13,8 miliar tahun yang lalu, alam semesta dimulai dengan Big Bang yang panas. Sejak itu, ia berkembang dan mendingin, hingga hari ini. Dari sudut pandang kami, kami dapat mengamati alam semesta dalam radius 46 miliar tahun, berkat keterbatasan kecepatan cahaya dan perluasan alam semesta. Dan meskipun jarak ini sangat besar, itu terbatas. Tapi ini hanya bagian yang kita lihat. Apa yang ada di luar itu, dan mungkinkah ada ketidakterbatasan?
Adam Stevens ingin tahu:
Apa pendapat Anda tentang ketidakterbatasan alam semesta? Banyak kosmolog mengatakan kepada saya bahwa ketidakterbatasan alam semesta belum terbukti. Bagaimana ini bisa dibuktikan secara empiris?
Pertama, kita dapat mempelajari lebih dari apa yang kita lihat dalam 46 miliar tahun cahaya.
Semakin jauh kita melihat ke segala arah, semakin jauh kita melihat kedalaman waktu. Galaksi terdekat, terletak 2,5 juta tahun cahaya dari kita, terlihat oleh kita seperti 2,5 juta tahun yang lalu, karena cahaya bergerak dari sana ke mata kita sejak saat itu dipancarkan. Galaksi yang lebih jauh terlihat oleh kita seperti puluhan juta, ratusan juta atau bahkan milyaran tahun yang lalu. Melihat lebih jauh, kita telah melihat cahaya alam semesta sejak masa mudanya. Jadi jika kita melihat cahaya yang dipancarkan 13,8 miliar tahun lalu, peninggalan Big Bang, kita melihat radiasi relik.
Pola fluktuasi sangat membingungkan, dengan temperatur rata-rata yang berbeda pada skala sudut yang berbeda. Ia juga mengenkripsi sejumlah besar informasi tentang Alam Semesta, termasuk fakta yang mengejutkan: sejauh yang dapat kita nilai, ruang angkasa tidak memiliki lengkungan, yaitu datar. Jika ruang memiliki kelengkungan positif, seolah-olah kita hidup di permukaan bola empat dimensi, kita akan melihat konvergensi sinar cahaya jauh. Jika ia memiliki kelengkungan negatif, seperti pada permukaan pelana empat dimensi, kita akan melihat sinar cahaya yang berbeda menyimpang. Sebaliknya, sinar cahaya bergerak seperti yang mereka lakukan, dan fluktuasi memberi tahu kita tentang bidang yang ideal.
Dari sekumpulan data tentang radiasi relik dan struktur skala besar Alam Semesta (dapat diakses melalui studi tentang osilasi akustik baryon), kita dapat menyimpulkan bahwa jika Semesta terbatas dan tertutup dengan sendirinya, setidaknya harus 250 kali lebih besar dari yang dapat kita lihat. Karena kita hidup dalam tiga dimensi, peningkatan radius 250 kali berarti peningkatan volume 250 ^ 3 kali lipat, atau 15 juta kali lebih banyak ruang. Tapi ini masih bukan volume yang tak terbatas. Perkiraan minimum untuk ukuran alam semesta adalah 11 triliun tahun cahaya ke segala arah, yang sangat banyak, tetapi tetap tidak terbatas.
Ada alasan untuk percaya bahwa itu bahkan lebih besar. Big Bang yang panas mungkin menandai awal dari alam semesta yang dapat diamati, tetapi bukan kelahiran ruang dan waktu. Sebelum Big Bang, alam semesta mengalami periode inflasi kosmik. Alih-alih diisi dengan materi dan radiasi dan menjadi panas, alam semesta adalah:
Video promosi:
• diisi dengan energi yang melekat pada ruang itu sendiri,
• diperluas pada tingkat eksponensial, • menciptakan ruang baru dengan sangat cepat sehingga ukuran fisik terkecil, panjang Planck, meluas ke ukuran Semesta yang diamati hari ini setiap 10 ^ -32 detik.
Di wilayah Alam Semesta kita, inflasi benar-benar berakhir. Tetapi ada beberapa pertanyaan, yang jawabannya tidak kita ketahui, yang berdampak besar pada ukuran alam semesta dan keterbatasan atau ketidakterbatasannya.
1) Berapa ukuran bagian Alam Semesta setelah inflasi yang menghasilkan Big Bang kita? Mengamati Alam Semesta saat ini dan homogenitas pijaran Ledakan Dahsyat, kedekatan Alam Semesta dengan bidang, fluktuasi yang membentang di Semesta pada semua skala, dll., Dll., Kita dapat belajar banyak. Kita dapat menghitung batas atas skala energi di mana inflasi terjadi, seberapa besar inflasi telah meningkatkan alam semesta, batas bawah durasi inflasi. Tetapi kantong Alam Semesta yang mengembang, tempat bagian kita berasal, bisa jauh melebihi batas bawah! Bisa ratusan, jutaan, googol kali lebih besar dari yang bisa kita amati - atau benar-benar tak terbatas. Tanpa kemampuan untuk mengamati lebih dari yang tersedia bagi kita sekarang, kita tidak akan mendapatkan informasi yang cukup untuk menjawab pertanyaan ini.
2) Apakah gagasan tentang "inflasi abadi" benar? Jika Anda mempertimbangkan kemungkinan bahwa inflasi adalah medan kuantum, maka setiap saat terjadi ekspansi eksponensial, ada kemungkinan bahwa inflasi akan berakhir, yang mengarah ke Big Bang, dan kemungkinan inflasi akan berlanjut, menciptakan lebih banyak ruang. Perhitungan semacam itu tersedia bagi kita (dalam kerangka asumsi tertentu), dan itu mengarah pada kesimpulan: jika kita membutuhkan cukup inflasi sebelum penciptaan alam semesta yang dapat diamati, maka inflasi akan selalu menciptakan lebih banyak ruang yang akan terus berkembang, tidak seperti bagian di mana ia akan berakhir dan akan ada Big Bang. Dan meskipun Alam Semesta teramati kita dapat muncul setelah akhir inflasi di wilayah kita 13,8 miliar tahun yang lalu, ada wilayah di mana inflasi terus berlanjut - dan menciptakan lebih banyak ruang,dan menghasilkan lebih banyak lagi Big Bang - hingga hari ini. Ide ini dikenal sebagai inflasi abadi, dan secara umum diterima dalam komunitas fisik. Jadi seberapa besar seluruh alam semesta yang tidak dapat diamati hari ini?
3) Berapa lama inflasi bertahan sebelum berakhir dan Big Bang terjadi? Kita hanya memiliki akses ke Semesta yang diciptakan oleh akhir inflasi dan Big Bang kita yang panas. Kita tahu bahwa inflasi seharusnya berlanjut setidaknya selama 10 ^ -32 detik, tetapi kemungkinan besar itu berlangsung lebih lama. Tapi berapa? Detik? Bertahun-tahun? Miliaran tahun? Tanpa batas? Apakah alam semesta selalu mengalami inflasi? Apakah inflasi mulai? Apakah itu mengikuti keadaan sebelumnya yang berlangsung selamanya? Atau mungkin ruang dan waktu muncul dari ketiadaan waktu terbatas yang lalu? Ada banyak kemungkinan, tetapi jawabannya tidak dapat diverifikasi saat ini.
Berdasarkan pengamatan terbaik kami, kami tahu bahwa alam semesta jauh lebih besar daripada bagian yang dapat diamati. Kami menduga bahwa lebih banyak lagi Semesta yang menyebar melampaui batas-batas ini, sama seperti milik kita, dengan hukum fisika yang sama, jenis struktur (bintang, galaksi, gugus, filamen, rongga, dll.), Dan dengan kemungkinan yang sama untuk sebuah kompleks. kehidupan. Gelembung di mana inflasi telah berakhir harus terbatas, dan ruang-waktu yang lebih besar dan meluas harus mengandung sejumlah besar gelembung semacam itu secara eksponensial. Tetapi, bahkan jika seluruh Alam Semesta ini, atau Multiverse, sangat luar biasa besar, mungkin tidak terbatas. Faktanya, jika inflasi tidak berlangsung tanpa batas, alam semesta pasti berhingga.
Tetapi masalah terbesar adalah kita hanya memiliki akses ke informasi yang terkandung di dalam bagian alam semesta yang dapat diamati, dalam 46 miliar tahun cahaya ini ke segala arah. Jawaban atas pertanyaan terbesar - apakah alam semesta terbatas atau tidak terbatas - dapat dikodekan di alam semesta, tetapi kita tidak dapat mengakses bagian yang cukup besar untuk mengetahuinya. Sampai kita menyelesaikan masalah ini, atau menemukan cara cerdas untuk memperluas kemungkinan fisika, semua ini akan berada di alam kemungkinan.
