Pytania są tak duże jak wszechświat i (prawie) tak stare jak czas: skąd pochodzę i dlaczego tu jestem? To może brzmieć jak zapytanie do filozofa, ale jeśli pragniesz bardziej naukowej odpowiedzi, spróbuj zapytać kosmologa.
powiązana zawartość
- Rzadki kwartet kwazarów znaleziony we wczesnym wszechświecie
Ta gałąź fizyki ciężko pracuje, próbując rozszyfrować naturę rzeczywistości, łącząc teorie matematyczne z mnóstwem dowodów. Dziś większość kosmologów uważa, że wszechświat powstał podczas Wielkiego Wybuchu około 13, 8 miliarda lat temu i rozwija się w coraz większym tempie. Kosmos jest wpleciony w tkaninę, którą nazywamy czasoprzestrzenią, która jest haftowana kosmiczną siecią wspaniałych galaktyk i niewidzialnej ciemnej materii.
Brzmi trochę dziwnie, ale stosy zdjęć, danych eksperymentalnych i modeli zebranych przez dziesięciolecia mogą stanowić kopię tego opisu. W miarę dodawania nowych informacji do zdjęcia kosmolodzy rozważają jeszcze bardziej szalone sposoby opisywania wszechświata - w tym niektóre dziwaczne propozycje, które mimo wszystko są zakorzenione w solidnej nauce:
Czy ta kolekcja laserów i luster udowodni, że wszechświat jest hologramem 2D? (Fermilab) Wszechświat jest hologramem
Spójrz na standardowy hologram wydrukowany na powierzchni 2D, a zobaczysz projekcję 3D obrazu. Zmniejsz rozmiar pojedynczych kropek tworzących obraz, a hologram stanie się ostrzejszy. W latach 90. fizycy zdali sobie sprawę, że coś takiego może się dziać z naszym wszechświatem.
Fizyka klasyczna opisuje strukturę czasoprzestrzeni jako czterowymiarową strukturę z trzema wymiarami przestrzeni i jednym czasem. Teoria ogólnej teorii względności Einsteina mówi, że na najbardziej podstawowym poziomie tkanina ta powinna być gładka i ciągła. Ale to było zanim mechanika kwantowa wskoczyła na scenę. Podczas gdy teoria względności doskonale opisuje wszechświat na widocznych skalach, fizyka kwantowa mówi nam wszystko o tym, jak rzeczy działają na poziomie atomów i cząstek subatomowych. Zgodnie z teoriami kwantowymi, jeśli przyjrzysz się tkaninie czasoprzestrzeni wystarczająco blisko, powinna ona być wykonana z maleńkich drobin informacji, każda o sto miliardów razy mniejsza niż proton.
Fizyk ze Stanford, Leonard Susskind i zdobywca nagrody Nobla Gerard 't Hooft, przedstawili obliczenia pokazujące, co dzieje się, gdy próbujesz połączyć kwantowe i relatywistyczne opisy czasoprzestrzeni. Odkryli, że matematycznie tkanina powinna być powierzchnią 2D, a ziarna powinny zachowywać się jak kropki na dużym kosmicznym obrazie, określając „rozdzielczość” naszego wszechświata 3D. Mechanika kwantowa mówi nam również, że ziarna te powinny doświadczać przypadkowych drgań, które mogą czasami rozmywać projekcję i tym samym być wykrywalne. W ubiegłym miesiącu fizycy z amerykańskiego Departamentu Energii Fermi National Accelerator Laboratory rozpoczęli zbieranie danych z bardzo czułym układem laserów i luster zwanym holometrem. Ten instrument jest precyzyjnie dostrojony, aby wychwytywać niewielki ruch w czasoprzestrzeni i ujawniać, czy w rzeczywistości jest ziarnisty w najmniejszej skali. Eksperyment powinien gromadzić dane przez co najmniej rok, więc wkrótce możemy wiedzieć, czy żyjemy w hologramie.
Wszechświat jest symulacją komputerową
Podobnie jak fabuła Matrix, możesz żyć w bardzo zaawansowanym programie komputerowym, a nawet go nie znać. Niektóre wersje tego myślenia były dyskutowane na długo przed tym, zanim Keanu wypowiedział swoje pierwsze „whoa”. Platon zastanawiał się, czy świat, który postrzegamy, jest iluzją, a współcześni matematycy zmagają się z tym, że matematyka jest uniwersalna - dlaczego nie ma znaczenia, kiedy i gdzie spojrzysz, 2 + 2 musi zawsze wynosić 4? Może dlatego, że jest to podstawowa część sposobu, w jaki wszechświat został zakodowany.
W 2012 r. Fizycy z University of Washington w Seattle powiedzieli, że jeśli żyjemy w cyfrowej symulacji, może istnieć sposób, aby się tego dowiedzieć. Standardowe modele komputerów oparte są na siatce 3D, a czasami sama siatka generuje określone anomalie w danych. Jeśli wszechświat jest rozległą siatką, ruchy i rozkłady cząstek wysokoenergetycznych zwanych promieniami kosmicznymi mogą ujawnić podobne anomalie - usterkę w Matrycy - i rzucić okiem na strukturę siatki. Artykuł 2013 inżyniera MIT, Setha Lloyda, przedstawia intrygujący splot tej koncepcji: jeśli czasoprzestrzeń składa się z bitów kwantowych, wszechświat musi być jednym gigantycznym komputerem kwantowym. Oczywiście oba pojęcia rodzą niepokojący problem: jeśli wszechświat jest programem komputerowym, kto lub co napisał kod?
Aktywna supermasywna czarna dziura w rdzeniu galaktyki Centaurus A wyrzuca strumienie promieniowania w przestrzeń kosmiczną. (ESO / WFI (widoczny); MPIfR / ESO / APEX / A.Weiss i wsp. (Mikrofalówka); NASA / CXC / CfA / R.Kraft i wsp. (Rentgen)) Wszechświat jest czarną dziurą
Każda książka „Astronomy 101” powie ci, że wszechświat powstał podczas Wielkiego Wybuchu. Ale co istniało przed tym punktem i co spowodowało eksplozję? Artykuł z 2010 roku autorstwa Nikodema Popławskiego, wówczas z Uniwersytetu Indiana, wykazał, że nasz wszechświat został wykuty w naprawdę dużej czarnej dziurze.
Podczas gdy Stephen Hawking ciągle zmienia zdanie, popularna definicja czarnej dziury jest obszarem czasoprzestrzeni tak gęstym, że po pewnym punkcie nic nie może uciec przed przyciąganiem grawitacyjnym. Czarne dziury rodzą się, gdy gęste paczki materii zapadają się na sobie, na przykład podczas śmierci szczególnie dużych gwiazd. Niektóre wersje równań opisujących czarne dziury mówią dalej, że ściśnięta materia nie zapada się w pełni w punkt - lub osobliwość - ale odbija się, wyrzucając gorącą, zakodowaną materię.
Popławski podniósł liczby i stwierdził, że obserwacje kształtu i składu wszechświata są zgodne z matematycznym obrazem rodzącej się czarnej dziury. Początkowy upadek byłby równy Wielkiemu Wybuchowi, a wszystko w nas i wokół nas byłoby zrobione z ochłodzonych, przestawionych elementów tej mieszanej materii. Co więcej, teoria sugeruje, że wszystkie czarne dziury w naszym wszechświecie same mogą być bramą do alternatywnych rzeczywistości. Jak to przetestować? Ten model opiera się na wirujących czarnych dziurach, ponieważ ten obrót jest częścią tego, co uniemożliwia pełne zapadnięcie się pierwotnej materii. Popławski mówi, że powinniśmy być w stanie zobaczyć echo spinu odziedziczonego po naszej „macierzystej” czarnej dziurze w badaniach galaktyk, z ogromnymi gromadami poruszającymi się w niewielkim, ale potencjalnie wykrywalnym, preferowanym kierunku.
Wszechświat jest bańką w oceanie wszechświatów
Kolejna kosmiczna łamigłówka pojawia się, gdy weźmie się pod uwagę to, co stało się w pierwszych kawałkach sekundy po Wielkim Wybuchu. Mapy reliktowego światła emitowanego wkrótce po narodzinach wszechświata mówią nam, że czasoprzestrzeń dziecka rosła wykładniczo w mgnieniu oka, zanim osiadła w bardziej spokojnym tempie ekspansji. Proces ten, zwany inflacją, jest dość popularny wśród kosmologów, aw tym roku zyskał kolejny impuls dzięki potencjalnemu (ale wciąż niepotwierdzonemu) odkryciu zmarszczek w czasoprzestrzeni zwanych falami grawitacyjnymi, które byłyby efektem gwałtownego przyspieszenia wzrostu.
Jeśli inflacja zostanie potwierdzona, niektórzy teoretycy twierdzą, że musimy żyć w pienistym morzu wielu wszechświatów. Niektóre z najwcześniejszych modeli inflacji mówią, że przed Wielkim Wybuchem czasoprzestrzeń zawierała tak zwaną fałszywą próżnię, pole wysokoenergetyczne pozbawione materii i promieniowania, które jest z natury niestabilne. Aby osiągnąć stabilny stan, próżnia zaczęła pękać jak garnek z wrzącą wodą. Z każdą bańką rodził się nowy wszechświat, dający początek nieskończonemu wieloświatowi.
Problem z testowaniem tego pomysłu polega na tym, że kosmos jest absurdalnie ogromny - obserwowany wszechświat rozciąga się na około 46 miliardów lat świetlnych we wszystkich kierunkach - a nawet nasze najlepsze teleskopy nie mogą liczyć na tak dużą powierzchnię bańki. Zatem jedną z opcji jest poszukiwanie dowodów na kolizję naszego wszechświata bąbelkowego z inną. Dzisiaj nasze najlepsze mapy reliktowego światła Wielkiego Wybuchu pokazują niezwykłe zimne miejsce na niebie, które może być „siniakiem” po zderzeniu z kosmicznym sąsiadem. Lub może to być statystyczny błąd. Zespół naukowców pod przewodnictwem Carrolla Wainwrighta z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Santa Cruz uruchomił modele komputerowe, aby dowiedzieć się, jakie inne ślady pozostawiłaby żywa kolizja w echu Wielkiego Wybuchu.
