Küsimused on sama suured kui universum ja (peaaegu) nii vanad kui aeg: Kust ma tulin ja miks ma siin olen? See võib tunduda nagu filosoofi päring, kuid kui soovite teaduslikumat vastust, proovige küsida kosmoloogi käest.
Seotud sisu
- Varasest universumist leitud harvaesinev kvartaaride kvartett
See füüsikaharu on raske tööga, mille eesmärk on tegelikkuse olemust dekodeerida, sobitades matemaatilisi teooriaid tõendite kogumiga. Täna arvab enamik kosmolooge, et universum loodi suure paugu ajal umbes 13, 8 miljardit aastat tagasi ja see laieneb üha suureneva kiirusega. Kosmos on kootud kangaks, mida me nimetame aegruumiks, mis on tikitud hiilgavate galaktikate ja nähtamatu tumeaine kosmilise veebiga.
See kõlab pisut kummaliselt, kuid aastakümnete jooksul koostatud piltide, katseandmete ja mudelite kuhjad võivad seda kirjeldust varundada. Ja kui pildile lisandub uut teavet, kaaluvad kosmoloogid veelgi keerulisemaid võimalusi universumi kirjeldamiseks - sealhulgas mõned võõrad ettepanekud, mille juured on siiski kindlas teaduses:
Kas see laserite ja peeglite kollektsioon tõestab, et universum on 2D-hologramm? (Fermilab) Universum on hologramm
Vaadake tavalist hologrammi, mis on trükitud 2D pinnale, ja näete pildi 3D-projektsiooni. Vähendage kujutist moodustavate üksikute punktide suurust ja hologramm muutub teravamaks. 1990. aastatel mõistsid füüsikud, et midagi sellist võib juhtuda ka meie universumiga.
Klassikaline füüsika kirjeldab ruumi-aja kangast neljamõõtmelise struktuurina, millel on kolm ruumi ja ühe aja mõõdet. Einsteini üldrelatiivsusteooria ütleb, et kõige elementaarsemal tasemel peaks see kangas olema sile ja pidev. Kuid see oli enne kvantmehaanika sündmuskohale hüppamist. Kui suhtelisus on suurepärane universumi kirjeldamisel nähtavatel skaaladel, siis kvantfüüsika räägib meile kõigest, kuidas asjad aatomite ja alaatomiliste osakeste tasemel toimivad. Kvantteooriate kohaselt peaks ruumi-aja kanga uurimisel piisavalt lähedalt uurima, et see koosneb pisikestest pisikestest teabeterast, igaüks neist sada miljardit korda väiksem kui prooton.
Stanfordi füüsik Leonard Susskind ja Nobeli preemia laureaat Gerard 't Hooft on mõlemad esitanud arvutused, mis näitavad, mis juhtub, kui proovite kombineerida ruumiaja kvant- ja relativistlikke kirjeldusi. Nad leidsid, et matemaatiliselt öeldes peaks kangas olema 2D-pind ja terad peaksid käituma nagu punktid suures kosmilises kujutises, määratledes meie 3D-universumi „eraldusvõime”. Kvantmehaanika ütleb meile ka, et need terad peaksid kogema juhuslikke tõmblusi, mis võivad projektsiooni aeg-ajalt hägustada ja seega tuvastatavad olla. Eelmisel kuul hakkasid USA energeetikaministeeriumi Fermi riikliku kiirendi laboratooriumi füüsikud andmete kogumist laseri ja peegli ülitundliku paigutuse abil, mida nimetatakse holomeetriks. See instrument on viimistletud nii, et kosmoseajastu abil võetaks minimaalseid liikumisi ja selguks, kas see on väikseimas mõõtkavas tegelikult teraline. Katse peaks koguma andmeid vähemalt aasta kohta, nii et võime varsti teada saada, kas elame hologrammis.
Universum on arvutisimulatsioon
Nii nagu maatriksi süžee, võite ka elada kõrgelt arenenud arvutiprogrammis ega tea seda isegi. Selle mõtlemise mõnda versiooni on vaieldud juba ammu enne seda, kui Keanu lausus oma esimese “hoa”. Platon mõtles, kas maailm, nagu me seda tajume, on illusioon ja kaasaegsed matemaatikud võitlevad selle pärast, et matemaatika on universaalne - miks on nii, et ükskõik, kuhu või kuhu vaatate, peab 2 + 2 alati võrduma 4-ga? Võib-olla sellepärast, et see on universumi kodeerimise oluline osa.
Aastal 2012 ütlesid Seattle'is Washingtoni ülikooli füüsikud, et kui elame digitaalses simulatsioonis, võib olla mõni viis sellest teada saada. Tavalised arvutimudelid põhinevad 3D-ruudustikul ja mõnikord tekitab võrk ise andmetes spetsiifilisi kõrvalekaldeid. Kui universum on lai võre, võivad kosmilisteks kiirteks nimetatavate suure energiaga osakeste liikumised ja jaotused paljastada sarnaseid anomaaliaid - maatriksis esinevat tõrget - ja anda meile võimaluse vaadata võre struktuuri. MIT-i inseneri Seth Lloydi 2013. aasta paberil on vaja kontseptsiooni intrigeerivaks keerutamiseks: Kui ruumiaeg on tehtud kvantbittidest, peab universum olema üks hiiglaslik kvantarvuti. Muidugi tekitavad mõlemad mõisted murettekitavat küsimust: kui universum on arvutiprogramm, kes või mis kirjutas koodi?
Centaurus A tuuma keskmes olev aktiivne supermassiivne must auk plahvatab kiirgusejuga kosmosesse. (ESO / WFI (nähtav); MPIfR / ESO / APEX / A.Weiss jt (mikrolaineahi); NASA / CXC / CfA / R.Kraft jt (röntgen)) Universum on must auk
Iga “Astronoomia 101” raamat ütleb teile, et universum lõhkes olemist suure paugu ajal. Mis aga eksisteeris enne seda punkti ja mis vallandas plahvatuse? Toona Indiana ülikoolis töötanud Nikodem Poplawski 2010. aasta ettekanne näitas, et meie universum oli sepistatud tõeliselt suure musta auku.
Samal ajal kui Stephen Hawking pidevalt meelt muudab, on musta augu populaarne määratlus ruumi-aja piirkond nii tihe, et teatud punktist kaugemale ei pääse miski selle gravitatsioonilisest tõmbejõust. Mustad augud tekivad siis, kui tihedad ainepakid iseenesest kokku kukuvad, näiteks eriti kopsakate tähtede surma ajal. Mõni võrrandite versioon, mis kirjeldab mustaid auke, väidab, et kokkusurutud aine ei varise täielikult punkti - või singulaarsuseks -, vaid põrkub tagasi, tuues välja kuumad, rüselud ained.
Poplawski krigistas numbreid ja leidis, et universumi kuju ja koostise tähelepanekud vastavad sündiva musta augu matemaatilisele pildile. Esialgne kokkuvarisemine võrduks suure pauguga ja kõik, mis meis ja meie ümber, oleks tehtud selle räsitud aine jahutatud, ümberkorraldatud komponentidest. Veelgi parem, teooria soovitab, et kõik mustad augud meie universumis võivad ise olla väravateks vahelduvatele reaalsustele. Kuidas me seda siis katsetame? See mudel põhineb mustadel aukutel, mis keerlevad, kuna see pöörlemine on osa sellest, mis takistab algse aine täielikku kokkuvarisemist. Poplawski sõnul peaks galaktikate vaatlustes olema võimalik näha meie vanematelt mustalt augult päritud spinna kaja, kus suured kobarad liiguvad kerge, kuid potentsiaalselt tuvastatava eelistatud suuna suunas.
Universum on mull universumite ookeanis
Veel üks kosmiline mõistatus kerkib esile, kui mõelda, mis juhtus sekundi pärast esimest pauku pärast suurt pauku. Vahetult pärast universumi sündi kiirgava valguse kaardid räägivad meile, et beebi kosmoseaeg kasvas plahvatuslikult ühe silmapilguga enne, kui ta hakkas leppima sedatiivsema laienemiskiirusega. See protsess, mida nimetatakse inflatsiooniks, on kosmoloogide seas üsna populaarne ja see sai sel aastal veelgi hoogu juurde, kui võimalik (kuid siiski kinnitamata) kosmose ajal tekkivaid laineid kutsutakse gravitatsioonilaineteks, mis oleksid olnud kiire kasvu spurti tooted.
Kui inflatsioon kinnitatakse, väidavad mõned teoreetikud, et peame elama mitme universumi vahutavas meres. Mõned kõige varasemad inflatsioonimudelid väidavad, et enne suurt pauku sisaldas kosmoseaeg seda, mida tuntakse valevaakumina, aine ja kiirguseta suure energiaga väljana, mis on oma olemuselt ebastabiilne. Stabiilse oleku saavutamiseks hakkas vaakum mullitama nagu potti keeva veega. Iga mulliga sündis uus universum, mis andis aluse lõputule multiversioonile.
Selle idee katsetamisega on hädas see, et kosmos on naeruväärselt tohutu - vaadeldav universum ulatub umbes 46 miljardit valgusaastat kõigisse suundadesse - ja isegi meie parimad teleskoobid ei saa loota, et askeldavad selle suure mulli pinnal. Üks võimalus on siis otsida mingeid tõendeid meie mulliuniversumi kokkupõrkest teisega. Täna näitavad meie parimad kaardid suure paugu reliigi tule kohta taevas ebaharilikku külmakraadi, mis võib olla kosmilise naabri põrutamisest tekkiv verevalum. Või võib see olla statistiline tõrge. Nii on Californias Santa Cruzi ülikoolis Carroll Wainwrighti juhitud teadlaste meeskond arvutimudeleid jooksnud, et selgitada välja, milliseid muid jälgi mullitav kokkupõrge suure paugu kajasse jätaks.
