Jadi bisa dibayangkan sekumpulan alam semesta independen, tidak disatukan oleh hubungan sebab-akibat di lautan kosmik yang terus mengembang. Ide multiverse berasal dari mempelajari teori inflasi kosmik di alam semesta kuantum, tetapi sulit untuk dibuktikan.
Terlepas dari semua pengetahuan kita tentang Big Bang, salah satu misteri ilmiah terbesar tetap pertanyaan tentang penampakan alam semesta dengan sifat-sifat yang kita amati di dalamnya. Kami memahami bagaimana alam semesta modern kami telah berevolusi dari keadaan yang lebih panas, lebih padat, dan lebih homogen. Kami memahami bagaimana keadaan ini muncul dari periode awal inflasi kosmik. Tetapi jika kita kembali ke masa lalu cukup jauh, pada titik tertentu kita akan kehilangan kemampuan untuk mengukur properti yang ada saat itu atau menemukan jejak proses awal. Kita hanya memiliki persamaan dan asumsi. Dan salah satu prediksi yang muncul berdasarkan studi teoritis pada masa-masa awal itu adalah bahwa alam semesta kita hanyalah satu dari banyak alam semesta yang membentuk satu multiverse . Tetapi dari mana asal massa dan energi untuk multiverse? Inilah yang ditanyakan pembaca:
Saya tidak mengerti bagaimana menjelaskan massa multiverse. Jika ia terus membelah menjadi alam semesta baru, lalu bagaimana cara kerja hukum kekekalan energi? Apakah karena gravitasi adalah energi negatif? Apakah karena ekspansi menghasilkan energi baru? Saya yakin saya kehilangan beberapa hal yang mendasar, tapi ... Di mana saya bisa mendapatkan cukup massa untuk begitu banyak alam semesta?
Ini adalah pertanyaan yang sangat dalam, dan jawaban terbaiknya akan penuh kejutan.
Alam semesta dari banyak jenis yang mungkin bisa muncul di multiverse. Beberapa dari mereka cocok untuk kehidupan seperti kita, dan beberapa mungkin tidak. Dalam konteks alam semesta yang mengembang, keberadaan multiverse tidak bisa dihindari, tetapi sulit untuk memahaminya dari segi energi.
Kebanyakan orang, ketika berpikir tentang multiverse, membayangkan alam semesta dalam jumlah besar - mungkin tak terhingga - yang muncul beberapa waktu lalu. Semesta kita hanya ada satu dari banyak. Selain itu, kita sendiri hanya dapat mengamati sebagian kecil dari alam semesta kita. Bagian alam semesta yang dapat diamati membentang 46 miliar tahun cahaya dari lokasi kita ke segala arah.
Di perbatasan dari apa yang kami lihat, kami tidak melihat sesuatu yang tidak biasa. Tapi itu ada karena kecepatan cahaya yang terbatas, dan jumlah waktu yang telah berlalu sejak Big Bang di Alam Semesta kita. Oleh karena itu, kita tidak dapat mengatakan dengan tepat seberapa jauh alam semesta kita melampaui apa yang kita lihat. Ia dapat berlanjut lebih jauh dalam jarak yang sangat besar dan tak terukur, bahkan dapat menjadi tak terhingga ke segala arah. Tapi itu mungkin menjadi terbatas, hanya perbatasan ini yang akan berada di luar batas cakrawala kosmik kita. Tidak peduli berapa lama kita menunggu, jumlah ruang yang tersedia untuk penelitian kita akan selalu dibatasi.
. , – . «» . 46 .
Untungnya, dengan mempelajari apa yang dapat kita lihat, kita dapat membayangkan apa yang ada di luar batas dari apa yang tersedia. Meskipun Alam Semesta mengembang, dan semua sinyal yang melewatinya dibatasi oleh kecepatan cahaya, kita memiliki beberapa "tonggak" menarik yang tersedia bagi kita, mengisyaratkan apa yang ada pada jarak tertentu dari kita. Kita ada saat ini, 13,8 miliar tahun setelah Big Bang. Kita hidup di alam semesta yang mengembang dengan kecepatan terukur di urutan 70 km / s / Mpc. Artinya, setiap megaparsec (sekitar 3,26 juta tahun cahaya) yang memisahkan kita dari objek lain, rata-rata menambah kecepatan sekitar 70 km / detik terhadap kita.
Kita dapat berbicara banyak tentang batasan kosmik ini mengingat semua yang kita ketahui tentang kandungan energik alam semesta. Yaitu - 68% energi gelap, 27% materi gelap, 4,9% materi biasa, 0,1% neutrino, dan 0,01% foton (yaitu cahaya).
- Kita tidak akan pernah bisa mencapai galaksi lebih dari 18 miliar tahun cahaya jauhnya - bahkan jika kita terbang ke sana hari ini dengan kecepatan cahaya.
- Cahaya Big Bang akan mencapai objek yang terletak 46 miliar tahun cahaya dari kita hari ini - sama seperti kita melihat cahaya ini memancar dari titik tersebut seperti 13,8 miliar tahun yang lalu.
- Objek yang terletak pada jarak 61 miliar tahun cahaya dari kita saat ini tidak terlihat oleh kita, tetapi ketika cahaya darinya mencapai kita, itu akan menjadi objek terjauh yang kita amati.
() () . , 13,8 , , , 46 – , . , 61 . , 135% .
Ini hanyalah batas-batas alam semesta yang kita amati. Kami tidak tahu seberapa jauh sisa dari bagian yang tidak dapat diamati itu meluas setelah Big Bang yang sama. Tapi, tentu saja, kita bisa memberlakukan batasan padanya. Jika Semesta entah bagaimana tertutup dengan sendirinya - dalam bentuk lingkaran, atau berulang dengan cara lain - maka skala pengulangan ini lebih besar daripada bagian yang kita lihat hari ini. Jika tidak tertutup, batasan kelengkungan ruang (dan harus kurang dari ~ 0,002% kepadatan energi Semesta) menunjukkan bahwa Semesta harus memanjang pada jarak setidaknya 400 kali lebih besar dari bagian yang kita lihat. ke segala arah. Artinya, volumenya harus setidaknya 64 juta kali lebih besar dari volume Alam Semesta yang kita amati. Dan pada prinsipnya, alam semesta secara umum bisa tak terbatas.
Tetapi, tidak peduli seberapa besar alam semesta kita, ini tidak berarti bahwa ia sendirian. Bahkan jika itu tidak terbatas, mungkin ada yang lain - ingatlah bahwa ketidakterbatasan memiliki kekuatan yang berbeda .
Hal utama dalam hal ini adalah memahami dari mana ide fisik multiverse berasal. Itu muncul ketika Anda menganggap serius gagasan inflasi kosmik. Dan ini, pada gilirannya, adalah teori dan mekanisme terbaik hingga saat ini, menjelaskan apa yang terjadi sebelum Ledakan Besar, bagaimana segala sesuatu mengarah padanya dan melahirkannya.
Fluktuasi kuantum yang muncul selama inflasi membentang di seluruh Alam Semesta, dan pada akhir inflasi, fluktuasi itu menjadi fluktuasi kepadatan materi. Seiring waktu, ini mengarah pada munculnya struktur skala besar, serta fluktuasi suhu yang diamati . .
Mencoba mengekstrapolasi masa lalu proses yang terjadi pada awal Big Bang, berdasarkan pengamatan hari ini, kami menemukan beberapa fenomena misterius. Kita melihat bahwa ke segala arah di alam semesta, rata-rata, kepadatan materi dan suhu yang sama dipertahankan. Pada saat yang sama, bagian-bagian Alam Semesta yang berseberangan, saling berjauhan, tidak punya waktu untuk bertukar informasi untuk seluruh sejarah yang diketahui. Kita melihat bahwa kepadatan energi total dan laju muai aslinya seharusnya sama pada awal Big Bang yang panas hingga dalam 25 digit signifikan setelah titik desimal - dan ini tidak dijelaskan oleh Big Bang. Kita tidak melihat jejak energi tinggi dari alam semesta awal, yang keberadaannya dapat diharapkan jika suhu dan kepadatan yang sangat tinggi diamati pada tahap awal perkembangannya.
Bagaimana ini mungkin? Oleh karena itu, ide inflasi kosmik muncul: mungkin ada fase dalam sejarah Alam Semesta yang mendahului Big Bang. Pada fase ini, Alam Semesta tidak dipenuhi oleh partikel, antipartikel, radiasi, dan bentuk-bentuk energi kuantisasi lainnya seperti sekarang ini. Itu diisi dengan semacam energi, yang mengingatkan pada energi gelap - energi yang melekat dalam ruang-waktu itu sendiri. Dalam keadaan ini, alam semesta mengembang tanpa henti dengan kecepatan eksponensial. Dan hanya ketika ekspansi ini berhenti, energi berubah menjadi partikel, antipartikel, dan radiasi - Big Bang terjadi.
, . , , - . , (), ( ), - ().
Ini adalah salah satu gagasan terbesar kosmologi masa kini, dan salah satu yang paling berhasil dalam menjelaskan fenomena yang kita amati dan dalam memprediksi fenomena baru yang nantinya dapat kita uji. Alam semesta memiliki sifat yang sama di segala arah karena muncul dari sebidang ruang yang dulunya dimiliki oleh satu kawasan, membentang hingga ukuran yang sangat besar oleh inflasi. Terdapat keseimbangan antara kepadatan energi dan kelengkungan spasial karena sifat-sifat ini ditentukan oleh dinamika inflasi, yang memaksanya untuk seimbang. Dan tidak ada relik berenergi tinggi yang tersisa karena alam semesta tidak pernah mencapai suhu tinggi yang sewenang-wenang - mereka dibatasi oleh skala energi inflasi.
Jika inflasi adalah medan kuantum, ia harus tunduk pada fluktuasi kuantum. Dan itu adalah bidang yang tak terelakkan, mengingat di alam semesta (mungkin) semuanya pada dasarnya adalah kuantum. Fluktuasi energi menciptakan wilayah dengan kepadatan yang meningkat tempat galaksi dibuat, serta wilayah dengan kepadatan lebih rendah, yang berubah menjadi ruang kosong kosmik . Inflasi dapat diartikan sebagai bola yang menggelinding dari puncak bukit yang sangat datar ke bawah. Dari fluktuasi kuantum mengikuti keberadaan "kantong" alam semesta inflasi, di mana inflasi berakhir lebih awal daripada di tempat lain. Dan juga harus ada tempat-tempat di mana inflasi belum berakhir hari ini.
Atas: Inflasi berakhir saat bola menggelinding ke bawah.
: , .
: (, , ) , (, ) – , .
Ketika inflasi berakhir, ada Big Bang yang panas dan kesempatan baru untuk alam semesta seperti kita. Tidak masalah di mana atau kapan itu terjadi, dan tidak masalah jika inflasi terus berlanjut di daerah sekitarnya. Kita tidak tahu banyak tentang banyak dari alam semesta ini, bahkan secara teori. Tetapi jika teori inflasi benar, dan hukum fisika terus bekerja selama inflasi, maka keberadaan alam semesta ini tidak dapat dihindari. Dari sinilah ide multiverse berasal - dari sudut pandang fisik murni, tanpa referensi ke filsafat, interpretasi mekanika kuantum, atau alam semesta seperti sebelum inflasi.
Di sinilah gagasan tentang alam semesta muncul dari ketiadaan. Jika yang kami maksud dengan "tidak ada" adalah ruang kosong yang muncul selama inflasi, maka itu akan memunculkan tidak hanya alam semesta seperti kita, tetapi juga sejumlah besar (dan mungkin tak terbatas) alam semesta independen lainnya. Masing-masing akan diisi dengan partikel, antipartikel, radiasi, dan bentuk energi lain yang diizinkan.
Tetapi, terlepas dari semua cerita yang luar biasa ini, Anda mungkin masih khawatir tentang pertanyaan - dari mana datangnya energi untuk semua ini?
, , . , , . , , , . .
Ini adalah titik di mana proses-proses tersebut mulai bertentangan dengan intuisi kita. Anda, tentu saja, pernah mendengar tentang hukum kekekalan energi - bahwa energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan, dan hanya dapat berpindah dari satu bentuk ke bentuk lainnya. Ini adalah kasus untuk setiap peristiwa di Alam Semesta - baik sebelum interaksi, transformasi, atau fenomena fisik apa pun yang terjadi di tempat tertentu pada saat tertentu dalam waktu. Peristiwa seperti itu bisa berupa tabrakan dua partikel, hantaman cahaya di permukaan, pertemuan dua pengamat di satu tempat. Sejauh yang kami ketahui, dalam semua peristiwa yang pernah terjadi di alam semesta, energi telah dilestarikan.
Tetapi di seluruh Alam Semesta secara keseluruhan, dan di semua ruang-waktu, energi tidak selalu dilestarikan atau bahkan ditentukan dengan tepat. Energi dapat didefinisikan dengan jelas dalam ruang-waktu statis - tidak berubah dari satu momen ke momen lain. Contoh ruang seperti itu adalah di sekitar lubang hitam. Sifat-sifatnya tidak berubah sampai lubang hitam mengubah massanya. Namun, alam semesta yang mengembang atau menyusut berubah seiring waktu. Dengan pertumbuhan ruang, energi berbagai komponen berubah dengan cara yang berbeda-beda, mengikuti penentuan kuantitatif.
Jika kepadatan materi dan energi di alam semesta yang mengembang berkurang karena peningkatan volumenya, energi gelap adalah bentuk energi yang melekat di ruang itu sendiri. Di alam semesta yang mengembang, ruang baru tercipta, sementara kepadatan energi gelap tetap konstan.
Baik materi normal maupun materi gelap terdiri dari partikel - mereka memiliki massa tertentu, menempati volume tertentu. Dengan perluasan Alam Semesta, jumlah partikel tidak berubah, tetapi volumenya meningkat, tetapi energi total tetap konstan.
Radiasi berperilaku berbeda. Energi gelombang cahaya ditentukan oleh panjangnya. Semakin pendek panjangnya, semakin tinggi energinya, begitu pula sebaliknya. Dengan perluasan Alam Semesta, jumlah kuantum radiasi tidak berubah, tetapi panjang gelombangnya direntangkan, sehingga setiap kuantum kehilangan energinya. Dengan berlalunya waktu dan peningkatan volume, energi total berkurang.
Energi gelap juga berperilaku dengan caranya sendiri. Ini adalah energi yang melekat pada struktur ruang. Nilainya saat ini sangat kecil, tetapi selama inflasi nilainya sangat besar. Dengan perluasan ruang, kerapatan energi tidak berubah, tetapi volumenya meningkat. Energi total alam semesta meningkat seiring waktu, karena dianggap sebagai kepadatan energi dikalikan volume.
Kami terbiasa memiliki tekanan positif di dalam objek yang berbeda. Energi gelap dalam hal ini berlawanan dengan intuisi, karena tekanannya negatif, tetapi pada saat yang sama membuat struktur ruang mengembang.
Banyak orang tidak menyukai ini, tetapi kenyataannya, di alam semesta, ruang yang mengembang atau menyusut dengan waktu, energinya tidak terkonservasi, dan bahkan tidak ditentukan secara akurat. Anda dapat membuatnya bertahan dengan mendalilkan definisi energi global, di mana Anda mengisolasi bagian dari alam semesta dan mengharuskan energi itu dikonservasi dalam batas-batasnya. Ini hanya dapat dilakukan dengan memperkenalkan definisi lain - pekerjaan yang dilakukan melewati batas yang Anda gambar saat Semesta mengembang. Radiasi melakukan pekerjaan positif dengan kehilangan energi. Energi gelap (energi inflasi) melakukan pekerjaan negatif, meningkatkan energi secara keseluruhan.
Terlepas dari semua daya tariknya, pendekatan ini tidak dapat disebut dapat diandalkan. Kita dapat memilihnya dengan keputusan kemauan, hanya untuk memuaskan gagasan kita tentang perlunya menghemat energi. Namun nyatanya, hukum kekekalan hanya berlaku di tempat tertentu di ruang angkasa, bukan di seluruh alam semesta yang mengembang. Anda mungkin pernah mendengar ungkapan ini: tidak ada makan siang gratis. Ini mungkin tidak terjadi di Bumi, tetapi ini tidak berlaku untuk Alam Semesta yang mengembang. Jika gagasan tentang inflasi dan multiverse benar, maka mungkin seluruh alam semesta adalah makan siang gratis yang sangat besar. Di masa-masa sulit kita, seseorang dapat bersyukur setidaknya untuk fakta ini.