Nejlepší odpověď
Mnohostranné srážky mohou dotáhnout nebe
Na počátku vesmírných dějin se náš vesmír mohl dostat do jiného – prvotního střetu, který mohl zanechat stopy v dosvit Velkého třesku.
Fyzici hledají důkazy o dávné kolizi s jiným vesmírem.
Stejně jako mnoho jejích kolegů, Hiranya Peiris , kosmolog z University College London, jednou do značné míry odmítl představu, že náš vesmír může být pouze jedním z mnoha v obrovském multivesmíru . Bylo to vědecky zajímavé, pomyslela si, ale také v zásadě neprověřitelné. Nejraději soustředila svůj výzkum na konkrétnější otázky, například na vývoj galaxií.
Pak se jednoho léta v Aspen Center for Physics Peiris ocitla v chatování s Matt Johnson , který zmínil svůj zájem o vývoj nástrojů pro studium této myšlenky. Navrhl, aby spolupracovali.
Peiris byl zpočátku skeptický. „Myslím si, že jako pozorovatel chybí jakákoli teorie, jakkoli zajímavá a elegantní, pokud nemá ověřitelné důsledky,“ řekla. Johnson ji ale přesvědčil, že může existovat způsob, jak tento koncept otestovat. Pokud by se vesmír, který obýváme, dávno srazil s jiným vesmírem, havárie by zanechala otisk na kosmickém mikrovlnném pozadí (CMB), slabý dosvit z velký třesk. A pokud by fyzici mohli takový podpis detekovat, poskytlo by to okno do multivesmíru.
Erick Weinberg , fyzik na Kolumbijské univerzitě, vysvětluje toto multivesmír srovnáním s vařícím kotlem, přičemž bubliny představují jednotlivé vesmíry – izolované kapsy časoprostoru. Jak se hrnec vaří, bubliny se rozšiřují a někdy se srazí. Podobný proces mohl nastat v prvních okamžicích vesmíru.
V letech od jejich počátečního setkání Peiris a Johnson studovali, jak by srážka s jiným vesmírem v nejranějších okamžicích času něco poslala podobný rázové vlně napříč naším vesmírem. Myslí si, že by mohli najít důkaz o takové kolizi v datech z Planckova vesmírného dalekohledu, který mapuje CMB.
Projekt nemusí fungovat, připouští Peiris. Vyžaduje to nejen to, že žijeme v multivesmíru, ale také to, aby se náš vesmír srazil s jiným v naší prvotní kosmické historii. Pokud ale fyzici uspějí, budou mít první nepravděpodobný důkaz o vesmíru nad rámec našeho vlastního .
Když se bubliny srazí
Multiverzní teorie byly kdysi odsunuty na území science fiction nebo crackpotu. „Vypadá to, že jsi odešel do bláznivé země,“ řekl Johnson, který má společné schůzky na Perimetrickém institutu teoretické fyziky a na York University. Vědci však přišli s mnoha verzemi toho, co by mohl být multivesmír, některé méně šílené než jiné.
Multiverse, o které se Peiris a její kolegové zajímají, není kontroverzní hypotéza „mnoha světů“, která byla první navrženo v padesátých letech minulého století a platí, že každá kvantová událost vytváří samostatný vesmír. Ani tento koncept multivesmíru nesouvisí s populárním sci-fi trope paralelních světů, nových vesmírů, které se oddělují od našeho časoprostoru a stávají se samostatnými oblastmi. Tato verze spíše vzniká jako důsledek inflace, široce přijímané teorie prvních okamžiků vesmíru.
Inflace si myslí, že náš vesmír zažil náhlý výbuch rychlé expanze okamžik po Velkém třesku, který vybuchl z nekonečně malá skvrna na jednu, která se rozprostírá za čtvrt miliardy světelných let za pouhé zlomky sekundy.
Jakmile však inflace začala, má tendenci se nikdy úplně nezastavit. Podle teorie, jakmile se vesmír začne rozpínat, na některých místech skončí a vytvoří oblasti jako vesmír, který dnes vidíme všude kolem nás. Ale jinde bude inflace jednoduše pokračovat věčně do budoucnosti.
Tato vlastnost vedla kosmology k úvahám o scénáři zvaném věčná inflace. Na tomto obrázku přestávají jednotlivé oblasti vesmíru nafukovat a stávají se „bublinovými vesmíry“, jako je ten, ve kterém žijeme. Ale ve větších měřítcích exponenciální expanze pokračuje navždy a neustále se vytvářejí nové bublinové vesmíry. Každá bublina je sama o sobě považována za vesmír, přestože je součástí stejného časoprostoru, protože pozorovatel nemohl cestovat z jedné bubliny do druhé, aniž by se pohyboval rychleji, než je rychlost světla. A každá bublina může mít své vlastní odlišné zákony fyziky. „Pokud si koupíte věčnou inflaci, předpovídá to multivesmír,“ řekl Peiris.
V roce 2012 se Peiris a Johnson spojili s Anthony Aguirre a Maxem Wainwrightem – oba fyzici z Kalifornské univerzity v Santa Cruz – postavit simulovaný multivesmír s pouhými dvěma bublinami. Studovali, co se stalo poté, co se bubliny srazily, aby zjistili, co uvidí pozorovatel. Tým dospěl k závěru, že srážka dvou bublinových vesmírů se nám bude jevit jako disk na CMB s výrazným teplotním profilem.
Starověká srážka s bublinovým vesmírem by změnila teplotu kosmického mikrovlnného pozadí (vlevo) a na obloze by vytvořil slabý disk (vpravo), který by bylo možné potenciálně pozorovat.
Olena Shmahalo / Quanta Časopis; zdroj: S. M. Freeney et. al., Physical Review Letter hledat tyto disky v datech z Wilkinsonovy mikrovlnné anizotropické sondy (WMAP), vesmírné observatoře. Program identifikoval čtyři potenciální oblasti s teplotními výkyvy v souladu s tím, co by mohlo být podpisem kolize bublin. Když budou data z Planckova satelitu k dispozici později v tomto roce, vědci by měli být schopni tuto dřívější analýzu vylepšit.
Přesto je detekce přesvědčivých podpisů multivesmíru obtížná. Pouhá znalost toho, jak může setkání vypadat, vyžaduje důkladné pochopení dynamiky kolizí bublin – což je vzhledem ke složitosti těchto interakcí poměrně obtížné modelovat na počítači.
Při řešení nového problému obvykle fyzici najít dobrý model, kterému již rozumějí, a přizpůsobit ho drobnými vylepšeními, kterým říkají „poruchy“. Například pro modelování trajektorie satelitu ve vesmíru by fyzik mohl použít klasické pohybové zákony načrtnuté Isaacem Newtonem v 17. století a poté provést drobná vylepšení výpočtem účinků dalších faktorů, které by mohly ovlivnit jeho pohyb, jako například tlak ze slunečního větru. U jednoduchých systémů by neměly existovat jen malé odchylky od nerušeného modelu. Zkuste však vypočítat vzorce proudění vzduchu složitého systému, jako je tornádo, a tyto aproximace se rozpadají. Poruchy zavádějí náhlé, velmi velké změny původního systému namísto menších, předvídatelných vylepšení.
Modelování kolizí bublin během inflačního období raného vesmíru je podobné modelování tornáda. Inflace ze své podstaty natahuje časoprostor exponenciální rychlostí – přesně ten druh velkých skoků v hodnotách, díky nimž je výpočet dynamiky tak náročný.
„Představte si, že začnete s mřížkou, ale uvnitř okamžitě se mřížka rozšířila na obrovskou velikost, “řekl Peiris. Se svými spolupracovníky použila ve svých simulacích inflace techniky, jako je adaptivní zjemnění sítě – iterativní proces prohledávání nejdůležitějších detailů v takové mřížce ve stále jemnějších měřítcích -, aby se vypořádala se složitostí. Eugene Lim , fyzik na Kings College v Londýně, zjistil, že neobvyklý typ pohyblivé vlny může pomoci věci ještě více zjednodušit.
Odpověď
Vše se rozšiřuje – a tak to je přirozená otázka. Jak se může všechno rozšiřovat od všech ostatních věcí, a přesto se srazit?
Část viny za tento zmatek spočívá v druzích diagramů a jazyka, které používáme k demonstraci rozpínání vesmíru. Když řeknu „prostor mezi každou galaxií se rozpíná, takže se zdá, že se každá galaxie vzdaluje od každé jiné galaxie“, je to dobrý způsob, jak si představit rozpínání vesmíru. Znamená to také, že ignoruji všechno ostatní, co se děje, což by mohlo situaci komplikovat, aby byla myšlenka rozšíření vesmíru co nejjasnější.
V tomto případě je situace komplikující náš starý gravitace přítele. Pokud by každá galaxie ve vesmíru byla rovnoměrně rozmístěna – například kdyby byly všechny uspořádány, jako by to byly body na mřížce -, pak je jednoduchý popis také přesný. O nic by se nedělo nic jiného. Každá galaxie by se nadále vyvíjela v úplné izolaci a pomalu by se vzdalovala od všeho jiného.
Numerická simulace hustoty když byl vesmír starý 4,7 miliardy let. Tvorba galaxie sleduje gravitační jámy produkované temnou hmotou, kde se plynný vodík slučuje a první hvězdy se vznítí. Obrazový kredit: V. Springel a kol. 2005, Nature, 435, 629
Takto náš vesmír nevypadá.Náš vesmír vypadá mnohem víc než pavučina jako mřížka, s velkými uzly galaxií a malými vlákny galaxií táhnoucími se od každého uzlu. Velké uzly jsou shluky galaxií a pojmou tisíce galaxií. Jejich menší protějšky, skupiny galaxií, mají v sobě několik galaxií. Naše vlastní galaxie je v malé skupině s Andromedou a spoustou velmi malých trpasličích galaxií.
Tyto shluky a skupiny se stávají, když se galaxie vytvoří dostatečně blízko u sebe, aby je gravitace mohla spojit. Pokud je galaxie dostatečně blízko jiné galaxii a nepohybuje se příliš rychle, gravitace jim zabrání v tom, aby se znovu skutečně oddělily. Tyto galaxie mohou strávit mnoho miliard let klesáním k sobě a obvykle si budou navzájem chybět při prvním pokusu o srážku, takže stráví mnohem více miliard let pádem k sobě na druhý a pak možná na třetí pokus. Naše galaxie a Andromeda jsou v první společné fázi pádu, což pravděpodobně bude trvat asi 3 miliardy dalších let, než bude těžké oddělit naše dvě galaxie.
Tento systém se skládá z dvojice galaxií, přezdívaných NGC 3690 (nebo Arp 299), které těsně prošly před asi 700 miliony let. V důsledku této interakce systém prošel prudkým výbuchem tvorby hvězd. Za posledních patnáct let nebo tak na vnějších stranách galaxie vyskočilo šest supernov, což z tohoto systému učinilo významnou továrnu na supernovy. Uznání: NASA, ESA, the Hubble Heritage (STScI / AURA) -ESA / Hubble Collaboration, and A. Evans (University of Virginia, Charlottesville / NRAO / Stony Brook University)
V zásadě skutečnost, že my vidět srážky galaxií se dělí na dvě věci; galaxie se netvořily na mřížce a síla expanze našeho vesmíru je méně silná než gravitační síla pro galaxie, které jsou blízko sebe. Pokud by síla expanze byla mnohem, mnohem silnější, než je, pak by ani gravitace nebyla schopna spojit galaxie dohromady a každá galaxie by byla skutečně ostrovním vesmírem, navždy izolovaným. Naštěstí pro nás gravitace stále vládne, pokud jsou podmínky správné.