, jak i nieubłaganie: w tempie wykładniczym. Ten okres inflacji nastąpił przed gorącym Wielkim Wybuchem, ustalił początkowe Warunki, z którymi nasz wszechświat się rozpoczął, i pozostawił serię unikalnych odcisków, których szukaliśmy i odkryliśmy po tym, jak teoria już je przewidziała. W każdym przypadku inflacja jest ogromnym sukcesem.,
fluktuacje kwantowe, które występują podczas inflacji, rozciągają się po całym wszechświecie i kiedy… inflacja się kończy, stają się fluktuacjami gęstości. Prowadzi to z czasem do wielkoskalowej struktury we współczesnym wszechświecie, a także wahań temperatury obserwowanych w CMB. Te nowe prognozy są niezbędne do wykazania zasadności mechanizmu dostrajania i potwierdziły inflację jako naszą nową, wiodącą teorię o tym, jak rozpoczął się nasz wielki wybuch.
E., Siegel, z obrazami pochodzącymi z ESA / Planck i Doe/ NASA / NSF interagency task force on CMB research
, ale to poważnie zmienia nasze wyobrażenia o tym, jak zaczął się wszechświat. Wcześniej przedstawiłem wam Wykres tego, jak wielkość (lub skala) wszechświata ewoluowała z czasem. Wykres pokazywał różnice między tym, jak wszechświat rozszerzyłby się, gdyby był zdominowany przez materię( na Czerwono), promieniowanie (na niebiesko) lub samą przestrzeń (na przykład podczas inflacji, na Żółto) we wczesnych czasach. Jednak nie byłem z tobą całkowicie szczery w wyświetlaniu tego wykresu.,
widzisz, pominąłem coś we wcześniejszym wykresie, bo obcięłem to w pozytywnym, skończonym czasie. Innymi słowy, zatrzymałem Wykres, zanim osiągnęliśmy rozmiar zero. Gdybym miał dalej ekstrapolować wstecz, krzywe materii i promieniowania rzeczywiście osiągają osobliwość w określonym czasie: t = 0. Tam właśnie powstał pomysł Wielkiego Wybuchu. Ale w inflacyjnym wszechświecie, ty tylko asymptoty do wielkości zera; nigdy do niego nie dotrzeć. Nie w określonym czasie t=0, i nie w każdym wczesnym czasie, bez względu na to, jak daleko się cofniesz.,
niebieskie i czerwone linie reprezentują „tradycyjny” scenariusz Wielkiego Wybuchu, w którym wszystko zaczyna się w czasie t=0,… łącznie z samą czasoprzestrzenią. Ale w scenariuszu inflacyjnym (żółty), nigdy nie osiągamy osobliwości, gdzie przestrzeń przechodzi do pojedynczego stanu; zamiast tego może stać się arbitralnie mała w przeszłości, podczas gdy czas nadal cofać się w nieskończoność. Warunek Hawkinga-Hartle ' a no-boundary kwestionuje długowieczność tego stanu, podobnie jak twierdzenie Borde-Guth-Vilenkina, ale żadne z nich nie jest pewne.
E., Siegel
podobnie jak wiele wielkich odkryć w nauce, prowadzi to do mnóstwa wspaniałych nowych pytań, w tym:
- czy stan inflacyjny był stały? Nie wiemy, czy Wszechświat zawyżał wszędzie w tym samym tempie, czy też zawyżał przez długie okresy czasu. Gdyby Wszechświat zmieniał się w sposób, który zmieniał się bardzo szybko z jednej chwili na drugą, zmieniając się w zależności od lokalizacji, może nadal mieć właściwości, które obserwujemy dzisiaj.
- czy stan inflacyjny trwał wiecznie, cofając się w czasie?, Inflacja z pewnością ma potencjał, aby być wiecznym Państwem; wierzymy w regiony, w których nie kończy się gorącym Wielkim Wybuchem, trwa wiecznie w przyszłości. Ale czy mogło to być również wieczne w przeszłości? Nic nie zabraniając, musimy rozważyć taką możliwość.
- czy inflacja jest związana z ciemną energią, która jest również formą ekspansji wykładniczej? Chociaż różnią się skalą i wielkością, kosmiczna inflacja we wczesnym stadium i ciemna energia w późnym stadium dają tę samą matematyczną formę ekspansji Wszechświata., Czy te dwa etapy są ze sobą powiązane i czy nasza przyszła ekspansja wzrośnie w siłę i odmłodzi nasz wszechświat, jak jakiś kosmiczny cykl?
różne sposoby, w jakie ciemna energia może ewoluować w przyszłość. / Align = „left” / .. Siła (do Wielkiego Rozdarcia) może potencjalnie odmłodzić wszechświat, podczas gdy odwrócenie znaku może doprowadzić do Wielkiego Kryzysu. W każdym z tych dwóch scenariuszy czas może być cykliczny, podczas gdy jeśli żaden z nich się nie spełni, czas może być skończony lub nieskończony w czasie do przeszłości.
NASA / CXC /M.,Weiss
nie znamy odpowiedzi na żadne z tych pytań. Wszechświat, o ile możemy go obserwować, zawiera tylko informacje z ostatnich 10-33 sekund inflacji. Wszystko, co wydarzyło się przed tym — co obejmuje wszystko, co powie nam, jak-lub-jeśli rozpoczęła się inflacja i jaki był jej czas trwania-zostanie wymazane, o ile to, co jest dla nas zauważalne, przez naturę samej inflacji.
teoretycznie nie radzimy sobie dużo lepiej., Twierdzenie Borde-Guth-Vilenkin mówi nam, że wszystkie punkty we wszechświecie, jeśli ekstrapolować wystarczająco daleko, będą się ze sobą łączyć, i że inflacja nie może opisać całkowitej czasoprzestrzeni. Nie musi to jednak oznaczać, że stan nadmuchiwania nie mógł trwać wiecznie; może to równie łatwo oznaczać, że nasze obecne zasady fizyki nie są w stanie dokładnie opisać tych najwcześniejszych etapów.
trzy główne możliwości zachowania czasu w naszym wszechświecie to to, że czas zawsze istniał…, i zawsze będzie istnieć, że czas istniał tylko przez skończony czas trwania, jeśli ekstrapolujemy wstecz, lub że czas jest cykliczny i będzie się powtarzał, bez początku i bez końca. Obecnie nie mamy wystarczającej ilości informacji w naszym wszechświecie, aby wiedzieć, która z tych możliwości jest dokładna.
E. Siegel
chociaż możemy prześledzić naszą Kosmiczną historię aż do najwcześniejszych etapów gorącego Wielkiego Wybuchu, to nie wystarczy, aby odpowiedzieć na pytanie, Jak (lub czy) rozpoczął się czas., Idąc jeszcze wcześniej, do końcowych etapów kosmicznej inflacji, możemy dowiedzieć się, jak powstał i rozpoczął się wielki wybuch, ale nie mamy dostrzegalnych informacji o tym, co wydarzyło się wcześniej. Ostatni ułamek sekundy inflacji to koniec naszej wiedzy.
tysiące lat po tym, jak określiliśmy trzy główne możliwości tego, jak zaczął się czas — jako że zawsze istniał, jako że rozpoczął się skończony czas temu w przeszłości lub jako byt cykliczny — nie jesteśmy bliżej ostatecznej odpowiedzi., To, czy czas jest skończony, nieskończony, czy cykliczny, nie jest pytaniem, na które mamy wystarczającą ilość informacji w naszym obserwowalnym wszechświecie, aby odpowiedzieć. Jeśli nie znajdziemy nowego sposobu na uzyskanie informacji na temat tego głębokiego, egzystencjalnego pytania, odpowiedź może na zawsze być poza granicami tego, co jest poznawalne.
