13,8 miliardi di anni fa, l'universo iniziò con un caldo Big Bang. Da allora si è espanso e raffreddato, fino ai giorni nostri. Dal nostro punto di vista possiamo osservare l'Universo entro un raggio di 46 miliardi di anni, grazie alla limitazione della velocità della luce e all'espansione dell'Universo. E sebbene questa distanza sia enorme, è finita. Ma questa è solo la parte che vediamo. Cosa c'è oltre, ed è possibile che ci sia l'infinito?
Adam Stevens vuole sapere:
Cosa ne pensi dell'infinito dell'universo? Molti cosmologi mi hanno detto che l'infinità dell'universo non è stata dimostrata. Come può essere dimostrato empiricamente?
In primo luogo, possiamo imparare più di ciò che vediamo entro 46 miliardi di anni luce.
Più guardiamo in qualsiasi direzione, più guardiamo nelle profondità del tempo. La galassia più vicina, situata a 2,5 milioni di anni luce da noi, ci è visibile com'era 2,5 milioni di anni fa, poiché la luce viaggia da lì ai nostri occhi dal momento in cui viene emessa. Galassie più lontane sono visibili a noi come lo erano decine di milioni, centinaia di milioni o addirittura miliardi di anni fa. Guardando ancora oltre, abbiamo visto la luce dell'universo sin dai suoi giorni più giovani. Quindi, se guardiamo la luce emessa 13,8 miliardi di anni fa, una reliquia del Big Bang, vediamo la radiazione della reliquia.
Il modello di fluttuazione è estremamente confuso, con temperature medie diverse a scale angolari diverse. Crittografa anche un'enorme quantità di informazioni sull'Universo, incluso un fatto sorprendente: la curvatura dello spazio, per quanto possiamo giudicare, è assente, cioè è piatta. Se lo spazio avesse una curvatura positiva, come se vivessimo sulla superficie di una sfera quadridimensionale, vedremmo la convergenza di raggi di luce lontani. Se avesse una curvatura negativa, come sulla superficie di una sella quadridimensionale, vedremmo divergere raggi di luce lontani. Invece, i raggi di luce si muovono come hanno fatto e le fluttuazioni ci parlano di un piano ideale.
Da una serie di dati sulla radiazione relitta e sulle strutture su larga scala dell'Universo (accessibili attraverso lo studio delle oscillazioni acustiche barioniche), possiamo concludere che se l'Universo è finito e chiuso su se stesso, deve essere almeno 250 volte più grande di quello che possiamo vedere. Poiché viviamo in tre dimensioni, un aumento del raggio 250 volte significa un aumento del volume 250 ^ 3 volte, o 15 milioni di volte più spazio. Ma questo non è ancora un volume infinito. La stima minima per la dimensione dell'universo è di 11 trilioni di anni luce in tutte le direzioni, che è una quantità enorme, ma ancora non infinita.
C'è motivo di credere che sia ancora più grande. Un caldo Big Bang può segnare l'inizio dell'universo osservabile, ma non la nascita dello spazio e del tempo. Prima del Big Bang, l'universo stava attraversando un periodo di inflazione cosmica. Invece di essere pieno di materia e radiazioni ed essere caldo, l'universo era:
Video promozionale:
• era pieno di energia inerente allo spazio stesso, • espanso a un ritmo esponenziale, • ha creato nuovo spazio così rapidamente che la dimensione fisica più piccola, la lunghezza di Planck, si è estesa alla dimensione dell'Universo osservato oggi ogni 10 ^ -32 s.
Nella nostra regione dell'Universo, l'inflazione è davvero finita. Ma ci sono diverse domande, le cui risposte sono a noi sconosciute, che hanno un enorme impatto sulle dimensioni dell'universo e sulla sua finitezza o infinità.
1) Quali erano le dimensioni della sezione dell'Universo dopo l'inflazione che ha dato origine al nostro caldo Big Bang? Osservando l'universo di oggi e l'omogeneità del bagliore residuo del Big Bang, la vicinanza dell'Universo a un piano, le fluttuazioni che si estendono attraverso l'Universo a tutte le scale, ecc., Ecc., Possiamo imparare molto. Possiamo calcolare il limite superiore della scala energetica su cui si è verificata l'inflazione, di quanto l'inflazione ha aumentato l'universo, il limite inferiore della durata dell'inflazione. Ma quella sacca dell'Universo in espansione, da cui ha avuto origine la nostra parte, potrebbe superare di molto il limite inferiore! Può essere centinaia, milioni, googols volte più grande di quello che possiamo osservare o essere veramente infinito. Senza la capacità di osservare più di quanto abbiamo a disposizione ora, non avremo abbastanza informazioni per rispondere a questa domanda.
2) L'idea di "inflazione eterna" è corretta? Se consideri la possibilità che l'inflazione sia un campo quantistico, allora in qualsiasi momento di espansione esponenziale, c'è la possibilità che l'inflazione finisca, portando al Big Bang, e la probabilità che l'inflazione continui, creando più spazio. Tali calcoli sono a nostra disposizione (nel quadro di determinate ipotesi) e portano alla conclusione: se abbiamo bisogno di un'inflazione sufficiente prima della creazione dell'universo osservabile, l'inflazione creerà sempre ancora più spazio che continuerà ad espandersi, a differenza delle sezioni in cui finisce e ci sarà un Big Bang. E sebbene il nostro Universo osservabile possa essere apparso dopo la fine dell'inflazione nella nostra regione 13,8 miliardi di anni fa, ci sono regioni in cui l'inflazione continua e crea sempre più spazio,e genera sempre più Big Bang - fino ad oggi. Questa idea è nota come inflazione eterna ed è generalmente accettata nella comunità fisica. Allora, quanto è grande l'intero universo inosservabile oggi?
3) Quanto tempo è durata l'inflazione prima che finisse e si verificasse il Big Bang? Abbiamo accesso solo all'Universo creato dalla fine dell'inflazione e dal nostro caldo Big Bang. Sappiamo che l'inflazione avrebbe dovuto continuare per almeno 10 ^ -32 s, ma molto probabilmente è andata avanti più a lungo. Ma quanto? Secondi? Anni? Miliardi di anni? Infinitamente? L'universo è sempre stato soggetto a inflazione? L'inflazione è iniziata? Deriva da uno stato precedente che è durato per sempre? O forse lo spazio e il tempo sono emersi dal nulla poco tempo fa? Ci sono molte possibilità, ma al momento non è possibile verificare la risposta.
Sulla base delle nostre migliori osservazioni, sappiamo che l'universo è molto più grande della parte osservabile. Sospettiamo che ancor più dell'Universo si diffonda oltre questi limiti, lo stesso del nostro, con le stesse leggi della fisica, tipi di strutture (stelle, galassie, ammassi, filamenti, vuoti, ecc.) E con le stesse possibilità di un complesso una vita. La bolla in cui l'inflazione è finita deve essere finita e lo spazio-tempo più grande e in espansione deve contenere un numero esponenzialmente enorme di tali bolle. Ma, anche se l'intero universo, o il multiverso, è così incredibilmente enorme, potrebbe non essere infinito. Infatti, se l'inflazione non è durata indefinitamente, l'universo deve essere finito.
Ma il problema più grande è che abbiamo accesso solo alle informazioni contenute nella parte osservabile dell'Universo, in questi 46 miliardi di anni luce in tutte le direzioni. La risposta alla domanda più grande - se l'universo è finito o infinito - può essere codificata nell'universo, ma non possiamo accedere a una parte abbastanza grande da saperlo. Fino a quando non risolveremo questo problema o non troveremo un modo intelligente per espandere le possibilità della fisica, tutto questo sarà nel regno delle possibilità.
