Един от най-големите въпроси за нашата Вселена е откъде е дошъл. Когато открихме, че гигантските спирали в небето са галактики, не много различни от нашия Млечен път, първо започнахме да разбираме величината на това, което възприемаме. Тези далечни „острови на Вселената“не са в Млечния път: те са колекции от милиарди или трилиони звезди, разделени от милиони или милиарди светлинни години в космоса.
Когато открихме, че колкото по-далече е една галактика от нас, толкова по-бързо тя напуска нашата перспектива, пред нас се отвори любопитно нещо, което е в съответствие с общата относителност: може би не галактики се отдалечават от нашето местоположение, но самата тъкан на пространството се разширява. Ако е така, тогава Вселената трябва не само да се разширява, но и да се охлажда, а дължината на вълната на светлината трябва да се разтяга до по-ниски и по-ниски енергии с течение на времето. Освен това можем да екстраполираме това не само напред, но и назад: във време, когато Вселената е била по-малка.
Поглеждайки в тази посока, виждаме, че Вселената е по-плътна, по-гореща, разширява се по-бързо и е по-компактна. В най-ранната си младост Вселената е била толкова енергична, че неутралните атоми са били разкъсани и дори преди това не са могли да образуват дори отделни атомни ядра.
Подобна картина - Големият взрив - беше потвърдена от откриването на реликтовото излъчване, космическия микровълнов фон, измерванията на неговия спектър и колебания, както и откриването на основните елементи, останали оттогава. Но колкото и изкушаващо да е да върнем целия път до изключително горещо и плътно състояние, до една особеност, това е просто невъзможно в нашата Вселена.
Разбирате ли, има някои сериозни проблеми, които се появяват, ако се опитате да върнете толкова далеч назад:
- Вселената не би се разширила за неопределено време, нямаше да се срине веднага, нямаше да позволи на звездите или галактиките да се образуват, ако първоначалната скорост на разширение и плътността на енергията не бяха перфектно балансирани.
Промоционално видео:
- Вселената би имала различни температури в различни посоки - които не наблюдаваме - ако нещо не доведе до равномерно разпределение на температурата.
- Вселената ще бъде изпълнена с високоенергийни реликви, които никога не са били открити, в резултат на произволна екстраполация обратно в миналото.
И отново, когато наблюдаваме Вселената, виждаме звезди и галактики; тя има еднаква температура във всички посоки; не се виждат високоенергийни реликви.
Решението на тези проблеми беше теорията за космическата инфлация, която замени идеята за сингулярност с период на експоненциално разширяване на пространството и която предписа такива начални условия, че не може да има Голям взрив. Освен това инфлацията направи шест прогнози за това, което трябва да наблюдаваме в нашата вселена:
- Перфектно плоска вселена.
- Вселената с колебания в мащаб, по-голям от светлината, може да преодолее.
- Вселена с максимална температура, която няма да бъде произволно висока.
- Вселената, чиито колебания бяха адиабатни или навсякъде еднаква ентропия.
- Вселената, чийто спектър на колебанията е малко по-малък от мащабната инвариантна природа (n_s <1).
- И накрая, Вселената с определен спектър от гравитационни колебания на вълните.
Първият е потвърден, шестият все още се търси.
Следващият логичен въпрос за произхода ни ще бъде, разбира се, откъде идва инфлацията? Вечно ли беше това състояние спрямо миналото (тоест нямаше произход и винаги съществуваше) до края и създаването на Големия взрив? Това състояние имаше ли начало, когато излезе от неинфлационното състояние на космическото време някакво специфично време в миналото? Или беше в циклично състояние, когато времето беше заключено в контур?
Трудното в това е, че няма нищо, което бихме могли да наблюдаваме във нашата Вселена, което ни позволи да изберем един от тези три варианта. Във всички, с изключение на най-далечните инфлационни модели (и различни от тези, които сме изключили), нашата Вселена е засегната само от последните 10 (-33) секунди на инфлация или така. Експоненциалният характер на инфлацията изтрива всяка информация, която се е родила преди нея, отделяйки я от всичко, което можем да наблюдаваме, изхвърляйки я от наблюдаваната ни вселена.
Но и то, что нам осталось в виде наблюдаемой Вселенной, огромно: 46 миллиардов световых лет в радиусе, 1012 галактик, 1024 звезд, 1080 атомов и порядка 1090 фотонов. Но эти цифры, хотя и астрономические, конечны и не дают нам никакой информации о том, что произошло во Вселенной до этой крошечной последней доли секунды инфляции. Мы можем сделать теоретические расчеты, чтобы попытаться выдавить еще толику предположений, но все они будут зависеть от выбранной модели. За исключением нескольких конкретных моделей, которые оставили бы наблюдаемые следы в нашей Вселенной (большинство нет), мы никак не можем узнать, как - или вообще если - Вселенная получила свое начало.
Общият обем на информация, която ни е на разположение във Вселената, е ограничен, а с него и количеството знания, което можем да получим за него. Въпреки това, има още много да се научи, има още много наука не знае. Но някои неща, които най-вероятно никога няма да разберем. Вселената може да е безкрайна, но нашето познание за нея никога няма да бъде.