Világegyetemünk egyik legnagyobb kérdése az, hogy honnan származik. Amikor felfedeztük, hogy az ég hatalmas spirálai galaxisok, amelyek nem különböznek nagyban a saját Tejútunktól, először megértettük, hogy milyen nagyságrendű, amit érzünk. Ezek a távoli „világegyetem-szigetek” nincsenek a Tejútban: milliárdok vagy milliárdok csillaggyűjteményei, amelyeket millió vagy milliárd fényév választ el az űrben.
Amikor felfedeztük, hogy minél távolabb van egy galaxis tőlünk, annál gyorsabban hagyja el perspektívainkat, és előttünk egy furcsa dolog nyílt meg, amely összhangban van az általános relativitáselmélettel: talán nem a galaxisok távolodnak a helyünktől, hanem maga a tér szövet bővül. Ha igen, akkor a világegyetemnek nemcsak bővülnie kell, hanem lehűlnie is kell, és a fény hullámhosszának az idő alatt az alacsonyabb és az alacsonyabb energiák felé kell nyúlnia. Ezenkívül ezt nemcsak előre, hanem vissza is extrapolálhatjuk: abban az időben, amikor az univerzum kisebb volt.
Ebből az irányból nézve láthatjuk, hogy az univerzum sűrűbb, melegebb, gyorsabban terjed és kompakt. A legkorábbi ifjúságban az univerzum annyira energikus volt, hogy a semleges atomok széttöredezettek, és még mielőtt még külön atommagokat sem képeztek volna.
Egy ilyen képet - a Nagyrobbanást - megerősítették a relikviás sugárzás felfedezése, a kozmikus mikrohullámú háttér, annak spektrumának és ingadozásainak mérése, valamint azóta megmaradt primer elemek felfedezése. De olyan csábító, mintha visszatérünk egy rendkívül forró és sűrű állapothoz, a szingularitáshoz, univerzumunkban egyszerűen lehetetlen.
Látja, vannak komoly problémák, amelyek akkor merülnek fel, ha megpróbálsz visszamenni ilyen messzire:
- A világegyetem nem terjed ki határozatlan ideig, nem fog összeomlani azonnal, nem engedi csillagok vagy galaxisok kialakulását, ha a kezdeti tágulási sebesség és az energiasűrűség nem lennének tökéletesen kiegyensúlyozottak.
Promóciós videó:
- Az univerzum eltérő hőmérsékleteket mutatna különböző irányokban - amit mi nem figyelünk meg -, ha valami nem vezet egyenletes hőmérséklet-eloszláshoz.
- Az univerzum tele lenne olyan nagy energiájú emlékekkel, amelyeket még soha nem találtak meg a múltba történő önkényes extrapoláció eredményeként.
És ismét, amikor megfigyeljük az univerzumot, csillagokat és galaxisokat látunk; hőmérséklete minden irányban azonos; nem láthatók nagy energiájú emlékek.
Ezeket a problémákat a kozmikus infláció elmélete oldotta meg, amely a szingularitás elképzelését a tér exponenciális kiterjesztésének periódusával váltotta fel, és olyan kezdeti feltételeket írt elő, hogy nem létezhet nagy robbanás. Ezen felül az infláció hat előrejelzést tett arra, amit meg kell figyelnünk az univerzumunkban:
- Tökéletesen lapos univerzum.
- Egy olyan világ világegyeteme, amelynek ingadozása a fénynél nagyobb skálán létezik, legyőzhető.
- Univerzum, amelynek maximális hőmérséklete nem lesz önkényesen magas.
- az Univerzum, amelynek ingadozása adiabatikus vagy egyenlő entrópia volt mindenhol.
- Az univerzum, amelynek ingadozási spektruma valamivel kevesebb volt, mint a skála-invariáns jellege (n_s <1).
- Végül: a gravitációs hullámok bizonyos spektrumával rendelkező világegyetem.
Az első megerősítésre került, a hatodik még keresésre kerül.
A következő logikus kérdés természetes eredetünkkel kapcsolatban természetesen az, hogy honnan származik az infláció? Ez az állam örök volt-e a múlthoz viszonyítva (vagyis nem volt eredete és mindig létezett) a Nagyrobbanás végéig és létrehozásáig? Vajon ennek az államnak volt-e kezdete, amikor a múltban valamilyen konkrét időpontban a téridő nem inflációs állapotából fakadt ki? Vagy ciklikus állapotban volt, amikor az idő hurokba került?
A bonyolult dolog az, hogy semmi sem figyelhető meg az univerzumunkban, amely lehetővé tette számunkra, hogy a három lehetőség közül választhassunk. A legtávolabbi inflációs modellek kivételével (és kivéve azokat, amelyeket kizártunk) az univerzumunkat csak az infláció utolsó 10 (-33) másodperce befolyásolta. Az infláció exponenciális jellege törli az összes információt, amely előtte született, elválasztva mindent, amit megfigyelhetünk, és kiszivárogva azt megfigyelhető univerzumunkból.
De ami a számunkra a megfigyelhető világegyetem formájában marad, óriási: 46 milliárd fényév sugarú, 1012 galaxis, 1024 csillag, 1080 atom és körülbelül 1090 foton. De ezek a számok, bár csillagászati, végesek és nem adnak információt arról, hogy mi történt az univerzumban az infláció ezen apró utolsó másodpercének előtti részében. Elméleti számításokat végezhetünk további feltevések kipróbálására, de mindegyik a választott modelltől függ. Néhány konkrét modell kivételével, amelyek megfigyelhető lábnyomokat hagynának a világegyetemben (leginkább nem), nem tudjuk tudni, hogy az univerzum miként - vagy akár ha is - kezdte meg a kezdetét.
A Világegyetemben rendelkezésre álló összes információ korlátozott, és ezzel együtt az a tudásmennyiség, amelyet erről megkaphatunk. Még mindig sokat kell tanulni, még mindig sok a tudomány nem ismeri. De néhány dolgot valószínűleg soha nem fogunk tudni. Lehet, hogy az univerzum végtelen, de tudásunk soha nem lesz.