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다중 충돌이 하늘을 점할 수 있습니다.
우주 역사 초기에 우리 우주는 또 다른 충돌과 부딪쳤을 수 있습니다.이 충돌은 빅뱅의 잔광에 흔적을 남길 수 있습니다.
물리학 자들은 고대 우주와의 충돌 증거를 찾고 있습니다.
많은 동료와 마찬가지로 Hiranya Peiris
런던 유니버시티 칼리지의 우주 학자 a>는 한때 우리 우주가 광범위한 다중 우주 의 많은 우주 중 하나 일 수 있다는 개념을 거의 무시했습니다. 그녀는 과학적으로 흥미롭지 만 근본적으로 테스트 할 수 없다고 생각했습니다. 그녀는 은하가 어떻게 진화하는지와 같은보다 구체적인 질문에 연구를 집중하는 것을 선호했습니다.
그런 다음 어느 여름 Aspen 물리학 센터에서 Peiris는 Perimeter Institute의 Matt Johnson 은 아이디어를 연구하기위한 도구 개발에 대한 관심을 언급했습니다. 그는 공동 작업을 제안했습니다.
처음에 Peiris는 회의적이었습니다. “나는 관찰자로서 어떤 이론도 흥미롭고 우아하더라도 테스트 가능한 결과가 없다면 심각하게 부족하다고 생각합니다.”라고 그녀는 말했습니다. 그러나 Johnson은 개념을 테스트 할 방법이있을 수 있다고 그녀를 설득했습니다. 우리가 살고있는 우주가 오래 전에 다른 우주와 충돌했다면 충돌로 인해 우주 마이크로파 배경 (CMB)에 희미한 잔광이 남았을 것입니다. 빅뱅. 그리고 물리학 자들이 그러한 서명을 감지 할 수 있다면 다중 우주에 대한 창을 제공 할 것입니다.
Erick Weinberg , 컬럼비아 대학의 물리학 자, 이 다중 우주를 끓는 가마솥과 비교하여 설명합니다. 거품은 개별 우주, 즉 시공간의 고립 된 주머니를 나타냅니다. 냄비가 끓으면 거품이 팽창하고 때로는 충돌합니다. 우주의 첫 순간에도 비슷한 과정이 일어 났을 수 있습니다.
초기 만남 이후 몇 년 동안 Peiris와 Johnson은 초기에 다른 우주와의 충돌이 어떻게 무언가를 보냈을지 연구했습니다. 우리 우주를 가로 지르는 충격파와 비슷합니다. 그들은 CMB를 매핑하는 Planck 우주 망원경의 데이터에서 그러한 충돌의 증거를 찾을 수 있다고 생각합니다.
프로젝트가 작동하지 않을 수 있다고 Peiris는 인정합니다. 그것은 우리가 다중 우주에서 살아야 할뿐만 아니라 우리 우주가 원시 우주 역사에서 다른 우주와 충돌해야한다는 것을 요구합니다. 하지만 물리학 자들이 성공하면 우리를 초월한 우주 에 대한 가능성이없는 최초의 증거를 갖게됩니다.
거품이 충돌 할 때
다양한 이론은 한때 공상 과학 또는 크래킹 영역으로 강등되었습니다. Perimeter Institute of Theoretical Physics와 York University에서 공동으로 근무하고있는 Johnson은 “미친 땅에 간 것 같습니다.”라고 말했습니다. 그러나 과학자들은 다중 우주가 무엇인지에 대한 많은 버전을 내놓았습니다. 일부는 다른 것보다 덜 미쳤습니다.
Peiris와 그녀의 동료들이 관심을 갖는 다중 우주는 처음에 나온 논란의 여지가있는“많은 세계”가설이 아닙니다. 1950 년대에 제안되었으며 모든 양자 이벤트가 별도의 우주를 생성한다고 주장합니다. 이 다중 우주의 개념은 평행 세계의 대중적인 공상 과학 비유, 우리의 시공간에서 꼬집어 분리 된 영역이되는 새로운 우주와 관련된 것도 아닙니다. 오히려이 버전은 우주의 첫 순간에 대한 널리 받아 들여지는 이론 인 인플레이션의 결과로 발생합니다.
인플레이션은 우리 우주가 빅뱅 직후 폭발적인 급속한 팽창을 경험했다고 주장합니다. 단 몇 분의 1 초 만에 25 억 광년에 걸쳐있는 극히 작은 반점입니다.
한 번 시작된 인플레이션은 결코 완전히 멈추지 않는 경향이 있습니다. 이론에 따르면 우주가 팽창하기 시작하면 어떤 곳에서 끝나고 오늘날 우리 주변에서 볼 수있는 우주와 같은 영역이 만들어집니다. 그러나 다른 곳에서는 인플레이션이 단순히 미래로 영원히 계속 될 것입니다.
이 기능은 우주 학자로 하여금 영원한 인플레이션이라는 시나리오를 고려하도록 이끌었습니다. 이 그림에서 공간의 개별 영역은 팽창을 멈추고 우리가 살고있는 것처럼“거품 우주”가됩니다. 그러나 더 큰 규모에서는 기하 급수적 인 팽창이 영원히 계속되고 새로운 버블 우주가 지속적으로 생성되고 있습니다. 관찰자가 빛의 속도보다 빠르게 움직이지 않고는 한 거품에서 다음 거품으로 이동할 수 없기 때문에 각 거품은 동일한 시공간의 일부 임에도 불구하고 그 자체로 우주로 간주됩니다. 그리고 각 거품에는 고유 한 물리 법칙이있을 수 있습니다. “영원한 인플레이션을 사면 다중 우주를 예측합니다.”라고 Peiris는 말했습니다.
2012 년 Peiris와 Johnson은 Anthony Aguirre 및 Max Wainwright -산타 크루즈에있는 캘리포니아 대학의 물리학 자-두 개의 거품만으로 시뮬레이션 된 다중 우주를 구축합니다. 그들은 관찰자가 무엇을 볼 것인지 결정하기 위해 거품이 충돌 한 후 무슨 일이 일어 났는지 연구했습니다. 팀은 두 기포 우주의 충돌이 독특한 온도 프로필을 가진 CMB의 디스크로 우리에게 나타날 것이라고 결론지었습니다.
기포 우주와의 고대 충돌은 우주 마이크로파 배경 (왼쪽)의 온도를 변경하여 잠재적으로 관찰 할 수있는 희미한 원반을 하늘 (오른쪽)에 만들었습니다.
Olena Shmahalo / Quanta 매거진; 출처 : S. M. Freeney et. al., Physical Review Letters
사람의 실수를 방지하기 위해-우리는 우리가보고자하는 패턴을 보는 경향이 있습니다. 그들은 자동으로 알고리즘 세트를 고안했습니다. 우주 관측소 인 Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP)의 데이터에서 이러한 디스크를 검색 합니다. 이 프로그램은 기포 충돌의 징후 일 수있는 온도 변동과 일치하는 온도 변동으로 4 개의 잠재적 인 영역 을 식별했습니다. 올해 말 플랑크 위성의 데이터를 사용할 수있게되면 연구원은 이전 분석을 개선 할 수 있어야합니다.
그러나 다중 우주의 확실한 서명을 감지하는 것은 까다 롭습니다. 만남이 어떻게 생겼는지 아는 것만으로도 거품 충돌의 역학에 대한 철저한 이해가 필요합니다. 이러한 상호 작용의 복잡성을 감안할 때 컴퓨터에서 모델링하기는 매우 어렵습니다.
새로운 문제를 해결할 때 물리학 자들은 일반적으로 그들이 이미 이해하고있는 좋은 모델을 찾고 그들이“섭동”이라고 부르는 약간의 조정을함으로써 적응시킵니다. 예를 들어, 우주에서 위성의 궤적을 모델링하기 위해 물리학자는 17 세기에 Isaac Newton이 설명한 고전적인 운동 법칙을 사용한 다음 그 운동에 영향을 미칠 수있는 다른 요인의 효과를 계산하여 다음과 같은 작은 수정을 할 수 있습니다. 태양풍의 압력. 단순한 시스템의 경우 교란되지 않은 모델과 약간의 불일치 만 있어야합니다. 그러나 토네이도와 같은 복잡한 시스템의 기류 패턴을 계산하려고하면 이러한 근사치가 무너집니다. 섭동은 원래 시스템에 작고 예측 가능한 개선이 아닌 갑작스럽고 매우 큰 변화를 가져옵니다.
초기 우주의 인플레이션 기간 동안 거품 충돌을 모델링하는 것은 토네이도를 모델링하는 것과 유사합니다. 본질적으로 인플레이션은 기하 급수적 인 속도로 시공간을 확장합니다. 정확하게는 역학 계산을 매우 어렵게 만드는 값의 큰 점프입니다.
“그리드에서 시작하지만 그 안에서 시작한다고 상상해보십시오. 그 순간 그리드는 엄청난 크기로 확장되었습니다.”라고 Peiris는 말했습니다. 공동 작업자와 함께 그녀는 복잡성을 처리하기 위해 인플레이션 시뮬레이션에서 이러한 그리드에서 가장 관련성이 높은 세부 정보를 찾아내는 반복적 인 프로세스 인 적응 형 메시 미세 조정과 같은 기술을 사용했습니다. King s College London의 물리학자인 Eugene Lim 은 특이한 유형의 진행파가 문제를 더욱 단순화하는 데 도움이 될 수 있음을 발견했습니다.
답변
모든 것이 확장됩니다 -따라서 이것은 당연한 질문입니다. 어떻게 모든 것이 다른 모든 것에서 멀어지면서도 여전히 충돌 할 수 있습니까?
이 혼란에 대한 책임의 일부는 우리가 우주의 확장을 보여주기 위해 사용하는 일종의 다이어그램과 언어에 있습니다. “모든 은하 사이의 공간이 확장되어 각 은하가 다른 모든 은하에서 멀어지는 것처럼 보입니다.”라고 말하면 우주 확장을 상상할 수있는 좋은 방법입니다. 이는 또한 상황을 복잡하게 만들 수있는 다른 모든 일을 무시하고 공간 아이디어의 확장을 가능한 한 명확하게 만들기 위해 진행되고 있음을 의미합니다.
이 경우 상황을 복잡하게하는 것은 우리의 오래된 것입니다. 친구 중력. 예를 들어, 우주의 각 은하가 균등 한 간격으로 배치 된 경우 (예를 들어 모두 격자의 점처럼 배치 된 경우) 간단한 설명도 정확한 것입니다. 다른 일이 없을 것입니다 . 각 은하는 완전히 고립 된 상태로 계속 진화하여 다른 어떤 것에서 천천히 멀어집니다.
밀도의 수치 시뮬레이션 우주가 47 억년이되었을 때의 문제입니다. 은하의 형성은 암흑 물질에 의해 생성 된 중력 우물을 따라 가며 수소 가스가 합쳐지고 첫 번째 별이 점화됩니다. 이미지 크레딧 : V. Springel et al. 2005, Nature, 435, 629
이것은 우리 우주의 모습이 아닙니다.우리의 우주는 큰 옹이의 은하와 각 옹이에서 뻗어나가는 은하의 작은 필라멘트와 함께 그리드보다 훨씬 거미줄처럼 보입니다. 큰 매듭은 은하단이며 수천 개의 은하를 담을 수 있습니다. 그들의 작은 대응 물인 은하군에는 몇 개의 은하가 있습니다. 우리 은하는 안드로메다, 그리고 아주 작은 왜소 은하들과 함께 작은 그룹에 속합니다.
이 성단과 그룹은 중력이 그들을 끌어 당길 수있을 정도로 은하들이 서로 가까이 형성 될 때 일어나는 일입니다. 은하가 다른 은하와 충분히 가까워서 너무 빨리 움직이지 않는다면 중력은 그것들이 진정으로 다시 분리되는 것을 막을 것입니다. 이 은하들은 서로를 향해 떨어지는 수십억 년을 소비 할 수 있으며 일반적으로 첫 번째 충돌 시도에서 서로를 그리워 할 것입니다. 따라서 두 번째로 다시 함께 떨어지고 나서 아마도 세 번째 시도에서 수십억 년을 더 보낼 것입니다. 우리 은하와 안드로메다는 첫 번째 함락 단계에 있으며, 두 은하를 분리하기 어렵게되기까지 약 30 억 년이 더 걸릴 것입니다.
이 시스템은 NGC 3690 (또는 Arp 299)이라고 불리는 한 쌍의 은하로 구성되어 있으며, 약 7 억년 전에 근접 통과했습니다. 이 상호 작용의 결과로, 시스템은 격렬한 별 형성을 겪었습니다. 지난 15 년 동안 6 개의 초신성이 은하의 바깥쪽으로 튀어 나와이 시스템은 뛰어난 초신성 공장이되었습니다. 출처 : NASA, ESA, Hubble Heritage (STScI / AURA) -ESA / Hubble Collaboration 및 A. Evans (버지니아 대학교, Charlottesville / NRAO / Stony Brook University)
기본적으로 은하 충돌은 두 가지로 귀결됩니다. 은하들은 격자 위에서 형성되지 않았고 우리 우주의 팽창력은 서로 가까이있는 은하의 중력보다 강합니다. 팽창의 힘이 실제보다 훨씬 더 강하다면, 중력조차도 은하를 함께 끌어 당길 수 없을 것이고, 각 은하는 실제로 항상 고립 된 섬 우주가 될 것입니다. 다행스럽게도 조건이 적절한 한 중력은 여전히 최고입니다.