Spørgsmålene er lige så store som universet og (næsten) så gamle som tiden: Hvor kom jeg fra, og hvorfor er jeg her? Det kan lyde som en forespørgsel til en filosof, men hvis du beder om et mere videnskabeligt svar, kan du prøve at spørge en kosmolog.
Relateret indhold
- Sjælden kvartet af kvasarer fundet i det tidlige univers
Denne fysikgren arbejder hårdt på at afkode virkelighedens natur ved at matche matematiske teorier med et væld af beviser. I dag tror de fleste kosmologer, at universet blev skabt under big bang for omkring 13, 8 milliarder år siden, og det udvides i stadig stigende takt. Kosmos er vævet i et stof, vi kalder rumtid, som er broderet med en kosmisk bane af strålende galakser og usynlig mørk stof.
Det lyder lidt mærkeligt, men bunker med billeder, eksperimentelle data og modeller udarbejdet gennem årtier kan sikkerhedskopiere denne beskrivelse. Og når nye oplysninger tilføjes billedet, overvejer kosmologerne endnu vildere måder at beskrive universet på - herunder nogle outlandske forslag, der alligevel er forankret i solid videnskab:
Vil denne samling af lasere og spejle bevise, at universet er et 2D-hologram? (Fermilab) Universet er et hologram
Se på et standardhologram, der er trykt på en 2D-overflade, så ser du en 3D-projektion af billedet. Reducer størrelsen på de individuelle prikker, der udgør billedet, og hologrammet bliver skarpere. I 1990'erne indså fysikere, at noget lignende kunne ske med vores univers.
Klassisk fysik beskriver rumtidens stof som en fire-dimensionel struktur med tre dimensioner af rum og en af tid. Einsteins teori om generel relativitet fortæller, at dette stof på sit mest basale niveau skal være glat og kontinuerligt. Men det var før kvantemekanikken sprang ud på scenen. Mens relativitet er fantastisk til at beskrive universet på synlige skalaer, fortæller kvantefysikken alt om den måde ting fungerer på niveauet for atomer og subatomære partikler. I henhold til kvante teorier, hvis man undersøger strukturen i rumtid tæt nok, skal den være lavet af små små informationskorn, som hver er hundrede milliarder milliarder gange mindre end en proton.
Stanford-fysiker Leonard Susskind og Nobelprisvinderen Gerard 't Hooft har hver præsenteret beregninger, der viser, hvad der sker, når du prøver at kombinere kvante- og relativistiske beskrivelser af rum-tid. De fandt ud, at stoffet matematisk set skulle være en 2D-overflade, og kornene skulle fungere som prikkerne i et enormt kosmisk billede og definere “opløsningen” i vores 3D-univers. Kvantemekanik fortæller os også, at disse kerner skal opleve tilfældige jitters, der lejlighedsvis kan sløre projektionen og dermed være påviselige. Sidste måned begyndte fysikere ved det amerikanske energiministerium Fermi National Accelerator Laboratory at indsamle data med et meget følsomt arrangement af lasere og spejle kaldet Holometer. Dette instrument er fint indstillet til at samle små bevægelser i rummet og afsløre, om det faktisk er kornet i mindste skala. Eksperimentet skulle indsamle data i mindst et år, så vi ved muligvis hurtigt nok, hvis vi lever i et hologram.
Universet er en computersimulering
Ligesom plot af Matrix, lever du muligvis i et meget avanceret computerprogram og ved ikke engang det. Nogle versioner af denne tankegang er blevet drøftet, længe før Keanu ytrede sin første ”whoa”. Platon spekulerede på, om verden, som vi opfatter den, er en illusion, og moderne matematikere kæmper med grunden til, at matematik er universel - hvorfor er det, uanset hvornår eller hvor du ser, 2 + 2 altid skal være 4? Måske fordi det er en grundlæggende del af den måde, universet blev kodet på.
I 2012 sagde fysikere ved University of Washington i Seattle, at hvis vi lever i en digital simulering, kan der være en måde at finde ud af. Standard computermodeller er baseret på et 3D-gitter, og undertiden genererer selve gitteret specifikke afvigelser i dataene. Hvis universet er et stort gitter, kan bevægelser og fordelinger af højenergipartikler kaldet kosmiske stråler muligvis afsløre lignende anomalier - en fejl i matrixen - og give os et kig på gitterets struktur. Et papir fra 2013 af MIT-ingeniøren Seth Lloyd bygger sagen til en spændende drejning om konceptet: Hvis rumtid er lavet af kvantebits, skal universet være en kæmpe kvantecomputer. Begge forestillinger rejser naturligvis en urolig klage: Hvis universet er et computerprogram, hvem eller hvad skrev koden?
Et aktivt, supermassivt sort hul ved kernen af Centaurus A-galaksen sprænger strålestråler ud i rummet. (ESO / WFI (synlig); MPIfR / ESO / APEX / A.Weiss et al. (Mikrobølgeovn); NASA / CXC / CfA / R.Kraft et al. (Røntgen)) Universet er et sort hul
Enhver "Astronomy 101" -bog vil fortælle dig, at universet brast ud under big bang. Men hvad eksisterede før dette punkt, og hvad udløste eksplosionen? Et papir fra 2010 af Nikodem Poplawski, dengang ved Indiana University, gjorde sagen om, at vores univers blev smedet inde i et rigtig stort sort hul.
Mens Stephen Hawking fortsætter med at skifte mening, er den populære definition af et sort hul et område i rumtid så tæt, at intet forbi et bestemt punkt kan intet undslippe dens tyngdekrafttrækning. Sorte huller fødes, når tætte pakker med materie kollapser på sig selv, som f.eks. Under dødsfaldet fra især heftige stjerner. Nogle versioner af ligningerne, der beskriver sorte huller, fortæller fortsat, at den komprimerede substans ikke fuldstændigt kollapser til et punkt - eller singularitet - men i stedet springer tilbage og sprøjter varm, krypteret stof ud.
Poplawski knuste tallene og fandt, at observationer af universets form og sammensætning stemmer overens med det matematiske billede af et sort hul, der blev født. Den indledende sammenbrud ville svare til big bang, og alt i og omkring os ville være lavet af de afkølede, omarrangerede komponenter i det rørformede stof. Endnu bedre antyder teorien, at alle de sorte huller i vores univers selv kan være portene til alternative realiteter. Så hvordan tester vi det? Denne model er baseret på sorte huller, der roterer, fordi denne rotation er en del af, hvad der forhindrer, at det originale stof falder sammen. Poplawski siger, at vi burde være i stand til at se et ekko af den spin, der er arvet fra vores "forældre", sorte hul i undersøgelser af galakser, med store klynger, der bevæger sig i en let, men potentielt påviselig, foretrukket retning.
Universet er en boble i et hav af universer
Et andet kosmisk puslespil kommer op, når du overvejer, hvad der skete i de første bølger på et sekund efter big bang. Kort over relikvolslys, der blev udsendt kort efter, at universet blev født, fortæller os, at baby-rum-tid voksede eksponentielt med et øjeblik, før de slog sig ned i en mere sedat ekspansionshastighed. Denne proces, kaldet inflation, er temmelig populær blandt kosmologer, og den fik en yderligere boost i år med den potentielle (men stadig ubekræftede) opdagelse af krusninger i rummet kaldet gravitationsbølger, hvilket ville have været produkter fra den hurtige vækstspurt.
Hvis inflationen bekræftes, vil nogle teoretikere hævde, at vi skal leve i et skummende hav af flere universer. Nogle af de tidligste modeller for inflation siger, at rumtid inden big bang indeholdt det, der er kendt som et falskt vakuum, et felt med høj energi blottet for stof og stråling, som i sig selv er ustabil. For at nå en stabil tilstand begyndte vakuumet at boble som en gryde med kogende vand. Med hver boble blev et nyt univers født, hvilket gav anledning til en uendelig multivers.
Problemet med at teste denne idé er, at kosmos er latterligt enormt - det observerbare univers strækker sig i cirka 46 milliarder lysår i alle retninger - og endda vores bedste teleskoper kan ikke håbe at kigge på overfladen af en stor boble. En mulighed er derfor at kigge efter ethvert bevis på, at vores bobleunivers kolliderer med en anden. I dag viser vores bedste kort over big bangs relikviale lys et usædvanligt koldt sted på himlen, der kunne være et ”blå mærke” fra at støde på en kosmisk nabo. Eller det kan være en statistisk fluke. Så et team af forskere ledet af Carroll Wainwright ved University of California, Santa Cruz, har kørt computermodeller for at finde ud af, hvilke andre slags spor en sprudlende kollision ville efterlade i big bang's ekko.
