Big Bang ile ilgili yanlış anlamalar nelerdir?
Genel görelilik ve Big Bang hakkında ne kadar bilginiz var?
Big Bang aslında o kadar büyük değil ve bir "patlama" bile yok! Aslında, evrenin ve evrendeki her şeyin yaratılışı, çoğu insanın ya da en azından fizikçi olmayanların hayal gücünden çok farklıdır. Hatta "Büyük Patlama" adı bile önerildi çünkü bir bilim insanı ilk önerildiğinde bu kavramı beğenmemiş ve bir amortismana özenle hazırlanmıştı. Evrenin her zaman daha onurlu, temelde değişmemiş bir durumda olduğu görüşünü kabul etmeye daha meyillidir.
Ama isim aktarıldı ve bununla birlikte insanların evren hakkındaki tamamen yanlış izlenimi geliyor: Evren büyük patlama tarafından yaratıldı; evren şimdi sürekli olarak patlatılmış bir bombanın parçaları gibi parçalanıyor. Kabarma.
Aslında, büyük patlamanın bu sezgisel imgesinin (adını koruyoruz) her temel yönü yanlıştır. Nedeni anlamak için, Einstein'ın genel görelilik kuramını anlamanız veya en azından genel bir anlayışa sahip olmanız gerekir. Bu korkutucu gelebilir, ancak genel görelilik 20. yüzyılın en devrimci bilimsel ilerlemesidir ve bunu hepimiz yüzyılın sonundan önce anlamalıyız.
Ne de olsa, Einstein'ın görelilik teorisini önermesinin üzerinden 82 yıl geçti.Bu süre zarfında, çok sayıda gerçek test bu teorinin doğruluğunu sürekli olarak onayladı, bu nedenle şimdi tarafsızlığın nasıl çalıştığını anlamak için ana kılavuzumuz haline geldi. Ayrıca, Big Bang kozmolojisinin temelinin de bir parçasıdır. Tam da genel görelilik teorisi sayesinde geçmişte (ve şimdi devam etmekte olan) Big Bang'in patlamadan tamamen farklı olduğunu bilebiliriz.
Einstein, ünlü özel görelilik teorisinin yerçekiminin etkisini de içermesini sağlamak için genel görelilik teorisini geliştirdi. Bu, yerçekimi ilkesini Newton'dan daha iyi açıklamanın bir yoludur. Genel görelilik teorisi (kısaca GR) aç bir amip gibidir.Einstein'ın yeni özel görelilik teorisinin ve Newton'un klasik mekanik sisteminin içeriğini absorbe eder.Bu iki teorinin tüm tahminlerini kopyalayıp aynı anda birleştirmemize izin verir. Tanıdık olmayan diğer deneyim alanlarına genişletin. Bunlardan biri, alanın bir kara delik olmasıdır. Diğeri, evrenin kendisinin şekli ve evrimidir.
Big Bang kozmolojisi, evrenin 10-20 milyar yıl önce yaratıldığına inanır, o zamandan beri yavaş yavaş genişledi ve yüksek sıcaklık ve yoğun bir halden soğudu ve bugün hala yenilmez. Ancak, Big Bang kozmolojisi kırılgandır. Genel göreliliğin büyük zaman ve uzay ölçeklerindeki doğruluğuna dayanır. Genel görelilik ne kadar güçlü? Şimdiye kadar aşağıdaki spesifik tahminleri yaptı:
Şimdi böyle bir ikilem içindeyiz. Genel göreliliğin başarısını kabul edersek, dünyayı ve evreni onun gözünden ve sadece onun gözünden gözlemlemeliyiz çünkü bilinen tüm testleri karşılayan bir teori.
Öyleyse, Big Bang'i nasıl görmeliyiz? Zihnimizdeki büyük patlama "havai fişeklerinin" ideal resmi aşağıdakileri içerir: temel unsur :
1) Patlayıcı döküntü içeren mevcut alan;
2) Mevcut zaman, patlama zamanını işaretleyin;
3) Bir merkezden fırlatılan patlayıcı bir mermi;
4) Patlamanın meydana geldiği tam zaman;
5) Büyük Patlama'ya neden olan bir şey.
fakat! Genel göreliliğe göre, Big Bang görselleştirmesinin tüm bu unsurları tamamen yanlıştır.
Mevcut alan mı?
Hiç yok!
Genel görelilikteki matematik, açık ve net bir şekilde, üç boyutlu uzayın ve diğer her şeyin Big Bang tarafından "zamanda sıfır noktasında" yaratıldığını gösterir. Ancak bu garip bir şey çünkü parçacıklar arasındaki tüm ayrılık ortadan kalktı. Bu, üç boyutlu uzayın kayboluşuna aşina olduğumuzu söylemenin başka bir yoludur. Her şeyin teorisinin çeşitli arketiplerini inceleyen teorisyenler, bu ifadeyi ancak bir dereceye kadar revize ettiler. İlk anlarda, evren neredeyse anlaşılmaz bir durumda var olabilir: 4'ten fazla boyut olabilir veya hiç boyut olmayabilir. İlk anla ilgili birçok teorik varsayım, evreni doğuran bir "ana uzay-zamana" sahiptir, ancak düşüncelerinizi aynı anda ana uzay-zamanına koyup büyük patlamanın oluşumunu ve evrendeki maddenin hareketini gözlemleyemezsiniz. Ancak, bu tam olarak havai fişek gösterim modelinin gerektirdiği şeydir.
Mevcut zaman?
Aynısı hiç yok!
Benzer şekilde, genel görelilikte matematik, zaman ve uzayı birlikte "uzay-zaman" ın bölünmez nesnesi olarak ele alır. 0 zamanında bir an ekleyerek, iyi tanımlanmış zaman miktarını elde edersiniz; 0 zamanında bir an çıkarırsanız, bu miktarın matematiksel doğası değişir ve "hayali bir sayı" olur. Bu matematikte bildiğimiz zamanda beklenmedik ve korkunç bir şeyin olduğuna dair bir uyarıdır. Einstein'ın meşhur demişti: "Zaman ve uzay bizim düşünme tarzımızdır, hayatımızın durumu değil." Stephen Hawking, bu durumun matematiğini incelemek için kuantum yerçekimi teorisinin yeni doğan fiziğini kullandı ve Büyük Patlama'da zamanın insanların hayal edebileceği en kapsamlı şekilde yok edildiğini kanıtladı. Başka bir "ebedi" uzaysal boyuta dönüştürülmüş olabilir ... Matematiksel olarak öyle görünüyor.
Aynı merkezden tek bir nesne mi?
Hayır!
Genel görelilik teorisi, özellikle mekanın, malzemenin dans etmesi için pasif bir aşama değil, oyuncuların bir üyesi olduğuna işaret eder. Galaksiler ve uzay-zamanı birlikte düşündüğünüzde çok farklı bir yanıt alırsınız, onları ayırırsanız, bu bizim içgüdüsel tepkimizdir. Eğri uzay, bazen çok dramatik bir şekilde parçacıkların hareket yolunu bozar. Bir uzay gemisine binmek ve evrenin kenarını keşfetmeye çalışmak istiyorsanız, maalesef bu imkansızdır, çünkü ne kadar uzağa veya ne kadar hızlı giderseniz gidin, evrenin "kenarına" ulaşamayacaksınız. Kapalı bir evrende, sonunda kendinizi bıraktığınız yerde bulacaksınız. Tıpkı yön değiştirmeden batıya uçarsanız dünyanın eğriliğinin sizi eve getireceği gibi, uzayın eğriliği de sizi geri getirecek. Başka bir deyişle, evrenin uzayda sınırları yoktur ve hiçbir yıldız uzakta değildir.
Manevi bir sütun olarak, birçok insan şişirilmiş bir balonu şişirilmiş bir evrene benzetir. Balon şişirildiğinde balon yüzeyindeki herhangi bir noktadan diğer tüm noktalar balondan uzaklaşır. Balon yüzeyinin şişirilmesi için net bir merkez yok, az önce seçtiğimiz nokta, büyük patlamanın merkezi. Bu, merkezi sürekli genişleyen bir cüruf bulutu olan bir havai fişek gösterisinden çok farklı. Ancak balon benzetmesi mükemmel değildir, çünkü balonları incelerken bakış açımız hala genel göreliliğin inandığı gerçek evrende var olmayan önceden var olan bir aşamadadır.
Büyük Patlama'nın merkezi uzayda bir nokta değil, zamanda bir noktadır! Balon yapısından bağımsızdır, ancak dışında dördüncü boyutta - zamanın merkezinde bulunur. Evrenin herhangi bir yerinden uzak bir galaksiye nereye bakarsak bakalım, bu noktayı görmeyi başaramayız. Zamanı hiç göremiyoruz! Bunu ancak uzun tarihte görülebilen antik kalıntılar üzerindeki antik görüntülere dönüp baktığımızda görebiliriz. Bu görüntülerde, evrenin erken tarihinin muazzam değişikliklere uğradığını görebiliyoruz, ancak uzayda benzersiz bir merkez yok.
Bu noktada, sağduyu yerini genel göreliliğe bırakmalıdır. İşte bu noktada, birçok fizikçi olmayan bu tür nezaketi reddediyor. Onları kim suçlayabilir? Gelecekte daha çok insan olabilir.
Uzayda hareket eden mermi?
Genel görelilik bazı rahatsız edici sonuçlara varmıştır. Milyonlarca yıldır, Afrika kıtasındaki ve başka yerlerdeki savanların deneyiminden öğrendik - uzayda hareket edebiliriz. Otoyol boyunca ilerlediğimizde ve yol kenarındaki işaretler arasındaki mesafeyi aştığımızda, tuhaf bir şey olduğundan asla şüphe etmeyeceğiz. Bu biliş o kadar ilkel ki, sebepsiz yere şüphe etmeyeceğiz. Ancak bilim, önyargılarımızı kanıtlamak değil, şeylerin doğasını ortaya çıkarmaktır.
Ya size "hareketsiz durabileceğinizi" söylesem ve boşluğun evinizle Washington Anıtı arasındaki mesafeyi kısaltmasına izin verseydim? Genel görelilik teorisi bu yeni fenomeni doğru bir şekilde öngördü ve evren, bugün bildiğimiz doğal olarak meydana gelen tek yer gibi görünüyor. Sonsuz enlem ve boylam, bir balonun yüzeyine yapıştırılmış noktalar gibidir.Uzay zamanla genişledikçe, galaksiler nerede oldukları bilinmemektedir. Bu hareketin sezgisel olarak anlaşılabileceğini düşünmek için hiçbir nedenimiz yok.
Uzay böyle genişlerse, o zaman bu andan diğerine, yepyeni milyonlarca kübik ışık yılı nereden gelecek? Genel göreliliğin verdiği cevap, her zaman orada olmalarıdır. Bunun nasıl olduğunu daha iyi anlamak için, evrenimizin şeklini "kozmik bir karpuz" olarak hayal etmeyi seviyorum. Aslında, bu sadece "kapalı" bir sonlu evren şekli sadece teknik bir sorundur. Sınırlı karpuz da sınırsızdan daha ucuzdur.
Genel görelilik eşzamanlı olarak tüm evrenin geçmişini, bugününü ve geleceğini tahmin edebilir ve dört boyutlu şeklinin tamamını tahmin edebilir. Kozmik zaman çizgisinin bir ucunda dört boyutlu bir kozmik karpuz kesersek, üç boyutlu uzayı ve içerdiği maddeyi Büyük Patlama'dan kısa bir süre sonra görebiliriz. Uzak gelecekte karpuzun diğer ucunda, evrenin büyük daralmasının arifesinde uzay ve maddenin çöküşünü gördük. Ancak arada, bizim dilim, uzay bir uçtan diğerine genişlerken, uzayın şeklini (kapalı küresel uzay) ve galaksilerin konumunu (sabit konum) gösterir.
Sıradan bir karpuzun özel bir dilimi olarak, etinin her zaman bütün karpuzda mevcut olduğunu görebiliriz. Karpuz eti sürekli besiyeri olarak sunulur.Belirli bir dilimin etinin karpuzun hangi kısmından geldiğini sormayacağız. Kozmolojide, genel görelilik, üç boyutlu uzay hakkında da aynı şekilde düşünmemizi gerektirir. Uzay, dört boyutlu uzayda her zaman tam bir evren formunda var olan bir karpuzun eti gibidir. Ancak sadece dört boyutlu uzayda, evrenin tam formu ortaya çıkacaktır. Bilincimizin neden her an farklı bir evren deneyimlemekte ısrar ettiği bir muammadır. Bu nedenle nihayet uzayın nereden geldiği paradoksuna geldik, aslında hiçbir paradoks yok.
Einstein'ın teorisine göre uzay "hiçbir şey" değildir, yalnızca evrenin çekim alanı için bir takma addır. Einstein bir keresinde "uzay-zaman bağımsız olarak varolmaz, sadece yerçekimi alanının yapısal bir özelliğidir" demişti. Böyle bir deney yapabiliyorsanız, yerçekimini bir anahtarla kapatın, uzay-zaman kaybolur. Bu, fizikte bilinen son yıkım deneyidir ve bu tür deneyin çevresel etkisi çok dikkate değerdir.
Bir anda yerçekimi alanı, bir sonraki anda sayısız parçacığın kuantum çalkalanmasıyla bağlanır.Bu parçacıklar, arı sürüleri gibidir ve çekim alanını oluşturur. Bu tür bir balonun kargaşasında, yerçekimi alanı her bir kuantumla bağlantılıdır ve daha fazla başka element olabilir. Belki de burada, evrenin genişlemesinin ve genişlemesinin nihai kökenini bulacağız. Umarız her şeyin çokça beklenen teorisinin bunun için daha fazla açıklaması olabilir, ancak bu teoriyi gerçekten test etmek için, yalnızca hayal gücümüzde kalan teknoloji ve insan kaynakları gerektirebilir.
Big Bang için net bir an var mı?
Genel görelilik tahminlerine göre, evrenimiz zamanın sıfır noktasında sonsuz yoğunluğun ve sıfır uzayın "tekilliğinden" üretildi, ancak fizikçiler artık çok güçlü bir hisse sahipler - bu an herhangi bir sayıda kuantum mekaniğinden etkileniyor. Silindi, dolayısıyla Big Bang'den sonraki ilk 10 ^ 43 saniyeyi asla bilemeyeceğiz. Gertrude Stein'in Oakland, California hakkında konuşurken söylediği gibi, 10 ^ -43 saniye içinde "orada (boşluk) yoktur", doğa bize büyük patlamada Daha önce, "zaman yok (zaman) yok" "bu an bazı garip kuantum sisinde kayboldu ve Stephen Hawking'in tahmin ettiği gibi, zaman aslında yeni bir uzamsal boyuta eğilmiş olabilir, Bu durumda tanımlanamaz. Sıradan görelilik bu durumu tarif edemez, ancak görelilik ve kuantum mekaniğini birleştiren bazı gelecek sonuçlar bize daha fazlasını söyleyebilir.
Büyük patlamanın fitili
Son olarak, modern kozmolojideki en zor sorunları tartışıyoruz. Havai fişek gösterisinde, patlamaya neden olan tüm olayları, barut kimyacısına ve patlayıcıyı saran kişiye kadar takip edebiliriz. Bununla birlikte, genel görelilik teorisi bize Büyük Patlama'ya yol açan hiçbir şey söyleyemez. Aslında, en güçlü argümanlarından biri, zamanın kendisinin var olmayabileceğidir. Öyleyse olayı "önce bu oldu ... sonra bu ... o zaman ..." olarak çerçeveleyemezsek, tüm olayı tetikleyen koşullar veya süreçleri nasıl tartışabilir veya düşünebiliriz? Bu hala Big Bang'in temel gizemidir ve yarattığımız her matematiksel tanımlamayı inatla geride bırakıyor gibi görünüyor.
Bildiğimiz tüm mantıksal çerçeveler olaylara veya durum zincirlerine dayanmaktadır. Maddi dünyadaki bu zincirlerle ilgili tüm deneyimlerimiz zaman içinde düzenlenmiştir. Matematik ve teori bize "büyük patlamadan önce olanların" mantıksız veya mantıksız bir soru olduğunu söylese bile, bunun doğa için uygun bir soru olduğu konusunda ısrar ediyoruz ve net bir yanıt bekliyoruz. Bununla birlikte, bu yüzyılda öğrendiğimiz maddi dünyadaki diğer birçok şey gibi, maddi dünyanın sınırlarını keşfettiğimizde, hangi soruların net cevapları olması gerektiğine dair sezgilerimiz genellikle kusurludur.
Bu makaleyi yazmadan önce şu ana kadar düşündüğüm en iyi filmlerden birini - Uzay Müzesi'nde "Evrene Bir Yolculuk" izledim. Büyük Patlama'yı havai fişek gösterisi şeklinde gösterse de önemli değil. Herkesin Big Bang'in tarihte muhteşem bir an olduğu gerçeğini kabul etmesini sağlamak için bir uzmana ihtiyacınız yok. Şaşırtıcı olan, insanlığın cesaretinin bazı gizemleri çözmüş ve kimsenin hayal edemeyeceği kadar tuhaf bir evreni ortaya çıkarmış olmasıdır.
Bununla birlikte, şu anda araştırmakta olduğumuz daha büyük maddi dünyadan çok uzakta, hala milenyumdan beri biriken sezgilerle uğraşmaktayız. Her şey çok tuhaf ve karmaşık görünüyor ...
