Zaman kısıtlıysa nerede bitecek?
Evren doğduğunda zamanın var olup olmadığını hiç merak ettik mi?
Bilim ve teknolojinin geliştiği günümüzde, bilimsel teorilere dayanarak evreni incelemeye odaklandığımızda, evrenin eski zamanlardan beri durağan olmadığından, ancak evrenin milyarlarca yıllık tarihi boyunca kademeli olarak mevcut konfigürasyonuna doğru geliştiğinden çok emin olabiliriz. Evreni yakın ve uzak mesafeden gözlemleyerek ve inceleyerek, erken evrenin neye benzediğini ve bugünkü haline nasıl evrildiğini anlayabiliriz.
Evrenin kökenini düşündüğümüzde, en temel soruyu soruyoruz: "Bütün bunlar nereden geldi?" Yarım asır önce, bilim adamları ilk olarak Büyük Patlama hakkında kaba bir çıkarımda bulundular, bu da insanların evreni şu anki anlayışına yol açtı. İzlenim, 13,8 milyar yıl önce termal olarak yoğun bir durumda ortaya çıktığı yönünde. Ancak zamanın başlangıcını keşfetme sürecinde, zamanın Büyük Patlama ile başlamadığını zaten biliyoruz. Aslında, zamanın hiç başlangıcı olmayabilir.
Büyük Patlama'dan sonra, evren neredeyse tekdüze bir şekilde dağılmıştı, madde, enerji ve radyasyonla dolu ve hızlı bir genişleme durumundaydı. Zaman geçtikçe, evrende sadece elementler, atomlar, kümeler ve galaksi kümeleri değil, daha sonra genişlemeye ve soğumaya devam eden sayısız yıldız ve galaksi oluştu. Başka hiçbir şey onunla kıyaslanamaz, ancak evren bize, (özellikle) evrenin başlangıcı da dahil olmak üzere tüm tarihini anlatmaz. (NASA Goddard Uzay Uçuş Merkezi)
Dünyadaki her şeyi düşündüğümüzde, genellikle insan düşünme mantığını getiririz. Big Bang'in kökenini bilmek istiyorsak, onu profesyonel terimlerle tanımlamak için elimizden gelenin en iyisini yapacağız ve sonra Big Bang'e neyin sebep olduğu ve evreni inşa eden şeyin mantığını anlayacağız. Big Bang'in kökenini anlamamıza yardımcı olmak için sürekli olarak kanıt arıyoruz. Ne de olsa, bu aynı zamanda her şeyin kaynağı: Büyük Patlama her şeye bir başlangıç verdi.
Ancak evrenin bir başlangıç noktası olduğu varsayımı yanlış olabilir. Uzun zamandır bu varsayımın doğru olup olmadığını bilmiyoruz. Evrenin bir kökeni var mı, yoksa ondan önce hiçbir şey yok muydu? Yoksa evren ölümsüz mü? Her iki uca da sonsuza kadar uzanan bir çizgi gibi mi? Ya da, evrenimizin sonsuz bir şekilde dolaşan bir daire gibi sürekli dolaşıyor olması da mümkündür.
Evrende zamanın işlemesi için üç ana olasılık vardır, yani zaman evrende geçmişte ve gelecekte var olacaktır.Eğer onu tersine çevirirsek, zamanın sadece sınırlı bir süre içinde var olduğunu ve zamanın periyodik olduğunu bulacağız. Tekrar etmeye devam edecek, başlangıcı ve sonu yok. Büyük Patlama bize zamanla ilgili bir cevap veriyor gibi görünüyor, ancak daha sonra değiştirildi, bu da zamanın kaynağını belirsizliğe götürdü. (Ethan Siegel)
Bir süre gözlemlerimizle tutarlı olan birçok çelişkili teori vardı.
1. Genişleyen bir evren, bir tekillikten -uzaydaki bir fenomen- türetilebilir - tüm uzay ve zaman tekillikten ortaya çıkar.
2. Evren, sürekli olarak küçüldüğü için genişlemeye devam ediyor ve geri dönüyormuş gibi görünerek yeniden küçülecek (kozmik salınım)
3. Sonunda, genişleyen evren ebedi bir durumu sürdürebilir, yani evren geçmişte, şu anda ve gelecekte genişlemeye devam edecek ve yoğunluğu sabit tutmak için evrende sürekli olarak yeni madde üretilecektir.
Bu üç örnek, üç ana görüşü temsil eder: Evren başlangıçtan kaynaklanır, evren doğası gereği döngüseldir veya evren ölümsüzdür. Bununla birlikte, 1960'larda bilim adamları, önceki spekülasyonları değiştirerek tüm gökyüzünü bir tür düşük enerjili mikrodalga radyasyonunun doldurduğunu keşfettiler.
Penzias ve Wilson'ın ilk gözlemlerine göre, bazı astrofiziksel radyasyon kaynakları (radyasyon merkezleri) galaktik düzlemden yayılıyor, ancak galaktik düzlemde neredeyse mükemmel ve tekdüze bir radyasyon arka planı var. Ölçümden sonra, bu radyasyonun sıcaklığı ve spektrumu, Büyük Patlama'nın tahminleriyle şaşırtıcı derecede tutarlıdır. (NASA / Wilkinson Mikrodalga Anizotropi Dedektörü (WMAP) araştırma ekibi)
Bu radyasyon her yönden ve her yerde aynı büyüklüktedir. Sıcaklığı, mutlak sıfırdan yalnızca birkaç derece daha yüksektir; bu, ilk günlerde evrenin termal olarak yoğun hali ve daha sonra genişledikçe kademeli soğuma ile tutarlıdır.
Bilim ve teknolojinin gelişmesi ve yüksek teknolojinin ortaya çıkışı daha doğru veriler getirdi Bu tür radyasyonun özel bir spektrumu olduğunu biliyoruz: neredeyse mükemmel bir siyah gövde. Siyah cisim, harici radyasyonu tamamen emebilen ve belirli termal radyasyonu serbest bırakabilen bir emicidir. Evren, genişleme ve soğuma sürecinde (yani adyabatik koşullar altında) entropisini değiştirmezse, siyah cisim spektrumundan başlayan nesneler, soğuysalar bile yine de siyah cisimler olacaktır. Bu radyasyon, Büyük Patlama sırasında kalan ışık dalgaları ile tutarlıdır, ancak yaşlanan ışık ve yansıyan yıldız ışığı ile tutarlı değildir.
Büyük Patlama'dan evrene her yönden dağılmış artık radyasyon dalgaları olduğunu düşünüyoruz. Bu radyasyon sıcaklığı mutlak sıfırdan biraz daha yüksektir, büyüklük her yerde aynıdır ve mükemmel kara cisim spektrumuna uygundur. Bu tahminler şaşırtıcı bir şekilde doğrulandı ve kararlı durum teorisi gibi diğer alternatif teorileri fizibiliteden çıkarıldı. (NASA / Goddard Uzay Uçuş Merkezi / Kozmik Arka Plan Sondası (ana); Princeton Grubu, 1966 (ek))
Big Bang teorisine göre, evren bir zamanlar daha sıcak, daha yoğun, daha tekdüze ve daha küçüktü. Bugün gördüğümüz evrenin özelliklerinden bazıları, uzun bir süre boyunca sürekli olarak genişleyip soğuması ve yerçekiminden etkilenmiş olmasıdır. Radyasyonun dalga boyu, evren genişledikçe genişlediğinden, daha küçük bir evrendeki daha kısa dalga boyu radyasyon, daha fazla enerji ve daha yüksek sıcaklık içerdiği anlamına gelir.
Milyarlarca yıl önce, evrendeki sıcaklık o kadar yüksekti ki, nötr atomlar bile patlamadan oluşamazdı. Bundan önce bile, kalan mikrodalga radyasyon enerjisi o kadar yeterlidir ki bir evrendeki tüm maddelere bol miktarda enerji ile hakim olabilir. Daha önce bile, atom çekirdeği hızlı bir şekilde patladı ve bölündü ve zaman geçti ve hatta kararlı protonlar ve nötronlar üretilemedi.
Sürekli genişleyen evrenin saptanabilir tarihi, Büyük Patlama'nın termal olarak yoğun hali olarak bilinen durumu ve ardından çerçevenin oluşumunu ve büyümesini de içerir. Hafif elementler ve kozmik mikrodalga arka plan gözlemleri de dahil olmak üzere eksiksiz bir veri seti, Büyük Patlama'nın gördüğümüz her şeyin başlangıç noktası olduğunu gösteriyor. Evren genişledikçe, içindeki sıcaklık yavaş yavaş soğuyarak iyonlar, nötr atomlar ve hatta moleküller, gaz bulutları ve yıldızlar üreterek sonunda galaksileri oluşturdu. (NASA / CXC / M. WEISS)
Düzensiz yüksek sıcaklık, son derece küçük mesafe ve yüksek yoğunluk durumuna ulaşana kadar spekülasyon yapmaya devam edersek, bunun gerçek evrenin neredeyse başlangıcı olduğunu sezgisel olarak anlayabilirsiniz. Zamanı olabildiğince geriye iterseniz, bugün gördüğümüz evreni oluşturan tüm alanlar bir tekilliğe sıkıştırılacaktır.
Bugün, bugünün evrenindeki tüm madde ve enerjiyi yeterince küçük bir alana sıkıştıran bu aşırı koşullar altındaysanız, fizik yasaları kırılacaktır. Çeşitli özelliklerini hesaplamayı deneyebilirsiniz, ancak yalnızca bazı saçma yanıtlar alabilirsiniz. Tekilliği şöyle tanımlıyoruz: ne zamanın ne de uzayın herhangi bir anlamı olmayan bir "nokta". Matematiksel hesaplamalara başlarsanız, evrenin enerjisine ne tür bir madde hakim olursa olsun, tekilliklerin var olması gerektiği sonucuna varacaksınız.
Ordinat eksenindeki evrenin boyutu, apsis eksenindeki zamanın bir fonksiyonudur. Evren ister maddeden (kırmızı), radyasyondan (mavi), ister uzaydaki doğal enerjiden (sarı) oluşsun, zaman geçtikçe evrenin boyutu yavaş yavaş sıfıra inecektir. (Ethan Siegel)
Einstein'ın genel görelilik teorisi olan evrene hakim olan evrensel çekimin tekillikte hiçbir etkisi olmadığını düşünüyoruz. Görelilik teorisi, uzay ve zamanı tanımlayan bir çalışmadır. Ancak tekillikte, uzay boyutu ve zaman boyutu artık mevcut değildir. O zaman "zaman başlamadan önce ne oldu" gibi sorular sormak, uzay olmadığında "neredeyim" gibi sorular sormak kadar anlamsızdır.
Aslında Paul Davies de dahil olmak üzere pek çok kişi Big Bang'in başlangıç noktası olduğunu iddia ederek bu noktaya değindi. Tabii ki, Big Bang'in zamanın başlangıç noktası olduğunda ısrar ediyorsanız, bu gereksiz bir tekrar. Ancak ilginç olan, Big Bang'in zamanın başlangıcı olmadığını zaten biliyoruz. Evrenin modern ve detaylı ölçümlerini yaptığımız için, tekillik üzerine yapılan bu spekülasyonun yanlış olması gerektiğini biliyoruz.
Kozmik mikrodalga arkaplanı, büyük patlamanın son parıltısıdır, ancak tek tip değildir. Bazı küçük kusurları vardır ve sıcaklık yüzlerce K (Kelvin) arasında dalgalanır. Bu, yerçekiminin artmasından sonra büyük bir rol oynadı ve bugünkü erken evren ve devasa evren, yalnızca % 0.01'lik kısım tekdüze değildir. Planck, daha kesin bir dalgalanma aralığı tespit edip hesapladı ve hatta nötrinoların evrendeki etkisini ortaya çıkardı. Bu dalgalanmaların doğası, evrenin gözlemlenebilir aralıkta genişlediğini güçlü bir şekilde kanıtlıyor. (Avrupa Uzay Ajansı ve Planck işbirliği)
Özellikle, erken termal sıkıştırma durumundan gözlemlediğimiz mevcut artık radyasyonun dalga modellerinin ve büyüklüklerinin dalga kalıpları ve büyüklükleri, bize evrenin önemli özellikleri hakkında birçok bilgi sağlar. Bundan karanlık maddede ve normal maddede (protonlar, nötronlar ve elektronlar) ne kadar maddenin var olduğunu öğrendik. Bu veriler, evrenin uzay eğriliğini, karanlık maddenin varlığını ve nötrinoların rolünü ölçmemize yardımcı oldu.
Ancak bu veriler aynı zamanda bize çok önemli, ancak genellikle gözden kaçan bir şey de anlatıyor: Evrenin başlangıcında maksimum bir sıcaklık olup olmadığı. WMAP (Wilkinson Mikrodalga Anizotropi Dedektörü) ve Planck'ın verilerine göre, evrendeki sıcaklık 1.029 Kelvin'i geçmiyor. Bu sayı çok büyük, ancak onu tekilliğe eşitlemek için gereken sıcaklık 1.000 kattan daha küçük.
Teoride, tüm evren tarihini iyi anlıyoruz, ancak bu yalnızca nitel bir analizdir. İlk yıldızların ve galaksilerin oluşum zamanları ve evrenin zaman içinde nasıl genişlediği gibi evrenin var olan çeşitli durumlarını gözlemlerle belirledik, böylece yavaş yavaş ve gerçekten evrenimizi anlayabiliriz. Evrendeki kalıntıların bir kısmı, bize evrenin tarihini incelememiz için benzersiz bir yol sağlayan Büyük Patlama'dan önceki genişleme durumundan geliyor. (NICOLE RAGER FULLER / Ulusal Bilim Vakfı)
Erken evrenin benzersiz özelliklerinin bıraktığı izler, geçmiş fiziksel reaksiyon süreçlerini incelememiz için bize bir pencere açtı. Bize sadece Büyük Patlama'nın tekilliği elde etmek için doğrudan tersine çevrilemeyeceğini söylemiyorlar, aynı zamanda Büyük Patlama'dan önceki evrenin varlığını da gösteriyorlar: bir kozmik enflasyon dönemi.
Enflasyon sürecinde, evrende çok büyük bir enerji vardır, bu da evrenin hızlı genişlemesine yol açar ve genişleme hızı katlanarak artar. Bu enflasyon dönemi, evrenin ilk gelişimi için şartlar sağlayan ve insanların keşfetmesi için bir dizi benzersiz özellik bırakan Büyük Patlama'dan önce meydana geldi.Keşfe çıkmadan önce, bu özelliklerin varlığını öngören teoriler zaten vardı. Çeşitli verilerden yola çıkarak, bu hızla yükselen dönem büyük bir başarıdır.
Enflasyon döneminde üretilen kuantum dalgalanmaları evrene yayıldı ve enflasyon durduğunda yoğunluk dalgalanmaları oldu. Bu, uzun zaman akışını kapsayarak bugün evrenin büyük ölçekli yapısına ve kozmik mikrodalga arka planındaki sıcaklık dalgalanmalarına yol açtı. Bu tahminler, ince ayar mekanizmasının etkinliğini güçlü bir şekilde kanıtladı ve bu enflasyon döneminin Büyük Patlama'nın kaynağı olduğuna dair yeni ana teoriyi doğruladı. (E.SİEGEL, ESA / PLANCK VE DOE / NASA / NSF ARAŞTIRMA ARAŞTIRMASI ÜZERİNE DOE / NASA / NSF ARA ARAŞTIRMA GÖREV GÜCÜNDEN ALINAN GÖRÜNTÜLERLE)
Ancak bu, evrenin başlangıcı vizyonumuzdan sapıyor. Önceki makalede, evrenin zaman içindeki ölçeğinin bir diyagramını göstermiştim. Bu çizelge, ilk günlerde madde (kırmızı), radyasyon (mavi) veya uzayın kendisi (ör. Şişirme dönemi, sarı) tarafından yönetiliyorsa, evrenin nasıl genişleyeceğini gösteriyor. Ama size bu tablonun tüm içeriğini göstermedim.
Gördüğünüz gibi, orijinal grafikteki bazı içerikleri atladım ve pozitif ve sınırlı zaman eksenini sildim. Başka bir deyişle, zaman çizelgesini sıfıra ulaşmadan kestim. Çıkarım yapmaya devam edersek, madde ve radyasyon eğrileri gerçekten t = 0 belirli zaman noktasında tekillikler haline gelecektir. Bu, Big Bang hakkındaki orijinal fikrimizin temelini oluşturur. Ancak hızla yükselen evrende, ölçeği yalnızca sıfıra yaklaşabilir, ancak asla sıfıra ulaşamaz. Belirli bir t = 0 anında veya herhangi bir erken anda, tersi ne kadar uzun olursa olsun.
Mavi ve kırmızı çizgiler geleneksel Büyük Patlama senaryosunu temsil eder Bu durumda t = 0, uzayın kendisi dahil her şeyin başlangıç noktasıdır. Ancak kozmik enflasyon (sarı) hipotezinde, tekilliği çıkaramayız - içinde var olan uzay garip bir duruma girecek; tersine, eğer zaman sonsuza kadar geri çekilirse, yalnızca evrenin ölçeğinin keyfi olduğunu anlayacağız. Küçük cevap. Hartle-Hawking sınır koşulu yok ve Borde-Guth-Vilenkin teorisi, bu durumun süresiyle ilgili şüpheleri dile getirdi, ancak bu iki teori mutlaka doğru değildir. (Ethan Siegel)
Bilim dünyasındaki diğer büyük keşifler gibi, bu teori de bilim insanlarının aşağıdakiler dahil birçok ilginç yeni soru sormasına neden oldu:
1. Bu hızla yükselen dönem sabit mi? Evrenin her yerde aynı oranda genişleyip genişlemediğini veya uzun süre genişlemeye devam edip etmediğini bilmiyoruz. İster evrenin enflasyon oranı her an hızla değişiyor, ister farklı yerlerde enflasyon oranı farklı olsa da bugün gözlemlediğimiz özelliklere sahip olabilir.
2. Zaman geçtikçe, hava roketi her zaman var olacak mı? Yükselişin ebedi bir durum olacağı açık; bazı bölgelerde bunun büyük bir patlamayla bitmeyeceğine, sonsuza dek geleceğe süreceğine inanıyoruz. Ama geçmişte sonsuza dek var olması mümkün mü? Hiçbir şeyin genişlemesini engellemeyeceği olasılığını göz önünde bulundurmalıyız.
3. Hızla yükselme, katlanarak büyüyen karanlık enerjiyle mi ilgili? İkisi ölçek ve büyüklük bakımından farklı olsa da, hem erken kozmik enflasyon dönemi hem de daha sonraki karanlık madde, evrenin katlanarak genişlemesine neden oldu. Bu iki aşama birbiriyle ilişkili mi ve gelecekteki genişleme, bir tür kozmik döngü gibi evreni güçlendirecek ve canlandıracak mı?
Karanlık enerji, geleceğin farklı bir görünüme evrilmesini sağlayacak. Aynısını korumak veya kuvvetini arttırmak (ki bu büyük bir yırtık olur) evreni canlandırabilir, aksine evren daralırsa büyük bir çöküşe neden olur. Bu iki senaryodan birinde, zaman döngüsel olabilir, ancak bunlardan hiçbiri doğru değilse, o zaman zaman ya sonlu ya da sınırsızdır (NASA / CXC / M.WEISS)
Mevcut gözlemlerimize dayanarak, yukarıdaki tüm soruların cevaplarını bilemiyoruz. Gözlem menzilimiz içinde sadece evrendeki enflasyon döneminin son 10-30 saniyesine ait bilgiler vardır. Bundan önce olan her şey - enflasyonun nasıl başladığını ya da ne kadar sürdüğünü bize söyleyebilecek herhangi bir şey dahil - gözlemleyebildiklerimiz enflasyonun doğası tarafından silinecektir.
Teorik olarak, durumumuz daha iyi değil. Borde-Guth-Vilenkin teorisi bize, eğer zaman yeterince geriye itilirse, evrendeki tüm noktaların birleşeceğini ve enflasyonun tam bir uzay-zamanı tanımlayamayacağını söyler. Ancak bu, enflasyon durumunun sonsuza kadar sürmeyeceği anlamına gelmez; bu, yalnızca mevcut fiziksel kurallarımızın evreni erken aşamalarda doğru bir şekilde tanımlayamayacağı anlamına gelir.
Evrende zamanın işleyişine ilişkin üç ana olasılık, zamanın geçmişte ve gelecekte her zaman var olduğunu içerir; geriye dönüp spekülasyon yaparsak, zamanın yalnızca sınırlı bir süre içinde var olduğunu bulacağız; veya zaman, döngüyü sürekli tekrar ediyor, Başlangıcı ve sonu yoktur. Bu olasılıklardan doğru cevabı bulmak için evrenden yeterince bilgi alamıyoruz. (Ethan Siegel)
Evrenin tarihini Büyük Patlama'nın başlangıcına kadar izleyebilsek bile, zamanın nasıl (ya da) başladığını hala bilemeyiz. Geriye dönersek, evrenin şişmesinin sonuna kadar, Büyük Patlamanın nereden ve nasıl geldiğini bilebiliriz, ancak bundan önce olanlarla ilgili herhangi bir bilgiyi gözlemleyemeyiz. Evrenin patlamasının son anı, bilgimizin sonudur.
Zamanın nasıl başladığına dair üç ana görüş ortaya koyduktan sonra - yani, zaman her zaman var olacaktır, bir zamanlar sadece sınırlı bir süre için var olmuştur; zaman döngüseldir - birkaç bin yıldan sonra, cevaptan uzak değiliz. Bir adım daha yakın. Zaman ister sonlu, ister sonsuz ya da döngüsel olsun, gözlemleyebildiğimiz evrende bu soruyu cevaplayacak kadar bilgi alamayız. Bu derin, yargılayıcı sorun hakkında bilgi edinmenin yeni bir yolunu bulmadıkça, cevap her zaman bildiğimiz sınırları aşacaktır.
Yazar: Ethan Siegel
Bilginize: Xingyan
İlgili herhangi bir içerik ihlali varsa, silmek için lütfen 30 gün içinde yazarla iletişime geçin
Lütfen yeniden basım için yetki alın ve bütünlüğü korumaya ve kaynağı belirtmeye dikkat edin
