Big Bang tekilliği görünmedi mi? Bir tekillik olduğunu düşünüyor musunuz?
Büyük Patlama aynı zamanda 13.817 milyar yıl önce evrenimizin başlangıcıydı. Zamanın, uzayın ve her şeyin başlangıcıydı. Saf enerjiyle başlayan evren yoktan sayısız kozmik mucize yarattı. Elbette daha da mucizevi. Dünyada hiçbir şey daha fazla hayat değildir! Hemen hemen herkes Big Bang teorisinin hikayesini duymuştur, ancak herhangi birine sıradan bir insandan bir kozmologa sorarsanız, birçok farklı cevap alırsınız. En yaygın olanı, evrendeki tüm madde ve enerjinin bir noktada yoğunlaştığı anı ifade eden "tekillik" tir.
Büyük Patlama'dan günümüze, evrenin genişlemesi bağlamında, evrenin tarihinin bir örneği, Büyük Patlama'dan önce, evren bir şişme durumundaydı, ancak tüm bunlar tekillikten önce olmalı, bu görüş modası geçmiş. Resim: NASA / WMAP BİLİM EKİBİ
Boko Park-Bilim Popülerleştirme: Evrenin sıcaklığı, yoğunluğu ve enerjisi keyfi, sonsuz ve hatta zamanın ve uzayın doğuşuyla tutarlı olacaktır. Ama bu (yukarıdaki) fotoğraf sadece yanlış değil, neredeyse 40 yıl oldu! Big Bang ile ilgili tuhaf bir fenomenin olmadığı, hatta doğacak yer ve zamanın bile olmayabileceği söylenebilir, bu bizim bildiğimiz ve nasıl bildiğimizdir.
GOODS-Kuzey Araştırma Merkezi, resimde şu ana kadar gözlemlenen en uzak galaksilerden bazılarını gösteriyor.Bu galaksilerin birçoğu ulaşılamıyor. Daha uzak mesafeleri gözlemlediğimizde, evrenin genişlemesi nedeniyle bunların Galaksi bizden gittikçe daha hızlı uzaklaşıyor gibi görünüyor. Resim: NASA, ESA ve Z. LEVAY (STSCI)
Bugün evreni gözlemlerken, evrenin her yönden farklı mesafelerde galaksilerle dolu olduğunu görebiliriz. Ortalama olarak, bir galaksi ne kadar uzaktaysa bizden o kadar hızlı yok olacağı da bulunmuştur. Bu, her galaksinin uzaydaki gerçek hareketinden kaynaklanmıyor; bunun nedeni, uzayın yapısının kendisinin genişlemesidir. Bu, 1922'de Alexander Friedman tarafından önerilen genel göreliliğin ilk tahminidir ve Edwin Hubble ve diğerleri tarafından 1920'lerde yapılan araştırmalarla doğrulanmıştır. Bu, zaman geçtikçe evrenin içindeki maddenin yayıldığı ve evrenin hacmi arttığı için yoğunluğun azaldığı anlamına gelir. Bu aynı zamanda geçmişe bakarsak, evrenin daha yoğun, daha sıcak ve daha tekdüze olacağı anlamına gelir.
Eğer ilerlemeye devam ederseniz, daha erken, daha sıcak ve daha yoğun bir duruma sahip olacaksınız Bu sonuçta tekilliklerin ortaya çıkmasına neden oluyor mu? Fizik yasalarının kendisi tekillikte başarısız mı? Resim: NASA / CXC / M.WEISS
Zamanı daha da ileri götürürseniz, evrendeki bazı büyük değişiklikleri fark etmeye başlayacaksınız:
1. Kütle çekiminin, maddeyi yıldızlar ve galaksiler oluşturmak için yeterince büyük kümelere çekmek için yeterli zamana sahip olmadığı bir dönem olacaktır.
2. Evrenin nötr atomların oluşamayacağı kadar sıcak olduğunu göreceksiniz.
3. Çekirdeği bile patlamış durumda
4. Madde-antimadde çiftleri kendiliğinden oluşacaktır
5. Tek bir proton ve nötron, kuarklara ve gluonlara ayrılacaktır.
Tekillikler, geleneksel fiziğin çöktüğü yerdir, ancak, evrendeki keyfi sıcak ve yoğun hallerin gerçekleşmesinin sonuçları vardır ve bunların çoğu gözlemi tatmin edemez. Resim: 2007-2016, MAX PLANCK ENSTİTÜSÜ GRAVİTASYON FİZİĞİ ENSTİTÜSÜ, POTSDAM
Her adım, evrenin daha genç, daha küçük, daha yoğun ve daha sıcak olduğu bir zamanı temsil eder. Sonunda, geriye doğru itmeye devam ederseniz, bu yoğunlukların ve sıcaklıkların sonsuz değerlere yükseldiğini göreceksiniz, çünkü evrendeki tüm madde ve enerji tek bir noktada bulunmaktadır: tekillik. Başlangıçta hayal edildiği gibi, Büyük Patlama sadece sıcak, yoğun ve genişleyen bir durum değil, aynı zamanda fizik yasalarının çöktüğü anı da temsil ediyor. Bu, uzay ve zamanın doğuşudur: tüm evrenin kendiliğinden oluşması için bir yol. Bu, nihai yaratma eylemidir: Büyük Patlama ile ilişkili tekillik.
Bugün gördüğümüz yıldızlar ve galaksiler her zaman mevcut değildir ve ne kadar uzakta olursak, evren bariz bir tekilliğe o kadar yakındır, ancak bu tür bir çıkarım sınırlıdır. Resim: NASA, ESA, AND A. FEILD (STSCI)
Bununla birlikte, eğer bu doğruysa ve evren geçmişte keyfi yüksek sıcaklıklara ulaştıysa, bugün bazı net sinyaller görülebilir. Büyük Patlama'nın ardından gelen parıltılarda sıcaklık dalgalanmaları ve çok büyük genlikler olacak. Dalgalar ışık hızıyla sınırlanacak, yalnızca evrenin ufku ölçeğinde görünecek ve daha küçük olacaklar. İlk günlerde, manyetik tek kutuplar gibi yüksek enerjili evrenin kalıntıları olacaktır. Bununla birlikte, sıcaklık dalgalanması yalnızca 1 / 30000'dür ve bu, tek bir Büyük Patlama tahmininden birkaç bin kat daha küçüktür. Süper ufuktaki dalgalanmalar, WMAP ve Planck tarafından onaylandığı üzere gerçektir. Manyetik tekeller ve diğer ultra yüksek enerjili malzemeler çok sıkı bir şekilde sınırlandırılmıştır. Bu eksik özellikler, evrenin bu rastgele yüksek sıcaklıklara asla ulaşmadığı anlamını içerir.
Kozmik mikrodalga arka plan dalgalanmaları o kadar küçük ve o kadar özel bir model ki, evrenin başlangıcındaki her yerdeki sıcaklığın sadece 1/30000 dalgalanma ile aynı olduğunu güçlü bir şekilde gösteriyor.Bu gerçek herhangi bir termal büyük patlama ile uyumsuz. Resim: ESA VE PLANCK İŞBİRLİĞİ
Aksine, bir sınır olmalı, onu keyfi olarak uzak bir yere, sıcak ve yoğun bir duruma, beklenebilecek herhangi bir enerjiye ulaşmak için erteleyemeyiz ve evreni ne kadar etkin bir şekilde tanımlayabileceğinin bir sınırı vardır. 1980'lerin başında, evrenin sıcak, yoğun, genişlemeden, soğumadan, madde ve radyasyonla dolmadan önce şiştiğine dair teoriler vardı. Evren enflasyonunun bir aşaması, evrenin şu anlama geldiği anlamına gelir:
1. Mekanın kendi içsel enerjisiyle dolu
2. Hızlı, üstel genişlemeye yol açan
3. Evreni düzleştirin
4. Her yerde aynı niteliklere sahip olmak
5. Küçük genlikli kuantum dalgalanmaları
6. Tüm ölçeklere genişletin (süper ufuklar bile)
Sonunda, evrenin şişmesi sona erdi.
Evren şişmesi, uzayın katlanarak büyümesine neden olur ve bu da, önceden var olan herhangi bir eğimli veya düz olmayan alanın hızla düz görünmesine neden olur. Evren kavisliyse, eğrilik yarıçapı bizim gözlemlediğimizden en az yüzlerce kat daha büyüktür. Resim: E. SIEGEL (L); NED WRIGHTS COSMOLOGY TUTORIAL (R)
Bu gerçekleştiğinde, önceki uzayda bulunan enerjiyi madde ve radyasyona dönüştürerek termal bir patlamaya yol açacaktır. Ancak bu, keyfi bir termal patlamaya neden olmayacak, ancak tekilliğin olası ölçeğinden yüzlerce kat daha küçük olan maksimum sıcaklığa ulaşan bir maksimuma neden olacaktır. Başka bir deyişle, evrenin enflasyonist durumunun yarattığı bir büyük patlamaya neden oldu, bir tekillik değil.
Gözlemlenebilir evrende var olan bilgi elde edilebilir ve ölçülebilir ve yalnızca son 10 ^ -33 saniyelik enflasyona ve sonrasında olan her şeye karşılık gelir. Enflasyonun ne kadar sürdüğünü sormak istiyorsanız, o zaman bilmiyoruz. En az 10- ^ 33 saniye sürdü, ancak daha uzun mu yoksa sonsuz uzun mu sürdüğü sadece bilinmemektedir, aynı zamanda bilinmemektedir.
Bilinen tüm evrenin tarihi, evrendeki tüm maddenin kökenini, tüm ışığı ve nihayetinde enflasyonun sonunu ve sıcak büyük patlamanın başlangıcını bilmemiz gerektiğini gösteriyor. O zamandan beri, evren 13,8 milyar yıllık kozmik evrim yaşadı ve bu tablo birçok kaynak tarafından doğrulandı. Resim: ESA AND THE PLANCK COLLABORATION / E. SIEGEL (DÜZELTMELER)
Peki enflasyona ne sebep oldu? Bununla ilgili çok fazla araştırma ve spekülasyon var, ancak kimse bilmiyor. Bunu ispatlayacak kanıt yok; gözlemleyebileceğimiz bir gözlem yok; yapabileceğimiz hiçbir deney yok. Bazı insanlar (yanlışlıkla) benzer bir şey söyledi: Enflasyonu anlamadan önce, sıcak, yoğun ve genişleyen bir evren oluşturan muazzam bir patlayıcı tekillik vardı ve enflasyon yalnızca bir ara aşamayı temsil ediyordu. Yani sıra şudur: ilk tekillik, orta enflasyon ve son olarak sıcak büyük patlama. Üst düzey kozmologlar tarafından bu tabloyu açıklamak için yapılmış çok ünlü diyagramlar bile var, ancak bu bunun doğru olduğu anlamına gelmez.
Bu, enflasyonun sona ermesinin neden olduğu yoğunluk (skaler) ve yerçekimi dalgaları (tensör) dalgalanmalarının bir örneğidir. Ancak, enflasyondan önce bir tekillik olduğunu varsaymanın ille de geçerli olmadığını unutmayın. Resim: NASA, JPL, KECK FOUNDATION, MOORE FOUNDATION, İLGİLİ
Aslında, bunun yanlış olduğuna inanmak için iyi nedenler var! Enflasyonist bir durumun tekillik ile üretilemeyeceği matematiksel olarak ispatlanabilir. Nedeni şu şekildedir: Enflasyon sırasında, alan üstel bir oranda genişler. Dizinin nasıl çalıştığını bir düşünün: Bir süre sonra evrenin boyutu ikiye katlanacak. Zaman iki kat daha uzunsa, iki katına çıkar ve dört kat daha büyüktür. Üç kat daha bekledikten sonra üç katına çıktı ve sekiz kat büyüdü.
Orijinal zamanın 10 ila 100 katı ise, bu belirsiz şeyler evrenin büyüklüğünü 2 ^ 10 veya 2 ^ 100 kat yapar. Başka bir deyişle, aynı miktarı, iki katı veya üç katı veya 10 kez veya 100 kez kullanırsak ... Zamanda geriye gidersek, evren küçülür, ancak asla sıfıra ulaşmaz. Orijinal boyutun yarısı, çeyreği, sekizde biri, 2 ^ -10 veya 2 ^ -100 katıdır. Ancak ne kadar küçük olursa olsun, tekilliğe ulaşılamaz.
Mavi ve kırmızı çizgiler "geleneksel" büyük patlama sahnesini temsil eder. Her şey t = 0 zamanında başlar, zaman ve mekanın kendisi dahil. Ancak şişme (sarı) durumunda, uzayın tekil bir duruma dönüşeceği tekil bir noktaya asla ulaşılmayacaktır; tam tersine, geçmişte ancak keyfi olarak küçülebilir ve zaman sonsuzdur. Resim: E. SIEGEL
Kozmolojide enflasyon durumunun eksik olduğunu gösteren iyi bilinen bir teori var. Açıktır ki bu, genişleyen evrende herhangi bir parçacık varsa, zamanda geriye bakarsanız, sonunda karşılaşacakları anlamına gelir. Ancak bu, bir tekillik olması gerektiği anlamına gelmez, ancak bu enflasyon, evrenin tarihinde meydana gelen her şeyi, doğduğu gibi tarif etmez. Ayrıca, örneğin enflasyonun tek bir devletten üretilemeyeceğini biliyoruz, çünkü enflasyon alanı her zaman sınırlı bir büyüklükten başlamak zorundadır.
Uzay-zamanın kendisinin kuantum ölçeğindeki dalgalanmaları, şişme sırasında evrende yayılır ve yoğunlukta ve yerçekimi dalgalarında kusurlara yol açar. Enflasyonun nihai tekillikten kaynaklanıp kaynaklanmadığı hala bilinmemektedir. Resim: E. SIEGEL, ESA / PLANCK VE DOE / NASA / NSF ARAŞTIRMA ARAŞTIRMASI ÜZERİNDEKİ ARAŞTIRMA GÖREV GÜCÜNDEN ALINAN GÖRÜNTÜLER
Ne zaman "büyük patlama tekilliğinden" veya enflasyondan önce var olan herhangi bir büyük patlama / tekillikten bahseden bir tablo, makale veya hikaye gördüğünüzde, modası geçmiş bir şeyle uğraştığınızı bileceksiniz. Düşünmenin yolu. Büyük patlama tekilliği kavramı, biz farklı bir durumun (enflasyonist durum) olduğunu ve sıcak büyük patlamanın erken, sıcak ve yoğun halini kurmadan önce ortadan kalktı. Uzay ve zamanın başlangıcında bir tekillik olabilir ve sonra kozmik enflasyon olacaktır, ancak bu bir garanti değildir. Bilimde, sıcak bir büyük patlamayı tetikleyen kozmik enflasyon durumu gibi test edebileceğimiz, ölçebileceğimiz, tahmin edebileceğimiz, doğrulayabileceğimiz veya çürütebileceğimiz şeyler var.
Brocade Park-Science Popularization Metin: Ethan Siegel / Forbes Science / S.W.A.B
Brocade Park - Evren Biliminin Güzelliğini Sunuyor
