Om du trodde att allt var begränsat till vad vi hittade bortom den kosmiska horisonten, var du redo att ändra dig.
”Det är svårt att bygga inflationsmodeller som inte leder till ett multiversum. Detta är inte omöjligt, så jag är säker på att mer forskning behövs. Men de flesta inflationsmodeller leder till en mångfald, och bevisen för inflation kommer att driva oss mot allvarlig acceptans [av flera universum],”sa Alan Guth, den amerikanska fysikern och kosmologen som pionjärer idén om inflation eller kosmisk expansion en gång.
Föreställ dig att universum som vi observerar - från slut till slut - bara är en droppe i det kosmiska havet. Att utöver vad vi ser finns det mer utrymme, fler galaxer, mest av allt, otaliga miljarder ljusår längre än vi någonsin kan nå. Och så stort som universum kan vara, lika otaligt kan antalet liknande universum - några större och äldre, andra mindre och yngre - spridda över rymden. Och precis så snabbt som dessa universum expanderar, expanderar rymdtiden som innehåller dem ännu snabbare, drar dem längre isär och ser till att inga två universum någonsin möts. Låter som science fiction? Detta är den vetenskapliga idén om multivers eller flera universum. Men om den vetenskapliga uppfattningen som vi tar idag är korrekt,denna idé kommer inte bara att vara adekvat, utan också en oundviklig konsekvens av våra grundläggande lagar, säger fysiker Ethan Siegel.
Idén om flera universum är förankrad i fysiken som behövs för att beskriva det universum vi ser och bebor idag. Hela himlen ser vi stjärnor och galaxer samlade i en stor kosmisk web. Men ju längre ut i rymden vi ser, desto längre tillbaka i tiden kommer vi. Ju längre bort galaxerna är, desto yngre är de och därför mindre utvecklade. Deras stjärnor har färre tunga element, de verkar mindre eftersom det finns färre sammanslagningar, fler spiraler och färre ellipser (eftersom de senare tar tid), och så vidare. Om vi går till gränserna för det synliga, hittar vi de allra första stjärnorna i universum, och bortom dem - ett område av mörker där det bara finns ett ljus: efterglödet från Big Bang.
Själva Big Bang - som hände för 13,8 miljarder år sedan - var inte början på rum och tid, utan snarare början på vårt observerbara universum. Innan dess fanns det en tidsålder känd som kosmisk inflation, då själva rymden expanderade exponentiellt, fylld med energin i rymdens tyg. Kosmisk inflation är i sig ett exempel på en teori som kom och ersatte den som kom före den:
”Det stämde överens med alla framgångarna med Big Bang-teorin och täckte hela den moderna kosmologin.
- Hon förklarade ett antal problem som Big Bang inte kunde förklara, inklusive varför universum var överallt samma temperatur, varför det är rumsligt platt och varför det inte fanns några relationer med hög energi som magnetiska monopol kvar.
Kampanjvideo:
”Och hon gjorde många nya förutsägelser som kunde testas observativt, varav de flesta bekräftades.
Det var dock en konsekvens, som inflationsteorin förutspådde. Vi vet inte om vi kan bekräfta det eller inte: flera universum.
Inflation leder till en exponentiell utbyggnad av rymden, vilket mycket snabbt kan resultera i det faktum att alla befintliga böjda utrymmen kommer att visas platta.
Inflation får utrymme att expanderas exponentiellt. Det vill säga du tar allt som fanns före Big Bang och blir mycket, mycket, mycket mer än det var. Hittills passar detta oss: det förklarar hur vi fick ett homogent och enormt universum. När inflationen slutar fylls universum med materia och strålning, vars utseende vi ser som en röd het Big Bang. Och det är här som odligheterna börjar. För att inflationen ska ta slut, oavsett vilket kvantfält som är ansvarigt för den, måste den gå från ett högenergiskt instabilt tillstånd till ett lågenergi och stabilt. Denna övergång och "glida" ner i dalen är det som slutar inflationen och orsakar Big Bang.
Men oavsett vilket fält som är ansvarigt för inflationen, som på alla andra områden som följer fysikens lagar, måste det i sig vara ett kvantfält. Liksom alla kvantfält beskrivs det med en vågfunktion, med sannolikheten för vågutbredning över tid. Om fältets storlek långsamt rullar in i dalen, kommer vågfunktionens kvantspridning att vara snabbare än avrullningen, vilket innebär att det är möjligt - till och med troligt - inflation kommer gradvis att leda till Big Bang.
Om inflationen var ett kvantfält, skulle fältets storlek variera med tiden, med olika områden i rymden som tar olika insikter i fältets värde. I många regioner kommer fältets värde att falla till botten av dalen och slutar inflationen, men i många andra kommer inflationen att fortsätta så länge du vill i framtiden.
Eftersom rymden expanderar med en exponentiell hastighet under inflationen, betyder det att det exponentiellt skapas fler regioner i rymden över tiden. I vissa områden kommer inflationen att sluta: där fältet glider in i en dal. Men i andra kommer inflationen att fortsätta, vilket skapar mer och mer utrymme runt varje område där inflationen slutar. Inflationsgraden är mycket snabbare än till och med den maximala expansionshastigheten för universum fylld med materia och energi, därför, på kortast möjliga tid, täcker inflationsområdena allt. Enligt de mekanismer som ger oss tillräcklig inflation för att skapa det universum vi ser, är vår rymdregion där inflationen slutade omgiven av mycket fler andra regioner - där inflationen fortsätter eller inte slutade omedelbart.
Inflationen fortsätter på obestämd tid trots de områden där den slutade
Det är här fenomenet som kallas evig inflation inträffar. Där inflationen slutar, födas Big Bang och universum - som den vi ser - liknar vårt eget. Men där inflationen inte slutar, föds mer inflationsutrymme, vilket ger upphov till andra regioner där det kommer att bli stora lugg, separerade från vårt, och andra regioner där inflationen börjar.
Hur stort vårt universum är, detta är bara en liten bråkdel av allt som verkligen är
Denna bild av stora universum, mycket större än den magra delen som vi kan observera, ständigt skapad av svullnadsutrymmet, är multiversen. Det är viktigt att förstå att multiversen inte är en vetenskaplig teori i sig själv. Det gör inte förutsägelser och observerbara fenomen som vi kan nå. Nej, själva mångfalden är en teoretisk förutsägelse som följer av fysiklagarna som vi har dragit till dags dato. Kanske är det till och med en oundviklig konsekvens av dessa lagar: om du tar ett inflationsunivers som styrs av kvantefysiken, får du detta.
Kanske är vår förståelse av detta tillstånd innan Big Bang fel, och att vår förståelse för inflation är helt fel. I ett sådant fall kommer förekomsten av flera universum inte att bli den ultimata konsekvensen. Men förutsägelsen om evig inflation, som innehåller otaliga fickunivers, är en direkt följd av våra bästa teorier, om de är korrekta.
Vad är mångfalden, då? Det kan gå utöver fysiken och bli den första fysiskt motiverade "metafysiken" vi någonsin har stött på. För första gången förstår vi gränserna för vad vårt universum kan lära oss. Fram till dess kan vi förutsäga, men vi kan inte bekräfta eller förneka det faktum att vårt universum endast är en liten del av en större värld: multiversen.
Ilya Khel