Alam Semesta | Multiverse | Alam Semesta Paralel | Ruang Waktu | Teori Big Bang

Ada sekumpulan besar bukti ilmiah yang mendukung gambaran Semesta yang berkembang dan Big Bang. Seluruh energi massa Semesta dilepaskan dalam sebuah peristiwa yang berlangsung kurang dari 10 ^ -30 detik durasinya; hal paling energetik yang pernah terjadi dalam sejarah Alam Semesta kita.NASA / GSFC

Hanya 13,8 miliar tahun sejak Big Bang, dan kecepatan tertinggi di mana informasi dapat melakukan perjalanan - kecepatan cahaya - terbatas. Meskipun seluruh Alam Semesta itu sendiri benar-benar tidak terbatas, Alam Semesta yang dapat diamati terbatas. Namun, menurut gagasan-gagasan terkemuka fisika teoretis, Alam Semesta kita mungkin hanya satu kawasan sangat kecil dari multiverse yang jauh lebih besar, di mana banyak Alam Semesta, bahkan mungkin dalam jumlah tak terbatas, terkandung. Sebagian dari ini adalah sains yang sebenarnya, tetapi beberapa tidak lebih dari spekulatif, angan-angan. Berikut cara mengetahui yang mana. Tapi pertama-tama, sedikit latar belakang.

Semesta hari ini memiliki beberapa fakta tentang hal itu yang relatif mudah, setidaknya dengan fasilitas ilmiah kelas dunia, untuk diamati. Kita tahu bahwa Semesta berkembang: kita dapat mengukur properti tentang galaksi yang mengajari kita jarak dan seberapa cepat mereka tampaknya menjauh dari kita. Semakin jauh mereka, semakin cepat mereka tampak surut. Dalam konteks Relativitas Umum, itu berarti Semesta berkembang.

Dan jika Semesta berkembang hari ini, itu berarti ia lebih kecil dan lebih padat di masa lalu. Ekstrapolasi kembali cukup jauh, dan Anda akan menemukan bahwa segala sesuatunya juga lebih seragam (karena gravitasi membutuhkan waktu untuk membuat hal-hal mengumpul) dan lebih panas (karena panjang gelombang yang lebih kecil untuk cahaya berarti energi / suhu yang lebih tinggi). Ini membawa kita kembali ke Dentuman Besar.

Sebuah ilustrasi tentang sejarah kosmik kita, dari Big Bang sampai sekarang, dalam konteks Semesta yang mengembang. Persamaan Friedmann pertama menggambarkan semua zaman ini, dari inflasi hingga Dentuman Besar hingga sekarang dan jauh ke masa depan, sangat akurat, bahkan hingga hari ini. TIM NASA / WMAP SCIENCE TIM

Tetapi Big Bang bukanlah awal dari Semesta! Kami hanya dapat memperkirakan kembali ke zaman tertentu sebelum prediksi Dentuman Besar runtuh. Ada sejumlah hal yang kita amati di Semesta yang tidak dapat dijelaskan oleh Big Bang, tetapi sebuah teori baru yang mengatur Big Bang - inflasi kosmik - bisa.

Fluktuasi kuantum yang terjadi selama inflasi merentang di Semesta, dan ketika inflasi berakhir, mereka menjadi fluktuasi kepadatan. Ini mengarah, dari waktu ke waktu, ke struktur skala besar di Alam Semesta hari ini, serta fluktuasi suhu yang diamati dalam CMB.E. SIEGEL, DENGAN GAMBAR DERIVED DARI ESA / PLANCK DAN DOE / NASA / NSF INTERAGENCY TUGAS TUGAS PADA PENELITIAN CMB

Pada 1980-an, sejumlah besar konsekuensi teoretis dari inflasi berhasil, termasuk:

  • seperti apa benih untuk struktur skala besar,
  • bahwa fluktuasi suhu dan kepadatan harus ada pada skala yang lebih besar dari horizon kosmik,
  • bahwa semua wilayah ruang, bahkan dengan fluktuasi, harus memiliki entropi konstan,
  • dan bahwa harus ada suhu maksimum yang dicapai oleh Big Bang panas.

Pada 1990-an, 2000-an, dan 2010-an, keempat prediksi ini secara pengamatan dikonfirmasi dengan sangat teliti. Inflasi kosmik adalah pemenangnya.

Inflasi menyebabkan ruang meluas secara eksponensial, yang dapat dengan cepat menghasilkan ruang melengkung yang sebelumnya ada atau tidak rata yang tampak datar. Jika Semesta melengkung, ia memiliki jari-jari kelengkungan yang setidaknya ratusan kali lebih besar dari apa yang dapat kita amati. SIEGEL (L); TEDORIAL KOSMOLOGI NED WRIGHT

Inflasi memberi tahu kita bahwa, sebelum Big Bang, Semesta tidak diisi dengan partikel, partikel anti-partikel, dan radiasi. Alih-alih, itu dipenuhi dengan energi yang melekat pada ruang itu sendiri, dan energi itu menyebabkan ruang untuk berkembang pada kecepatan yang cepat, tanpa henti, dan eksponensial. Pada titik tertentu, inflasi berakhir, dan semua (atau hampir semua) energi itu diubah menjadi materi dan energi, sehingga menimbulkan Big Bang yang panas. Akhir dari inflasi, dan apa yang dikenal sebagai pemanasan kembali Semesta kita, menandai awal dari Big Bang yang panas. Big Bang masih terjadi, tetapi ini bukan awal.

Inflasi meramalkan adanya volume besar Alam Semesta yang tidak dapat diamati di luar bagian yang dapat kita amati. Tapi itu memberi kita lebih dari itu. SIEGEL / DI LUAR GALAXY

Jika ini adalah kisah lengkapnya, yang kita miliki hanyalah satu Semesta yang sangat besar. Itu akan memiliki sifat yang sama di mana-mana, hukum yang sama di mana-mana, dan bagian-bagian yang berada di luar cakrawala kita yang terlihat akan serupa dengan tempat kita berada, tetapi itu tidak dapat dibenarkan disebut multiverse.

Sampai, yaitu, Anda ingat bahwa segala sesuatu yang ada secara fisik harus inheren secara kuantum. Bahkan inflasi, dengan semua hal yang tidak diketahui di sekitarnya, harus menjadi medan kuantum.

Sifat kuantum inflasi berarti bahwa ia berakhir di beberapa

Jika Anda memerlukan inflasi untuk memiliki properti yang dimiliki semua bidang kuantum:

  • bahwa propertinya memiliki ketidakpastian yang melekat padanya,
  • bahwa bidang tersebut dijelaskan oleh fungsi gelombang,
  • dan nilai-nilai bidang itu dapat menyebar dari waktu ke waktu,

Anda mencapai kesimpulan yang mengejutkan.

Di mana pun inflasi terjadi (kubus biru), ia akan memunculkan lebih banyak ruang secara eksponensial dengan setiap langkah maju dalam waktu. Bahkan jika ada banyak kubus di mana inflasi berakhir (Xs merah), ada jauh lebih banyak daerah di mana inflasi akan berlanjut ke masa depan. Fakta bahwa ini tidak pernah berakhir adalah apa yang membuat inflasi 'abadi' setelah dimulai. SIEGEL / DI LUAR GALAXY

Inflasi tidak berakhir di mana-mana sekaligus, melainkan di lokasi yang dipilih dan terputus pada waktu tertentu, sementara ruang di antara lokasi tersebut terus mengembang. Seharusnya ada banyak wilayah ruang besar di mana inflasi berakhir dan Big Bang dimulai, tetapi mereka tidak akan pernah bisa bertemu satu sama lain, karena mereka dipisahkan oleh wilayah-wilayah ruang yang menggembung. Di mana pun inflasi dimulai, semuanya dijamin akan berlangsung selamanya, setidaknya di beberapa tempat.

Di mana inflasi berakhir untuk kita, kita mendapatkan Big Bang yang panas. Bagian dari Alam Semesta yang kita amati hanyalah satu bagian dari wilayah ini tempat inflasi berakhir, dengan Alam Semesta yang lebih tidak dapat diamati. Tetapi ada banyak daerah yang tak terhitung jumlahnya, semuanya terputus satu sama lain, dengan cerita yang persis sama.

Sebuah ilustrasi dari beberapa Alam Semesta yang independen, yang saling berhubungan satu sama lain dalam samudra kosmik yang terus berkembang, adalah salah satu penggambaran gagasan Multiverse. Di daerah di mana Dentuman Besar dimulai dan inflasi berakhir, tingkat ekspansi akan turun, sementara inflasi berlanjut di antara dua wilayah tersebut, selamanya memisahkan mereka. OZYTIVE / DOMAIN PUBLIK

Itulah ide multiverse. Seperti yang dapat Anda lihat, ini didasarkan pada dua aspek fisika teoretis yang independen, mapan, dan diterima secara luas: sifat kuantum dari segala sesuatu dan sifat-sifat inflasi kosmik. Tidak ada cara yang diketahui untuk mengukurnya, seperti halnya tidak ada cara untuk mengukur bagian yang tidak dapat diamati dari Alam Semesta kita. Tetapi dua teori yang mendasari itu, inflasi dan fisika kuantum, telah terbukti valid. Jika mereka benar, maka multiverse adalah konsekuensi yang tak terhindarkan dari itu, dan kita hidup di dalamnya.

Gagasan multiverse menyatakan bahwa ada sejumlah besar Semesta yang semena-mena seperti milik kita, tetapi itu tidak berarti ada versi lain dari kita di luar sana, dan tentu saja itu tidak berarti ada peluang untuk lari ke versi alternatif dari diri Anda. ... atau apa pun dari Semesta lain sama sekali. LEE DAVY / FLICKR

Terus? Itu tidak banyak, kan? Ada banyak konsekuensi teoretis yang tidak dapat dihindari, tetapi kita tidak dapat mengetahuinya dengan pasti karena kita tidak dapat mengujinya. Multiverse adalah satu di antara mereka. Ini bukan realisasi yang berguna, hanya prediksi menarik yang jatuh dari teori-teori ini.

Jadi mengapa begitu banyak ahli fisika teoritis menulis makalah tentang multiverse? Tentang paralel Universes dan hubungannya dengan kita melalui multiverse ini? Mengapa mereka mengklaim bahwa multiverse terhubung ke lanskap string, konstanta kosmologis, dan bahkan dengan fakta bahwa Alam Semesta kita telah disesuaikan untuk kehidupan?

Karena meskipun itu jelas ide yang buruk, mereka tidak memiliki yang lebih baik.

Lansekap tali mungkin merupakan gagasan yang menarik yang penuh dengan potensi teoretis, tetapi itu tidak memprediksi apa pun yang dapat kita amati di Alam Semesta kita. Gagasan kecantikan ini, yang dimotivasi oleh penyelesaian masalah 'tidak wajar', tidak cukup dengan sendirinya untuk naik ke tingkat yang dibutuhkan oleh ilmu pengetahuan. UNIVERSITAS OF CAMBRIDGE

Dalam konteks teori string, ada sejumlah besar parameter yang pada prinsipnya dapat mengambil nilai apa pun. Teori tidak membuat prediksi untuk mereka, jadi kita harus meletakkannya di tangan: nilai ekspektasi dari string vacua. Jika Anda pernah mendengar angka yang sangat besar seperti 10500 terkenal yang muncul dalam teori string, nilai-nilai yang mungkin dari string vacua adalah apa yang mereka maksudkan. Kami tidak tahu apa itu, atau mengapa mereka memiliki nilai-nilai yang mereka lakukan. Tidak ada yang tahu bagaimana cara menghitungnya.

Representasi dari “dunia” paralel yang berbeda yang mungkin ada di kantong lain multiverse.PUBLIC DOMAIN

Jadi, sebagai gantinya, beberapa orang mengatakan "ini multiverse!" Garis pemikirannya seperti ini:

  • Kami tidak tahu mengapa konstanta fundamental memiliki nilai yang mereka lakukan.
  • Kami tidak tahu mengapa hukum fisika seperti apa adanya.
  • Teori string adalah kerangka kerja yang bisa memberi kita hukum fisika dengan konstanta fundamental kita, tetapi bisa memberi kita hukum lain dan / atau konstanta lainnya.
  • Karena itu, jika kita memiliki multiverse yang sangat besar, di mana banyak daerah berbeda memiliki undang-undang dan / atau konstanta yang berbeda, salah satunya dapat menjadi milik kita.

Masalah besar adalah bahwa tidak hanya spekulatif yang sangat besar ini, tetapi juga tidak ada alasan, mengingat inflasi dan fisika kuantum yang kita tahu, untuk menganggap bahwa ruangwaktu yang menggelembung memiliki hukum atau konstanta yang berbeda di wilayah yang berbeda.

Tidak terkesan dengan alur pemikiran ini? Praktis juga tidak ada orang lain.

Seberapa besar kemungkinan atau tidak mungkin Alam Semesta kita untuk menghasilkan dunia seperti Bumi? Dan seberapa masuk akal kemungkinan itu jika konstanta atau hukum dasar yang mengatur Alam Semesta kita berbeda? A Fortunate Universe, dari sampulnya gambar ini diambil, adalah salah satu buku yang mengeksplorasi masalah-masalah ini.GERAINT LEWIS AND LUKE BARNES

Seperti yang saya jelaskan sebelumnya, Multiverse bukanlah teori ilmiah sendiri. Alih-alih, ini konsekuensi teoretis dari hukum-hukum fisika yang paling dipahami sekarang. Ini mungkin bahkan merupakan konsekuensi yang tak terhindarkan dari hukum-hukum itu: jika Anda memiliki Alam Semesta yang inflasi yang diatur oleh fisika kuantum, ini adalah sesuatu yang Anda mungkin harus lakukan. Tetapi - seperti halnya Teori String - ia memiliki beberapa masalah besar: ia tidak memprediksi apa pun yang telah kami amati dan tidak dapat kami jelaskan tanpanya, dan ia tidak memprediksi apa pun yang definitif yang dapat kami datangi dan cari.

Visualisasi perhitungan teori medan kuantum yang menunjukkan partikel virtual dalam ruang hampa kuantum. Bahkan di ruang kosong, energi vakum ini bukan nol. Apakah ia memiliki nilai yang sama dan konstan di wilayah multiverse lain adalah sesuatu yang tidak dapat kita ketahui, tetapi tidak ada motivasi untuk itu menjadi seperti itu. DEREK LEINWEBER

Dalam Alam fisik ini, penting untuk mengamati semua yang kita bisa, dan untuk mengukur setiap pengetahuan yang kita dapat kumpulkan. Hanya dari kumpulan data lengkap yang tersedia, kita dapat berharap untuk menarik kesimpulan yang valid dan ilmiah tentang sifat Alam Semesta kita. Beberapa kesimpulan tersebut akan memiliki implikasi yang mungkin tidak dapat kita ukur: keberadaan multiverse muncul dari itu. Tetapi ketika orang-orang kemudian berpendapat bahwa mereka dapat menarik kesimpulan tentang konstanta fundamental, hukum fisika, atau nilai-nilai string vacua, mereka tidak lagi melakukan sains; mereka berspekulasi. Angan-angan bukanlah pengganti untuk data, eksperimen, atau yang bisa diamati. Sebelum kita memilikinya, perlu disadari bahwa multiverse adalah konsekuensi dari sains terbaik yang kita miliki saat ini, tetapi tidak membuat prediksi ilmiah apa pun yang dapat kita uji.

Semoga ini bisa membawa beberapa hal penting ke subjek Astrofisika ..

Jyotiraditya