Před 13,8 miliardami let začal vesmír horkým Velkým třeskem. Od té doby se rozšířila a ochladila dodnes. Z našeho pohledu můžeme pozorovat vesmír v okruhu 46 miliard let, a to díky omezení rychlosti světla a expanzi vesmíru. A i když je tato vzdálenost obrovská, je konečná. Ale to je jen část, kterou vidíme. Co je za tím a je možné, že existuje nekonečno?
Adam Stevens chce vědět:
Co si myslíš o nekonečnu vesmíru? Mnoho kosmologů mi řeklo, že nekonečno vesmíru nebylo prokázáno. Jak to lze dokázat empiricky?
Zaprvé se můžeme dozvědět více, než co vidíme do 46 miliard světelných let.
Čím dál se díváme jakýmkoli směrem, tím dále se díváme do hloubek času. Nejbližší galaxie, která se nachází 2,5 milionu světelných let od nás, je pro nás viditelná tak, jak to bylo před 2,5 miliony let, protože světlo od této chvíle vyzařuje do našich očí. Vzdálenější galaxie jsou pro nás vidět, protože byly před desítkami milionů, stovek milionů nebo dokonce miliardami let. Při pohledu ještě dále jsme viděli světlo vesmíru od jeho mladších dnů. Když se podíváme na světlo vyzařované před 13,8 miliardami let, na relikt velkého třesku, vidíme reliktivní záření.
Fluktuační vzorec je velmi matoucí, s různými středními teplotami v různých úhlových stupnicích. Šifruje také obrovské množství informací o vesmíru, včetně úžasné skutečnosti: zakřivení prostoru, pokud můžeme soudit, chybí, to znamená, že je ploché. Pokud by vesmír měl pozitivní zakřivení, jako bychom žili na povrchu čtyřrozměrné koule, viděli bychom sbližování vzdálených paprsků světla. Pokud by mělo negativní zakřivení, jako na povrchu čtyřrozměrného sedla, viděli bychom vzdálené paprsky světla. Místo toho se paprsky světla pohybují tak, jak se pohybovaly, a fluktuace nám říkají o ideální rovině.
Ze souboru údajů o reliktním záření a rozsáhlých strukturách vesmíru (přístupných prostřednictvím studia baryonových akustických oscilací) můžeme dojít k závěru, že pokud je vesmír konečný a uzavřený sám o sobě, musí být nejméně 250krát větší než to, co vidíme. Protože žijeme ve třech rozměrech, zvětšení poloměru 250krát znamená zvětšení objemu 250 × 3krát nebo 15 milionůkrát více prostoru. Ale stále to není nekonečný objem. Minimální odhad velikosti vesmíru je 11 bilionů světelných let ve všech směrech, což je strašně hodně, ale stále ne nekonečné.
Existuje důvod se domnívat, že je ještě větší. Horký Velký třesk může znamenat začátek pozorovatelného vesmíru, ale ne zrození prostoru a času. Před Velkým třeskem prošel vesmír obdobím kosmické inflace. Místo toho, aby byl naplněn hmotou a zářením a byl horký, byl vesmír:
Propagační video:
• byl naplněn energií vlastní v samotném prostoru, • expandoval exponenciálním tempem,
• vytvořili nový prostor tak rychle, že nejmenší fyzická velikost, Planckova délka, se rozprostírala na velikost vesmíru pozorovanou dnes každých 10 ^ -32 s.
V našem regionu vesmíru je inflace opravdu u konce. Existuje však několik otázek, na které neznáme odpovědi, které mají obrovský dopad na velikost vesmíru a jeho konečnost nebo nekonečno.
1) Jakou velikost byla část vesmíru po inflaci, která dala vzniknout našemu horkému velkému třesku? Při pozorování dnešního vesmíru a homogenity dosvitu Velkého třesku, blízkosti vesmíru k letadlu, kolísání napříč vesmírem ve všech měřítcích atd. Atd. Se můžeme hodně naučit. Můžeme spočítat horní limit v energetickém měřítku, ve kterém došlo k inflaci, jak velká inflace zvýšila vesmír, dolní limit trvání inflace. Ale ta kapsa rozšiřujícího se vesmíru, z níž naše část pochází, by mohla velmi překročit spodní hranici! Mohou to být stovky, miliony, googoly krát větší, než co můžeme pozorovat - nebo být skutečně nekonečná. Bez schopnosti pozorovat více, než je nyní k dispozici, nebudeme mít dostatek informací k zodpovězení této otázky.
2) Je myšlenka „věčné inflace“správná? Pokud vezmete v úvahu možnost, že inflace je kvantové pole, pak v každém okamžiku exponenciální expanze existuje možnost, že inflace skončí, což povede k velkému třesku, a pravděpodobnost, že inflace bude pokračovat, vytvoří více prostoru. Tyto výpočty jsou nám k dispozici (v rámci určitých předpokladů) a vedou k závěru: pokud potřebujeme dostatek inflace před vytvořením pozorovatelného vesmíru, pak inflace vždy vytvoří ještě více prostoru, který se bude dále rozšiřovat, na rozdíl od částí, kde to skončí a bude velký třesk. A přestože se náš pozorovatelný vesmír mohl objevit po skončení inflace v našem regionu před 13,8 miliardami let, existují oblasti, kde inflace pokračuje - a vytváří stále více prostoru,a generuje stále více Velkých třesků - dodnes. Tato myšlenka je známá jako věčná inflace a je obecně přijímána ve fyzické komunitě. Jak velký je dnes celý nepoznatelný vesmír?
3) Jak dlouho trvala inflace, než skončila a došlo k Velkému třesku? Máme přístup pouze do vesmíru vytvořeného koncem inflace a našeho horkého Velkého třesku. Víme, že inflace měla trvat alespoň 10 ^ -32 s, ale pravděpodobně pokračovala déle. Ale kolik? Sekundy? Roky? Miliardy let? Nekonečně? Byl vesmír vždy vystaven inflaci? Začala inflace? Vyplývalo to z předchozího stavu, který trval věčně? Nebo snad čas a čas vznikl z ničeho omezeného času? Existuje mnoho možností, ale odpověď nelze v tuto chvíli ověřit.
Na základě našich nejlepších pozorování víme, že vesmír je mnohem větší než pozorovatelná část. Máme podezření, že ještě více vesmíru se šíří za tyto limity, stejné jako naše, se stejnými fyzikálními zákony, typy struktur (hvězdy, galaxie, shluky, vlákna, dutiny atd.) A se stejnými šancemi na komplex život. Bublina, ve které inflace skončila, musí být konečná a větší, rozšiřující se prostorový čas musí obsahovat exponenciálně velké množství takovýchto bublin. Ale i když je celý tento vesmír nebo multiverse tak neuvěřitelně obrovský, nemusí to být nekonečné. Ve skutečnosti, pokud inflace netrvala neurčitě, musí být vesmír konečný.
Největším problémem je však to, že máme přístup pouze k informacím obsaženým v pozorovatelné části vesmíru, v těchto 46 miliard světelných letech ve všech směrech. Odpověď na největší otázku - zda je vesmír konečný nebo nekonečný - může být ve vesmíru zakódována, ale nemůžeme získat přístup k dostatečně velké části, abychom ji mohli znát. Dokud tento problém nevyřešíme, nebo nepřijdeme s chytrým způsobem, jak rozšířit možnosti fyziky, bude to všechno v oblasti možností.