13,8 miljard jaar geleden begon het universum met een hete oerknal. Sindsdien is het tot op de dag van vandaag uitgebreid en afgekoeld. Vanuit ons oogpunt kunnen we het heelal binnen een straal van 46 miljard jaar waarnemen, dankzij de beperking van de lichtsnelheid en de uitdijing van het heelal. En hoewel deze afstand enorm is, is hij eindig. Maar dit is slechts het deel dat we zien. Wat ligt erachter, en is het mogelijk dat er oneindigheid is?
Adam Stevens wil weten:
Wat vind je van de oneindigheid van het universum? Veel kosmologen hebben me verteld dat de oneindigheid van het universum niet is bewezen. Hoe kan dit empirisch worden bewezen?
Ten eerste kunnen we meer leren dan wat we zien binnen 46 miljard lichtjaar.
Hoe verder we in een bepaalde richting kijken, hoe verder we in de diepten van de tijd kijken. Het dichtstbijzijnde sterrenstelsel, op 2,5 miljoen lichtjaar van ons verwijderd, is voor ons zichtbaar zoals het 2,5 miljoen jaar geleden was, omdat het licht van daaruit naar onze ogen reist vanaf het moment dat het wordt uitgezonden. Meer verre melkwegstelsels zijn voor ons zichtbaar zoals ze tientallen miljoenen, honderden miljoenen of zelfs miljarden jaren geleden waren. Nog verder kijkend, hebben we het licht van het universum gezien sinds zijn jonge jaren. Dus als we kijken naar het licht dat 13,8 miljard jaar geleden werd uitgezonden, een overblijfsel van de oerknal, dan zien we de overblijfselenstraling.
Het fluctuatiepatroon is buitengewoon verwarrend, met verschillende gemiddelde temperaturen op verschillende hoekschalen. Het versleutelt ook een enorme hoeveelheid informatie over het heelal, waaronder een verbazingwekkend feit: de kromming van de ruimte is, voor zover we kunnen beoordelen, afwezig, dat wil zeggen, hij is vlak. Als de ruimte een positieve kromming had, alsof we op het oppervlak van een vierdimensionale bol leefden, zouden we de samenkomst van verre lichtstralen zien. Als het een negatieve kromming had, zoals op het oppervlak van een vierdimensionaal zadel, zouden we verre lichtstralen zien divergeren. In plaats daarvan bewegen de lichtstralen zoals ze deden, en fluctuaties vertellen ons over een ideaal vlak.
Uit een reeks gegevens over de relictstraling en grootschalige structuren van het heelal (toegankelijk via de studie van akoestische baryonoscillaties), kunnen we concluderen dat als het heelal eindig en gesloten is, het minstens 250 keer groter moet zijn dan we kunnen zien. Omdat we in drie dimensies leven, betekent een vergroting van de straal 250 keer een toename van het volume 250 ^ 3 keer, of 15 miljoen keer meer ruimte. Maar dit is nog steeds geen oneindig volume. De minimale schatting voor de grootte van het universum is 11 biljoen lichtjaar in alle richtingen, wat ontzettend veel is, maar nog steeds niet oneindig.
Er is reden om aan te nemen dat het nog groter is. Een hete oerknal markeert misschien het begin van het waarneembare universum, maar niet de geboorte van ruimte en tijd. Vóór de oerknal maakte het universum een periode van kosmische inflatie door. In plaats van gevuld te zijn met materie en straling en heet te zijn, was het universum:
Promotie video:
• was gevuld met energie die inherent is aan de ruimte zelf, • exponentieel uitgebreid, • creëerde zo snel nieuwe ruimte dat de kleinste fysieke grootte, de Planck-lengte, zich uitstrekte tot de grootte van het heelal dat vandaag elke 10 ^ -32 seconden wordt waargenomen.
In onze regio van het heelal is de inflatie echt voorbij. Maar er zijn verschillende vragen, waarvan de antwoorden ons onbekend zijn, die een enorme impact hebben op de grootte van het universum en zijn eindigheid of oneindigheid.
1) Hoe groot was het gedeelte van het heelal na inflatie dat aanleiding gaf tot onze hete oerknal? Als we het huidige universum en de homogeniteit van de oerknal-nagloeiing, de nabijheid van het universum tot een vlak, fluctuaties die zich op alle schalen over het universum uitstrekken, enz., Enz. Observeren, kunnen we veel leren. We kunnen de bovengrens berekenen op de energieschaal waarop inflatie plaatsvond, hoeveel inflatie het universum heeft doen toenemen, de ondergrens op de duur van inflatie. Maar die zak van het zich uitbreidende heelal, waaruit ons deel voortkwam, zou de ondergrens ver kunnen overschrijden! Het kan honderden, miljoenen googols keer groter zijn dan wat we kunnen waarnemen - of echt oneindig zijn. Zonder de mogelijkheid om meer te observeren dan ons nu ter beschikking staat, zullen we niet genoeg informatie krijgen om deze vraag te beantwoorden.
2) Is het idee van "eeuwige inflatie" correct? Als je de mogelijkheid in overweging neemt dat inflatie een kwantumveld is, dan is er op elk moment van exponentiële expansie een mogelijkheid dat de inflatie ophoudt, wat leidt tot de oerknal, en de kans dat inflatie doorzet, waardoor er meer ruimte ontstaat. Dergelijke berekeningen zijn voor ons beschikbaar (binnen het kader van bepaalde aannames), en ze leiden tot de conclusie: als we voldoende inflatie nodig hebben voordat het waarneembare universum ontstaat, zal inflatie altijd nog meer ruimte creëren die zich zal blijven uitbreiden, in tegenstelling tot de secties waar het zal eindigen en er zal een oerknal zijn. En hoewel ons waarneembare heelal 13,8 miljard jaar geleden na het einde van de inflatie in onze regio had kunnen verschijnen, zijn er regio's waar de inflatie aanhoudt - en steeds meer ruimte creëert,en genereert steeds meer Big Bangs - tot op de dag van vandaag. Dit idee staat bekend als eeuwige inflatie en wordt algemeen aanvaard in de fysieke gemeenschap. Dus hoe groot is het hele niet-waarneembare universum vandaag?
3) Hoe lang duurde de inflatie voordat deze eindigde en de oerknal plaatsvond? We hebben alleen toegang tot het universum dat gecreëerd is door het einde van de inflatie en onze hete oerknal. We weten dat de inflatie minstens 10 ^ -32 s had moeten aanhouden, maar hoogstwaarschijnlijk duurde het langer. Maar hoeveel? Seconden? Jaren? Miljarden jaren? Oneindig? Is het universum altijd onderhevig geweest aan inflatie? Is de inflatie begonnen? Is het voortgekomen uit een vorige staat die eeuwig heeft geduurd? Of zijn ruimte en tijd misschien een beperkte tijd geleden uit het niets ontstaan? Er zijn veel mogelijkheden, maar het antwoord kan op dit moment niet worden geverifieerd.
Op basis van onze beste waarnemingen weten we dat het universum veel groter is dan het waarneembare deel. We vermoeden dat nog meer van het heelal zich buiten deze grenzen uitstrekt, hetzelfde als het onze, met dezelfde natuurkundige wetten, soorten structuren (sterren, melkwegstelsels, clusters, filamenten, holtes, enz.), En met dezelfde kansen op een complex een leven. De bel waarin de inflatie is geëindigd, moet eindig zijn, en de grotere, zich uitbreidende ruimtetijd moet een exponentieel groot aantal van dergelijke bellen bevatten. Maar zelfs als dit hele universum, of het multiversum, zo ongelooflijk groot is, is het misschien niet oneindig. In feite, als inflatie niet oneindig duurde, moet het universum eindig zijn.
Maar het grootste probleem is dat we alleen toegang hebben tot de informatie die zich in het waarneembare deel van het heelal bevindt, in deze 46 miljard lichtjaren in alle richtingen. Het antwoord op de grootste vraag - of het universum eindig of oneindig is - kan in het universum worden gecodeerd, maar we hebben geen toegang tot een deel dat groot genoeg is om het te weten. Totdat we dit probleem oplossen, of een slimme manier bedenken om de mogelijkheden van de natuurkunde uit te breiden, zal dit alles binnen het rijk van de mogelijkheden liggen.
