Jo mer nysgjerrig vi får om de store kosmiske ukjente, desto mer ubesvarte spørsmål vil våre undersøkelser av Universet avsløre. Å spørre om Hva Som helst — hvor Det er, hvor det kom fra, og hvordan det kom til å være — vil uunngåelig lede deg til De samme store mysteriene: Om Universets ultimate natur og opprinnelse og alt i Det. Likevel, uansett hvor langt tilbake vi går, synes de samme dvelende spørsmålene alltid å forbli: på et tidspunkt eksisterte ikke enhetene som er vårt «utgangspunkt» nødvendigvis, så hvordan kom de til å være? Til slutt ender du opp med det ultimate spørsmålet: hvordan oppsto noe fra ingenting? Som Mange nyere questioners, Inkludert Luke Martin, Buzz Morse, Russell Blalack, John Heiss og Mange andre har skrevet:

«Ok, du får sikkert dette spørsmålet uendelig, men jeg skal spørre likevel: Hvordan kom noe (universet/big bang) fra ingenting?»

Dette er kanskje et av de største spørsmålene av alle, fordi det i utgangspunktet spør ikke bare hvor alt kom fra, men hvordan oppsto alt i utgangspunktet. Her er så langt som vitenskapen har fått oss, i det minste, så langt.

I Dag, når Vi ser Ut på Universet, peker hele observasjonsserien vi har samlet, selv med de kjente usikkerhetene tatt i betraktning, alle mot et bemerkelsesverdig konsistent bilde. Vårt Univers er laget av materie (i stedet for antimaterie), overholder de samme fysikkloven overalt og til enhver tid, og begynte — i hvert fall som vi kjenner det — med et varmt Big Bang for 13, 8 milliarder år siden. Den styres Av Generell Relativitet, den ekspanderer og kjøler og graviterer, og den domineres av mørk energi (68%) og mørk materie (27%), med normal materie, nøytriner og stråling som utgjør resten.

I Dag er den selvfølgelig full av galakser, stjerner, planeter, tunge elementer, og på minst ett sted, intelligent og teknologisk avansert liv. Disse strukturene var ikke alltid der, men oppsto som et resultat av kosmisk evolusjon. I et bemerkelsesverdig vitenskapelig sprang var det 20. århundre forskere i stand til å rekonstruere tidslinjen for Hvordan Vårt Univers gikk fra et stort sett ensartet Univers, uten kompleks struktur og bestående utelukkende av hydrogen og helium, til det strukturrike Universet vi observerer i dag.

hvis vi starter fra i dag, kan vi gå bakover i tid, og spørre hvor noen individuell struktur eller komponent av den strukturen kom fra. For hvert svar vi får, kan vi da spørre: «ok, men hvor kom det fra og hvordan oppsto det,» går tilbake til vi er tvunget til å svare, » vi vet ikke, i hvert fall ikke ennå.»Så kan vi endelig tenke på hva vi har, og spørre: «hvordan oppsto det, og er det en måte at det kunne ha oppstått fra ingenting?»

Så, la oss komme i gang.

livet vi har i dag kommer fra komplekse molekyler, som må ha oppstått fra atomene i det periodiske bordet: råvarene som utgjør all den vanlige saken vi har I Universet i dag. Universet ble ikke født med disse atomene; i stedet krevde de flere generasjoner stjerner som levde og døde, med produktene av deres atomreaksjoner resirkulert til fremtidige generasjoner av stjerner. Uten dette ville planeter og kompleks kjemi være en umulighet.

for å danne moderne stjerner og galakser trenger vi:

• gravitation for å trekke små galakser og stjernehoper inn i hverandre, skape store galakser og utløse nye bølger av stjernedannelse,
• som krevde pre-eksisterende samlinger av masse, skapt fra gravitasjonsvekst,
• som krever mørk materie haloer for å danne tidlig, hindrer stjernedannelsesepisoder fra å kaste ut materie tilbake i det intergalaktiske mediet,
• som krever den rette balansen av normale verdier. materie, mørk materie og stråling for å gi opphav til den kosmiske mikrobølgebakgrunnen, lyselementene dannet i det varme big bang, og overflodene / mønstrene vi ser i dem,
• som krevde innledende frøfluktuasjoner – tetthet ufullkommenheter – for å gravitasjonelt vokse inn i disse strukturene,
• som krever en eller annen måte å skape disse ufullkommenhetene på, sammen med en eller annen måte å skape mørk materie og skape de første mengdene av normal materie.

dette er tre viktige ingredienser som kreves i de tidlige stadiene Av det varme Big Bang, for å gi Opphav Til Universet slik vi observerer Det i dag. Forutsatt at vi også krever fysikkens lover og romtid selv å eksistere-sammen med materie/energi selv — vil vi sannsynligvis inkludere de som de nødvendige ingrediensene som på en eller annen måte må oppstå.

så kort sagt, når vi spør om Vi kan få Et Univers fra ingenting eller ikke, er dette romanen, hittil uforklarlige enheter som vi må oppstå på en eller annen måte.

for å få mer materie enn antimaterie, må vi ekstrapolere tilbake til det aller tidlige Universet, til en tid da vår fysikk er veldig usikker. Fysikkens lover som vi kjenner dem er på en eller annen måte symmetriske mellom materie og antimaterie: hver reaksjon vi noensinne har skapt eller observert, kan bare skape eller ødelegge materie og antimaterie i like store mengder. Men Universet vi hadde, til tross for å begynne i en utrolig varm og tett tilstand der materie og antimatter begge kunne opprettes i rikelig, rikelig mengde, må ha hatt en måte å skape en materie / antimatter asymmetri der ingen eksisterte i utgangspunktet.

Det er mange måter å oppnå dette på. Selv om vi ikke vet hvilket scenario som faktisk fant sted i vårt unge Univers, involverer alle måter å gjøre det på følgende tre elementer:

1. et ut-av-likevekt sett av forhold, som naturlig oppstår i et ekspanderende, kjølende Univers,
2. en måte å generere baryon-nummer-krenkende interaksjoner, som Standardmodellen tillater gjennom sphaleron-interaksjoner (og utover-Standard-Modell-scenarier tillater på flere måter),
3. og en måte å generere Nok c-og CP-brudd på for å skape en materie/antimattery asymmetri i store nok mengder.

Standardmodellen har alle disse ingrediensene, men ikke nok. Hvis du vurderer et materie / antimatter symmetrisk Univers som «Et Univers med ingenting», så er Det nesten garantert At Universet genererte noe fra ingenting, selv om vi ikke er helt sikre på nøyaktig hvordan det skjedde.

På Samme måte er det mange levedyktige måter å generere mørk materie på. Vi vet — fra omfattende testing og søking – at uansett hva mørkt materiale er, kan det ikke bestå av partikler som er tilstede I Standardmodellen. Uansett hva dens sanne natur er, krever det ny fysikk utover det som for tiden er kjent. Men det er mange måter det kunne ha blitt opprettet, inkludert:

• fra å være termisk opprettet i det varme, tidlige Universet, og deretter unnlate å fullstendig utslette bort, forbli stabil etterpå (som den letteste supersymmetriske eller Kaluza-Klein-partikkelen),
• eller fra en faseovergang som spontant skjedde da Universet utvidet og avkjølt, rippe massive partikler ut av kvantevakuumet (f. eks. axion),
• som en ny form for et nøytrino, som i seg selv kan enten blande seg med de kjente nøytrinene (dvs. et sterilt nøytrino), eller som et tungt høyrehendt nøytrino som eksisterer i tillegg til de konvensjonelle nøytrinene,
• eller som et rent gravitasjonsfenomen som gir opphav til en ultramassiv partikkel (f.eks. En WIMPzilla).

Hvorfor er det mørk materie i dag, når Resten av Universet ser ut til å fungere helt fint tidlig uten Det? Det må ha vært en måte å generere denne «tingen» der det ikke var noe slikt på forhånd, men alle disse scenariene krever energi. Så, så, hvor kom all den energien fra?

kanskje, ifølge kosmisk inflasjon — vår ledende teori om Universets pre-Big Bang opprinnelse — kom det virkelig fra ingenting. Dette krever litt av en forklaring, og er det som oftest menes med «Et Univers fra ingenting.»(Inkludert, forresten, som det ble brukt i tittelen på boken med samme navn.)

når du forestiller deg de tidligste stadiene Av det varme Big Bang, må du tenke på noe utrolig varmt, tett, høy energi og nesten perfekt jevnt. Når vi spør, «hvordan oppsto dette,» har vi vanligvis to alternativer.

1. Vi kan gå Lady Gaga-ruten, Og bare hevde at Den må ha vært » født på denne måten.»Universet ble født med disse egenskapene, som vi kaller innledende forhold, og det er ingen ytterligere forklaring. Som teoretisk fysiker kaller vi denne tilnærmingen » å gi opp.»
2. Eller vi kan gjøre det teoretiske fysikere gjør best: prøv å samle en teoretisk mekanisme som kan forklare de opprinnelige forholdene, plage ut konkrete spådommer som avviger fra standard, rådende teoriens spådommer og deretter gå ut og prøve å måle de kritiske parametrene.

Kosmisk inflasjon kom som et resultat av å ta den andre tilnærmingen, og det endret bokstavelig talt vår oppfatning av Hvordan Vårt Univers kom til å bli.

i stedet for å ekstrapolere «varmt og tett» tilbake til en uendelig varm, uendelig tett singularitet, sier inflasjonen i utgangspunktet: «kanskje det varme Big Bang var foran en periode hvor en ekstremt stor energitetthet var tilstede i selve rommet, noe Som førte Til At Universet ekspanderte med en ubarmhjertig (inflasjonell) hastighet, og da inflasjonen endte, ble den energien overført til materie-og-antimaterie-og-stråling, og skaper det vi ser som det varme Big Bang: ettervirkningen av inflasjonen.»

I blodig detalj skaper dette ikke bare Et Univers med samme temperatur overalt, romlig flathet og ingen gjenværende relikvier fra en hypotetisk stor enhetlig epoke, men forutser også en bestemt type og spektrum av frø (tetthet) svingninger, som vi deretter gikk ut og så. Fra bare tomt rom selv-selv om det er tomt rom fylt med en stor mengde feltenergi-har en naturlig prosess skapt hele observerbare Universet, rik på struktur — slik vi ser det i dag.

Det er den store ideen om å få Et Univers fra ingenting, men det er ikke tilfredsstillende for alle.

Til en stor brøkdel av mennesker, Et Univers der rom og tid fortsatt eksisterer, sammen med fysikkens lover, de grunnleggende konstantene, og noe ikke-null feltenergi som er iboende i selve rommet, er veldig mye skilt fra ideen om ingenting. Vi kan tross alt forestille oss et sted utenfor rommet; et øyeblikk utenfor tidens grenser; et sett med forhold som ikke har noen fysisk virkelighet for å begrense dem. Og disse forestillingene – hvis vi definerer disse fysiske realiteter som ting vi må eliminere for å oppnå ekte ingenting — er absolutt gyldige, i det minste filosofisk.

Men det er forskjellen mellom filosofisk ingenting og en mer fysisk definisjon av ingenting. Som jeg skrev tilbake i 2018, er det fire vitenskapelige definisjoner av ingenting, og de er alle gyldige, avhengig av konteksten din:

1. En tid da din» ting » av interesse ikke eksisterte,
2. Tom, fysisk plass,
3. Tom tidsrom i lavest mulig energitilstand, og
4. Uansett hva du sitter igjen med når du tar bort Hele Universet og lovene som styrer Det.

Vi kan definitivt si at vi fikk «Et Univers fra ingenting» hvis vi bruker de to første definisjonene; vi kan ikke hvis vi bruker den tredje; og dessverre vet vi ikke nok til å si hva som skjer hvis vi bruker den fjerde. Uten en fysisk teori for å beskrive hva som skjer utenfor Universet og utenfor riket fysiske lover, er begrepet ekte intet fysisk dårlig definert.

I sammenheng med fysikk, er det umulig å gi mening om en ide om absolutt ingenting. Hva betyr det å være utenfor rom og tid, og hvordan kan rom og tid fornuftig, forutsigbart komme ut av en tilstand av ikke-eksistens? Hvordan kan romtid oppstå på et bestemt sted eller tid, når det ikke er noen definisjon av sted eller tid uten det? Hvor kommer reglene for kvanta — feltene og partiklene begge — fra?

denne tankegangen antar selv at rom, tid og fysikkens lover selv ikke var evige, når de faktisk kan være. Eventuelle teoremer eller bevis på det motsatte stole på antagelser hvis gyldighet ikke er forsvarlig etablert under de forhold som vi vil søke å anvende dem. Hvis du godtar en fysisk definisjon av «ingenting», så Ja, Universet som vi kjenner det, ser veldig ut til å ha oppstått av ingenting. Men hvis du lar fysiske begrensninger bak, så alt sikkert om vår ultimate kosmiske opprinnelse forsvinner.

dessverre for oss alle, sletter inflasjonen i sin natur all informasjon som kan bli trykt fra en eksisterende tilstand på vårt observerbare Univers. Til tross for fantasiens ubegrensede natur, kan vi bare trekke konklusjoner om saker som tester som involverer vår fysiske virkelighet kan bygges på. Uansett hvor logisk lyd noen annen vurdering kan være, inkludert et begrep om absolutt ingenting, er det bare en konstruksjon av våre sinn.

Send Inn Dine Spør Ethan spørsmål til startswithabang på gmail dot com!