13,8 miljardit aastat tagasi algas universum kuuma Suure Pauguga. Pärast seda on see laienenud ja jahtunud, kuni tänapäevani. Meie vaatepunktist saame tänu valguse kiiruse piiramisele ja Universumi laienemisele Universumit jälgida 46 miljardi aasta raadiuses. Ja kuigi see vahemaa on tohutu, on see piiratud. Kuid see on ainult osa, mida me näeme. Mis on sellest väljaspool ja kas on võimalik, et on olemas lõpmatus?
Adam Stevens soovib teada:
Mida arvate universumi lõpmatusest? Paljud kosmoloogid on mulle öelnud, et universumi lõpmatust pole tõestatud. Kuidas saab seda empiiriliselt tõestada?
Esiteks saame õppida rohkem kui see, mida näeme 46 miljardi valgusaasta jooksul.
Mida kaugemale vaatame ükskõik millises suunas, seda kaugemale uurime aja sügavusi. Lähim galaktika, mis asub meist 2,5 miljoni valgusaasta kaugusel, on meile nähtav, nagu see oli 2,5 miljonit aastat tagasi, kuna valgus liigub sealt edasi meie silmadesse hetkest, mil see kiirgab. Kaugemad galaktikad on meile nähtavad, nagu nad olid kümneid miljoneid, sadu miljoneid või isegi miljardeid aastaid tagasi. Veel kaugemale vaadates oleme näinud universumi valgust alates selle noorematest päevadest. Nii et kui me vaatame 13,8 miljardit aastat tagasi kiirgavat valgust, mis on Suure Paugu reliikvia, näeme reliikvia kiirgust.
Kõikumismall on äärmiselt segane, erineva keskmise temperatuuriga, erineva nurgaastmega. Samuti krüpteerib see tohutul hulgal teavet Universumi kohta, sealhulgas hämmastava tõsiasja: niipalju kui me võime otsustada, pole kosmosel kumerust, see tähendab, et see on tasane. Kui ruumis oleks positiivne kumerus, nagu elaksime neljamõõtmelise sfääri pinnal, näeksime kaugete valguskiirte lähenemist. Kui sellel oleks negatiivne kumerus, nagu neljamõõtmelise sadula pinnal, näeksime kaugeid valguskiiri. Selle asemel liiguvad valguskiired nagu nad tegid ja kõikumised räägivad meile ideaalsest tasapinnast.
Andmete kogumist reliikvia kiirguse ja Universumi suuremahuliste struktuuride kohta (juurdepääsetav barüoonsete akustiliste võnkumiste uurimise kaudu) võime järeldada, et kui Universum on piiritletud ja iseenesest suletud, peab see olema vähemalt 250 korda suurem kui me võime näha. Kuna elame kolmes mõõtmes, tähendab raadiuse suurenemine 250 korda mahu suurenemist 250 ^ 3 korda ehk 15 miljonit korda rohkem ruumi. Kuid see pole ikkagi lõpmatu maht. Minimaalne universumi suuruse hinnang on kõigis suundades 11 triljonit valgusaastat, mis on kohutavalt palju, kuid siiski mitte lõpmatu.
On põhjust arvata, et see on veelgi suurem. Kuum Suur Pauk võib tähistada vaadeldava universumi algust, kuid mitte ruumi ja aja sündi. Enne Suurt Pauku elas universum läbi kosmilise inflatsiooni perioodi. Selle asemel, et olla täidetud aine ja kiirgusega ning olla kuum, oli universum:
Reklaamvideo:
• oli täidetud kosmosele omase energiaga, • laiendatud eksponentsiaalse kiirusega,
• lõi uue ruumi nii kiiresti, et väikseim füüsiline suurus, Plancki pikkus, ulatus Universumi suurusele, mida tänapäeval täheldatakse iga 10–32 s järel.
Meie universumi piirkonnas on inflatsioon tõesti möödas. Kuid on mitmeid küsimusi, mille vastused pole meile teada, millel on tohutu mõju universumi suurusele ja selle lõplikkusele või lõpmatusele.
1) Kui suur oli Universumi sektsioon pärast inflatsiooni, mis põhjustas meie kuuma Suure Paugu? Jälgides tänapäeva Universumit ja Suure Paugu järeltuule homogeensust, Universumi lähedust tasapinnale, kõikuvusi, mis ulatuvad üle Universumi kõikides mõõtkavades jne, jne, saame palju õppida. Saame arvutada energiaskaala ülemise piiri, millel inflatsioon toimus, kui palju on inflatsioon universumit suurendanud, inflatsiooni kestuse alumist piiri. Kuid see laieneva universumi tasku, kust meie osa pärines, võis väga palju ületada alumise piiri! See võib olla sadu, miljoneid, googe korda suurem kui see, mida me võime jälgida - või olla tõeliselt lõpmatu. Ilma võimeta jälgida rohkem, kui meil praegu on, ei saa me sellele küsimusele vastamiseks piisavalt teavet.
2) Kas idee "igavesest inflatsioonist" on õige? Kui arvestada võimalusega, et inflatsioon on kvantväli, siis eksponentsiaalses laienemises on igal hetkel võimalus, et inflatsioon lõppeb, mis viib Suure Pahani, ja tõenäosus, et inflatsioon jätkub, luues rohkem ruumi. Sellised arvutused on meile kättesaadavad (teatud eelduste raames) ja need viivad järeldusele: kui me vajame enne jälgitava universumi loomist piisavalt inflatsiooni, loob inflatsioon alati veelgi rohkem ruumi, mis jätkab laienemist, erinevalt lõikudest, kus see lõpeb ja tuleb Suur Pauk. Ja kuigi meie vaadeldav universum võis ilmuda pärast inflatsiooni lõppu meie piirkonnas 13,8 miljardit aastat tagasi, on piirkondi, kus inflatsioon jätkub - ja loob üha rohkem ruumi,ja genereerib üha rohkem Big Bangs - tänapäevani. Seda ideed nimetatakse igaveseks inflatsiooniks ja füüsilises kogukonnas aktsepteeritakse seda üldiselt. Kui suur on kogu tänapäeval jälgimatu universum?
3) Kui kaua kestis inflatsioon enne selle lõppu ja Suure Paugu tekkimist? Meil on juurdepääs ainult inflatsiooni ja meie kuuma Suure Paugu lõpuks loodud universumile. Me teame, et inflatsioon oleks pidanud jätkuma vähemalt 10–32 s, kuid tõenäoliselt jätkus see kauem. Aga kui palju? Sekundid? Aastaid? Miljardid aastad? Lõpmatult? Kas universum on alati olnud inflatsiooni all? Kas inflatsioon algas? Kas see tulenes eelmisest osariigist, mis kestis igavesti? Või tekkis ruum ja aeg tühjast ajast piiratud aja jooksul? Võimalusi on palju, kuid vastust ei saa praegu kontrollida.
Meie parimate tähelepanekute põhjal teame, et universum on palju suurem kui vaadeldav osa. Me kahtlustame, et veelgi suurem osa Universumist levib neist piiridest kaugemale, sama nagu meie oma, samade füüsikaseaduste, struktuuritüüpide (tähed, galaktikad, kobarad, hõõgniidid, tühimikud jne) ja samade võimalustega keeruline elu. Mull, milles inflatsioon on lõppenud, peab olema piiratud ja suurem, laienev kosmoseaeg peab sisaldama plahvatuslikult suurt hulka selliseid mullid. Kuid isegi kui see kogu Universum või Multiverse on nii uskumatult tohutu, ei pruugi see olla lõpmatu. Tegelikult, kui inflatsioon ei kestnud lõputult, peab universum olema piiritletud.
Kuid suurim probleem on see, et meil on juurdepääs ainult sellele universumi jälgitavas osas sisalduvale teabele, nendes 46 miljardis valgusaastas igas suunas. Vastuse suurimale küsimusele - kas universum on piiritletud või lõpmatu - saab universumisse kodeerida, kuid me ei pääse sellest piisavalt suurele osale teada. Kuni me selle probleemi ei lahenda või ei leia nutikat viisi füüsika võimaluste laiendamiseks, jääb see kõik võimaluste valdkonda.
