Prije 13,8 milijardi godina svemir je započeo vrućim Velikim praskom. Od tada se širila i hladila, sve do danas. Iz našeg gledišta, možemo promatrati Svemir u radijusu od 46 milijardi godina, zahvaljujući ograničenju brzine svjetlosti i širenju Svemira. I iako je ta udaljenost ogromna, konačna je. Ali to je samo dio koji vidimo. Što je izvan toga i je li moguće da postoji beskonačnost?
Adam Stevens želi znati:
Što mislite o beskonačnosti svemira? Mnogi kozmolozi su mi rekli da beskonačnost svemira nije dokazana. Kako se to može dokazati empirijskim putem?
Prvo, možemo naučiti više od onoga što vidimo unutar 46 milijardi svjetlosnih godina.
Što dalje gledamo u bilo kojem smjeru, to dalje gledamo u dubinu vremena. Najbliža galaksija, koja se nalazi 2,5 milijuna svjetlosnih godina od nas, vidljiva nam je kao i prije 2,5 milijuna godina, jer svjetlost putuje odatle u naše oči od trenutka kad je emitira. Vidljive su nam udaljenije galaksije kakve su bile prije desetaka milijuna, stotina milijuna ili čak milijardi godina. Pogledamo li još dalje, ugledali smo svjetlost svemira od njegovih mlađih dana. Dakle, ako pogledamo svjetlost emitiranu prije 13,8 milijardi godina, relikviju Velikog praska, vidimo relikvijsko zračenje.
Obrazac fluktuacije izrazito je zbunjujući, s različitim srednjim temperaturama u različitim kutnim ljestvicama. Također šifrira ogromnu količinu informacija o Svemiru, uključujući zadivljujuću činjenicu: koliko možemo prosuditi, prostor nema zakrivljenosti, to jest, ravan je. Kad bi prostor imao pozitivnu zakrivljenost, kao da živimo na površini četverodimenzionalne sfere, vidjeli bismo konvergenciju dalekih zraka svjetlosti. Da je imala negativnu zakrivljenost, kao na površini četverodimenzionalnog sedla, vidjeli bismo udaljene zrake svjetlosti. Umjesto toga, zrake svjetlosti kreću se kao i one, a fluktuacije nam govore o idealnoj ravnini.
Iz skupa podataka o reliktnom zračenju i velikim strukturama Svemira (dostupnim proučavanjem barijenskih akustičkih oscilacija) možemo zaključiti da ako je Svemir konačan i zatvoren u sebi, mora biti barem 250 puta veći od onoga što možemo vidjeti. Budući da živimo u tri dimenzije, povećanje polumjera 250 puta znači povećanje volumena 250 ^ 3 puta, odnosno 15 milijuna puta više prostora. Ali to još uvijek nije beskonačni volumen. Minimalna procjena veličine svemira je 11 bilijuna svjetlosnih godina u svim smjerovima, što je grozno, ali još uvijek nije beskonačno.
Ima razloga vjerovati da je još veći. Vrući Veliki prasak može označiti početak promatranog svemira, ali ne i rađanje prostora i vremena. Prije Velikog praska, svemir je prolazio kroz razdoblje kozmičke inflacije. Umjesto da se napuni materijom i zračenjem i zagrijava, svemir je bio:
Promotivni video:
• bio je ispunjen energijom svojstvenom samom prostoru, • proširilo se eksponencijalnom brzinom,
• stvorio je novi prostor tako brzo da se najmanja fizička veličina, Planckova duljina, protezala do veličine Svemira koju danas promatramo svakih 10 ^ -32 s.
U našoj regiji Svemira inflacija je zbilja gotova. Ali postoji nekoliko pitanja, na koja su nam odgovori nepoznati, a koji imaju ogroman utjecaj na veličinu svemira i njegovu konačnost ili beskonačnost.
1) Koje je veličine bio svemir nakon inflacije koja je potaknula naš vrući Veliki prasak? Promatrajući današnji Svemir i homogenost velikog sjaja, bliskost Svemira s ravninom, fluktuacije koje se protežu po Svemiru na svim mjerilima, itd., Itd., Možemo puno naučiti. Možemo izračunati gornju granicu energetske ljestvice na kojoj se inflacija dogodila, koliko je inflacija povećala svemir, donju granicu trajanja inflacije. Ali taj džep svemira koji se širi, iz kojeg je i nastao naš dio, mogao bi vrlo puno prijeći donju granicu! Može biti stotine, milijuni, googoli puta veći od onoga što možemo promatrati - ili biti uistinu beskonačni. Bez mogućnosti promatranja više nego što nam je sada dostupno, nećemo dobiti dovoljno informacija da odgovorimo na ovo pitanje.
2) Je li ideja "vječne inflacije" ispravna? Ako razmotrite mogućnost da je inflacija kvantno polje, onda u svakom trenutku eksponencijalne ekspanzije postoji mogućnost da inflacija prestane, što će dovesti do Velikog praska i vjerojatnosti da će se inflacija nastaviti, stvarajući više prostora. Takvi proračuni su nam dostupni (u okviru određenih pretpostavki) i dovode do zaključka: ako nam je potrebna dovoljna inflacija prije stvaranja promatranog svemira, inflacija će uvijek stvoriti još više prostora koji će se i dalje širiti, za razliku od odjeljaka gdje će završiti i dogodit će se Veliki prasak. I premda se naš promatrajući Svemir mogao pojaviti nakon prestanka inflacije u našoj regiji prije 13,8 milijardi godina, postoje regije u kojima se inflacija nastavlja - i stvara sve više i više prostora,i generira sve više i više Big Bangs - do danas. Ova je ideja poznata kao vječna inflacija, a općenito je prihvaćena u fizičkoj zajednici. Dakle, koliko je velik čitav danas neugledni svemir?
3) Koliko je trajala inflacija prije nego što je završila i dogodio se Veliki prasak? Imamo samo pristup Svemiru stvorenom krajem inflacije i našim vrućim Velikim praskom. Znamo da bi se inflacija trebala nastaviti najmanje 10 ^ -32 s, ali najvjerojatnije je mogla trajati i duže. Ali koliko? Sekundi? Godine? Milijarde godina? Beskrajno? Je li svemir uvijek bio podložan inflaciji? Je li započela inflacija? Je li to proizišlo iz prethodnog stanja koje je trajalo vječno? Ili su se možda prostor i vrijeme stvorili iz ničega ograničenog vremena? Postoji mnogo mogućnosti, ali odgovor se trenutno ne može provjeriti.
Na temelju naših najboljih zapažanja, znamo da je svemir mnogo veći od promatranog dijela. Sumnjamo da se čak i više Svemira širi izvan ovih granica, isto kao i naše, s istim zakonima fizike, vrstama struktura (zvijezde, galaksije, klasteri, vlakna, praznine, itd.), I s istim šansama za kompleks život. Mjehurić u kojem je inflacija završila mora biti konačan, a veći prostor koji se proširuje mora sadržavati eksponencijalno ogroman broj takvih mjehurića. Ali, čak i ako je cijeli ovaj Univerzum, ili Multiverse, toliko nevjerojatno velik, on možda i nije beskrajan. U stvari, ako inflacija ne bi trajala u nedogled, svemir mora biti konačan.
Ali najveći je problem što samo u tih 46 milijardi svjetlosnih godina u svim smjerovima imamo pristup informacijama sadržanim u promatranom dijelu Svemira. Odgovor na najveće pitanje - je li svemir konačan ili beskonačan - može se kodirati u svemiru, ali ne možemo pristupiti dovoljno velikom njegovom dijelu da bismo znali. Dok ili ne riješimo to pitanje ili ne smislimo pametan način za širenje mogućnosti fizike, sve će to biti u sferi mogućnosti.
