השאלות גדולות כמו היקום ו (כמעט) כמו פעם: מאיפה הגעתי, ולמה אני כאן? זה אולי נשמע כמו שאילתה לפילוסוף, אבל אם אתה משתוקק לתגובה מדעית יותר, נסה לשאול קוסמולוג.
תוכן קשור
- רביעיית קוואזרים נדירה שנמצאה ביקום הקדום
ענף הפיזיקה הזה קשה בעבודה ומנסה לפענח את אופי המציאות על ידי התאמת תיאוריות מתמטיות לשפע ראיות. כיום רוב הקוסמולוגים חושבים שהיקום נוצר במהלך המפץ הגדול לפני כ -13.8 מיליארד שנה, והוא מתרחב בקצב הולך וגובר. הקוסמוס שזור למארג אותו אנו מכנים חלל-זמן, שרקומה ברשת קוסמית של גלקסיות מבריקות וחומר אפל בלתי נראה.
זה נשמע מעט מוזר, אבל ערימות של תמונות, נתונים ניסיוניים ודגמים שנערכו במשך עשרות שנים יכולים לגבות את התיאור הזה. וככל שמתווספים מידע חדש לתמונה, הקוסמולוגים שוקלים דרכים פראיות אפילו יותר לתאר את היקום - כולל כמה הצעות מחוץ למדינות אשר בכל זאת מושרשות במדע מוצק:
האם אוסף הלייזרים והמראות הזה יוכיח שהיקום הוא הולוגרמה דו-ממדית? (פרמילאב) היקום הוא הולוגרמה
התבונן בהולוגרמה סטנדרטית, המודפסת על משטח דו-ממדי, ותראה הקרנה תלת-ממדית של התמונה. צמצם את גודל הנקודות הבודדות המרכיבות את התמונה, וההולוגרמה מתחדדת. בשנות התשעים, פיזיקאים הבינו שמשהו כזה יכול לקרות עם היקום שלנו.
הפיזיקה הקלאסית מתארת את מארג המרחב-זמן כמבנה ארבעה ממדי, עם שלושה ממדי מרחב ואחד של הזמן. תיאוריית היחסות הכללית של איינשטיין אומרת כי ברמה הבסיסית ביותר, המארג הזה צריך להיות חלק ורציף. אבל זה היה לפני שמכניקת הקוונטים זינקה למקום. בעוד שהיחסות נהדרת בתיאור היקום בסולמות נראים לעין, פיזיקת הקוונטים מספרת לכולנו על אופן הפעולה של הדברים ברמה של אטומים וחלקיקים תת-אטומיים. על פי תיאוריות קוונטיות, אם אתה בוחן את המרקם של זמן-חלל מספיק קרוב, עליו להיות עשוי מדגני מידע זעירים-זעירים, שכל אחד מהם קטן פי מאה מיליארד מיליארד פרוטון.
הפיזיקאי של סטנפורד, לאונרד סוסקינד וזוכה פרס נובל, ג'רארד הופט, הציגו כל אחד חישובים המראים מה קורה כשמנסים לשלב תיאורים קוונטיים ויחסיים של זמן-חלל. הם גילו כי מבחינה מתמטית הבד צריך להיות משטח דו-מימדי, והגרגרים צריכים לפעול כמו הנקודות בתמונה קוסמית עצומה, ולהגדיר את "הרזולוציה" של היקום התלת-ממדי שלנו. מכניקת הקוונטים גם אומרת לנו שדגנים אלה צריכים לחוות ריצודים אקראיים שעלולים לטשטש מדי פעם את ההקרנה ובכך ניתן לגלות. בחודש שעבר החלו פיזיקאים במעבדת המאיץ הלאומי של משרד האנרגיה בפרמיה האמריקנית לאסוף נתונים עם סידור רגיש מאוד של לייזרים ומראות המכונים Holometer. מכשיר זה מכוון דק כדי להרים תנועה זעירה בזמן-חלל ולחשוף האם הוא למעשה גרגרני בסדר גודל הקטן ביותר. על הניסוי לאסוף נתונים לפחות לשנה, כך שאולי נדע בקרוב אם אנו חיים בהולוגרמה.
היקום הוא הדמיית מחשב
בדיוק כמו העלילה של המטריקס, יתכן שאתה חי בתוכנת מחשב מתקדמת ביותר ואפילו לא יודע אותה. גרסה מסוימת של חשיבה זו התלבטה מאז הרבה לפני שקאנו השמיע את ה"וואה "הראשון שלו. אפלטון תהה אם העולם כפי שאנו תופסים אותו הוא אשליה, ומתמטיקאים מודרניים מתמודדים עם הסיבה שהמתמטיקה היא אוניברסלית - מדוע זה לא משנה מתי או איפה אתה מסתכל, 2 + 2 חייבים תמיד להיות 4? אולי בגלל שזה חלק מהותי מאופן קידוד היקום.
בשנת 2012 אמרו פיסיקאים מאוניברסיטת וושינגטון בסיאטל שאם אנו חיים בסימולציה דיגיטלית, יתכן שיש דרך לגלות זאת. דגמי מחשב רגילים מבוססים על רשת תלת מימדית, ולעיתים הרשת עצמה יוצרת חריגות ספציפיות בנתונים. אם היקום הוא רשת עצומה, התנועות וההפצות של חלקיקים בעלי אנרגיה גבוהה הנקראות קרניים קוסמיות עשויות לחשוף חריגות דומות - תקלה במטריקס - ולתת לנו מבט למבנה הרשת. מאמר משנת 2013 של מהנדס MIT סת לויד בונה את המקרה לסיבוב מסקרן על הרעיון: אם זמן-חלל עשוי מקטעי קוונטים, היקום חייב להיות מחשב קוונטי ענק אחד. כמובן ששתי התפיסות מעלות משברון מטריד: אם היקום הוא תוכנית מחשב, מי או מה כתב את הקוד?
חור שחור סופר-מסיבי פעיל בליבת הגלקסיה הקנטאורוס מפוצץ מטוסי קרינה לחלל. (ESO / WFI (גלוי); MPIfR / ESO / APEX / A.Wiss ואח '(מיקרוגל); NASA / CXC / CfA / R.Kraft ואח' (רנטגן)) היקום הוא חור שחור
כל ספר "אסטרונומיה 101" יגיד לך שהיקום התפרץ במהלך המפץ הגדול. אבל מה היה לפני אותה נקודה, ומה עורר את הפיצוץ? מאמר מאת 2010 של ניקודם פופלבסקי, אז באוניברסיטת אינדיאנה, טען כי היקום שלנו היה מזויף בתוך חור שחור גדול באמת.
בעוד סטיבן הוקינג ממשיך לשנות את דעתו, ההגדרה הפופולרית של חור שחור היא אזור של זמן-חלל כל כך צפוף, שמעבר לנקודה מסוימת, שום דבר לא יכול לחמוק ממשיכת הכבידה שלו. חורים שחורים נולדים כאשר חבילות צפופות של חומר מתמוטטות על עצמן, כמו בזמן מותם של כוכבים חסונים במיוחד. גרסאות מסוימות של המשוואות המתארות חורים שחורים ממשיכות ואומרות שהחומר הדחוס אינו מתמוטט לחלוטין לנקודה - או ייחודיות - אלא במקום זאת מקפץ לאחור, מפזר חומר חם מקושקש.
פופלבסקי כריס את המספרים וגילה שהתצפיות על צורת היקום והרכבו תואמות את התמונה המתמטית של חור שחור שנולד. הקריסה הראשונית הייתה שווה את המפץ הגדול, וכל מה שמסביבנו ייעשה מהמרכיבים המקוררים והמאורגנים של אותו חומר מקושקש. אפילו יותר טוב, התיאוריה מציעה כי כל החורים השחורים ביקום שלנו עשויים עצמם להיות השערים למציאויות חלופיות. אז איך נבדוק את זה? מודל זה מבוסס על חורים שחורים שמסתובבים, מכיוון שסיבוב זה הוא חלק ממה שמונע מהחומר המקורי להתמוטט במלואו. פופלבסקי אומר שעלינו להיות מסוגלים לראות הד לסיבוב שירש מהחור השחור ה"הורה "שלנו בסקרי גלקסיות, כאשר אשכולות עצומים נעים בכיוון עדיף, אך אפשרי שניתן לזהות אותו.
היקום הוא בועה באוקיאנוס של יקומים
חידה קוסמית נוספת עולה כשחושבים על מה שקרה בשקעים הראשונים של שנייה אחרי המפץ הגדול. מפות של אור שרידים שנפלטו זמן קצר לאחר שנולד היקום מספרות לנו שזמן המרחב של התינוקות גדל באופן אקספוננציאלי כהרף עין לפני שהסתפק בקצב התפשטות מרגיע יותר. תהליך זה, המכונה אינפלציה, די פופולרי בקרב הקוסמולוגים, והוא זכה להגדלה נוספת השנה עם הגילוי הפוטנציאלי (אך עדיין לא מאושר) של אדוות בזמן המרחב שנקרא גלי כבידה, שהיו אלה התוצרים של התפרצות הגידול המהיר.
אם תאושר האינפלציה, יש תיאורטיקנים שטוענים שעלינו לחיות בים מקציף של יקומים רבים. כמה מהמודלים המוקדמים ביותר של אינפלציה אומרים שלפני המפץ הגדול, החלל-זמן הכיל את מה שמכונה ואקום כוזב, שדה אנרגיה גבוהה נטול חומר וקרינה שאינו יציב מטבעו. כדי להגיע למצב יציב החל הוואקום לבעבע כמו סיר מים רותחים. עם כל בועה נולד יקום חדש, שהוליד ריבוי אינסופי.
הבעיה בבדיקת רעיון זה היא שהקוסמוס הוא עצום עד כדי גיחוך - היקום הנצפה נמתח כ 46 מיליארד שנות אור לכל הכיוונים - ואפילו מיטב הטלסקופים שלנו לא יכולים לקוות להציץ אל פני הבועה הגדולה כל כך. אפשרות אחת אם כן היא לחפש כל עדות לכך שיקום הבועה שלנו מתנגש באחר. כיום המפות הטובות ביותר שלנו עם אור השרידים של המפץ הגדול אכן מראות מקום קר יוצא דופן בשמיים שיכול להיות "חבורה" מלהיתקל בשכנה קוסמית. או שזה יכול להיות פלייק סטטיסטי. אז צוות חוקרים בראשותו של קרול וויינרייט מאוניברסיטת קליפורניה, סנטה קרוז, ניהל דגמי מחשב כדי להבין אילו סוגים אחרים של עקבות מבעבעים היו מותירים בהד המפץ הגדול.
