W co takiego rozszerza się wszechświat? - Sajan Saini

Zobacz całą lekcję: https://ed.ted.com/lessons/what-is-the-universe-expanding-into-sajan-saini

Wszechświat narodził się w Wielkim Wybuchu prawie 14 miliardów lat temu, odtąd nie przestaje się rozszerzać. Ale w jaki sposób i w co takiego się rozszerza? Sajan Saini przedstawia istniejące teorie na temat Wielkiego Wybuchu oraz co, jeśli w ogóle cokolwiek, znajduje się poza naszym wszechświatem.

Lekcja: Sajan Saini, reżyseria: Wooden Plane Productions.

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.