L’Univers | Multiverse | Univers paral·lel | Temps d'espai | Teoria del Big Bang

Hi ha un gran conjunt d’evidències científiques que admet la imatge de l’Univers en expansió i el Big Bang. Tota l'energia massiva de l'Univers es va alliberar en un esdeveniment de menys de 10 ^ -30 segons de durada; el més enèrgic que ha passat mai a la història del nostre univers. NASA / GSFC

Només han passat 13.8 mil milions d’anys des del Big Bang, i la velocitat màxima a la qual qualsevol informació pot viatjar -la velocitat de la llum- és finita. Tot i que l’Univers sencer pot ser veritablement infinit, l’Univers observable és limitat. Segons les idees principals de la física teòrica, no obstant això, el nostre Univers pot ser només una regió minúscula d’un multivers molt més gran, dins del qual hi ha molts universos, potser fins i tot un nombre infinit. Alguna cosa d'això és ciència real, però d'altres no són res més que un pensament especulatiu i desitjós. A continuació s’explica com es què. Però primer, una mica de fons.

L’Univers té avui uns fets relativament fàcils d’observar, almenys amb instal·lacions científiques de classe mundial. Sabem que l’Univers s’està expandint: podem mesurar propietats sobre galàxies que ens ensenyen tant la seva distància com la rapidesa que semblen que s’allunyen de nosaltres. Com més lluny estiguin, més ràpid semblen retrocedir. En el context de la Relativitat General, això vol dir que l’Univers s’està expandint.

I si l’Univers s’està expandint avui, això vol dir que era més petit i més dens en el passat. Extrapoleu prou lluny i podreu trobar que les coses també són més uniformes (perquè la gravetat requereix un temps perquè les coses s’agrupen) i més calentes (perquè les longituds d’ona més petites per a la llum signifiquen energies / temperatures més altes). Això ens porta al Big Bang.

Una il·lustració de la nostra història còsmica, des del Big Bang fins a l’actualitat, en el context de l’Univers en expansió. La primera equació de Friedmann descriu totes aquestes èpoques, des de la inflació al Big Bang fins al present i fins al futur, perfectament amb precisió, fins i tot avui. EQUIP DE CIÈNCIES NASA / WMAP

Però el Big Bang no va ser el principi de l’Univers! Només podem extrapolar-nos a una certa època en el temps abans que les prediccions del Big Bang es descomponin. Hi ha diverses coses que observem a l’Univers que el Big Bang no pot explicar, però una nova teoria que estableix el Big Bang (inflació còsmica) pot fer-ho.

Les fluctuacions quàntiques que es produeixen durant la inflació s’estenen per l’univers i, quan s’acaba la inflació, es converteixen en fluctuacions de densitat. Això condueix, amb el pas del temps, a l’estructura a gran escala de l’Univers actual, així com a les fluctuacions de temperatura observades en el CMB.E. SIEGEL, AMB IMATGES DERIVADES DE LA ESA / PLANCK I DE LA TASCA D'INTERACÈNCIES DOE / NASA / NSF EN LA RECERCA DE CMB

A la dècada de 1980, es van treballar una gran quantitat de conseqüències teòriques de la inflació, entre les quals es van trobar:

  • com haurien de semblar les llavors d’estructura a gran escala,
  • que les fluctuacions de temperatura i densitat han d'existir en escales més grans que l'horitzó còsmic,
  • que totes les regions de l’espai, fins i tot amb fluctuacions, haurien de tenir entropia constant,
  • i que hauria d’haver una temperatura màxima assolida pel calorós Big Bang.

A la dècada de 1990, 2000 i 2010, aquestes quatre prediccions es van confirmar observativament amb gran precisió. La inflació còsmica n’és un guanyador.

La inflació fa que l’espai s’expandeixi de forma exponencial, cosa que pot provocar molt ràpidament qualsevol espai corbat o no suau que existeix pla. Si l'Univers és corbat, té un radi de curvatura que és almenys centenars de vegades més gran que el que podem observar. SIEGEL (L); TUTORIAL DE COSMOLOGIA DE NED WRIGHT (R)

La inflació ens diu que, abans del Big Bang, l’Univers no estava ple de partícules, antipartícules i radiació. En canvi, es va omplir d’energia inherent a l’espai mateix, i aquesta energia va fer que l’espai s’expandís a un ritme ràpid, implacable i exponencial. En algun moment s’acaba la inflació i tota aquesta (o gairebé tota) aquesta energia es converteix en matèria i energia, donant lloc al calorós Big Bang. El final de la inflació, i el que es coneix com el reescalfament del nostre Univers, marca el començament del calorós Big Bang. El Big Bang continua succeint, però no és el principi.

La inflació preveu l’existència d’un gran volum d’Univers no observable més enllà de la part que podem observar. Però ens dóna fins i tot més que això. SIEGEL / ABANS DE LA GALAXIA

Si aquesta fos la història completa, tot el que hauríem tingut era un univers extremadament gran. Tindria les mateixes propietats a tot arreu, les mateixes lleis a tot arreu, i les parts que estaven més enllà del nostre horitzó visible serien semblants a on som, però no es podria anomenar justificadament multivers.

Fins que, és a dir, recordeu que tot el que existeix físicament ha de ser inherentment quàntic a la natura. Fins i tot la inflació, amb totes les incògnites que l’envolten, ha de ser un camp quàntic.

La naturalesa quàntica de la inflació significa que s’acaba en algunes “butxaques” de l’Univers i continua en d’altres. Cal enderrocar el turó metafòric i cap a la vall, però si es tracta d’un camp quàntic, el desplegament significa que s’acabarà en algunes regions mentre continuarà en d’altres. SIEGEL / ABANS DE LA GALAXIA

Si després cal que la inflació tingui les propietats que tenen tots els camps quàntics:

  • que les seves propietats tenen incerteses,
  • que el camp es descriu amb una funció d'ona,
  • i els valors d'aquest camp es poden estendre amb el temps,

arribes a una conclusió sorprenent.

Allà on es produeixi inflació (cubs blaus), es dóna lloc a més regions d'espai de manera exponencial amb cada pas endavant. Tot i que hi ha molts cubs on s’acaba la inflació (Xs vermells), hi ha moltes més regions on la inflació continuarà en el futur. El fet que això no s’acabi mai és el que fa que la inflació sigui “eterna” un cop comença. SIEGEL / ABANS DE LA GALAXIA

La inflació no s’acaba a tot arreu alhora, sinó en llocs seleccionats i desconnectats en un moment determinat, mentre que l’espai entre aquestes ubicacions continua inflant. Hauria d’haver-hi múltiples regions d’espai enormes on s’acabi la inflació i comenci un Big Bang, però mai no es poden trobar, ja que estan separades per regions d’inflar espai. Sempre que comenci la inflació, sempre es garanteix que continuï per a una eternitat, almenys en alguns llocs.

Quan la inflació finalitza per a nosaltres, aconseguim un Big Bang. La part de l’Univers que observem és només una part d’aquesta regió on va acabar la inflació, amb un Univers més inobservable més enllà d’això. Però hi ha infinitat de regions, totes desconnectades les unes de les altres, amb la mateixa història exacta.

Una il·lustració de diversos universos independents, desconnectats causalment els uns dels altres en un oceà còsmic en expansió constant, és una representació de la idea del Multivers. En una regió on comença el Big Bang i s’acaba la inflació, la taxa d’expansió baixarà, mentre que la inflació continua entre dues regions d’aquest tipus, separant-les per sempre.OZYTIVE / DOMAIN PUBLIC

Aquesta és la idea del multivers. Com podeu veure, es basa en dos aspectes independents, ben establerts i àmpliament acceptats de la física teòrica: la naturalesa quàntica de tot i les propietats de la inflació còsmica. No es coneix cap manera de mesurar-ho, de la mateixa manera que no hi ha manera de mesurar la part inobservable del nostre Univers. Però les dues teories que la sustenten, la inflació i la física quàntica, s'han demostrat vàlides. Si tenen raó, el multivers és una conseqüència ineludible d’això, i hi vivim.

La idea del multivers diu que hi ha un gran nombre d’Universos, com el nostre, arbitràriament, però això no significa necessàriament que hi hagi una altra versió de nosaltres, i això no vol dir que hi hagi possibilitat d’exercir una versió alternativa de tu mateix. … O qualsevol cosa d’un altre univers. Demanar / FLICKR

I què? Això no és molt, no? Hi ha moltes conseqüències teòriques inevitables, però que no podem conèixer amb certesa perquè no les podem provar. El multivers és un de llarga línia. No és especialment útil la realització, sinó només una interessant predicció que queda fora d'aquestes teories.

Per què tants físics teòrics escriuen treballs sobre el multivers? Sobre universos paral·lels i la seva connexió amb els nostres mitjançant aquest multivers? Per què afirmen que el multivers es relaciona amb el paisatge de cordes, la constant cosmològica i, fins i tot, que el nostre Univers està ben ajustat a la vida?

Perquè, tot i que òbviament és una mala idea, no en tenen de millors.

El paisatge de cordes pot ser una idea fascinant que tingui un potencial teòric, però no prediu res que puguem observar al nostre univers. Aquesta idea de bellesa, motivada per resoldre problemes 'antinaturals' no és suficient per arribar al nivell exigit per la ciència.UNIVERSITAT DE CAMBRIDGE

En el context de la teoria de cadenes, hi ha un enorme conjunt de paràmetres que, en principi, podrien adquirir gairebé qualsevol valor. La teoria no fa prediccions per a ells, així que els hem de posar a mà: els valors d’expectativa de la cadena vacua. Si heu sentit a parlar de números increïblement grans com el famós 10500 que apareix en la teoria de cordes, els possibles valors de la cadena vacua són els que es refereixen. No sabem què són ni per què tenen els valors que ells fan. Ningú no sap com calcular-los.

Una representació dels diferents “mons” paral·lels que podrien existir en altres butxaques del multivers. DOMAIN PÚBLIC

Al contrari, hi ha qui diu "és el multivers". La línia de pensament és així:

  • No sabem perquè tenen valors els constants fonamentals.
  • No sabem per què són les lleis de la física.
  • La teoria de cordes és un marc que ens podria donar les nostres lleis de la física amb les nostres constants fonamentals, però ens podria donar altres lleis i / o altres constants.
  • Per tant, si tenim un enorme multivers, on moltes regions diferents tenen lleis i / o constants diferents, una d'elles podria ser la nostra.

El gran problema és que això no només és molt especulatiu, sinó que no hi ha cap raó, donada la inflació i la física quàntica que coneixem, per suposar que un temps espacial inflat té diferents lleis o constants en diferents regions.

No us deixa impressionar aquest raonament? Tampoc hi és pràcticament ningú.

Quina probabilitat o improbabilitat tenia el nostre Univers de produir un món com la Terra? I quina probabilitat tindrien aquestes probabilitats si les constants o les lleis fonamentals del nostre Univers fossin diferents? Un univers afortunat, de la portada de la qual es va extreure aquesta imatge, és un llibre que explora aquests temes. GINTRE LEWIS I LUKE BARNES

Com he explicat abans, el Multiverse no és una teoria científica per si mateixa. Més aviat és una conseqüència teòrica de les lleis de la física, tal com s’entenen millor avui en dia. Potser és fins i tot una conseqüència inevitable d’aquestes lleis: si teniu un univers inflacionista governat per la física quàntica, és una cosa amb la qual us heu obligat a acabar. Però, com la teoria de les cordes, té molts problemes: no prediu res del que hem observat i que no podem explicar sense això, i no preveu res definitiu que puguem anar a buscar.

Visualització d’un càlcul de teoria quàntica de camps mostrant partícules virtuals en el buit quàntic. Fins i tot a l’espai buit, aquesta energia de buit és diferent de zero. Si aquest és el mateix valor constant en altres regions del multivers, és una cosa que no podem saber, però no hi ha cap motivació perquè sigui així. DEREK LEINWEBER

En aquest univers físic, és important observar tot el que podem i mesurar tots els coneixements que podem obtenir. Només del conjunt complet de dades disponibles podem esperar treure conclusions científiques vàlides sobre la naturalesa del nostre Univers. Algunes d’aquestes conclusions tindran implicacions que potser no podríem mesurar: l’existència del multivers es deriva d’això. Però quan la gent afirma que poden treure conclusions sobre constants fonamentals, les lleis de la física o els valors de la corda vacua, ja no fan ciència; estan especulant El pensament desitjable no és un substitut per a dades, experiments o observables. Fins que no en tinguem, tingueu en compte que el multivers és conseqüència de la millor ciència que tenim actualment, però no fa cap predicció científica que puguem posar a prova.

Espero que això pugui aportar certa importància al tema Astrofísica.

Jyotiraditya