Преди 13,8 милиарда години Вселената започна с горещ Голям взрив. Оттогава тя се разширява и охлажда, до наши дни. От наша гледна точка можем да наблюдаваме Вселената в радиус от 46 милиарда години, благодарение на ограничението на скоростта на светлината и разширяването на Вселената. И въпреки че това разстояние е огромно, то е ограничено. Но това е само частта, която виждаме. Какво е отвъд него и възможно ли е да има безкрайност?
Адам Стивънс иска да знае:
Какво мислите за безкрайността на Вселената? Много космолози ми казаха, че безкрайността на Вселената не е доказана. Как това може да се докаже емпирично?
Първо, можем да научим повече от това, което виждаме в рамките на 46 милиарда светлинни години.
Колкото по-далеч гледаме във всяка посока, толкова по-далеч поглеждаме в дълбините на времето. Най-близката галактика, намираща се на 2,5 милиона светлинни години от нас, е видима за нас, както преди 2,5 милиона години, тъй като светлината пътува оттам до очите ни от момента, в който се излъчва. По-далечните галактики са ни видими, тъй като те са били десетки милиони, стотици милиони или дори милиарди години. Гледайки още повече, видяхме светлината на Вселената от по-младите й дни. Така че, ако погледнем светлината, излъчена преди 13,8 милиарда години, реликва от Големия взрив, виждаме реликвата радиация.
Колебанието на колебанията е изключително объркващо, с различни средни температури при различни ъглови мащаби. Освен това криптира огромно количество информация за Вселената, включително удивителен факт: кривината на пространството, доколкото можем да преценим, отсъства, тоест тя е плоска. Ако пространството имаше положителна кривина, сякаш живеем на повърхността на четириизмерна сфера, щяхме да видим сближаването на далечни лъчи на светлината. Ако имаше отрицателна кривина, както на повърхността на четириизмерно седло, щяхме да видим отдалечени лъчи на светлината. Вместо това лъчите на светлината се движат както те, а колебанията ни казват за идеална равнина.
От набор от данни за реликтовото излъчване и мащабните структури на Вселената (достъпни чрез изследване на барионни акустични трептения) можем да заключим, че ако Вселената е ограничена и затворена върху себе си, тя трябва да бъде поне 250 пъти по-голяма от това, което можем да видим. Тъй като живеем в три измерения, увеличение на радиус 250 пъти означава увеличение на обема 250 ^ 3 пъти или 15 милиона пъти повече пространство. Но това все още не е безкраен обем. Минималната оценка за размера на Вселената е 11 трилиона светлинни години във всички посоки, което е страшно много, но все още не е безкрайно.
Има причина да се смята, че е още по-голяма. Горещият Голям взрив може да бележи началото на наблюдаваната вселена, но не и раждането на пространството и времето. Преди Големия взрив Вселената преминава през период на космическа инфлация. Вместо да се изпълни с материя и радиация и да е гореща, Вселената беше:
Промоционално видео:
• беше изпълнен с енергия, присъща на самото пространство,
• разширен с експоненциална скорост, • създаде ново пространство толкова бързо, че най-малкият физически размер, дължината на Планк, се разтегли до размера на Вселената, наблюдаван днес на всеки 10 ^ -32 s.
В нашия регион на Вселената инфлацията наистина свършва. Но има няколко въпроса, отговорите на които са непознати за нас, които оказват огромно влияние върху размера на Вселената и нейната крайност или безкрайност.
1) Какъв размер беше секцията на Вселената след инфлацията, която породи горещия ни Голям взрив? Наблюдавайки настоящата Вселена и хомогенността на Големия взрив след светене, близостта на Вселената до равнина, колебанията, простиращи се във Вселената на всички мащаби, и т.н., и т.н., можем да научим много. Можем да изчислим горната граница на енергийната скала, върху която е възникнала инфлацията, колко инфлация е увеличила Вселената, долната граница за продължителността на инфлацията. Но този джоб на разширяващата се Вселена, от който произлиза нашата част, много може да надхвърли долната граница! Тя може да бъде стотици, милиони, googols пъти по-големи от това, което можем да наблюдаваме - или да бъде наистина безкрайно. Без способността да наблюдаваме повече, отколкото ни е достъпно сега, няма да получим достатъчно информация, за да отговорим на този въпрос.
2) Правилна ли е идеята за "вечна инфлация"? Ако вземете предвид възможността инфлацията да е квантово поле, тогава във всеки момент на експоненциална експанзия има вероятност инфлацията да приключи, което да доведе до Големия взрив и вероятността инфлацията да продължи, създавайки повече пространство. Такива изчисления са ни на разположение (в рамките на определени предположения) и водят до извода: ако ни е необходима достатъчно инфлация преди създаването на наблюдаваната вселена, тогава инфлацията винаги ще създава още повече пространство, което ще продължи да се разширява, за разлика от секциите, където ще завърши и ще има Голям взрив. И въпреки че наблюдаваната ни Вселена би могла да се появи след края на инфлацията в нашия регион преди 13,8 милиарда години, има региони, където инфлацията продължава - и създава все повече пространство,и генерира все повече и повече Големи брегове - и до днес. Тази идея е известна като вечна инфлация и е общоприета във физическата общност. И така, колко голяма е цялата незабележима вселена днес?
3) Колко време продължи инфлацията, преди да приключи и настъпи Големият взрив? Имаме достъп само до Вселената, създадена в края на инфлацията и нашия горещ Голям взрив. Знаем, че инфлацията би трябвало да продължи поне 10 ^ -32 s, но най-вероятно тя продължи по-дълго. Но колко? Секунди? Години? Милиарди години? Безкрайно? Вселената винаги ли е била обект на инфлация? Започна ли инфлацията? Последва ли от предишно състояние, продължило вечно? Или може би пространството и времето са се появили от нищо ограничено време? Има много възможности, но понастоящем отговорът не може да бъде потвърден.
Въз основа на нашите най-добри наблюдения ние знаем, че Вселената е много по-голяма от наблюдаваната част. Подозираме, че дори повече от Вселената се разпространява отвъд тези граници, същата като нашата, със същите закони на физиката, типове структури (звезди, галактики, клъстери, нишки, празнини и т.н.), и със същите шансове за комплекс живот. Балонът, в който е приключила инфлацията, трябва да е ограничен, а по-голямото разширяващо се пространство-време трябва да съдържа експоненциално огромен брой такива балони. Но дори и ако цялата тази Вселена или Мултивселената е толкова невероятна, тя може да не е безкрайна. Всъщност, ако инфлацията не продължи неограничено време, Вселената трябва да е ограничена.
Но най-големият проблем е, че ние имаме достъп само до информацията, съдържаща се в наблюдаваната част на Вселената, през тези 46 милиарда светлинни години във всички посоки. Отговорът на най-големия въпрос - дали Вселената е крайна или безкрайна - може да бъде кодиран във Вселената, но не можем да имаме достъп до голяма част от нея, за да знаем. Докато или не разрешим този въпрос, или измислим умен начин да разширим възможностите на физиката, всичко това ще бъде в сферата на възможностите.