Jumat, 26 Juli 2013

Apa yang terjadi sebelum Big Bang?

Sebuah gambar HubbleSebuah gambar yang diambil oleh Hubble Space Telescope. Ini menunjukkan bintang di globular Bintang klaster NGC 6397, yang merupakan salah satu yang paling dekat dengan kita, sekitar 8.500 tahun cahaya dari Bumi. Gambar milik NASA.
Istilah Big Bang memiliki beberapa lapisan makna. Apa yang kebanyakan astronom berarti ketika mereka mengacu pada teori Big Bang alam semesta adalah gagasan bahwa alam semesta berkembang, seperti Edwin Hubble pertama kali ditemukan pada tahun 1920 - kluster galaksi jauh bergerak menjauh dari satu sama lain dengan kecepatan yang terus meningkat. Ini berarti bahwa dalam hal-hal masa lalu di alam semesta yang lebih dekat bersama-sama, alam semesta lebih dikompresi, panas dan padat, dan bahwa di masa depan akan menjadi lebih sedikit panas dan padat. [Bingung dengan gagasan tentang alam semesta berkembang? Lihat kotak di bawah untuk penjelasan Barrow.]
Namun dalam gambar ini ada segala macam pilihan. Salah satunya adalah bahwa ketika Anda kembali ke masa lalu, mengikuti Semesta untuk kali sebelumnya dan sebelumnya ketika itu lebih panas dan lebih padat, Anda mencapai beberapa waktu khusus ketika, jika Anda percaya persamaan Anda, kepadatan dan temperatur yang terbatas. Teori gravitasi Einstein memberi Anda cara menghitung ketika negara ini terbatas terjadi: hanya 13,7 miliar tahun yang lalu. Hal ini sangat mencolok, karena Anda dapat berjalan di sekitar tempat di Skandinavia dan Skotlandia dan mengambil batu yang berusia 3 miliar tahun. Kami percaya bahwa seluruh sistem matahari baru berusia sekitar 4,6 miliar tahun. Jadi kita tampaknya sangat dekat dengan apa yang tampaknya menjadi awal dari segalanya.



Dan ini adalah di mana para ilmuwan mulai khawatir. Sebuah prediksi sesuatu yang tak terbatas sering merupakan tanda bahwa teori yang Anda gunakan untuk membuat prediksi yang telah mencapai batas penerapannya. Sebagai contoh, bayangkan Anda adalah seorang aerodynamicist ingin memprediksi kecepatan aliran udara. Jika model Anda sangat sederhana, misalnya jika mengabaikan gesekan udara, maka mungkin memprediksi bahwa perubahan sesuatu jauh cepat dalam waktu yang terbatas. Tapi tidak aerodynamicist akan percaya bahwa ini adalah apa yang sebenarnya terjadi. Mereka akan mengambil prediksi bahwa sebagai indikasi bahwa Anda harus kembali ke titik awal dan membuat model Anda sedikit lebih baik, misalnya dengan memperkenalkan gesekan udara. Bila Anda kemudian memecahkan persamaan Anda akan menemukan bahwa hal-hal yang berubah sangat, sangat cepat, tapi tidak jauh dengan cepat.
Jadi apa kosmolog bekerja sangat tajam pada hari ini adalah kemungkinan perpanjangan teori gravitasi Einstein, salah satu yang meliputi teori kuantum, yang dapat memberikan gambaran yang lebih akurat dari awal jelas Semesta. Tidak ada yang setuju tentang bagaimana untuk melakukan hal ini: itu adalah tepat di tepi penelitian saat ini. Beberapa teori memprediksi bahwa alam semesta tidak memiliki awal sama sekali, tetapi jika Anda mengikutinya mundur dalam waktu, akhirnya memantul, hampir seperti bola, ke keadaan sebelumnya di mana ia tertular. Universe dapat berperilaku siklus - kontrak, meluas dan kontraktor lagi - atau mungkin itu memantul ke ekspansi hanya sekali dan akan terus berkembang selamanya. Kemungkinan lain adalah bahwa alam semesta dimulai dalam beberapa agak menarik keadaan stasioner, dan kemudian mulai berkembang karena efek dari fluktuasi kuantum. Dalam skenario itu, ekspansi memiliki awal, tetapi Universe itu sendiri tidak selalu memiliki satu.

The inflasi alam semestaAda juga kemungkinan jauh lebih eksotis yang telah terungkap dalam sepuluh tahun terakhir, dan mereka biasanya berhubungan dengan ide multiverse a. Universe kami mungkin salah satu dari banyak alam semesta yang mungkin. Atau, lebih khusus, kami bagian dari alam semesta mungkin berperilaku berbeda ke bagian lain dari alam semesta. Bayangkan sebuah Universe yang sedang berkembang dengan cara yang berbeda di tempat yang berbeda. Di beberapa tempat itu agak dingin, seperti bagian bahwa kita hidup di, tetapi di tempat lain mungkin jauh lebih panas. Di beberapa bagian mungkin runtuh, daripada berkembang. Jika alam semesta tak terbatas, tidak ada akhir untuk jumlah variasi mungkin.
Sebuah diagram inflasiInflasi memprediksi bahwa seluruh bagian dari alam semesta yang terlihat oleh kita saat ini (sekitar 3 × 1027 cm radius) telah berkembang dari sebuah wilayah yang dulunya cukup kecil untuk sinyal cahaya untuk perjalanan di atasnya (3 × 10-25 cm pada waktu 1.035 detik). Jika inflasi tidak terjadi, maka tingkat ekspansi terlalu lambat untuk hal ini terjadi. Bagian terlihat dari alam semesta kemudian akan diperluas dari wilayah yang terlalu besar untuk sinyal cahaya untuk menciptakan sifat serupa di berbagai bagian dari alam semesta yang terlihat saat ini, seperti yang diamati.
Jenis skenario telah muncul dari teori yang disebut alam semesta inflasi, yang menjelaskan cukup baik banyak properti yang kita amati terlihat bagian kita tentang alam semesta untuk memiliki. Teori ini mensyaratkan bahwa di masa lalu, masa lalu yang sangat, sangat jauh, ada periode singkat ketika ekspansi alam semesta dipercepat. Hal ini menghasilkan tingkat ekspansi yang sangat dekat dengan yang kita lihat sekarang ini, dan juga membuat prediksi yang agak pasti tentang fluktuasi kecil dan perbedaan densitas dan suhu kita harus amati sekarang, beberapa di antaranya berubah menjadi galaksi dan bintang-bintang. Kita dapat menguji teori ini menggunakan pengamatan satelit dan telah selamat semua tes yang telah kita tentukan itu sejauh ini: ada kesepakatan yang sangat baik antara observasi dan teori.Tapi ada perpanjangan untuk teori inflasi yang jauh lebih kontroversial. Ia mengatakan bahwa ledakan awal ekspansi dipercepat seharusnya mempengaruhi berbagai bagian alam semesta dengan cara yang berbeda. Jika kita bisa melihat cukup jauh ke alam semesta, kita akhirnya akan melihat daerah densitas yang berbeda, dengan struktur yang berbeda dengan apa yang kita lihat di lingkungan kita sendiri (dan lingkungan kami adalah sekitar 14 miliar tahun cahaya dalam ukuran), yang dihasilkan dari ekspansi dipercepat dari bagian kita dari awal alam semesta.
Gelembung multiverseAspek berikutnya dari teori inflasi, yang ditemukan oleh ahli kosmologi, adalah bahwa lonjakan awal ekspansi dapat menjadi mengabadikan diri dalam setiap bagian dari alam semesta. Jadi suatu daerah akan meningkat, dan di dalamnya akan ada sepotong kecil yang tiba-tiba lonjakan lagi. Hal ini seperti busa gelembung di mana setiap gelembung menciptakan lebih gelembung yang memperluas juga. Anda harus memikirkan setiap gelembung dalam busa sebagai agak seperti seluruh bagian terlihat kita tentang alam semesta kita saat ini. Jika kita bisa melihat di luar gelembung kita, kita akan melihat ke gelembung lain dalam busa di mana kondisi berbeda.
Sebuah multiverse gelembungGelembung multiverse menggembungkan.
Satu hal yang agak mengejutkan tentang ini pembuatan gelembung adalah bahwa seluruh proses tidak perlu memiliki awal atau akhir. Bahkan, persamaan yang menggambarkan hal itu memprediksi bahwa hal itu tidak memiliki akhir, dan hampir pasti tidak memiliki awal. Tetapi masing-masing gelembung individu, seperti yang kita hadapi, tidak memiliki awal, dan juga mungkin memiliki akhir. Tiba-tiba pertanyaan apakah alam semesta memiliki awal memiliki jawaban yang sedikit lebih rumit. Ini adalah sedikit seperti waktu hidup umat manusia: setiap individu memiliki waktu hidup tertentu yang terbatas, tetapi usia lomba secara keseluruhan jauh lebih besar. Jadi kemungkinan baru yang muncul adalah bahwa alam semesta dapat menjadi sangat berbeda jika kita melihat pada skala yang cukup besar, dan bahwa sejarahnya sangat rumit. Sebelum awal jelas kami bagian dari alam semesta, akan ada kuantum "foam" yang hilang gelembung kami, tapi punya banyak orang lain yang mungkin sangat berbeda dalam struktur.
Saya percaya bahwa alam semesta inflasi adalah teori yang berisi sebagian besar dari kebenaran, karena prediksi sesuai pengamatan kami sangat baik. Jadi kita memiliki keyakinan bahwa sedikit kita tentang alam semesta mengalami lonjakan ini dalam ekspansi.
Gelembung kami

Teori Alam Semesta gelembung memprediksi bahwa gelembung meningkat mungkin sangat berbeda satu sama lain, dan hanya ada beberapa gelembung yang kita mungkin bisa eksis masuk Sebagai contoh, mereka yang hanya berlangsung untuk kedua tidak baik: kita hanya bisa di agak berumur panjang gelembung, yang berlangsung selama setidaknya sepuluh miliar tahun sehingga akan benar-benar besar. Hal ini karena perlu ada waktu untuk bintang untuk membentuk, dan bintang untuk menyediakan unsur-unsur seperti karbon, nitrogen dan oksigen untuk memungkinkan suatu hal yang kompleks seperti kehidupan untuk berevolusi. Kami harus berada dalam gelembung besar, agak lama, dan dingin.


Ada masalah yang belum terpecahkan yang menarik, yang adalah untuk mencoba dan bekerja keluar kemungkinan bahwa Anda mendapatkan gelembung dengan karakteristik tertentu. Apa kemungkinan bahwa Anda mendapatkan besar, gelembung lama seperti yang Anda butuhkan untuk hidup? Apakah fantastis mustahil, itu benar-benar cukup mungkin, atau hanya di antara? Ini adalah salah satu dari masalah-masalah ini yang kita harapkan akan segera diselesaikan. Ini benar-benar masalah matematika untuk merumuskan probabilitas dalam situasi ini kosmologis.

Gelembung lainPertanyaan lain yang menarik adalah bagaimana kami bisa menguji apakah semua gelembung lain ada. Kita tidak dapat melihat mereka karena mereka berada di luar cakrawala terlihat alam semesta 14 miliar tahun cahaya jauhnya. Ini adalah pertanyaan filosofis, hampir seperti skenario fiksi ilmiah. Karena kita tidak bisa melihat gelembung lain, harus kita membiarkan mereka untuk menjadi bagian dari gambaran kita tentang alam semesta sama sekali? Pada 1930 ada perdebatan besar tentang apakah filsafat ilmu harus didasarkan pada verifikasi: Anda membuat prediksi dan kemudian Anda menguji dengan percobaan jika Anda dapat memverifikasi dan teori. Pendekatan ini segera pergi dari nikmat: jika teori Anda memprediksi bahwa semua apel hijau, dan Anda hanya menemukan apel hijau, maka ini tidak membuktikan bahwa teori Anda benar. Mungkin ada beberapa penjelasan lain, agak berbeda dari teori Anda, mengapa apel semua tampaknya menjadi hijau, atau Anda mungkin tidak mengalami apel merah belum. Filsuf seperti Karl Popper bukan terfokus pada pemalsuan. Anda memalsukan teori Anda, jika Anda menemukan apel merah, maka Anda pasti bisa aturan itu keluar, dan mungkin Anda dapat menyingkirkan banyak teori lain juga.
Kami tidak dapat memverifikasi keberadaan gelembung lain, tetapi masih dimungkinkan untuk memalsukan teori. Jika ada gelembung lain, maka mungkin ada fitur diamati tertentu, yang sama di setiap. Kemudian, jika Anda tidak melihat fitur ini dalam gelembung kita, teori akan dipalsukan. Jadi meskipun kita tidak dapat melihat gelembung lain, itu masih dibayangkan bahwa kita bisa menguji teori kita, karena mungkin mengatakan hal-hal tentang semua gelembung. Itu mungkin yang terbaik yang kita bisa berharap untuk.

About the author

John D. Barrow is a cosmologist working on the early history and large scale structure of the Universe at the University of Cambridge. He has also written a large number of popular science books and is Director of the Millennium Mathematics Project of which Plus is a part.

sumber