Vũ trụ | Đa năng | Vũ trụ song song | Không gian thời gian | Thuyết Vụ nổ lớn

Có một bộ bằng chứng khoa học lớn hỗ trợ bức tranh về Vũ trụ đang mở rộng và Vụ nổ lớn. Toàn bộ năng lượng khối của Vũ trụ được phát hành trong một sự kiện kéo dài dưới 10 ^ -30 giây; điều mạnh mẽ nhất từng xảy ra trong lịch sử vũ trụ của chúng ta.NASA / GSFC

Nó chỉ mới 13,8 tỷ năm kể từ Vụ nổ lớn và tốc độ tối đa mà bất kỳ thông tin nào cũng có thể di chuyển - tốc độ ánh sáng - là hữu hạn. Mặc dù toàn bộ Vũ trụ có thể thực sự là vô hạn, Vũ trụ quan sát được có giới hạn. Tuy nhiên, theo các ý tưởng hàng đầu của vật lý lý thuyết, Vũ trụ của chúng ta có thể chỉ là một vùng cực nhỏ của đa vũ trụ lớn hơn nhiều, trong đó có nhiều Đại học, thậm chí có thể là một số lượng vô hạn. Một số điều này là khoa học thực tế, nhưng một số không có gì khác hơn là suy nghĩ, mơ tưởng. Đây là cách nhận biết cái nào là cái nào. Nhưng trước tiên, một chút nền tảng.

Vũ trụ ngày nay có một vài sự thật về nó tương đối dễ dàng, ít nhất là với các cơ sở khoa học tầm cỡ thế giới, để quan sát. Chúng ta biết Vũ trụ đang mở rộng: chúng ta có thể đo các thuộc tính về các thiên hà dạy cho chúng ta cả khoảng cách của chúng và tốc độ chúng xuất hiện để di chuyển ra xa chúng ta. Càng ở xa, chúng càng xuất hiện nhanh hơn. Trong bối cảnh Thuyết tương đối rộng, điều đó có nghĩa là Vũ trụ đang mở rộng.

Và nếu Vũ trụ đang mở rộng ngày nay, điều đó có nghĩa là nó nhỏ hơn và dày đặc hơn trong quá khứ. Ngoại suy trở lại đủ xa, và bạn sẽ thấy rằng mọi thứ cũng đồng đều hơn (vì trọng lực cần có thời gian để làm cho mọi thứ kết lại với nhau) và nóng hơn (vì bước sóng nhỏ hơn đối với ánh sáng có nghĩa là năng lượng / nhiệt độ cao hơn). Điều này dẫn chúng ta trở lại Big Bang.

Một minh họa về lịch sử vũ trụ của chúng ta, từ Vụ nổ lớn cho đến hiện tại, trong bối cảnh Vũ trụ đang mở rộng. Phương trình Friedmann đầu tiên mô tả tất cả các kỷ nguyên này, từ lạm phát đến Vụ nổ lớn đến hiện tại và đến tương lai, hoàn toàn chính xác, ngay cả ngày nay.NAMA / WMAP KHOA HỌC KHOA HỌC

Nhưng Big Bang không phải là khởi đầu của Vũ trụ! Chúng ta chỉ có thể ngoại suy trở lại một thời điểm nhất định trước khi dự đoán của Big Bang bị phá vỡ. Có một số điều chúng ta quan sát được trong Vũ trụ mà Vụ nổ lớn không thể giải thích, nhưng một lý thuyết mới thiết lập Vụ nổ lớn - lạm phát vũ trụ - có thể.

Các biến động lượng tử xảy ra trong quá trình lạm phát được kéo dài trên toàn vũ trụ và khi lạm phát kết thúc, chúng trở thành biến động mật độ. Điều này, theo thời gian, dẫn đến cấu trúc quy mô lớn trong Vũ trụ ngày nay, cũng như sự dao động nhiệt độ quan sát được trong CMB.E. SIEGEL, VỚI HÌNH ẢNH DERIVED TỪ ESA / PLANCK VÀ NHIỆM VỤ NỀN TẢNG TƯƠNG TÁC DOE / NASA / NSF NGHIÊN CỨU VỀ NGHIÊN CỨU CMB

Trong những năm 1980, một số lượng lớn các hậu quả lý thuyết của lạm phát đã được thực hiện, bao gồm:

  • Những hạt giống cho cấu trúc quy mô lớn sẽ trông như thế nào,
  • sự dao động nhiệt độ và mật độ nên tồn tại trên quy mô lớn hơn chân trời vũ trụ,
  • rằng tất cả các vùng của không gian, ngay cả khi có biến động, phải có entropy không đổi,
  • và cần phải có nhiệt độ tối đa đạt được bởi Big Bang nóng.

Trong những năm 1990, 2000 và 2010, bốn dự đoán này đã được xác nhận một cách quan sát với độ chính xác cao. Lạm phát vũ trụ là một người chiến thắng.

Lạm phát làm cho không gian mở rộng theo cấp số nhân, điều này có thể nhanh chóng dẫn đến bất kỳ không gian cong hoặc không mịn nào tồn tại trước đó xuất hiện bằng phẳng. Nếu Vũ trụ bị cong, nó có bán kính cong lớn hơn tối thiểu hàng trăm lần so với những gì chúng ta có thể quan sát. E. SIEGEL (L); HƯỚNG DẪN MỸ PHẨM NED WRIGHT'S (R)

Lạm phát cho chúng ta biết rằng, trước Vụ nổ lớn, Vũ trụ không chứa đầy các hạt, phản hạt và phóng xạ. Thay vào đó, nó chứa đầy năng lượng vốn có của chính không gian và năng lượng đó khiến không gian mở rộng với tốc độ nhanh, không ngừng và theo cấp số nhân. Tại một số thời điểm, lạm phát kết thúc, và tất cả (hoặc gần như tất cả) năng lượng đó được chuyển đổi thành vật chất và năng lượng, tạo ra Big Bang nóng bỏng. Sự kết thúc của lạm phát, và cái được gọi là sự hâm nóng lại Vũ trụ của chúng ta, đánh dấu sự khởi đầu của Big Bang nóng bỏng. Vụ nổ lớn vẫn xảy ra, nhưng đó không phải là khởi đầu.

Lạm phát dự đoán sự tồn tại của một khối lượng lớn Vũ trụ không thể quan sát được ngoài phần chúng ta có thể quan sát. Nhưng nó mang lại cho chúng ta nhiều hơn thế. E. SIEGEL / BEYOND GALAXY

Nếu đây là toàn bộ câu chuyện, tất cả những gì chúng ta có là một Vũ trụ cực kỳ lớn. Nó sẽ có các tính chất giống nhau ở mọi nơi, cùng một định luật ở mọi nơi và các phần nằm ngoài đường chân trời có thể nhìn thấy của chúng ta sẽ tương tự như chúng ta, nhưng nó sẽ không được gọi là đa vũ trụ.

Cho đến khi, đó là, bạn nhớ rằng tất cả mọi thứ tồn tại về mặt vật lý phải là lượng tử vốn có trong tự nhiên. Ngay cả lạm phát, với tất cả những điều chưa biết xung quanh nó, phải là một trường lượng tử.

Bản chất lượng tử của lạm phát có nghĩa là nó kết thúc ở một số túi của nhóm Vũ trụ và tiếp tục ở những nơi khác. Nó cần phải lăn xuống ngọn đồi ẩn dụ và vào thung lũng, nhưng nếu đó là một trường lượng tử, sự lan rộng có nghĩa là nó sẽ kết thúc ở một số vùng trong khi tiếp tục ở những vùng khác .E. SIEGEL / BEYOND GALAXY

Nếu sau đó bạn yêu cầu lạm phát phải có các thuộc tính mà tất cả các trường lượng tử có:

  • rằng các thuộc tính của nó có sự không chắc chắn vốn có của chúng,
  • rằng trường được mô tả bởi một hàm sóng,
  • và các giá trị của trường đó có thể trải ra theo thời gian,

bạn đạt được một kết luận đáng ngạc nhiên

Bất cứ nơi nào lạm phát xảy ra (hình khối màu xanh), nó sẽ tạo ra nhiều vùng không gian theo cấp số nhân với mỗi bước tiến theo thời gian. Ngay cả khi có nhiều hình khối nơi lạm phát kết thúc (Xs đỏ), vẫn còn nhiều khu vực mà lạm phát sẽ tiếp tục trong tương lai. Thực tế là điều này không bao giờ kết thúc là điều khiến lạm phát 'vĩnh cửu' một khi nó bắt đầu. E. SIEGEL / BEYOND GALAXY

Lạm phát không kết thúc ở mọi nơi cùng một lúc, mà là ở các địa điểm được chọn, bị ngắt kết nối tại bất kỳ thời điểm nào, trong khi không gian giữa các địa điểm đó tiếp tục tăng cao. Cần có nhiều vùng không gian rộng lớn, nơi lạm phát kết thúc và Big Bang nóng bỏng bắt đầu, nhưng chúng không bao giờ có thể gặp nhau, vì chúng bị ngăn cách bởi các vùng không gian thổi phồng. Bất cứ nơi nào lạm phát bắt đầu, đó là tất cả nhưng được đảm bảo để tiếp tục vĩnh cửu, ít nhất là ở những nơi.

Khi lạm phát kết thúc với chúng ta, chúng ta sẽ có một Big Bang nóng bỏng. Một phần của Vũ trụ mà chúng ta quan sát chỉ là một phần của khu vực này nơi lạm phát kết thúc, với Vũ trụ không thể quan sát hơn nữa. Nhưng có vô số khu vực, tất cả đều bị ngắt kết nối với nhau, với cùng một câu chuyện chính xác.

Một minh họa về nhiều Đại học độc lập, bị ngắt kết nối với nhau trong một đại dương vũ trụ không ngừng mở rộng, là một mô tả về ý tưởng Đa vũ trụ. Trong một khu vực nơi Big Bang bắt đầu và lạm phát kết thúc, tốc độ mở rộng sẽ giảm xuống, trong khi lạm phát tiếp tục ở giữa hai khu vực như vậy, mãi mãi tách biệt chúng.OZYTIVE / CÔNG CỘNG

Đó là ý tưởng của đa vũ trụ. Như bạn có thể thấy, nó dựa trên hai khía cạnh độc lập, được thiết lập tốt và được chấp nhận rộng rãi của vật lý lý thuyết: bản chất lượng tử của mọi thứ và các tính chất của lạm phát vũ trụ. Không có cách nào để đo lường nó, cũng như không có cách nào để đo lường phần không thể quan sát được trong Vũ trụ của chúng ta. Nhưng hai lý thuyết làm nền tảng cho nó, lạm phát và vật lý lượng tử, đã được chứng minh là hợp lệ. Nếu họ đúng, thì đa vũ trụ là hậu quả không thể giải thích được của điều đó và chúng ta đang sống trong đó.

Ý tưởng đa vũ trụ nói rằng có một số lượng lớn các Đại học tùy ý như của chúng ta, nhưng điều đó không nhất thiết có nghĩa là có một phiên bản khác của chúng ta ngoài đó, và chắc chắn không có bất kỳ cơ hội nào để chạy vào một phiên bản thay thế của chính bạn Tất cả mọi thứ từ một vũ trụ khác .LEE DAVY / FLICKR

Vậy thì sao? Đó không phải là rất nhiều, phải không? Có rất nhiều hậu quả lý thuyết là không thể tránh khỏi, nhưng chúng ta không thể biết chắc chắn vì chúng ta không thể kiểm tra chúng. Đa vũ trụ là một trong một hàng dài của những người. Nó không đặc biệt là một nhận thức hữu ích, chỉ là một dự đoán thú vị rơi ra khỏi những lý thuyết này.

Vậy tại sao nhiều nhà vật lý lý thuyết viết bài về đa vũ trụ? Về các trường đại học song song và kết nối của họ với chính chúng ta thông qua đa vũ trụ này? Tại sao họ cho rằng đa vũ trụ được kết nối với cảnh quan chuỗi, hằng số vũ trụ và thậm chí với thực tế là Vũ trụ của chúng ta được điều chỉnh tốt cho sự sống?

Bởi vì mặc dù đó rõ ràng là một ý tưởng tồi, họ không có ý tưởng nào tốt hơn.

Khung cảnh chuỗi có thể là một ý tưởng hấp dẫn chứa đầy tiềm năng lý thuyết, nhưng nó không dự đoán bất cứ điều gì chúng ta có thể quan sát được trong Vũ trụ của chúng ta. Ý tưởng về cái đẹp này, được thúc đẩy bằng cách giải quyết các vấn đề 'không tự nhiên', không đủ để tự mình vươn lên đến mức cần thiết cho khoa học.UNIVERSITY OF CAMBRIDGE

Trong bối cảnh của lý thuyết dây, về nguyên tắc, có một tập hợp lớn các tham số có thể đảm nhận hầu hết mọi giá trị. Lý thuyết này không đưa ra dự đoán nào cho chúng, vì vậy chúng ta phải đặt chúng bằng tay: các giá trị kỳ vọng của chuỗi vacua. Nếu bạn đã nghe nói về những con số cực kỳ lớn như 10500 nổi tiếng xuất hiện trong lý thuyết dây, thì các giá trị có thể có của chuỗi vacua là những gì họ đang đề cập đến. Chúng tôi không biết chúng là gì hoặc tại sao chúng có các giá trị mà chúng làm. Không ai biết làm thế nào để tính toán chúng.

Một đại diện của các thế giới song song khác nhau, có thể tồn tại trong các túi khác của đa vũ trụ.PUBLIC DOMAIN

Vì vậy, thay vào đó, một số người nói rằng đó là đa vũ trụ! Dòng suy nghĩ như thế này:

  • Chúng tôi không biết tại sao các hằng số cơ bản có các giá trị họ làm.
  • Chúng ta không biết tại sao các định luật vật lý là những gì chúng là.
  • Lý thuyết dây là một khung có thể cung cấp cho chúng ta các định luật vật lý với các hằng số cơ bản của chúng ta, nhưng nó có thể cung cấp cho chúng ta các định luật khác và / hoặc các hằng số khác.
  • Do đó, nếu chúng ta có một đa vũ trụ to lớn, nơi có nhiều khu vực khác nhau có luật và / hoặc hằng số khác nhau, một trong số chúng có thể là của chúng ta.

Vấn đề lớn là không chỉ có sự đầu cơ to lớn này, mà không có lý do gì, do lạm phát và vật lý lượng tử mà chúng ta biết, cho rằng một không thời gian thổi phồng có các định luật hoặc hằng số khác nhau ở các khu vực khác nhau.

Không ấn tượng với dòng lý luận này? Thực tế không phải ai khác.

Vũ trụ của chúng ta có khả năng hoặc không thể tạo ra một thế giới như Trái đất như thế nào? Và những tỷ lệ cược đó sẽ hợp lý đến mức nào nếu các hằng số hoặc luật cơ bản chi phối Vũ trụ của chúng ta khác nhau? Một vũ trụ may mắn, từ hình ảnh bìa này được chụp, là một trong những cuốn sách khám phá những vấn đề này.GERAINT LEWIS VÀ LUKE BARNES

Như tôi đã giải thích trước đây, Multiverse không phải là một lý thuyết khoa học. Thay vào đó, đó là một hệ quả lý thuyết của các định luật vật lý khi chúng được hiểu rõ nhất hiện nay. Thậm chí có lẽ đó là hậu quả không thể tránh khỏi của những định luật đó: nếu bạn có một Vũ trụ lạm phát chịu sự chi phối của vật lý lượng tử, thì đây là điều bạn bị ràng buộc khá nhiều. Nhưng - giống như Lý thuyết chuỗi - nó có một số vấn đề lớn: nó không dự đoán bất cứ điều gì chúng ta đã quan sát và không thể giải thích mà không có nó, và nó không dự đoán bất cứ điều gì chắc chắn chúng ta có thể đi và tìm kiếm.

Trực quan hóa một tính toán lý thuyết trường lượng tử cho thấy các hạt ảo trong chân không lượng tử. Ngay cả trong không gian trống, năng lượng chân không này là khác không. Cho dù nó có cùng một giá trị không đổi trong các khu vực khác của đa vũ trụ là điều chúng ta không thể biết, nhưng không có động lực nào để nó diễn ra như vậy.

Trong Vũ trụ vật lý này, điều quan trọng là phải quan sát tất cả những gì chúng ta có thể, và để đo từng chút kiến ​​thức chúng ta có thể lượm lặt được. Chỉ từ bộ dữ liệu đầy đủ có sẵn, chúng tôi mới có thể đưa ra kết luận khoa học, hợp lệ về bản chất của Vũ trụ của chúng ta. Một số kết luận đó sẽ có ý nghĩa mà chúng ta có thể không đo lường được: sự tồn tại của đa vũ trụ phát sinh từ đó. Nhưng khi mọi người sau đó cho rằng họ có thể đưa ra kết luận về các hằng số cơ bản, các định luật vật lý hoặc các giá trị của chuỗi vacua, chúng không còn làm khoa học nữa; họ đang suy đoán. Suy nghĩ mong muốn là không thay thế cho dữ liệu, thí nghiệm hoặc quan sát. Cho đến khi chúng ta có những thứ đó, hãy lưu ý rằng đa vũ trụ là hệ quả của khoa học tốt nhất chúng ta có ngày hôm nay, nhưng nó không đưa ra bất kỳ dự đoán khoa học nào mà chúng ta có thể đưa vào thử nghiệm.

Hy vọng điều này có thể mang lại một số tầm quan trọng cho chủ đề Vật lý thiên văn ..

Jyotiraditya