Οι ερωτήσεις είναι τόσο μεγάλες όσο το σύμπαν και (σχεδόν) τόσο παλιό όσο καιρό: Από πού ήρθα και γιατί είμαι εδώ; Αυτό μπορεί να ακούγεται σαν ερώτημα για έναν φιλόσοφο, αλλά εάν θέλετε μια πιο επιστημονική απάντηση, δοκιμάστε να ρωτήσετε έναν κοσμολόγο.
σχετικό περιεχόμενο
- Σπάνιο Κουαρτέτο Quasars που βρέθηκε στο πρώιμο σύμπαν
Αυτός ο κλάδος της φυσικής είναι σκληρός στην εργασία προσπαθώντας να αποκωδικοποιήσει τη φύση της πραγματικότητας με την αντιστοίχιση των μαθηματικών θεωριών με μια δέσμη αποδείξεων. Σήμερα, οι περισσότεροι κοσμολόγοι πιστεύουν ότι το σύμπαν δημιουργήθηκε κατά τη διάρκεια της μεγάλης έκρηξης πριν από 13, 8 δισεκατομμύρια χρόνια και επεκτείνεται με έναν συνεχώς αυξανόμενο ρυθμό. Ο Κόσμος υφαίνεται σε ένα ύφασμα που ονομάζουμε χωροχρόνο, το οποίο είναι κεντημένο με ένα κοσμικό πλέγμα από λαμπρούς γαλαξίες και αόρατη σκοτεινή ύλη.
Ακούγεται λίγο περίεργο, αλλά σωρούς εικόνων, πειραματικά δεδομένα και μοντέλα που καταρτίζονται εδώ και δεκαετίες μπορούν να υποστηρίξουν αυτήν την περιγραφή. Και καθώς προστίθενται νέες πληροφορίες στην εικόνα, οι κοσμολόγοι σκέφτονται ακόμη πιο δύσκολους τρόπους για να περιγράψουν το σύμπαν - συμπεριλαμβανομένων μερικών εξωφρενικών προτάσεων, οι οποίες όμως έχουν τις ρίζες τους σε στέρεες επιστήμες:
Αυτή η συλλογή από λέιζερ και καθρέφτες θα αποδείξει ότι το σύμπαν είναι ένα 2D ολόγραμμα; (Fermilab) Το σύμπαν είναι ένα ολόγραμμα
Κοιτάξτε ένα τυπικό ολόγραμμα, που τυπώνεται σε μια επιφάνεια 2D, και θα δείτε μια 3D προβολή της εικόνας. Μειώστε το μέγεθος των μεμονωμένων κουκίδων που συνθέτουν την εικόνα και το ολόγραμμα γίνεται πιο έντονο. Στη δεκαετία του 1990, οι φυσικοί συνειδητοποίησαν ότι κάτι τέτοιο θα μπορούσε να συμβεί με το σύμπαν μας.
Η κλασική φυσική περιγράφει το ύφασμα του χωροχρόνου ως μια τετραδιάστατη δομή, με τρεις διαστάσεις χώρου και μία του χρόνου. Η θεωρία γενικής σχετικότητας του Αϊνστάιν λέει ότι στο πιο βασικό επίπεδο αυτό το ύφασμα πρέπει να είναι ομαλό και συνεχές. Αλλά αυτό ήταν πριν η κβαντική μηχανική ανέβηκε στη σκηνή. Ενώ η σχετικότητα είναι μεγάλη στην περιγραφή του σύμπαντος σε ορατές κλίμακες, η κβαντική φυσική μας λέει όλους για τον τρόπο με τον οποίο λειτουργούν τα πράγματα στο επίπεδο των ατόμων και των υποατομικών σωματιδίων. Σύμφωνα με τις κβαντικές θεωρίες, εάν εξετάζετε αρκετά κοντά τον ιστό του χωροχρόνου, θα πρέπει να φτιάχνεται από μικροσκοπικούς κόκκους πληροφοριών, εκατό δισεκατομμύρια δισεκατομμύρια φορές μικρότερο από ένα πρωτόνιο.
Ο φυσικός του Stanford Leonard Susskind και ο βραβευμένος με το βραβείο Νόμπελ Gerard 't Hooft υπέβαλαν καθένας υπολογισμούς που δείχνουν τι συμβαίνει όταν προσπαθείτε να συνδυάσετε κβαντικές και σχετικιστικές περιγραφές του χωροχρόνου. Βρήκαν ότι, μαθηματικά, το ύφασμα θα πρέπει να είναι μια επιφάνεια 2D και οι κόκκοι θα πρέπει να δρουν όπως οι κουκίδες σε μια τεράστια κοσμική εικόνα, καθορίζοντας την "ανάλυση" του 3D σύμπαντος μας. Η κβαντική μηχανική μας λέει επίσης ότι αυτοί οι κόκκοι θα πρέπει να βιώσουν τυχαίες θόρυβες που θα μπορούσαν περιστασιακά να θολώσουν την προβολή και έτσι να είναι ανιχνεύσιμες. Τον περασμένο μήνα, οι φυσικοί στο εργαστήριο Fermi του Εθνικού Επιταχυντή του Υπουργείου Ενέργειας των ΗΠΑ ξεκίνησαν να συλλέγουν δεδομένα με μια ιδιαίτερα ευαίσθητη διάταξη λέιζερ και καθρέφτη που ονομάζεται Χολόμετρο. Αυτό το όργανο είναι εξαιρετικά συντονισμένο για να πάρει μικροσκοπική κίνηση σε χωροχρόνο και να αποκαλύψει αν είναι στην πραγματικότητα κοκκώδη στη μικρότερη κλίμακα. Το πείραμα πρέπει να συγκεντρώνει δεδομένα για τουλάχιστον ένα χρόνο, επομένως ίσως να γνωρίζουμε αρκετά σύντομα αν ζούμε σε ένα ολόγραμμα.
Το σύμπαν είναι προσομοίωση υπολογιστή
Ακριβώς όπως και η πλοκή του Matrix, μπορεί να ζείτε σε ένα εξαιρετικά προηγμένο πρόγραμμα ηλεκτρονικού υπολογιστή και δεν το γνωρίζετε. Κάποια εκδοχή αυτής της σκέψης έχει συζητηθεί πολύ πριν ο Keanu μίλησε για το πρώτο του "ποτάμι". Ο Πλάτωνας αναρωτήθηκε αν ο κόσμος, όπως αντιλαμβανόμαστε, είναι μια ψευδαίσθηση και οι σύγχρονοι μαθηματικοί παλεύουν με τον λόγο ότι το μαθηματικό είναι καθολικό - γιατί δεν έχει σημασία πότε ή πού βλέπεις; 2 + 2 πρέπει πάντα να είναι ίσο με 4; Ίσως επειδή αυτό είναι ένα θεμελιώδες μέρος του τρόπου με τον οποίο κωδικοποιήθηκε το σύμπαν.
Το 2012, οι φυσικοί του Πανεπιστημίου της Ουάσιγκτον στο Σιάτλ δήλωσαν ότι εάν ζούμε σε ψηφιακή προσομοίωση, ίσως υπάρχει ένας τρόπος να ανακαλύψουμε. Τα τυποποιημένα μοντέλα υπολογιστών βασίζονται σε ένα τρισδιάστατο πλέγμα και μερικές φορές το ίδιο το δίκτυο δημιουργεί συγκεκριμένα ανωμαλίες στα δεδομένα. Εάν το σύμπαν είναι ένα τεράστιο πλέγμα, οι κινήσεις και οι διανομές σωματιδίων υψηλής ενέργειας που ονομάζονται κοσμικές ακτίνες μπορεί να αποκαλύψουν παρόμοιες ανωμαλίες - μια βλάβη στο Matrix - και να μας δώσουν μια ματιά στη δομή του δικτύου. Ένα χαρτί 2013 του μηχανικού MIT Seth Lloyd χτίζει την υπόθεση για μια ενδιαφέρουσα περιστροφή για την ιδέα: Εάν ο χώρος-χρόνος γίνεται από κβαντικά κομμάτια, το σύμπαν πρέπει να είναι ένας γίγαντας κβαντικός υπολογιστής. Φυσικά, και οι δύο έννοιες προκαλούν μια ανησυχητική δυσκολία: Εάν το σύμπαν είναι ένα πρόγραμμα υπολογιστή, ποιος ή τι έγραψε ο κώδικας;
Μια ενεργή υπερμεγέθη μαύρη τρύπα στον πυρήνα του γαλαξία Centaurus A εκτοξεύει ακτίνες ακτινοβολίας στο διάστημα. (ESO / WFI (ορατό), MPIfR / ESO / APEX / A.Weiss κ.ά. (μικροκύματα), NASA / CXC / CfA / R.Kraft κ.ά. Το σύμπαν είναι μια μαύρη τρύπα
Οποιοδήποτε βιβλίο "Αστρονομία 101" θα σας πει ότι το σύμπαν ξέσπασε στη διάρκεια της μεγάλης έκρηξης. Αλλά τι υπήρχε πριν από αυτό το σημείο και τι προκάλεσε την έκρηξη; Ένα χαρτί 2010 του Nikodem Poplawski, τότε στο Πανεπιστήμιο της Ιντιάνα, έκανε την υπόθεση ότι το σύμπαν μας ήταν σφυρηλατημένο μέσα σε μια πραγματικά μεγάλη μαύρη τρύπα.
Ενώ ο Stephen Hawking συνεχίζει να αλλάζει γνώμη, ο δημοφιλής ορισμός μιας μαύρης τρύπας είναι μια περιοχή του χωροχρόνου τόσο πυκνή που, πέρα από ένα συγκεκριμένο σημείο, τίποτα δεν μπορεί να ξεφύγει από την βαρυτική έλξη του. Οι μαύρες τρύπες γεννιούνται όταν πυκνά πακέτα της ύλης καταρρέουν μέσα τους, όπως κατά τη διάρκεια των θανάτων των ιδιαίτερα βαριών αστέρια. Ορισμένες εκδοχές των εξισώσεων που περιγράφουν τις μαύρες τρύπες συνεχίζουν να λένε ότι η συμπιεσμένη ύλη δεν καταρρέει πλήρως σε ένα σημείο ή μοναδικότητα, αλλά αντ 'αυτού αναπηδά πίσω, εξαπλώνει ζεστό, κωδικοποιημένο θέμα.
Ο Poplawski τσακίωσε τους αριθμούς και διαπίστωσε ότι οι παρατηρήσεις του σχήματος και της σύνθεσης του σύμπαντος ταιριάζουν με τη μαθηματική εικόνα μιας μαύρης τρύπας που γεννιέται. Η αρχική κατάρρευση θα ισοδυναμούσε με το μεγάλο κτύπημα, και τα πάντα μέσα και γύρω μας θα γίνονταν από τα ψυχθέντα, αναδιαμορφωμένα συστατικά αυτής της κωδικοποιημένης ύλης. Ακόμη καλύτερα, η θεωρία υποδηλώνει ότι όλες οι μαύρες τρύπες στο σύμπαν μας μπορεί να είναι οι ίδιες οι πύλες εναλλαγής πραγματικότητας. Τόσο πώς το δοκιμάζουμε; Αυτό το μοντέλο βασίζεται σε μαύρες τρύπες που περιστρέφονται, επειδή αυτή η περιστροφή είναι μέρος αυτού που εμποδίζει την πλήρη κατάρρευση της αρχικής ύλης. Ο Poplawski λέει ότι θα πρέπει να δούμε μια ηχώ του κληρονομούμενου από τη "μητρική" μαύρη τρύπα μας στις έρευνες των γαλαξιών, με τις τεράστιες συστάδες να κινούνται σε μια ελαφρά, αλλά δυνητικά ανιχνεύσιμη, προτιμώμενη κατεύθυνση.
Το σύμπαν είναι μια φούσκα σε έναν ωκεανό των κόσμων
Ένα άλλο κοσμικό παζλ έρχεται όταν σκεφτείς τι συνέβη στα πρώτα slivers του δευτερολέπτου μετά το Big Bang. Χάρτες λυχνιών λειψάνου που εκπέμπονται λίγο μετά το γενέθλιο του σύμπαντος, μας λένε ότι ο χώρος-χρόνος του μωρού αυξήθηκε εκθετικά στην αναλαμπή του οφθαλμού προτού καταλήξει σε ένα πιο κατασταλμένο ρυθμό επέκτασης. Αυτή η διαδικασία, που ονομάζεται πληθωρισμός, είναι αρκετά δημοφιλής μεταξύ των κοσμολόγων και πήρε μια ακόμη ώθηση φέτος με την πιθανή (αλλά ακόμα ανεπιβεβαίωτη) ανακάλυψη των κυματισμών στο χώρο-χρόνο που ονομάζονται βαρυτικά κύματα, τα οποία θα ήταν προϊόντα της ταχείας ανάπτυξης.
Αν επιβεβαιωθεί ο πληθωρισμός, ορισμένοι θεωρητικοί θα υποστήριζαν ότι πρέπει να ζήσουμε σε μια αφρώδη θάλασσα πολλών συμπαντων. Μερικά από τα πρώτα μοντέλα πληθωρισμού λένε ότι πριν από το μεγάλο κτύπημα, ο χωροχρόνος περιείχε αυτό που είναι γνωστό ως ψευδές κενό, ένα πεδίο υψηλής ενέργειας χωρίς ύλη και ακτινοβολία που είναι εγγενώς ασταθής. Για να φτάσει σε μια σταθερή κατάσταση, το κενό άρχισε να φουσκώνει σαν ένα δοχείο βραστό νερό. Με κάθε φούσκα γεννήθηκε ένα νέο σύμπαν, δημιουργώντας ένα ατελείωτο multiverse.
Το πρόβλημα με τη δοκιμή αυτής της ιδέας είναι ότι ο κόσμος είναι γελοία τεράστιο - το παρατηρούμενο σύμπαν εκτείνεται για περίπου 46 δις έτη φωτός σε όλες τις κατευθύνσεις - και ακόμη και τα καλύτερα τηλεσκόπια μας δεν μπορούν να ελπίζουν να κοιτάξουν στην επιφάνεια μιας φούσκας τόσο μεγάλη. Μια επιλογή, λοιπόν, είναι να αναζητήσουμε οποιαδήποτε απόδειξη του σύμπαντος του φυσαλίδας που συγκρούεται με ένα άλλο. Σήμερα οι καλύτεροι χάρτες μας για το φως των λουλουδιών του Big Bang δείχνουν ένα ασυνήθιστο κρύο σημείο στον ουρανό που θα μπορούσε να είναι ένα "μώλωπας" από το χτύπημα σε έναν κοσμικό γείτονα. Ή θα μπορούσε να είναι ένα στατιστικό σφάλμα. Έτσι, μια ομάδα ερευνητών με επικεφαλής τον Carroll Wainwright στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας, Santa Cruz, χρησιμοποιεί μοντέλα υπολογιστών για να καταλάβει τι άλλα ίχνη ίχνος θα έφερνε μια φυσαλίδα σύγκρουση στην ηχώ του Big Bang.
