Spørsmålene er like store som universet og (nesten) så gamle som tiden: Hvor kom jeg fra, og hvorfor er jeg her? Det kan høres ut som en spørsmål til en filosof, men hvis du ønsker et mer vitenskapelig svar, kan du prøve å spørre en kosmolog.
Relatert innhold
- Sjeldent kvartett av kvasarer funnet i det tidlige universet
Denne grenen av fysikk jobber hardt med å prøve å avkode virkelighetens natur ved å matche matematiske teorier med en mengde bevis. I dag tror de fleste kosmologer at universet ble skapt under big bang for rundt 13, 8 milliarder år siden, og det ekspanderer i stadig større grad. Kosmos er vevd inn i et stoff vi kaller rom-tid, som er brodert med et kosmisk nett av strålende galakser og usynlig mørk materie.
Det høres litt rart ut, men bunker med bilder, eksperimentelle data og modeller samlet over flere tiår kan sikkerhetskopiere denne beskrivelsen. Når ny informasjon blir lagt til bildet, vurderer kosmologene enda villere måter å beskrive universet på - inkludert noen utlandsforslag som likevel er forankret i solid vitenskap:
Vil denne samlingen av lasere og speil bevise at universet er et 2D-hologram? (Fermilab) Universet er et hologram
Se på et standardhologram, trykt på en 2D-overflate, så ser du en 3D-projeksjon av bildet. Reduser størrelsen på de individuelle prikkene som utgjør bildet, og hologrammet blir skarpere. På 1990-tallet innså fysikere at noe slikt kunne skje med universet vårt.
Klassisk fysikk beskriver romtidens stoff som en fire-dimensjonal struktur, med tre dimensjoner av rom og en av tid. Einsteins teori om generell relativitet sier at dette stoffet på sitt mest grunnleggende nivå skal være glatt og kontinuerlig. Men det var før kvantemekanikken hoppet inn på scenen. Mens relativitet er stor når det gjelder å beskrive universet på synlige skalaer, forteller kvantefysikk oss alt om hvordan ting fungerer på nivået av atomer og subatomære partikler. I følge kvanteteorier, skal du undersøke stoffet i romtid nær nok, bør det være laget av små små informasjonskorn, hver hundre milliarder milliarder ganger mindre enn en proton.
Stanford-fysikeren Leonard Susskind og nobelprisvinneren Gerard 't Hooft har hver presentert beregninger som viser hva som skjer når du prøver å kombinere kvante- og relativistiske beskrivelser av rom-tid. De fant ut at, matematisk sett, skulle stoffet være en 2D-overflate, og kornene skulle fungere som prikkene i et enormt kosmisk bilde, og definere “oppløsningen” i vårt 3D-univers. Kvantemekanikk forteller oss også at disse kornene bør oppleve tilfeldige røyser som av og til kan være uskarpe projeksjonen og dermed være påviselige. Forrige måned begynte fysikere ved det amerikanske energidepartementets Fermi National Accelerator Laboratory å samle inn data med et svært følsomt arrangement av lasere og speil kalt Holometer. Dette instrumentet er fininnstilt for å plukke opp en liten bevegelse i romtid og avsløre om det faktisk er kornete i minste skala. Eksperimentet bør samle inn data i minst et år, slik at vi kanskje vet snart nok om vi lever i et hologram.
Universet er en datasimulering
Akkurat som handlingen i Matrix, kan du leve i et svært avansert dataprogram og ikke engang vite det. Noen versjoner av denne tankegangen har blitt diskutert siden lenge før Keanu ytret sin første “whoa”. Platon lurte på om verden slik vi oppfatter den er en illusjon, og moderne matematikere sliter med grunnen til at matematikk er universell - hvorfor er det uansett når eller hvor du ser, 2 + 2 må alltid være like 4? Kanskje fordi det er en grunnleggende del av måten universet ble kodet på.
I 2012 sa fysikere ved University of Washington i Seattle at hvis vi lever i en digital simulering, kan det være en måte å finne ut av. Standard datamaskinmodeller er basert på et 3D-rutenett, og noen ganger genererer selve nettet spesifikke avvik i dataene. Hvis universet er et stort rutenett, kan bevegelser og fordelinger av høyenergipartikler som kalles kosmiske stråler, avsløre lignende anomalier - en svikt i matrisen - og gi oss en titt på nettets struktur. En artikkel fra 2013 av MIT-ingeniøren Seth Lloyd bygger saken for et spennende spinn på konseptet: Hvis romtid er laget av kvantebiter, må universet være en gigantisk kvantedatamaskin. Begge forestillinger reiser selvfølgelig en urolig klage: Hvis universet er et dataprogram, hvem eller hva skrev koden?
Et aktivt supermassivt svart hull i kjernen av Centaurus A-galaksen sprenger strålingstråler ut i verdensrommet. (ESO / WFI (synlig); MPIfR / ESO / APEX / A.Weiss et al. (Mikrobølgeovn); NASA / CXC / CfA / R.Kraft et al. (Røntgen)) Universet er et svart hull
Enhver "Astronomy 101" -bok vil fortelle deg at universet brast ut under det store smellet. Men hva eksisterte før det punktet, og hva utløste eksplosjonen? Et papir fra 2010 av Nikodem Poplawski, den gang ved Indiana University, gjorde saken gjeldende for at universet vårt var smidd inne i et virkelig stort svart hull.
Mens Stephen Hawking fortsetter å ombestemme seg, er den populære definisjonen av et svart hull et område i rom-tid så tett at forbi et visst punkt intet kan unnslippe gravitasjonstrekket. Svarte hull blir født når tette pakker med materie kollapser på seg selv, for eksempel under dødsfallet til spesielt heftige stjerner. Noen versjoner av likningene som beskriver sorte hull fortsetter med å si at den komprimerte materien ikke fullstendig kollapser til et punkt - eller singularitet - men i stedet spretter tilbake, spruter ut varm, kryptert materie.
Poplawski knuste tallene og fant at observasjoner av universets form og sammensetning stemmer overens med det matematiske bildet av et svart hull som ble født. Den første kollapsen ville være like stor smell, og alt i og rundt oss ville være laget av de avkjølte, omorganiserte komponentene i den eggerøre saken. Enda bedre antyder teorien at alle de sorte hullene i universet vårt selv kan være portene til alternative realiteter. Så hvordan tester vi det? Denne modellen er basert på sorte hull som snurrer, fordi den rotasjonen er en del av det som forhindrer at originalstoffet faller fullstendig sammen. Poplawski sier at vi burde være i stand til å se et ekko av spinnet som er arvet fra vårt "foreldre" sorte hull i undersøkelser av galakser, med store klynger som beveger seg i en liten, men potensielt påvisbar, foretrukket retning.
Universet er en boble i et hav av universer
Et annet kosmisk puslespill dukker opp når du vurderer hva som skjedde i de første bunnene på et sekund etter big bang. Kart over relikvellys som sendes ut like etter at universet ble født, forteller oss at babyens romtid vokste eksponentielt med et øyeblikk før han slo seg ned i en mer sedat ekspansjonshastighet. Denne prosessen, kalt inflasjon, er ganske populær blant kosmologer, og den fikk et ytterligere løft i år med det potensielle (men fortsatt ubekreftede) oppdagelsen av krusninger i romtid som kalles gravitasjonsbølger, som ville vært produkter fra den raske vekstspurt.
Hvis inflasjonen blir bekreftet, vil noen teoretikere hevde at vi må leve i et skummende hav av flere universer. Noen av de tidligste inflasjonsmodellene sier at romtid inneholdt det som er kjent som et falskt vakuum, et høyt energifelt blottet for materie og stråling som iboende er ustabilt. For å oppnå en stabil tilstand begynte vakuumet å boble som en gryte med kokende vann. Med hver boble ble et nytt univers født, noe som ga opphav til en endeløs multivers.
Problemet med å teste denne ideen er at kosmos er latterlig enormt - det observerbare universet strekker seg i omtrent 46 milliarder lysår i alle retninger - og til og med våre beste teleskoper kan ikke håpe å kikke seg på overflaten av en så stor boble. Et alternativ er da å lete etter alle bevis på at bobleuniverset vårt kolliderer med et annet. I dag viser våre beste kart over big bangs relikvivalis et uvanlig kaldt sted på himmelen som kan være et "blåmerke" fra å støte på en kosmisk nabo. Eller det kan være en statistisk fluke. Så et team av forskere ledet av Carroll Wainwright ved University of California, Santa Cruz, har kjørt datamodeller for å finne ut hvilke andre spor som en sprudlende kollisjon vil etterlate i big bangs ekko.
