Az ősrobbanás - bevezetés | Az univerzum méretei | Csillagászat és kozmológia | Khan Academy

A jelenleg uralkodó elképzelést arról,
hogy hogyan jött létre az univerzum,

általában ősrobbanás-elméletnek nevezik.

Ez tényleg csak egy elképzelés, amely szerint

az univerzum kezdetben egy végtelenül kicsi pont volt,

egy végtelenül kicsi szingularitás,

és aztán volt egy „nagy bumm”,
és a szingularitás kitágult

abból az állapotból a ma ismert univerzumba.

Amikor először elképzeltem

– szerintem az elnevezés miatt is –
a „nagy bumm”-ot,

úgy képzeltem el, mint valamiféle robbanást,

hogy minden végtelenül össze volt zsúfolva,

és aztán felrobbant,

aztán szétrobbant,

és ahogy az összes anyag szétrobbant,

elkezdett sűrűsödni,

aztán lettek ilyen kis galaxisok

és galaxisokból álló szuperhalmazok,

ezek is elkezdtek sűrűsödni,

és a belsejükben az anyag bolygókká
és csillagokká sűrűsödött,

aztán létrejött ez a fajta világegyetem,

ami most van.

De az ősrobbanásnak ezzel az elképzelésével

van egy csomó probléma.

Az egyik az, hogy amikor az
ősrobbanásról beszélünk,

nem az anyagról beszélünk, nem csak a tömegről,

vagy nem csak az univerzum anyagáról,
ami egy pontban volt,

hanem a tényleges térről beszélünk, ami tágul.

Tehát nem csak valamiről beszélünk
a tér belsejében,

mint a fizikai tömeg, a fizikai anyag, ami tágul,

hanem magáról a térről beszélünk.

És ha így modellezzük,

akkor ez az összes dolog tágul.

De azt mondod: „Hé, nézd,

ez nem valami másba tágul ki?

Ha ennek az anyagnak ez a legtávolabbi része,

akkor ez itt micsoda?”

És azt mondod, hogy ez nem az űr lenne?

De hogy lehetne az űr, mikor maga az űr tágul?

És egy másik kérdés, amit az ősrobbanás szintén felvet,

hogy vajon ha ezek itt a legtávolabbi dolgok,

akkor ez lenne az univerzum határa?

Van a világegyetemnek határa?

És a válasz ezekre a kérdésekre

– és ez az, amit megpróbálunk megbeszélni ebben a videóban –,

az egyik válasz az, hogy az univerzumnak nincs határa,

a másik pedig az, hogy nincs tér az univerzumon kívül,

nem egy másik térbe tágul.

El fogom magyarázni ezt.

Remélhetőleg mindjárt látni fogjuk, hogy miért ez a
helyzet.

A legjobb módszer ennek a szemléltetésére...

– egy analógiát fogunk használni –

ha azt mondom, hogy van egy kétdimenziós tér,

aminek véges a területe

– tehát nem végtelen –,

és nincs határa.

Ismétlem, amikor először látod ezt,
bonyolultnak tűnik.

Hogy tudok létrehozni valamit,

aminek véges a területe,
de még sincs határa?

Mindig, amikor megpróbálok rajzolni egy területet,

úgy tűnik, hogy van határa.

Aztán lehet, hogy eszedbe jut,

hogy mi van akkor, ha ez a
kétdimenziós tér görbült?

Azt hiszem, a legegyszerűbb példa erre

a gömb felszíne.

Hadd rajzoljak ide egy gömböt!

Tehát ez itt egy gömb.

Rajzolok néhány hosszúsági és szélességi
vonalt erre a gömbre.

Ennek a gömbnek érdekes módon

– bevonalkázom egy kicsit, hogy jobban nézzen ki –,

egy ilyen gömbnek véges a felszíne.

El tudod képzelni egy léggömb felszínét,

vagy egy buborék felszínét,
vagy a Föld felszínét.

Véges a felszíne, de nincs a felszínnek határa.

Ha folyamatosan mész egy irányba,

akkor teljesen körbe fogsz menni,

és a másik oldalról jössz vissza.

Most pedig egy háromdimenziós teret képzeljünk el,

aminek hasonló tulajdonságai vannak,
véges a területe...

– többé nem akarom azt mondani, hogy véges terület,

mert nem kétdimenziós térről beszélünk.

Hadd rajzoljam le ide!

Tehát gondolkodjunk el a háromdimenziós téren!

A terület helyett – mivel most 3 dimenzióban vagyunk –

egy véges térfogatról szeretnék beszélni,
aminek nincs határa.

Hogy csináljam ezt?

Ha felületesen gondolkodsz erről,
mondhatod, hogy

nos, nézd, ha véges a térfogat,

talán valamifajta kocka lesz,

de ebben az esetben
nyilvánvalóan van határa.

Vagy akár gondolhatsz egy véges térfogatra,

ami egy gömb belsejében van.

Ennek is nyilvánvalóan van határa,
ez az egész felszín itt.

Szóval hogyan tudunk létrehozni egy
háromdimenziós teret,

aminek véges a térfogata és nincs határa?

Mindjárt elmondom.

Nagyon nehéz ezt elképzelni,

de azért, hogy szemléltessem,

lényegében lerajzolom ugyanazt,

amit ide rajzoltam.

Amit el kellene képzelned

– és jobb híján az analógia alapján kell elképzelned,

hacsak nincs olyan különleges agyad,

ami össze van kötve háromnál több térbeli dimenzióval –,
az egy gömb.

Hadd tegyem világossá!

Ez egy kétdimenziós felület.

A gömb felszínén csak két egymásra merőleges
irányban tudsz mozogni,

mozoghatsz így és mozoghatsz így,

mozoghatsz jobbra-balra, vagy mozoghatsz fel-le.

Tehát ez a háromdimenziós gömbnek
a kétdimenziós felszíne.

Szóval ennek analógiájára képzeljünk el

– és ezt nehéz elképzelni –
egy háromdimenziós felületet!

Matematikailag meg lehet csinálni,

ennek a matematikája tulajdonképpen
nem olyan nehéz.

Ez a háromdimenziós felszíne
egy négydimenziós gömbnek.

Ugyanúgy fogom lerajzolni.

Ha úgy tekintünk a három dimenzióra,

mint ez a két dimenzió ezen a felületen,

ez ugyanaz a dolog.

Ha elképzeled ezt...

– nem azt mondom, hogy tényleg ilyen
az univerzum alakja,

nem tudjuk, milyen az alakja,

de azt tudjuk, hogy enyhén görbült.

Nem tudjuk a tényleges alakját,
de a gömb a legegyszerűbb.

Lehet más alakja is,

a toroid is megfelelne a célnak, hogy véges a térfogata
és nincs határa.

És egy másik dolog, amit tisztázni szeretnék:

jelenleg még azt sem tudjuk,
hogy egyáltalán véges-e a térfogata,

ez még egy nyitott kérdés.

De amit meg szeretnék mutatni, az az,

hogy lehet véges a térfogata úgy,
hogy nincs határa.

A legtöbben hisznek abban
– és itt tényleg azt akarom mondani, hogy „hisznek”,

mert bizonyítékok kellenének, meg minden ilyesmi –,

hogy valami olyanról beszélünk,
aminek véges a térfogata,

főleg ha az ősrobbanás-elméletről beszélünk,

mert ez valahogy, valamilyen dimenzióban
véges térfogatot feltételez.

Bár szuper nagy lehet, felfoghatatlanul
nagy térfogatú, de véges.

Nos, ha ezzel megvagyunk, képzeljük el ezt a gömböt!

Ismétlem, ha ennek a négydimenziós
gömbnek a felszínén vagy

– nyilvánvalóan nem tudok négydimenziós
gömböt rajzolni –,

ha ennek a négydimenziós
gömbnek a felszínén vagy,

akkor bármelyik irányba mész,
vissza fogsz jönni,

vissza fogsz jönni oda, ahonnan elindultál.

Ha erre mész, akkor ide fogsz visszajönni.

Ugyanakkor az univerzum hatalmas nagy,

szóval még a fénynek, lehet, hogy
magának a fénynek is

hihetetlenül sok időbe telik áthaladni rajta.

És ha maga ez a gömb tágul,

lehet, hogy olyan gyorsan tágul,

hogy a fény talán soha nem lenne képes
megkerülni.

De elméletileg ha valami elég gyors lenne,

ha valami képes lenne megkerülni,

akkor végül visszajönne ebbe a pontba.

Na most, amikor háromdimenziós
felületről beszélünk

– ez a négydimenziós gömb
háromdimenziós felszíne –,

ez azt jelenti, hogy mindhárom dimenzió
itt van a felszínen

– én csak kettőt tudok rajzolni –,

ez azt jelenti – ha ez igaz,
ha az univerzum felszíne

egy négydimenziós gömb
háromdimenziós felszíne –,

ez azt jelenti, hogy ha felfelé mész,
folyamatosan csak felfelé mész,

akkor végül alulról érkezel vissza.

Tehát ha végig folyamatosan felfelé mész,

akkor végül vissza fogsz jönni
ugyanabba a pontba.

Lehet, hogy ez elképzelhetetlenül
nagy távolság,

de végül oda fogsz visszajutni,
ahonnan indultál.

Ha jobbra mész, akkor a végén

visszaérkezel ugyanabba a pontba,
ahonnan indultál.

És ha befelé mennél, a képernyőre merőlegesen,

tehát ha bemennél a lapba

– hadd rajzoljam ezt le –,
ha bemennél a lapba,

akkor a végén a lap fölött érkeznél vissza,

ugyanabba a pontba jönnél vissza,
ahol most vagy.

Tehát ez történne,

hogy a végén visszajutnál oda,
ahonnan indultál.

Térjünk vissza a táguló világegyetem kérdéséhez!

Táguló világegyetem, ami nem valami más térbe tágul,

ez az egész tér, és még mindig tágul.

Nos, ez a modell.

Szóval el tudod képzelni, hogy röviddel
az ősrobbanás után

a négydimenziós gömbünk így nézett ki,

talán egy kicsit kisebb négydimenziós gömb volt,

talán közvetlenül az ősrobbanáskor

ilyen kicsi, hihetetlenül kicsi gömb volt,

aztán egy kicsit később ez a nagyobb gömb lett.

Beárnyékolom, hogy megmutassam neked,

hogy valahogy kidudorodik a lapról,
ez egy gömb.

Aztán egy későbbi időpontban
így nézhetett ki a gömb.

Lehet, hogy azt mondod:

„Várj csak, Sal! Ez a dolog nem a gömbön kívül van?

Ez nem valami olyan hely, ahová kitágul a világegyetem?

Ez nem része valahogy a világegyetemnek?”

És azt válaszolnám, hogy ha 3 dimenzióról beszélsz,
akkor nem.

Az egész univerzum ez a felület,

ennek a négydimenziós gömbnek a felszíne.

Ha több dimenzióról kezdesz beszélni,

akkor igen, beszélhetsz arról, hogy talán
vannak dolgok

a mi háromdimenziós univerzumunkon kívül.

Szóval ahogy ez tágul a térben/időben

– az egyik lehetőség az, hogy magát az időt
tekintjük a negyedik dimenziónak –,

a dolgok egyre távolabb és távolabb
kerülnek egymástól.

A későbbi videókban beszélek majd
arról, hogy mi bizonyítja, hogy

az ősrobbanás a legjobb elmélet, ami jelenleg létezik.

De azt el tudod képzeni,

hogy ha van két pont ezen a gömbön
egymástól ekkora távolságra,

akkor ahogy ez a gömb,
ez a négydimenziós gömb tágul,

ahogy ez a buborék felfúvódik,
vagy ez a léggömb felfúvódik,

a két pont – hadd rajzoljak három pontot,

mondjuk ez a három pont –,

ez a három pont egyre távolabb kerül egymástól.

Tulajdonképpen ez az egyik fő szempont,

vagy egyik fő oka annak, hogy van értelme elhinni
az ősrobbanást,

az, hogy minden tágul, de nem valami középponttól,

hanem minden mindentől távolodik.

Ha bármelyik irányba mész egy tetszőleges pontból
az univerzumban,

minden más távolodik,

és minél távolabb van valami,

annál gyorsabbnak tűnik a távolodása.

Most befejezem,

gondolkodj el ezen egy kicsit.

Aztán ez alapján

arról fogunk gondolkodni,
mit jelent az, hogy megfigyeljük

a megfigyelhető világegyetemet.