Evren ne kadar büyük? Bu bilimsel sağduyu anlamanız gerekiyor
Astrofizikte, uzayın ne kadar büyük olduğundan daha büyük bir ampirik soru yoktur. Aşağıda, evrenin boyutu ve şekli hakkındaki fikirlerin tarihinin kısa bir açıklaması yer almaktadır. Alan inanılmaz; ama endişelenecek bir şey yok.
Douglas Adams bunu "Galaksi Rehberi" nde şöyle tanımladı: "Uzay çok büyük, çok büyük, son derece büyük ve inanılmaz derecede büyük. Yani, yolun uzun olduğunu ve sonunda bir kimyager bulacağınızı düşünebilirsiniz, ancak bu Bu sadece okyanustaki bir damla. "Bir bakıma, evrenin kenarını işaretlemek kolaydır: bir ışık demetinin zamanın başlangıcından itibaren uçabileceği ve ötesini göremediğimiz mesafeyi. Başka bir deyişle, sözde "gözlemlenebilir evren" in ötesinde. Merkezden evrenin kenarına olan mesafenin, evrenin yaşı (13,8 milyar yıl) çarpı ışık hızının 13,8 milyar ışık yılı olduğunu tahmin edersiniz. Bununla birlikte, uzay genişliyor, tıpkı havaalanının yürüyen yolu, adım meteorunun yolcularının daha hızlı seyahat etmesine izin verdiği gibi, uzayın hareketli geçişi de ışığın uçuşunu hızlandırıyor. Zamanın başlangıcından bu yana geçen 13,8 milyar yılda, gözlemlenebilir mesafemiz 46,3 milyar ışık yılına ulaştı; gördüğümüz ışığın başlangıç noktası Büyük Patlama'nın tekilliğiyse, gözlemlenebilir evrenin çapı 926'dır. Milyar ışık yılı. Işık hızından daha hızlı hiçbir şey olmadığından, prensipte gözlemlenebilir evrenin dışında her şey olabilir. Evren sona erebilir ama biz bilemeyiz.
Ancak tüm evrenin (gözlemlenebilir evrenden farklı) gözlemleyebileceğimizden çok daha uzakta olduğundan ve sonsuz derecede uzakta olabileceğinden şüphelenmek için iyi nedenlerimiz var. Öyleyse, gözlemlenebilir evrenin dışında olduklarını nasıl bilebiliriz?
Bir akvaryumda yüzen bakterileri hayal edin. Sonsuz görünen dünyanın gerçek boyutunu nasıl bilebilir? Cam yüzeyden geçen ışığın bozulması bir ipucu verebilir. Aynı şekilde, evrenin eğriliği de bize onun nihai boyutunu söyler.
Evrenin geometrisi üç farklı türde olabilir. Kapalı (küre gibi), açık (eyer gibi) veya düz (masa gibi) olabilir.
Kapalı geometri, evrenin sonlu olduğu anlamına gelirken, diğer ikisi teorik olarak evrenin sonsuz olduğu anlamına gelir. Evrenin eğriliğini ölçmenin anahtarı, Büyük Patlama'dan 400.000 yıl sonra plazma ateş topunun yaydığı ışık olan kozmik mikrodalga arka plan radyasyonudur (CMB). Bu, evrenimizin gençken bir anlık görüntüsüdür. Antik coğrafyacılar, gezegenimizin boyutunu hesaplamak için dünyanın ufkunun eğriliğini kullandılar; Benzer şekilde, astronomlar evrenin boyutunu tahmin etmek için evrenimizin eğriliğini kullanıyorlar. Anahtar, kozmik mikrodalga arka planın farklı özelliklerinin sıcaklığını ölçmek için uyduları kullanmaktır. Kozmik mikrodalga arka plan üzerinde bu özelliklerin neden olduğu bozulma, geometrisini hesaplamak için kullanılır. Trota, "Bu nedenle, evrenin boyutunu ve geometrisini belirlemek, tüm evren yeni doğduğunda ne olduğunu belirlememize yardımcı olabilir." Dedi.
1980'lerin sonundan bu yana, üç nesil uydu kozmik mikrodalga arka plan haritaları çizdi, çözünürlük sürekli olarak iyileştirildi ve evrenin eğriliğinin değerlendirilmesi gittikçe daha rafine hale geldi. En son veriler, Avrupa Uzay Ajansı'nın Planck Teleskopundan gelmektedir. Tahmini eğrilik tamamen düzdür ve ölçüm doğruluğu en az% ± 0,4'tür. Evrenin aşırı düzlüğü, evren genişlemesi teorisini destekler. Bu teori, evrenin doğumundan 10 ila 36 saniye sonra, evrenin bir balon gibi genişlediğine ve yüzey özelliklerini genişleyip düzleştirdikçe birçok büyüklük düzeninde genişlediğine inanmaktadır.
±% 0,4'lük bir hata emin olamayacağımız anlamına gelse de, mükemmel düzlük muhtemelen evrenin sonsuz olduğu anlamına gelir. Evren hala sonlu olabilir, ancak çok büyük olabilir. Trota ve meslektaşları, gerçek evrenin en küçük boyutunun gözlemlenebilir evrenin en az 250 katı olduğunu incelemek için Planck verilerini kullandı.
Gelecek nesil teleskoplar, Planck teleskopunun verilerini iyileştirebilmelidir.Evrenin boyutuna net bir cevap verip vermeyeceği görülecek. Hala evreni neredeyse çok düz olarak düşünün, ancak henüz çok emin değil. Gerçekler, arka plan gürültüsünden dolayı, teleskop ne kadar güçlü olursa olsun, evrenin eğriliğini doğru bir şekilde ölçmenin hala zor olduğunu kanıtladı. Temmuz 2016'da Oxford Üniversitesi'ndeki fizikçiler, yaklaşık% 0.01'in altındaki eğrilikleri ölçemeyeceğimizi keşfettiler, bu yüzden hala gidecek yolumuz var. İyi ölçüm sonuçları olmasına rağmen, birçok fizikçi evrenin sonsuz olabileceğine inanıyor, ancak birkaç tutkulu insan bu görüşü kabul etmeyi reddediyor. Fizikteki en önemli zorluk sonsuzluk kavramından kurtulmaktır. Doğada sonsuzluk gözlenmez; bilimsel teorilerde sonsuzluğa tahammül edilemez. Öyleyse neden fizikçiler her zaman evrenin kendisinin sonsuz olabileceğini düşünüyor?
Bu fikir, fiziğin kurucusuna kadar izlenebilir. Örneğin Newton, yerçekimi yasasına göre evrenin sonsuz olması gerektiği sonucuna vardı. Bu kanuna göre evrendeki her şey çekicidir. Ancak durum buysa, tıpkı bir yıldızın kendi yerçekimi nedeniyle sonunda çökmesi gibi, evren de sonunda bir noktaya çekilecektir. Bu, evrenin her zaman var olduğuna dair inancıyla tutarsızdır. Bu nedenle, tek açıklamanın sonsuz olduğuna, yani her yöne eşit çekmenin evreni statik ve ebedi tutacağına inanır. 20. yüzyılın başında, 250 yıl sonra, Albert Einstein ayrıca ebedi ve sonsuz bir evren tasavvur etti. En iddialı kozmolojisi - genel görelilik - sonsuz zaman ve uzayda ortaya çıkıyor.
Matematiksel olarak konuşursak, sonsuz bir evren bulmak, kenarlarla uğraşmaktan çok daha kolaydır. Ancak sonsuzluk gerçek dışı, abartılı ve saçmadır.
Arjantinli yazar Jorge Luis Borges, tam 410 sayfalık tüm kitapları içeren kısa öyküsü "The Library of Babel" de sonsuz bir kütüphane tasavvur etmişti: "Her satır açık ve tutarlıdır. Makul olduğu takdirde, her zaman bir sürü mantıksız, uyumsuz, dağınık kelime ve destek olacaktır. Çok fazla olası harf kombinasyonu olduğundan ve yazılabilecek kitapların sayısı sınırlı olduğundan, kütüphanenin kendisi tekrarlanmaya mahkumdur. Sonsuz bir evren benzer sonuçlara varır. Uzayda çok sayıda atom düzenlemesi olduğu için, 93 milyar ışıkyılı çapındaki bir uzayda bile, sonsuz evren tüm yönleriyle tam olarak aynı olan başka bir büyük uzay bölgesine ihtiyaç duyar. Bu, başka bir galaksi, başka bir dünya, sizin başka bir versiyonunuz ve benim başka bir versiyonum olduğu anlamına gelir. Sonsuz bir evrende, bizimkiyle aynı evrenin frekansı her 1010115 metrede bir olabilir (çok büyük bir sayı, 1'den sonraki 0 sayısı, gözlemlenebilir evrendeki atom sayısından fazladır). Bu yüzden, alışverişe çıktığınızda başka bir sizinle tanışmak için endişelenmeyin. "Bunun yanlış olduğuna inanmamın sebebi kibir mi yoksa mantık mı? Sadece bir ben var, ama Levine hala kabul etmiyor: sadece bir sen varsın; evren sonsuz olamaz."
Levine, genel göreliliğe yeni bir perspektiften bakan ilk teorisyenlerden biriydi. Uzayın şeklini tanımlayan geometrik şekilleri dikkate almadı, ancak topolojik yapısını, bağlantı yolunu değerlendirdi. Düz, kapalı veya açık bir evren hakkındaki tüm varsayımların yalnızca devasa küresel evrenler için geçerli olduğuna inanıyor.Diğer şekiller topolojik bir bakış açısından düz olabilir ve hala sınırlıdır. Stephen Hawking, "The Simpsons" 1999'daki bir bölümünde şunları söyledi: "Halka şeklindeki evren hakkındaki fikriniz ilginç. Bu fikri çalmam gerekebilir." Aslında, bu gösterinin yazarı Levine'inkini çaldı. Fikir, Levine 1998'de halka şeklindeki evren analizini yayınladı. Topolojik bir bakış açısından, halkanın aslında sıfır eğrilik olduğuna dikkat çekti, çünkü içerideki negatif eğrilik, dışarıdaki pozitif eğrilik ile dengelendi. Bu nedenle, kozmik mikrodalga arka planında ölçülen (yakın) sıfır eğrilik, bu halka ile tutarlı olarak düz bir yüzeyle aynıdır. Levin, böyle bir evrende, evrende seyahat etmek ve başlangıç noktanıza dönmek için bir uzay gemisi kullanmanız gerektiğini fark etti. Bu fikir, şu anda Montana Eyalet Üniversitesi'nde çalışan Avustralyalı bir fizikçi olan Neil Cornish'e, kozmik mikrodalga arkaplanından gelen en eski ışığın evreni nasıl çevrelediğini düşünmesi için ilham verdi. Halka şeklindeki bu evren eşiğin altındaysa, Cornish'in "gökyüzünde daire" dediği sorunu açıklayabilecek bir işaret oluşturacaktır. Ne yazık ki, 2001'de Wilkinson Mikrodalga Anizotropi Dedektöründen (WMAP) kozmik mikrodalga arka plan radyasyon verileri döndüğünde, böyle bir iz bulunmadı. Bu, halka teorisini tamamen ortadan kaldırmaz, ancak bu, evren bir halka ise, süper büyük bir daire olduğu anlamına gelir. Evrenin sonsuzluğunu doğrudan kanıtlamaya veya çürütmeye çalışmak, en azından mevcut teknolojik koşullar altında bizi bir çıkmaza götürüyor gibi görünüyor. Ancak Cornish, bunu akıl yürütme yoluyla yapabileceğimize inanıyor. Genişleme teorisi, evrenimizin temel özelliklerini açıklamada çok ikna edicidir.Birçok genişleme dalından biri de çoklu evren teorisidir.
Bu teori, ilk duyduğunuzda, fikirlerini genişletmeyi seven bir bilim kurgu yazarı tarafından tasarlanmış gibi görünüyor.Aslında, Stanford Üniversitesi'nden etkili fizikçi Andre Lind tarafından geliştirilmiştir. İlk olarak 1980'lerde önerildi. Büyük patlamadan sonraki ilk son derece kısa bölünme döneminde genişleme çoktan gerçekleşti; Linde, bu genişlemenin devam ettiğine ve yeni evrenin zencefilin kökleri gibi sürekli filizlendiğine inanıyor.
O zamandan beri, "sonsuz genişleme" herhangi bir genişleme modelinin kaçınılmaz bir parçası olabilir. Bu ebedi genişleme veya çoklu evren modeli, Linde için çekici çünkü en büyük gizemleri çözüyor: neden fizik yasalarının var olmamıza izin verecek şekilde ince ayarlandığı görülüyor. Yerçekimi, kararlı yıldızların oluşmasını ve yanmasını sağlayacak kadar güçlüdür Elektromanyetik ve nükleer kuvvetler atomların oluşumu, karmaşık moleküllerin gelişimi ve doğumumuz için gerekli kuvvetlerdir. Her yeni evrende, bu sabitler rastgele atanır. Bu evrenlerin bazılarında yerçekimi o kadar güçlü olabilir ki, Büyük Patlama'dan hemen sonra çöker; diğer evrenlerde ise o kadar zayıftır ki, hidrojen atomları asla yıldızlara veya galaksilere yoğunlaşmaz. Sayısız yeni evrenin ortaya çıkması ve yok olmasıyla, zaman zaman yaşamın evrimine uygun bir evren ortaya çıkacaktır. Çoklu evren teorisinin eleştirmenleri vardır: "Bilimsel düşünce basit, açıklayıcı ve öngörücü olmalıdır. Şu anda anladığımız şekliyle genişleyen çoklu evren bu özelliklere sahip görünmüyor.", "Gördüğümüz olağandışılığı açıklamak için sayısız görünmez evrene başvurma Özellikler, görünmez bir yaratıcıya atıfta bulunmak kadar özeldir. "Ancak, başka bir açıdan bakıldığında, çoklu evren iki genişleme modelinde nispeten basittir. Tıpkı Charles Darwinin doğal seçilim teorisinin türlerin kökenini birkaç denklemle veya sadece birkaç kelimeyle açıklaması gibi, çoklu evren teorisi bize evrenimizin kökenini açıklama mekanizmasını verir.
Bu sorunu çözmek için, evrenin ilk kısa anında ne olduğu hakkında daha fazla şey öğrenmemiz gerekiyor. Belki de, Büyük Patlama'nın titreşiminin kendisinin "duyulacağı" cevabı yerçekimi dalgaları verecektir.
İster sonsuz ister sonlu, ister tek ister sonsuz olsun, evren kesinlikle kafa karıştırıcı bir yerdir. Bizi "Otostopçunun Galaksi Rehberi" ne geri getiriyor: "Eğer herhangi bir gerçek varsa, o da bir grup delinin bu evrenin çok boyutlu sonsuzluğunu işliyor olmasıdır."
