Att fråga hur universum fungerar är lite av en laddad fråga, med ännu mer laddade svar. Pessimister och optimister har motstridiga åsikter, filosofer skiljer sig med realister och religion och vetenskap till synes motsäger varandra. Men för omfattningen av denna artikel kommer vi bara att titta på hur vetenskapen tar upp det med alternativ till den accepterade teorin om Big Bang från vilken kosmisk expansion uppstod. Jag valde denna synvinkel för att undersöka eftersom jag vill se fördelarna och bristerna i andra möjligheter i hopp om att visa hur ibland vetenskapen kan ha några konsekvenser utanför dess rike, dock ganska ofta som en oavsiktlig konsekvens. Det illustrerar också hur detta fält är dynamiskt och alltid kan ändras. Njut av!

Cyklisk modell

Den första idén vi kommer att titta på kom från Steinhardts och Turoks tankar, som tittade på följderna av strängteorin med tidens pil, eller den framåtriktade progression som vi alla går igenom trots att många fysikekvationer skulle fungera bra i bakåtgående riktning. Hundratals papper har skrivits om strängteori, så skona mig för att skissa över de många detaljerna i ett försök att få denna idé över. I strängteori finns det många fler dimensioner än vår standard 4 (där 3D-objekt finns i ett rymd-tid kontinuum). Det vi anser om 4-D-rymden är verkligen en ”3-D-värld i ett högre dimensioner-rum” som rör sig genom tiden, även den 4: e dimensionen. Detta utrymme är känt som en kli, och enligt strängteori borde det finnas många av dem förutom vårt eget. Kollisioner mellan klossar tänder nya i ett Big Bang-evenemang som vårt. Branterna smälter samman igen innan de stöter och börjar sedan på nytt. Ingenting bör stoppa detta och så fortsätter det för evigt, därmed den cykliska naturen hos denna modell. Vissa implikationer för denna teori kan ses i den kosmiska mikrovågsbakgrunden och nu när tyngdkraftsvågor har hittats kan de också ge möjliga bevis för denna modell, men den är fortfarande otroligt hypotetisk (Frank "The" 56-7, Wolchover, Frank 262-9).

Den ursprungliga cykliska modellen ... |

... och den modifierade. |

Naturligtvis finns det ett problem med hur denna modell fungerar. Alexander Vilenkin, en kosmolog vid Tufts University i Boston, anser att cyklisk teori bryter mot termodynamikens andra lag (den entropin ökar när tiden går). Om den cykliska modellen var sant, skulle universum smetas ut när störningen växer, saknas några igenkännliga strukturer. Det enda sättet att den cykliska modellen kunde fungera skulle vara om den nya iterationen av universum var större än den föregående samtidigt som Big Crunch hade och expansion som fortfarande dominerar cykeln (Nadis 39, 41).

Bubbles

Denna andra idé råkar komma från personen i den nämnda kritiken av den cykliska modellen. Vilenkin anser att han har hittat avgörande bevis för vad som fanns innan universum fanns: ingenting. Han nådde denna slående slutsats efter en lång väg som började efter att han läste om Big Bang i en bok av Sir Arthur Eddington. Detta inspirerade honom att fortsätta ämnet vidare och så småningom landa honom vid Kharkiv National University. En gång där studerade han fysik på grund av de möjliga karriärvägar som skulle erbjudas i motsats till kosmologi, hans sanna passion. Han slutade inte med att komma in på deras forskarutbildning, så han lämnade Ukraina 1977 och åkte till USA där han landade en post-doc-tjänst vid Case Western Reserve. Han arbetade officiellt på de elektriska egenskaperna hos metaller men studerade i sin fritid svarta hål. Tack och lov hade Tufts en tillfällig position inom kosmologi och Alexander kunde säkra den. Vilenkin blev så småningom chef för kosmologi där och kunde verkligen fokusera på sin verkliga önskan (Nadis 37-8).

Nu säker, började han titta på inflationen eller den snabba expansionen som hände kort efter Big Bang. Teorin, som ursprungligen utvecklades av Alan Guth 1980, uppstod som ett resultat av partikelfysikens implikationer som är subtila men viktiga. Vid de höga energierna i det tidiga universum började tyngdkraften verka i omvänd riktning och blev därmed en avvisande kraft istället för en attraherare som vår vardagliga interaktion med jorden bekräftar. Om ett litet tillstånd, det vill säga Big Bangs singularitet, var i detta tillstånd, skulle repulsiviteten få materialet att flyga överallt i en Big Bang. Det förklarade inte bara varför det hände i första hand utan också den homogena eller jämnheten i universum (38-9).

Men det som först inte var känt vid den tiden var att inflationen enligt teorin skulle fortsätta för evigt, vilket verk av Vilenkin 1982 visade. Själva mekaniken kallas evig inflation, och det betyder att andra universum bör skapas på olika platser eftersom inflationen fortsätter att hända i olika fickor i universum. Han bestämde detta eftersom singularitetens avvisande natur bryter ner rymden och saken i det. Olika rymdvikter genomgår därför inflation. Men hur skulle en sådan plats för många universum, en multivers, till och med se ut? 1986 samarbetade Vilenkin med Mukunda Aryul, en Tufts doktorand, om ett datorprojekt för att visualisera problemet. Vad de fann var analogt med bubblor som bildades i ett sjunker, och om man arbetade bakåt hade universum en början där ingenting fanns (Kramer, Moskowitz, Nadis 38-9).

En visualisering av bubblauniversmodellen. |

Men hur kan något komma ut ur ingenting? Vilenkin säger helt enkelt att bevarandelagar dikterar att det måste vara fallet. Gravitationsenergi samlar material medan materiens energi är avvisande och därför rör sig bort från andra partiklar och för ett stängt universum måste nettenergin vara noll, vilket hans arbete visar är fallet. Men kom ihåg att eftersom inflationen händer någon annanstans, födas ett nytt universum med potentiellt annan fysik än vår egen. Vad detta innebär för skapandet av vår fysik är okänt, men det kan innebära att varje universum har sina egna lagar (39, 41).

Kvant Darwinism

Vi vänder oss nu till en annan källa för vår nästa alternativa teori. Vid tiden för sitt arbete var Laura Mersini-Houghton studerande på Fullbright Scholar och studerade fysik från University of Maryland. Medan detta bara var en stor prestation gick hon för bråk och tittade på kvantens natur vid Big Bang, inte ett litet företag (för svarta hål följer relativiteten väl men verkar bryta kvantmekaniken). Hugh Everett var den första som undersökte detta och fann att kvantmekanik nästan krävde andra världar om singulariteter skulle existera. Laura nådde också slutet av ett multiverse men till skillnad från Vilenkins arbete tog hon en annan väg: förvirring. På vilket sätt? (Powell 62)

Hon använde data från Planck-teleskopet, vars uppgift var att kartlägga den kosmiska mikrovågsbakgrunden (staten universum var i en gång materien blev permeabel för ljus, cirka 380 000 år efter Big Bang). Hon märkte asymmetrier i bakgrunden som inte borde ha varit närvarande om inflationen var den enda händelsen som styr formen. Ja, fältet som helhet ser jämnt ut som inflationen förutspår men vissa avvikelser finns i specifika regioner. Det övre fältet är inte så smidigt som det nedre och det verkar också vara en enorm kall plats. Enligt Laura s arbete finns det bara 5% chans att sådana strukturer beror på slump. 10 000 simuleringar av Big Bang gjort av Yahebal Fantage från University of Olso visar att bara 7 av de 10 000 slutade med en bakgrund som sett av forskare (Powell 62, Choi).

Men kvantmekanik har ett svar på detta dilemma. Ungefär tidpunkten för Big Bang var universum i ett supertätt och trassligt tillstånd. I själva verket föll det i ett så djupt tillstånd av detta att vårt universum blev förvirrad med andra i multiversen. Effekten de har haft på oss registreras för alltid i den kosmiska mikrovågsbakgrunden. Men med kvantmekaniken som en mall kan vi ha många permutationer av universum där ute och de kan lätt samverka med oss ​​på sätt som vi inte förstår ännu. Men naturligtvis kan viss förvirring innebära att inte alla universum kan överleva, för ett tillstånd hamnar vanligtvis på toppen. Därför hänvisar vi till den som kvant Darwinism (Powell 64).

Citerade verk

Choi, Charles Q. Universe Out of Balance. Scientific American oktober 2013: 20. Skriv ut.

Frank, Adam. På tiden. Free Press, New York. September 2011. Skriv ut.

---. The Day Before Genesis. Upptäck april 2008: 56-7. Skriva ut.

Kramer, Miriam. Vår universum kan bara existera i ett multiversum trots allt, kosmisk inflationsupptäckt föreslår . HuffingtonPost.com. Huffington Post, 19 mars 2014. Webb. 12 oktober 2014.

Moskowitz, Clara. Multiverse debatt värms upp i vaken av gravitationsvågsfynd. HuffingtonPost.com . Huffington Post, 31 mars 2014. Webb. 13 oktober 2014.

Nadis, Steve. Starting Point. Upptäck september 2013: 37-9, 41. Skriv ut.

Powell, Corey S. Beyond the Yuter Limits. Upptäck oktober 2014: 62, 64. Skriv ut.

Wolchover, Natalie. "Hur universum fick tillbaka." quantamagazine.org . Quanta, 31 jan. 2018. Webb. 10 oktober 2018.