Wszechświat zaczął swoje kosmiczne życie od Wielkiego Wybuchu
prawie czternaście miliardów lat temu,
i odtąd nie przestaje się rozszerzać.
Ale w co takiego się rozciąga?
To złożona kwestia.
Oto dlaczego.
Równania Einsteina o ogólnej teorii względności
opisują przestrzeń i czas jako swego rodzaju
powiązany wewnętrznie materiał kosmosu.
To oznacza, że to, co wiemy o przestrzeni i czasie,
istnieje tylko jako część wszechświata, nie sięga poza niego.
Kiedy przedmioty rozszerzają się,
zajmują więcej przestrzeni.
Ale kiedy nie ma już przestrzeni, w której można się rozszerzać,
co to w ogóle znaczy rozszerzać?
Obserwacje astronomiczne Edwina Hubble'a z 1929 roku
dały nam ostateczną odpowiedź.
Jego badania nocnego nieba wykazały, że wszystkie dalekie galaktyki
oddalają się od Ziemi.
Co więcej, im dalej jest galaktyka, tym szybciej się oddala.
Jak mamy to rozumieć?
Wyobraźcie sobie bochenek chleba z rodzynkami rosnący w piecu.
Ciasto rośnie w takim samym stopniu
pomiędzy poszczególnymi rodzynkami.
Jeśli porównamy je do galaktyk,
a ciasto do przestrzeni między nimi,
możemy sobie wyobrazić, że rozszerzanie się
przestrzeni międzygalaktycznej oddali od siebie galaktyki,
a każda galaktyka bardziej oddali się od odległych sąsiadów
niż od pobliskich w tym samym czasie.
Równania ogólnej teorii względności przewidują wystąpienie kosmicznego
"przeciągania liny" między grawitacją a rozszerzaniem.
Jedynie w ciemnej pustce między galaktykami rozszerzanie wygrywa
i przestrzeń się rozciąga.
Oto nasza odpowiedź.
Wszechświat rozciąga się sam w siebie.
Kosmolodzy przesuwają granice matematycznych modeli,
spekulując, co (jeżeli w ogóle coś) znajduje się poza czasoprzestrzenią.
To nie są domniemania, ale hipotezy
dotyczące zawiłości teorii naukowej Wielkiego Wybuchu.
Według niej materia powinna być rozłożona równomiernie we wszechświecie,
niczym rzadki gaz,
ale wtedy skąd wzięły się galaktyki i gwiazdy?
Model inflacji kosmologicznej przedstawia krótki okres
niesamowicie gwałtownej ekspansji,
w której łączy się fluktuacje kwantowe energii we wczesnym wszechświecie
z powstaniem chmur gazów, które dały początek galaktykom.
Jeżeli przyjmiemy ten paradygmat, może to oznaczać, że nasz wszechświat
przedstawia jeden obszar większej kosmicznej rzeczywistości,
która doświadcza nieskończonej, wiecznej inflacji.
Nie wiemy nic o tej rzekomej rozciągliwej rzeczywistości,
oprócz matematycznych przewidywań, oznaczających, że ta wieczna inflacja
może być napędzana niestabilnym stanem energii kwantowej.
W wielu lokalnych regionach ta energia może jednak przypadkowo przejść
w stan stabilny, zatrzymując inflację i tworząc wszechświaty - bąble.
Każdy taki bąbel, a my jesteśmy jednym z nich,
byłby opisywany przez własną teorię Wielkiego Wybuchu i prawa fizyki.
Nasz wszechświat byłby częścią wielkiego multiwszechświata,
w którym niesamowite tempo wiecznej inflacji uniemożliwiłoby
spotkanie z sąsiednim wszechświatem.
Teoria Wielkiego Wybuchu zakłada, że we wczesnym, gorącym wszechświecie,
podstawowe siły mogły łączyć się w jedną super-siłę.
Matematyczna teoria strun przedstawia opis takiego zjednoczenia,
obok podstawowych struktur dla subatomowych kwarków i elektronów.
W tych modelach wibrujące struny są elementami budulcowymi wszechświata.
Rywalizujące modele strunowe zostały teraz ujednolicone w jeden opis,
sugerujący, że te struktury mogą współdziałać z ogromnymi,
wielowymiarowymi powierzchniami zwanymi branami.
Nasz wszechświat może zawierać się w jednej takiej branie,
unosząc się w nieznanym, wielowymiarowym miejscu,
dowcipnie zwanym "cielskiem" lub nadprzestrzenią.
Inne brany zawierające inne rodzaje wszechświatów
mogą współistnieć w nadprzestrzeni,
a sąsiadujące brany mogą współdzielić podstawowe siły, takie jak grawitacja.
Zarówno wieczna inflacja jak i brany przedstawiają multiwszechświat,
ale podczas gdy wszechświaty pierwszej teorii są odizolowane,
w teorii brany mogą na siebie wpadać.
Echo takiej kolizji może pojawiać się w mikrofalowym promieniowaniu tła,
zupie promieniowania przepływającej przez wszechświat,
relikcie wczesnego Wielkiego Wybuchu.
Jak dotąd nie odkryliśmy takiego echa.
Niektórzy podejrzewają, że te różne hipotezy
mogą kiedyś połączyć się w jeden opis
albo zastąpi je coś zupełnie innego.
Jak na razie to tylko spekulacyjne rozważania modeli matematycznych.
Te modele zostały zainspirowane i stworzone na bazie wielu eksperymentów,
bardzo nieliczne są na tyle obiektywne,
żeby dokładnie je udowodnić.
Dopóki nie pojawi się następny Edwin Hubble,
naukowcy będą się spierać na temat elegancji swoich rywalizujących modeli
i dalej marzyć o tym, co może (lub nie)
znajdować się poza naszym wszechświatem.