We are searching data for your request:
Upon completion, a link will appear to access the found materials.
Ek het van 'n aantal mense gehoor dat die Heelal oneindig is, en vanuit my perspektief kan ek nie sien hoe dit eintlik bekend kan wees nie, veral omdat die Heelal 'n eindige grootte begin en teen 'n eindige tempo groei.
Wat die moontlike ooreenkoms met my vraag betref: Ek wil weet hoe dit kan wees en hoe ons dit sou weet, eerder as om dit te doen. Dit is aansienlik anders.
Ons weet nie seker nie, maar dit pas beslis in ons teorieë. Daar is natuurlik geen manier om te toets of die heelal oneindig is nie, maar op die oomblik dink ons dit is waarskynlik.
As u my opgedateerde antwoord op u ander boodskap lees, was die heelal nog altyd oneindig groot. Ek verduidelik daaroor hoe dit werk: daar word ruimte tussen alles geskep, en dus kan 'n mens sê die heelal brei uit.
Hierdie voorwerpe kan eintlik vinniger van mekaar wegdryf as die ligspoed. Dit wil sê dat lig van hulle uiteindelik nie vir ons sal kom nie, want hulle sal te vinnig wegdryf.
Dit is eintlik nie in stryd met Einstein se teorie dat die snelheid van die lig die vinnigste ding in die heelal is nie. Einstein het gesê dat niks vinniger deur die ruimte kan reis as lig nie - maar hier word eintlik ruimte tussen die voorwerpe geskep. Afstande neem toe omdat die ruimte self verwyd word en ons dus vinniger as lig van ander voorwerpe kan wegdryf.
Daar is regtig (sover ek weet) geen beperking op hoe vinnig ons kan wegdryf nie. Verder voorwerpe sal al hoe vinniger wegdryf, want ons swaartekrag het dit baie swakker.
Kosmologiese krisis: Ons weet nie of die heelal rond of plat is nie
Reis ver genoeg in die heelal en u kan terugkom waar u begin het. Metings van die Planck-ruimtewaarneming het getoon dat die heelal dalk soos 'n sfeer eerder as 'n plat lak kan vorm, wat byna alles sal verander wat ons van die kosmos dink.
Die Planck-sterrewag, wat van 2009 tot 2013 bedryf is, het die kosmiese mikrogolfagtergrond, 'n see van lig wat oorgebly het van die oerknal, gekarteer.
Een stel waarnemings het getoon dat daar meer swaartekraglense was - die ligstrek as gevolg van die vorm van ruimtetyd, wat deur swaar materie vervorm kan word - as wat verwag is. Alessandro Melchiorri aan die Sapienza Universiteit van Rome en sy kollegas het bereken dat dit kan wees omdat die vorm van die heelal anders is as wat ons gedink het.
Advertensie
Alle ander kosmologiese gegewens dui daarop dat die heelal plat is, wat beteken dat dit geen kromming het nie, soortgelyk aan 'n vel papier. Hierdie Planck-metings dui aan dat dit 'geslote' of bolvormig kan wees, wat sou beteken dat as u ver genoeg in een rigting sou reis, u sou eindig waar u begin het. Dit is omdat die ekstra lenswerk die teenwoordigheid van ekstra donker materie impliseer, wat die heelal in 'n eindige sfeer sal trek in plaas van 'n plat vel.
Volgens hierdie waarnemings is die heelal 41 keer meer geneig om geslote te wees as plat. "Dit is die presiesste kosmologiese gegewens en dit gee ons 'n ander beeld," sê Melchiorri.
Lees meer: Mini-heelalle kan op elke punt in die ruimte voortdurend ontplof
As die heelal inderdaad gesluit is, kan dit 'n groot probleem wees vir ons begrip van die kosmos. 'N Ander kosmologiese raaisel is dat dit lyk of die nabygeleë heelal vinniger uitbrei as wat dit behoort te doen. Dit is moeilik om te verklaar met ons standaardmodel van kosmologie, wat 'n plat heelal insluit, en die span het bereken dat dit selfs taaier word met 'n sferiese heelal, tesame met 'n paar ander kosmiese wanverhoudings wat ons nog moet verduidelik. Dit is so erg dat hulle dit 'n & # 8220kosmologiese krisis & # 8221 noem.
"In 'n geslote heelal is hierdie afwykings ernstiger as wat ons gedink het," sê Melchiorri. "As niks ooreenkom nie, moet ons goed nadink oor ons model van die heelal en die vorming daarvan."
Die gewone verduideliking van die vorming van die heelal sluit 'n tydperk in net na die oerknal genaamd inflasie, toe die heelal vinnig uitgebrei het. Ons huidige inflasie-modelle lei natuurlik tot 'n plat heelal, dus as die heelal gesluit is, sal hulle moet verander.
"Ons het 'n nuwe model nodig, en ons weet nog nie wat dit is nie," sê Melchiorri. Niemand het 'n manier bedink om hierdie Planck-waarnemings te versoen met die vele kosmologiese metings wat nie saamstem nie, wat selfs sommige van die ander waarnemings van die Planck-sterrewag insluit.
Om die waarheid te sê, elke ander kosmologiese meting wat ons het, dui op 'n plat heelal. Daar is geen ander waarnemings wat daarop dui dat die kosmos eintlik gesluit kan wees nie, en daar is 'n kans dat hierdie Planck-meting slegs 'n statistiese klap is.
"As dit waar is, sal dit diepgaande gevolge hê vir ons begrip van die heelal," sê David Spergel aan die Princeton Universiteit. 'Dit is 'n baie belangrike eis, maar ek is nie seker of dit een is wat deur die data gerugsteun word nie. Eintlik sou ek sê die getuienis is eintlik daarteen. ”
Meer data oor die volgende paar jaar sal wys of ons hierdie afwyking ernstig moet opneem of dat dit bloot 'n statistiese geluk is, sê Spergel. Die Simons-sterrewag, wat tans in Chili gebou word, kan swaartekraglense nog meer presies meet as Planck, en dit moet ons vertel of daar werklik 'n kosmologiese krisis is.
Tydskrifverwysing: Natuursterrekunde, DOI: 10.1038 / s41550-019-0906-9
Is dit werklik? Natuurkundiges stel 'n metode voor om vas te stel of die heelal 'n simulasie is
(Phys.org) - 'n Algemene tema van wetenskapfiksiefilms en -boeke is die idee dat ons almal in 'n gesimuleerde heelal leef - dat niks eintlik werklik is nie. Dit is geen geringe strewe nie: van die grootste geeste in die geskiedenis, van Plato tot Descartes, het die moontlikheid oorweeg. Niemand kon egter bewys lewer dat so 'n idee selfs moontlik is nie. Nou het 'n span fisici wat aan die Universiteit van Bonn werk, 'n moontlike manier bedink om ons die bewyse te voorsien waarna ons soek, naamlik 'n meetbare manier om aan te toon dat ons heelal wel gesimuleer is. Hulle het 'n referaat geskryf wat hul idee beskryf en dit na die preprint bediener gelaai arXiv.
Die idee van die span is gebaseer op werk wat gedoen word deur ander wetenskaplikes wat aktief besig is om simulasies van ons heelal te skep, ten minste soos ons dit verstaan. Tot dusver het sulke werk getoon dat daar 'n driedimensionele raamwerk moet bestaan om werklike wêreldvoorwerpe en -prosesse voor te stel om 'n simulasie van die werklikheid te skep. Met gerekenariseerde simulasies is dit nodig om 'n rooster te skep om rekening te hou met die afstande tussen virtuele voorwerpe en om die vordering van tyd te simuleer. Die Duitse span stel voor dat so 'n rooster geskep kan word op grond van kwantum-chromodinamika - teorieë wat die kernkragte beskryf wat subatomiese deeltjies bind.
Om bewyse te vind dat ons in 'n gesimuleerde wêreld bestaan, sou beteken dat u die bestaan van 'n onderliggende traliekonstruksie moet ontdek deur die eindpunte of kante daarvan te vind. In 'n gesimuleerde heelal sou 'n rooster uit die aard van die saak 'n beperking stel op die hoeveelheid energie wat deur energiepartikels voorgestel kan word. Dit beteken dat as ons heelal wel gesimuleer word, daar 'n manier moet wees om die limiet te vind. In die waarneembare heelal is daar 'n manier om die energie van kwantumdeeltjies te meet en hul afsnypunt te bereken, aangesien energie versprei word as gevolg van interaksies met mikrogolwe en dit kan bereken word met behulp van huidige tegnologie. Die berekening van die afsnypunt, volgens die navorsers, kan geloof gee aan die idee dat die heelal eintlik 'n simulasie is. Natuurlik sou enige gevolgtrekkings wat voortspruit uit sulke werk beperk word deur die moontlikheid dat alles wat ons dink oor kwantumchromodinamika verstaan, of simulasies vir die saak, foutief kan wees.
Abstrak
Waarneembare gevolge van die hipotese dat die waargenome heelal 'n numeriese simulasie is wat op 'n kubieke ruimtetydrooster of -rooster uitgevoer word, word ondersoek. Die simulasiescenario word eerstens gemotiveer deur die huidige tendense in rekenaarhulpbronvereistes vir rooster-QCD in die toekoms te ekstrapoleer. Deur die historiese ontwikkeling van die traliewerkteorie-tegnologie as 'n riglyn te gebruik, neem ons aan dat ons heelal 'n vroeë numeriese simulasie is met onverbeterde diskretisering van Wilson fermion, en ondersoek ons die moontlike waarneembare gevolge. Onder die waarneembare wat oorweeg word, is die muon g-2 en die huidige verskille tussen alfa-bepalings, maar die strengste gebind aan die omgekeerde roosterafstand van die heelal, b ^ (- 1)>
10 ^ (11) GeV, is afgelei van die afgesnyde hoë-energie van die kosmiese straalspektrum. Die numeriese simulasiescenario kan homself openbaar in die verdeling van kosmiese strale met die hoogste energie, wat 'n mate van rotasiesimmetrie breek wat die struktuur van die onderliggende rooster weerspieël.
Is die heelal eindig of oneindig? 'N Onderhoud met Joseph Silk
Hierdie onderhoud is in 2001 gevoer by die ESA se European Space Technology Centre (ESTEC) in Noordwijk, Nederland, tydens 'n internasionale werkswinkel om die wetenskaplike program van die Planck-satelliet te bespreek. Hier verduidelik hy die konsep van 'platheid' en verduidelik hy waarom ons nooit mag weet of die heelal eindig of oneindig is nie.
Hoof van astrofisika, Departement Fisika, Universiteit van Oxford, Verenigde Koninkryk
Saviliaanse professor in sterrekunde, Universiteit van Oxford. Voorheen hoogleraar aan die Universiteit van Kalifornië in Berkeley, Verenigde State. Tans 'n genoot van die American Association for the Advancement of Science, die American Physical Society en van die Royal Society, UK.
Die meeste van sy wetenskaplike navorsing hou verband met die Kosmiese Mikrogolfagtergrond en kosmologie. Hy is outeur of mede-outeur van meer as 300 artikels in beoordeelde tydskrifte, asook van baie gewilde artikels en boeke soos The Left Hand of Creation, Cosmic Enigmas en A Short History of the Universe.
Miskien was daar al 'n geskiedenis voor die oerknal
ESA: Die term 'Big Bang' dui op 'n ontploffing. Maar kosmoloë verwerp dikwels die konsep van 'n ontploffing, waarom?
Joseph Silk
Kosmoloë hou nie van die term ontploffing nie, want dit dra die idee van klank oor, en dit het geen sin om so daaraan te dink nie. Maar afgesien daarvan, is die woord ontploffing geldig. Ek dink dat die eenvoudigste beskrywing van die ontstaan van die heelal 'n ontploffing is, in die sin dat dit vanaf 'n baie klein volume begin en baie vinnig toegeneem het. Dit is gewoonlik wat jy met ontploffing bedoel.
ESA: Is die heelal eindig of oneindig?
Joseph Silk
Ons weet nie. Die uitbreidende Heelal-teorie sê dat die Heelal vir ewig kan uitbrei [wat ooreenstem met 'n 'plat' Heelal]. En dit is waarskynlik die model van die heelal waaraan ons nou die naaste voel. Maar dit kan ook eindig wees, want dit kan wees dat die Heelal nou 'n baie groot volume het, maar eindig, en dat die volume sal toeneem, dus slegs in die oneindige toekoms sal dit eintlik oneindig wees.
ESA: Dit klink na 'n speletjie woorde, of hoe?
Joseph Silk
Nee. Ons weet nie of die heelal eindig is of nie. Stel u die meetkunde van die heelal in twee dimensies voor as 'n vlak, om u 'n voorbeeld te gee. Dit is plat en 'n vlak is normaalweg oneindig. Maar jy kan 'n vel papier ['n 'oneindige' vel papier neem] en jy kan dit oprol en 'n silinder maak, en jy kan die silinder weer rol en 'n torus maak [soos die vorm van 'n doughnut]. Die oppervlak van die torus is ook ruim, maar dit is eindig. U het dus twee moontlikhede vir 'n plat heelal: een oneindig, soos 'n vlak, en een eindig, soos 'n torus, wat ook plat is.
ESA: 'Flat' het 'n ander betekenis vir nie-wetenskaplikes. Met 'plat' verstaan ons dit soos 'n tafel met breedte. Het die heelal breedte?
Joseph Silk
Plat is net 'n tweedimensionele analogie. Wat ons bedoel, is dat die heelal 'Euklidies' is, wat beteken dat parallelle lyne altyd parallel loop en dat die hoeke van 'n driehoek 180o is. Die tweedimensionele ekwivalent daarvan is 'n vlak, 'n oneindige vel papier. Op die oppervlak van die vlak kan u parallelle lyne trek wat nooit sal ontmoet nie. 'N Geboë meetkunde sou 'n sfeer wees. As u parallelle lyne op 'n sfeer trek, sal hierdie lyne mekaar op 'n sekere punt ontmoet, en as u 'n driehoek teken, is die hoeke meer as 180o. Die oppervlak van die bol is dus nie plat nie. Dit is 'n eindige ruimte, maar dit is nie plat nie, terwyl die oppervlak van 'n torus 'n plat ruimte is.
ESA: Planck meet die Kosmiese Mikrogolfagtergrond (CMB), wat inligting bevat oor die meetkunde van die Heelal. Sal ons kan vasstel of die heelal eindig is of nie?
Joseph Silk
Al kan ons met ons kosmiese mikrogolf-agtergronddata bewys dat die heelal plat is, sal ons steeds nie weet of dit eindig of oneindig is nie.
ESA: Hoe gaan ons dan weet of die Heelal oneindig is?
Joseph Silk
Met groot moeite! Ons weet dit miskien nooit. As die heelal eindig is, beteken dit dat dit in 'n tweedimensionele meetkunde soos 'n torus sou wees. Dink nou aan 'n torus. In so 'n heelal kan lig wat op die oppervlak van 'n torus beweeg twee paaie neem: dit kan om die kante gaan, maar dit kan ook in 'n reguit lyn gaan. Dit beteken dat as die heelal soos 'n torus is, lig verskillende maniere kan hê om by dieselfde punt uit te kom. U kan 'n lang en 'n kort pad ry. En dit sou nie in 'n vliegtuig waar wees nie. Maar 'n torus beteken dat die ruimte ingewikkelder is. Dit sou beteken dat as u die CMB meet, u vreemde patrone aan die hemel sal sien, want die lig van ver sou nie na ons toe gekom het nie weens die topologie van die heelal. Die hoop sou dus uiteindelik wees om na die vreemde patrone in die lug te soek.
ESA: Sal Planck daardie patrone kan sien?
Joseph Silk
In beginsel ja. As die heelal soos 'n torus is, kan u iets sien. As die heelal eindig was, sou dit 100 keer groter wees as die horison, dit is die afstand wat die lig afgelê het sedert die oerknal. Dit sal ooreenstem met die grootte van die 'donut' van die torus. Ons sou dit in beginsel met Planck kon meet. Aan die ander kant, as die Heelal werklik oneindig was, sou ons geen teken van hierdie eienaardige ding sien nie. Wat ons in daardie geval regtig sou kon sê, is dat die heelal groter is as 'n sekere grootte. Maar as dit eindig was, sou dit meetbaar kon wees.
ESA: Wat sou die grootte van die heelal wees as dit eindig was?
Joseph Silk
Dit kan so groot as 100 keer die horison wees. Dit beteken dat die heelal soveel as 'n 100 duisend miljoen parsek sou wees, ongeveer 300 duisend miljoen ligjare, as ons die topologie sou kon meet.
ESA: Dit lyk asof ons dit eens is dat die oerknal begin het met 'n 'inflasie', 'n kort periode van vinnige uitbreiding. Maar wat het voor dit gebeur?
Joseph Silk
Miskien lank voor inflasie was daar 'n heelal wat in duie stort naby 'n enkelvoud, wat dan weer opgeblaas het, so daar was reeds 'n geskiedenis voor die oerknal. Sommige mense dink daar was 'n 'pre-Big Bang'. Een moontlikheid is dat hierdie pre-Big Bang, as daar so 'n plek was, baie entropie sou veroorsaak het (die hoeveelheid wanorde in die heelal). En die heelal waarin ons woon, het enorme hoeveelhede entropie. Dit is een teorie. Maar ons weet nie hoe om van ineenstorting na uitbreiding te verander nie. Daar is geen fisiese manier om die oorgang te verklaar nie. Sommige mense glo dat hulle die verklaring voor die oerknal het, daarom is dit 'n gerespekteerde teorie.
Die heelal is nie ewig nie, maar het 'n begin gehad deur Rich Deem
Ek het onlangs 'n e-pos ontvang waarin beweer word dat die meeste wetenskaplikes nie glo dat die oerknal die begin van die heelal is nie. Ander besoekers aan die webwerf het in die verlede soortgelyke aansprake gemaak, daarom het ek gedink dit sal 'n goeie idee wees om die rekord op te stel oor die oorsprong van die heelal. Alhoewel daar ateïstiese wetenskaplikes is wat glo dat die heelal voor die oerknal bestaan het, moet ek dit duidelik stel dat hulle geen bewyse hiervoor lewer nie geloof, sedert geen bestaan! Hierdie soort geloof is metafisies van aard soos aangedui in 'n artikel van die The Origin-of-Life Foundation, Inc. :
& quot 'n beroep op veelvuldige of 'parallelle' kosmosse of op 'n oneindige aantal kosmiese oscillasies as 'n wesenlike element van voorgestelde meganismes is nie aanvaarbaar in voorleggings nie, omdat daar nie empiriese korrelasie en toetsbaarheid is nie. Sulke oortuigings is sonder harde fisiese bewyse en moet dus as onverdedigbaar beskou word, tans buite die metodologie van wetenskaplike ondersoek om dit te bevestig of te weerlê, en dus meer wiskundig teoreties en metafisies as wetenskaplik van aard. Onlangse kosmologiese bewyse dui ook op onvoldoende massa vir swaartekrag om voortgesette kosmiese uitbreiding te keer. Die beste kosmologiese bewyse tot dusver dui daarop dat die kosmos eindig eerder as oneindig in die ouderdom is. & Quot 1
Die heelal se begin
Sulke metafisiese oortuigings word dikwels in populêre boeke oor kosmologie opgeneem, hoewel daar selde gesê word dat die oortuigings sonder enige bewyse is. Net soos ateïste graag van die begin van die heelal ontslae wil raak, is dit duidelik dat dit wel 'n geruime tyd in die verlede begin bestaan het. Die Borde-Guth-Vilenkin-stelling 2 toon dat daar geen manier is om van 'n begin ontslae te raak nie enige heelal wat gekenmerk word deur kosmiese uitbreiding (Hav & gt 0). Aangesien ons heelal deur kosmiese uitbreiding gekenmerk word, is dit moet 'n begin gehad het. Die Borde-Guth-Vilenkin-stelling elimineer dus die ewige inflasiemodel, wat gebaseer is op 'n steeds groeiende multiverse. Sikliese heelal-modelle misluk omdat die entropie van 'n ineenstortende en uitbreidende heelal binne 'n paar siklusse alle dele van die heelal as termies dood sou maak (uiteraard is 'n ewige aantal siklusse meer as 'n paar!). Die kosmiese eiermodel misluk omdat die eier nie vir ewig kon bestaan nie, aangesien kwantumonstabiliteite dit na 'n beperkte tyd sou instort. 3 Hier is 'n paar aanhalings van universiteitswebwerwe deur wetenskaplikes wat weet dat die heelal 'n begin gehad het:
- & quot Die gevolgtrekking van hierdie lesing is dat die heelal nie vir ewig bestaan het nie. Die heelal, en die tyd self, het eerder 'n begin gehad in die oerknal, ongeveer 15 miljard jaar gelede. & Quot Stephen Hawking Die begin van tyd
- & quot Wetenskaplikes stem oor die algemeen saam dat & quot; die oerknal & quot die wêreld ongeveer 15 miljard jaar gelede gebore het. & quot Tom Parisi, Noord-Illinois Universiteit
- & quotAs gevolg van die oerknal (die geweldige ontploffing wat die begin van ons heelal aangedui het), brei die heelal uit en die meeste sterrestelsels daarin beweeg van mekaar af. & quot CalTech
- & quotDie oerknal-model van die heelal se geboorte is die algemeenste aanvaarde model wat ooit ontwerp is vir die wetenskaplike oorsprong van alles. & quot Stuart Robbins, Case Western Reserve University
- & quot Baie het eens geglo dat die heelal geen begin of einde gehad het nie en dat dit werklik oneindig was. Deur die aanvang van die oerknalteorie kan die heelal egter nie meer as oneindig beskou word nie. Die heelal is gedwing om die eienskappe van 'n eindige verskynsel aan te neem, met 'n geskiedenis en 'n begin. & Quot Chris LaRocco en Blair Rothstein, Universiteit van Michigan
- & quot Die wetenskaplike bewyse is nou oorweldigend dat die heelal begin het met 'n & quotBig Bang & quot
Afsluiting
Die kosmologiese data toon dat die heelal 'n begin gehad het toe ruimte, tyd, materie en energie ontplof het van die kosmiese gebeurtenis wat die Oerknal bekend staan. Die Bybel sê vir ons dat God & die hemele & quot ('n uitbreidende heelal) & quot; versprei & quot; 4 en dat die sigbare dele gemaak is van die onsigbare (Hebreërs 11: 3); Is dit die rede waarom ateïste so angstig is om van 'n begin van die heelal ontslae te raak?
Is die heelal oneindig of net baie groot?
ONS het die grootte van die aarde sedert die antieke Grieke geken. Die son, sonnestelsel en melkweg? Geen probleem. Maar as dit kom by die grootte van die heelal, het ons nie 'n idee nie.
& # 8220Dit is vreemd: die grootte van die waarneembare heelal is een van die meer presies bekende hoeveelhede in sterrekunde, maar die grootte van die hele heelal is een van die minste bekende, & # 8221 sê Scott Dodelson, 'n kosmoloog by Fermilab in Batavia, Illinois.
Een manier om na te dink oor die grootte van die waarneembare heelal, is om te oorweeg hoe ver die uitstoot van die oerknal nou sou kon gereis het. Volgens ons beste kosmologiese modelle is die afstand ongeveer 46 miljard ligjare. Dit is die kosmiese & # 8220horizon & # 8221, 'n soort driedimensionele ekwivalent van die 2D-horison wat ons op Aarde sien.
& # 8220Dit is sover ons kan sien en hoe groot ons empiries die heelal kan waarneem, & # 8221, sê Adam Riess van die Johns Hopkins Universiteit in Baltimore, Maryland, wat in 2011 die Nobelprys gedeel het vir die ontdekking dat die uitbreiding van die heelal versnel. & # 8220 Natuurlik is ons redelik seker dat dit baie verder gaan. & # 8221
Hoekom? Omdat die heelal baie dieselfde lyk, maak nie saak hoe jy kyk nie. Neem die kosmiese mikrogolf-agtergrond (CMB), die bestraling wat deur die oerknal agterbly. Dit is grotendeels uniform oor die lug, en ons het geen rede om te dink dat dit buite die kosmiese horison sou verander nie. Daar is geen tekens wat die heelal afneem nie, so dit sal wees & hellip
Teken in vir onbeperkte digitale toegang
Teken nou in vir onbeperkte toegang
App + web
- Onbeperkte internettoegang
- Nuwe wetenskaplike app
- Video's van meer as 200 wetenskappraatjies plus weeklikse blokraaisels wat uitsluitlik beskikbaar is vir intekenare
- Eksklusiewe toegang tot slegs inskrywingsgeleenthede, insluitend ons 1 Julie-klimaatverandering
- 'N Jaar van ongeëwenaarde omgewingsdekking, uitsluitlik met New Scientist en UNEP
Druk + App + Web
- Onbeperkte internettoegang
- Weeklikse drukuitgawe
- Nuwe wetenskaplike app
- Video's van meer as 200 wetenskappraatjies plus weeklikse blokraaisels wat uitsluitlik beskikbaar is vir intekenare
- Eksklusiewe toegang tot slegs inskrywingsgeleenthede, insluitend ons 1 Julie-klimaatverandering
- 'N Jaar van ongeëwenaarde omgewingsdekking, uitsluitlik met New Scientist en UNEP
Bestaande intekenare, meld aan met u e-posadres om u rekeningtoegang te koppel.
Gravitasie en die meetkunde van ruimte-tyd
Die fisiese grondslag van Einstein se siening van gravitasie, algemene relatiwiteit, lê op twee empiriese bevindings wat hy verhef het tot die status van basiese postulate. Die eerste postulaat is die relatiwiteitsbeginsel: plaaslike fisika word beheer deur die teorie van spesiale relatiwiteit. Die tweede postulaat is die ekwivalensiebeginsel: daar is geen manier waarop 'n waarnemer plaaslik kan onderskei tussen swaartekrag en versnelling nie. Die motivering vir die tweede postulaat is afkomstig van Galileo se waarneming dat alle voorwerpe - onafhanklik van massa, vorm, kleur of enige ander eienskap - in dieselfde tempo versnel in 'n (eenvormige) swaartekragveld.
Einstein se teorie van spesiale relatiwiteit, wat hy in 1905 ontwikkel het, het sy basiese uitgangspunt gehad (1) die idee (ook dateer uit Galileo) dat die wette van die fisika dieselfde is vir alle traagheidswaarnemers en (2) die bestendigheid van die snelheid lig in 'n vakuum - naamlik dat die snelheid van die lig dieselfde waarde het (3 × 10 10 sentimeter per sekonde [cm / sek], of 2 × 10 5 myl per sekonde [myl / sek]) vir alle onafhanklike traagheidwaarnemers van hul beweging relatief tot die bron van die lig. Dit is duidelik dat hierdie tweede uitgangspunt onversoenbaar is met die Euklidiese en Newtoniaanse voorskrifte van absolute ruimte en absolute tyd, wat lei tot 'n program wat ruimte en tyd saamgevoeg het in 'n enkele struktuur, met bekende gevolge. Die ruimtetydstruktuur van spesiale relatiwiteit word dikwels 'plat' genoem omdat die voortplanting van fotone onder andere maklik op 'n plat vel grafiekpapier met ewe groot vierkante voorgestel kan word. Laat elke regmerkie op die vertikale as een ligjaar (9,46 × 10 17 cm [5,88 × 10 12 myl) afstand in die rigting van die foton se vlug voorstel, en elke regmerkie op die horisontale as stel die gang van een voor jaar (3.16 × 10 7 sekondes) tyd. Die voortplantingspad van die foton is dan 'n 45 ° lyn omdat dit een ligjaar in een jaar vlieg (met betrekking tot die ruimte- en tydmetings van alle traagheidswaarnemers, ongeag hoe vinnig hulle beweeg in verhouding tot die foton).
Die beginsel van ekwivalensie in die algemene relatiwiteit laat toe dat die plaaslike plat ruimtetydstruktuur van spesiale relatiwiteit deur gravitasie verdraai word, sodat die voortplanting van die foton oor duisende miljoene ligjare (in die kosmologiese geval) nie meer gestipuleer kan word nie. op 'n wêreldwye plat vel papier. Om seker te wees, kan die kromming van die papier nie duidelik wees as slegs 'n klein stukkie ondersoek word nie, waardeur die plaaslike indruk gewek word dat ruimte-tyd plat is (dit wil sê, voldoen aan spesiale relatiwiteit). Dit is eers wanneer die grafiekpapier wêreldwyd ondersoek word, dat 'n mens besef dat dit geboë is (dit wil sê, voldoen aan die algemene relatiwiteit).
In Einstein se 1917-model van die heelal kom die kromming slegs in die ruimte voor, met die grafiekpapier wat in 'n silinder op sy sy opgerol word, 'n lus om die silinder op konstante tyd met 'n omtrek van 2πR—Die totale ruimtelike omvang van die heelal. Let op dat die “radius van die heelal” gemeet word in 'n "rigting" loodreg op die ruimte-tydoppervlak van die grafiekpapier. Aangesien die geringe ruimte-as ooreenstem met een van die drie dimensies van die werklike wêreld (enige wil, aangesien alle rigtings gelykstaande is aan 'n isotropiese model), bestaan die radius van die heelal in 'n vierde ruimtelike dimensie (nie tyd nie) wat nie deel uitmaak nie die regte wêreld. Hierdie vierde ruimtelike dimensie is 'n wiskundige kunswerk wat ingebring word om die oplossing (in hierdie geval) van vergelykings vir geboë driedimensionele ruimte diagrammaties voor te stel, wat nie na enige ander dimensies as die drie fisieke hoef te verwys nie. Fotone wat in enige fisiese rigting in 'n reguit lyn beweeg, het trajekte wat skuins (teen 45 ° hoeke van die ruimte- en tydas) van hoek tot hoek van elke klein vierkantige sel van die ruimtetydrooster beweeg; hulle beskryf dus spiraalvormige paaie op die silindriese oppervlak van die grafiekpapier, maak een draai na beweeg van 'n ruimtelike afstand 2πR. Met ander woorde, as hulle altyd dood vooruit vlieg, sal fotone terugkeer na die plek waarvandaan hulle begin het, nadat hulle 'n eindige afstand afgelê het sonder om ooit aan 'n rand of grens te kom. Die afstand na die "ander kant" van die heelal is dus πR, en dit sou in elke rigting lê, op homself gesluit wees.
Nou, behalwe in analogie met die geslote tweedimensionele oppervlak van 'n sfeer wat eenvormig gebuig is na 'n middelpunt in 'n derde dimensie wat nêrens op die tweedimensionele oppervlak lê nie, kan geen driedimensionele wese 'n geslote driedimensionele volume visualiseer wat eenvormig geboë na 'n middelpunt in 'n vierde dimensie wat nêrens in die driedimensionele volume lê nie. Nietemin kon driedimensionele wesens die kromming van hul driedimensionele wêreld ontdek deur landmetingseksperimente uit te voer van voldoende ruimtelike omvang. Hulle kan byvoorbeeld sirkels teken deur die een punt van die tou vas te plak en die lokus wat deur die ander punt beskryf word, langs 'n enkele vlak op te spoor wanneer die tou altyd styf tussen mekaar gehou word ('n reguit lyn) en deur 'n landmeter rondgeloop word. In die heelal van Einstein, as die snaar kort was in vergelyking met die hoeveelheid R, sou die omtrek van die sirkel gedeel deur die lengte van die tou (die sirkel se radius) byna gelyk wees aan 2π = 6.2837853 ... en sodoende die driedimensionele wesens mislei om te dink dat die Euklidiese meetkunde 'n korrekte beskrywing van hul wêreld gee. Die verhouding tussen die lengte en die lengte van die tou sou egter minder word as 2π wanneer die lengte van die tou vergelykbaar word met R. Inderdaad, as 'n string lengte πR kon styf getrek word na die antipode van 'n positief geboë heelal, sou die verhouding nul wees. Kortom, aan die afgebakende punt kan gesien word dat die tou 'n groot boog in die lug van horison tot horison en weer terug vee, om die tou te laat doen, hoef die landmeter aan die ander kant net sirkel van verdwynende klein omtrek.
Oorweeg die volgende gedagte-eksperiment wat oorspronklik deur Einstein bedink is om te verstaan waarom gravitasie ruimte (of meer algemeen, ruimte-tyd) op sulke verrassende maniere kan buig. Stel jou voor dat 'n hysbak in die vrye ruimte opwaarts versnel, vanuit die oogpunt van 'n vrou in die traagheidsruimte, teen 'n koers wat numeries gelyk is aan g, die swaartekragveld aan die aarde se oppervlak. Laat hierdie hysbak aan beide kante parallelle vensters hê en laat die vrou 'n kort polsslag na die vensters toe skyn. Sy sal sien dat die fotone naby die bokant van die nabye venster binnegaan en naby die onderkant van die verste venster uitgaan omdat die hysbak opwaarts versnel het in die interval wat dit nodig is om oor die hysbak te beweeg. Vir haar beweeg fotone in 'n reguit lyn, en dit is bloot die versnelling van die hysbak wat veroorsaak het dat die vensters en die vloer van die hysbak krom tot by die vliegbaan van die fotone.
Laat daar nou 'n man in die hysbak staan. Omdat die vloer van die hysbak hom vinnig opwaarts versnel g, kan hy - as hy verkies om homself as stilstaande te beskou - dink dat hy stilstaan op die oppervlak van die aarde en deur sy swaartekrag na die grond getrek word g. In ooreenstemming met die ekwivalensiebeginsel kan hy, sonder om deur die vensters te kyk (die buitekant is nie deel van sy plaaslike omgewing nie), geen plaaslike eksperiment uitvoer wat hom anders sou inlig nie. Laat die vrou haar polsslag skyn. Die man sien, net soos die vrou, dat die fotone naby die boonste rand van die een venster binnekom en naby die onderkant van die ander uitkom. En net soos die vrou, weet hy dat fotone in reguit lyne in vrye ruimte voortplant. (Volgens die relatiwiteitsbeginsel moet hulle ooreenstem met die wette van die fisika as hulle albei traagheidswaarnemers is.) Aangesien hy die fotone eintlik 'n geboë pad ten opsigte van homself sien volg, kom hy tot die gevolgtrekking dat hulle gebuig moet word deur die swaartekrag. . Die vrou probeer hom vertel dat daar nie so 'n krag aan die werk is nie, hy is nie 'n traagheidswaarnemer nie. Nietemin het hy die vastigheid van die aarde onder hom, dus dring hy daarop aan om sy versnelling toe te skryf aan die swaartekrag. Volgens Einstein is hulle albei reg. Dit is nie nodig om plaaslik te onderskei tussen versnelling en swaartekrag nie - die twee is in 'n sekere sin ekwivalent. Maar as dit die geval is, dan moet dit waar wees dat swaartekrag - 'regte' swaartekrag, eintlik lig kan buig. En dit kan inderdaad, soos baie eksperimente getoon het sedert Einstein se eerste bespreking van die verskynsel.
Dit was die genie van Einstein om nog verder te gaan. In plaas van te praat van die gravitasiekrag wat die fotone in 'n geboë pad gebuig het, is dit miskien nie vrugbaarder om aan fotone te dink as om altyd in reguit lyne te vlieg nie - in die sin dat 'n reguit lyn die kortste afstand tussen twee punte is - en dat wat regtig gebeur, is dat gravitasie ruimte-tyd buig? Met ander woorde, miskien is gravitasie geboë ruimtetyd, en fotone vlieg oor die kortste paaie moontlik in hierdie geboë ruimtetyd, en gee dit die voorkoms dat dit deur 'n 'krag' gebuig word as 'n mens aandring om te dink dat ruimtetyd plat is . Die nut van hierdie benadering is dat dit outomaties raak dat alle toetsliggame in dieselfde tempo val onder die "krag" van gravitasie, want hulle produseer bloot hul natuurlike trajekte in 'n agtergrondruimte-tyd wat op 'n sekere manier onafhanklik geboë is van die toetsliggame. What was a minor miracle for Galileo and Newton becomes the most natural thing in the world for Einstein.
To complete the program and to conform with Newton’s theory of gravitation in the limit of weak curvature (weak field), the source of space-time curvature would have to be ascribed to mass (and energy). The mathematical expression of these ideas constitutes Einstein’s theory of general relativity, one of the most beautiful artifacts of pure thought ever produced. The American physicist John Archibald Wheeler and his colleagues summarized Einstein’s view of the universe in these terms:
Curved spacetime tells mass-energy how to move
mass-energy tells spacetime how to curve.
Contrast this with Newton’s view of the mechanics of the heavens:
Force tells mass how to accelerate
mass tells gravity how to exert force.
Notice therefore that Einstein’s worldview is not merely a quantitative modification of Newton’s picture (which is also possible via an equivalent route using the methods of quantum field theory) but represents a qualitative change of perspective. And modern experiments have amply justified the fruitfulness of Einstein’s alternative interpretation of gravitation as geometry rather than as force. His theory would have undoubtedly delighted the Greeks.
How could we tell if the Universe is infinite? - Sterrekunde
I am a 6th grade science teacher. Currently I am teaching our astronomy/space exploration unit. During class a student asked this question: If you built an unending line of reflectors out into space, could light be reflected across the universe and back to earth at the same degree of light energy that was originally transmitted? We teachers have a difference of opinion about the answer to this question. Could you assist with the answer? 1) One group of teachers says 'yes'. Light could be reflected continuously and at the same energy level as was originally sent. This would be accomplished because the reflectors would mirror exactly the light intensity level which was originally sent. This capture and reflection process of the original light energy could potentially go on forever - through millions of light year distances in outer space. 2) The other group says "no". Due to the expanded cone shape which light rays create when transmitted - there would be no reflector that could 'catch' all of the light rays. Thus, through millions of reflections and potentially through the process of entropy, eventually the total light energy originally transmitted would diminish in intensity. Eventually, while reflecting this light across millions of light year miles - the light would be lost to outer space. Could you help us with the answer to this question?
What a good question! Both groups of teachers make very good points. It turns out that there are a few things to consider:
1. Although we like to think of everyday mirrors as "perfect" reflectors, they aren't: a little bit of light is absorbed (and therefore lost) with each reflection. The same is true with transmission through a clear material like glass: in this case, a little bit of the light impinging on the glass is actually reflected instead of transmitted (we've all seen faint reflections against a glass window that's a manifestation of this effect). Since a little bit of light is lost with each reflection of a normal mirror, we can't "reflect" the light to the edge of the Universe.
But who says that we have to use real-life mirrors? Let's assume that we have access to "perfect" mirrors, that reflect all of the light that we impinge on them. Let's also assume that we can place these mirrors anywhere we want in the Universe with infinite accuracy, that no other objects in the Universe (or light from these objects) contaminates our experiment, and that we can measure the energy of each photon in the light we send out with infinite accuracy at each stage. Now can we reflect it infinitely, as the first group suggests?
2. The second group has a good point about the expansion of a light wave front as it travels: as we get farther away from the source that emitted the light, we have to build bigger surfaces to reflect the latter. It turns out that this is also the case for highly collimated beams of light like those from lasers: they too "spread out" as they propagate through space. So if light spreads out as it travels and you have to keep building a bigger perfect mirror to reflect it all, then you can't propagate the light infinitely since eventually you'd have to build an infinite mirror (which even in our idealized world we'll assume is impossible).
But what if we used perfect curved mirrors instead of flat ones? We could curve the mirrors and make them just concave enough to counteract the spreading of the light from one mirror to the next. Then the size of the mirrors could always be finite, since we would "focus" the light often enough to avoid having really big mirrors. So perhaps we can reflect a signal infinitely and retain all its energy after all.
3. It turns out that the Universe itself has to be taken into account in this experiment, because it's expanding! The expansion of the Universe causes a rooi verskuiwing of light propagating in it - the wavelength of the light expands along with spacetime in the Universe, and that causes the energy of the light to decrease. Even if we bounce the light off perfect curved mirrors as we propagate it through the Universe, we can't avoid the effects of the redshift. This means that although we can preserve the *number* of photons that we emit, we can't preserve their energy - it will always decrease.
All of these things considered, I think a fair answer to your student's question is this: as you use perfect mirrors and as you curve at least some of them to counteract the spreading of the light beam you send out, then you can keep reflecting every single photon you started with indefinitely, and certainly to the end of the Universe and back. However, each of these photons will lose energy because of the expansion of the Universe, and so you can never retain the same amount of energy, just the number of photons.
I hope that this clarifies matters! If you have any additional questions, feel free to write back. It's a pleasure to help teachers give their students a better understanding of physics and astronomy!
This page was last updated June 27, 2015.
About the Author
Christopher Springob
Chris studies the large scale structure of the universe using the peculiar velocities of galaxies. He got his PhD from Cornell in 2005, and is now a Research Assistant Professor at the University of Western Australia.
Can Physicists Ever Prove the Multiverse Is Real?
The universe began as a Big Bang and almost immediately began to expand faster than the speed of light in a growth spurt called “inflation.” This sudden stretching smoothed out the cosmos, smearing matter and radiation equally across it like ketchup and mustard on a hamburger bun.
That expansion stopped after just a fraction of a second. But according to an idea called the “inflationary multiverse,” it continues—just not in our universe where we could see it. And as it does, it spawns other universes. And even when it stops in those spaces, it continues in still others. This “eternal inflation” would have created an infinite number of other universes.
Together, these cosmic islands form what scientists call a “multiverse.” On each of these islands, the physical fundamentals of that universe—like the charges and masses of electrons and protons and the way space expands—could be different.
Cosmologists mostly study this inflationary version of the multiverse, but the strange scenario can takes other forms, as well. Imagine, for example, that the cosmos is infinite. Then the part of it that we can see—the visible universe—is just one of an uncountable number of other, same-sized universes that add together to make a multiverse. Another version, called the “Many Worlds Interpretation,” comes from quantum mechanics. Here, every time a physical particle, such as an electron, has multiple options, it takes all of them—each in a different, newly spawned universe.
A representation of the evolution of the universe over 13.77 billion years. The far left depicts the earliest moment we can now probe, when a period of "inflation" produced a burst of exponential growth in the universe. (NASA / WMAP Science Team) Kavli Prize winners for invention of inflation (The Kavli Prize) An image of how a collision with another universe might show up in the microwave background (University College London) But all of those other universes might be beyond our scientific reach. A universe contains, by definition, all of the stuff anyone inside can see, detect or probe. And because the multiverse is unreachable, physically and philosophically, astronomers may not be able to find out—for sure—if it exists at all.
Determining whether or not we live on one of many islands, though, isn’t just a quest for pure knowledge about the nature of the cosmos. If the multiverse exists, the life-hosting capability of our particular universe isn’t such a mystery: An infinite number of less hospitable universes also exist. The composition of ours, then, would just be a happy coincidence. But we won’t know that until scientists can validate the multiverse. And how they will do that, and if it even possible to do that, remains an open question.
Null results
This uncertainty presents a problem. In science, researchers try to explain how nature works using predictions that they formally call hypotheses. Colloquially, both they and the public sometimes call these ideas “theories.” Scientists especially gravitate toward this usage when their idea deals with a wide-ranging set of circumstances or explains something fundamental to how physics operates. And what could be more wide-ranging and fundamental than the multiverse?
For an idea to technically move from hypothesis to theory, though, scientists have to test their predictions and then analyze the results to see whether their initial guess is supported or disproved by the data. If the idea gains enough consistent support and describes nature accurately and reliably, it gets promoted to an official theory.
As physicists spelunk deeper into the heart of reality, their hypotheses—like the multiverse—become harder and harder, and maybe even impossible, to test. Without the ability to prove or disprove their ideas, there’s no way for scientists to know how well a theory actually represents reality. It’s like meeting a potential date on the internet: While they may look good on digital paper, you can’t know if their profile represents their actual self until you meet in person. And if you never meet in person, they could be catfishing you. And so could the multiverse.
Physicists are now debating whether that problem moves ideas like the multiverse from physics to metaphysics, from the world of science to that of philosophy.
Show-me state
Some theoretical physicists say their field needs more cold, hard evidence and worry about where the lack of proof leads. “It is easy to write theories,” says Carlo Rovelli of the Center for Theoretical Physics in Luminy, France. Here, Rovelli is using the word colloquially, to talk about hypothetical explanations of how the universe, fundamentally, works. “It is hard to write theories that survive the proof of reality,” he continues. “Few survive. By means of this filter, we have been able to develop modern science, a technological society, to cure illness, to feed billions. All this works thanks to a simple idea: Do not trust your fancies. Keep only the ideas that can be tested. If we stop doing so, we go back to the style of thinking of the Middle Ages.”
He and cosmologists George Ellis of the University of Cape Town and Joseph Silk of Johns Hopkins University in Baltimore worry that because no one can currently prove ideas like the multiverse right or wrong, scientists can simply continue along their intellectual paths without knowing whether their walks are anything but random. “Theoretical physics risks becoming a no-man's-land between mathematics, physics and philosophy that does not truly meet the requirements of any,” Ellis and Silk noted in a Aard editorial in December 2014.
It’s not that physicists don’t want to test their wildest ideas. Rovelli says that many of his colleagues thought that with the exponential advance of technology—and a lot of time sitting in rooms thinking—they would be able to validate them by now. “I think that many physicists have not found a way of proving their theories, as they had hoped, and therefore they are gasping,” says Rovelli.
“Physics advances in two manners,” he says. Either physicists see something they don’t understand and develop a new hypothesis to explain it, or they expand on existing hypotheses that are in good working order. “Today many physicists are wasting time following a third way: trying to guess arbitrarily,” says Rovelli. “This has never worked in the past and is not working now.”
The multiverse might be one of those arbitrary guesses. Rovelli is not opposed to the idea itself but to its purely drawing-board existence. “I see no reason for rejecting a priori the idea that there is more in nature than the portion of spacetime we see,” says Rovelli. “But I haven't seen any convincing evidence so far.”
“Proof” needs to evolve
Other scientists say that the definitions of “evidence” and “proof” need an upgrade. Richard Dawid of the Munich Center for Mathematical Philosophy believes scientists could support their hypotheses, like the multiverse—without actually finding physical support. He laid out his ideas in a book called String Theory and the Scientific Method. Inside is a kind of rubric, called “Non-Empirical Theory Assessment,” that is like a science-fair judging sheet for professional physicists. If a theory fulfills three criteria, it is waarskynlik true.
First, if scientists have tried, and failed, to come up with an alternative theory that explains a phenomenon well, that counts as evidence in favor of the original theory. Second, if a theory keeps seeming like a better idea the more you study it, that’s another plus-one. And if a line of thought produced a theory that evidence later supported, chances are it will again.
Radin Dardashti, also of the Munich Center for Mathematical Philosophy, thinks Dawid is straddling the right track. “The most basic idea undergirding all of this is that if we have a theory that seems like it works, and we have come up with nothing that works better, chances are our idea is right,” he says.
But, historically, that undergirding has often collapsed, and scientists haven’t been able to see the obvious alternatives to dogmatic ideas. For example, the Sun, in its rising and setting, seems to go around Earth. People, therefore, long thought that our star orbited the Earth.
Dardashti cautions that scientists shouldn’t go around applying Dawid’s idea willy-nilly, and that it needs more development. But it may be the best idea out there for “testing” the multiverse and other ideas that are too hard, if not impossible, to test. He notes, though, that physicists’ precious time would be better spent dreaming up ways to find real evidence.
Not everyone is so sanguine, though. Sabine Hossenfelder of the Nordic Institute for Theoretical Physics in Stockholm, thinks “post-empirical” and “science” can never live together. “Physics is not about finding Real Truth. Physics is about describing the world,” she wrote on her blog Backreaction in response to an interview in which Dawid expounded on his ideas. And if an idea (which she also colloquially calls a theory) has no empirical, physical backing, it doesn’t belong. “Without making contact to observation, a theory isn’t useful to describe the natural world, not part of the natural sciences, and not physics,” she concluded.
Multiverse (Standford University)
The truth is out there
Some supporters of the multiverse claim they het found real physical evidence for the multiverse. Joseph Polchinski of the University of California, Santa Barbara, and Andrei Linde of Stanford University—some of the theoretical physicists who dreamed up the current model of inflation and how it leads to island universes—say the proof is encoded in our cosmos.
This cosmos is huge, smooth and flat, just like inflation says it should be. “It took some time before we got used to the idea that the large size, flatness, isotropy and uniformity of the universe should not be dismissed as trivial facts of life,” Linde wrote in a paper that appeared on arXiv.org in December. “Instead of that, they should be considered as experimental data requiring an explanation, which was provided with the invention of inflation.”
Similarly, our universe seems fine tuned to be favorable to life, with its Goldilocks expansion rate that’s not too fast or too slow, an electron that’s not too big, a proton that has the exact opposite charge but the same mass as a neutron and a four-dimensional space in which we can live. If the electron or proton were, for example, one percent larger, beings could not be. What are the chances that all those properties would align to create a nice piece of real estate for biology to form and evolve?
In a universe that is, in fact, the only universe, the chances are vanishingly small. But in an eternally inflating multiverse, it is certain that one of the universes should turn out like ours. Each island universe can have different physical laws and fundamentals. Given infinite mutations, a universe on which humans can be born sal be born. The multiverse actually explains why we’re here. And our existence, therefore, helps explain why the multiverse is plausible.
These indirect pieces of evidence, statistically combined, have led Polchinski to say he’s 94 percent certain the multiverse exists. But he knows that’s 5.999999 percent short of the 99.999999 percent sureness scientists need to call something a done deal.
The detailed, all-sky picture of the infant universe created from nine years of WMAP data. The image reveals 13.77 billion year old temperature fluctuations (shown as color differences) that correspond to the seeds that grew to become the galaxies. (NASA / WMAP Science Team)
Eventually, scientists may be able to discover more direct evidence of the multiverse. They are hunting for the stretch marks that inflation would have left on the cosmic microwave background, the light left over from the Big Bang. These imprints could tell scientists whether inflation happened, and help them find out whether it’s still happening far from our view. And if our universe has bumped into others in the past, that fender-bender would also have left imprints in the cosmic microwave background. Scientists would be able to recognize that two-car accident. And if two cars exist, so must many more.
Or, in 50 years, physicists may sheepishly present evidence that the early 21 st -century’s pet cosmological theory was wrong.
“We are working on a problem that is very hard, and so we should think about this on a very long time scale,” Polchinski has advised other physicists. That’s not unusual in physics. A hundred years ago, Einstein’s theory of general relativity, for example, predicted the existence of gravitational waves. But scientists could only verify them recently with a billion-dollar instrument called LIGO, the Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory.
So far, all of science has relied on testability. It has been what makes science science and not daydreaming. Its strict rules of proof moved humans out of dank, dark castles and into space. But those tests take time, and most theoreticians want to wait it out. They are not ready to shelve an idea as fundamental as the multiverse—which could actually be the answer to life, the universe and everything—until and unless they can prove to themselves it doen nie & # 8217t nie exist. And that day may never come.
Excerpt: 'The Hidden Reality'
The Hidden Reality: Parallel Universes and the Deep Laws of the CosmosBy Brian GreeneHardcover, 384 pagesKnopfList price: $29.95
If, when I was growing up, my room had been adorned with only a single mirror, my childhood daydreams might have been very different. But it had two. And each morning when I opened the closet to get my clothes, the one built into its door aligned with the one on the wall, creating a seemingly endless series of reflections of anything situated between them. It was mesmerizing. I delighted in seeing image after image populating the parallel glass planes, extending back as far as the eye could discern. All the reflections seemed to move in unison — but that, I knew, was a mere limitation of human perception at a young age I had learned of light's finite speed. So in my mind's eye, I would watch the light's round-trip journeys. The bob of my head, the sweep of my arm silently echoed between the mirrors, each reflected image nudging the next. Sometimes I would imagine an irreverent me way down the line who refused to fall into place, disrupting the steady progression and creating a new reality that informed the ones that followed. During lulls at school, I would sometimes think about the light I had shed that morning, still endlessly bouncing between the mirrors, and I'd join one of my reflected selves, entering an imaginary parallel world constructed of light and driven by fantasy. It was a safe way to break the rules.
To be sure, reflected images don't have minds of their own. But these youthful flights of fancy, with their imagined parallel realities, resonate with an increasingly prominent theme in modern science — the possibility of worlds lying beyond the one we know. This book is an exploration of such possibilities, a considered journey through the science of parallel universes.
There was a time when "universe" meant "all there is." Everything. The whole shebang. The notion of more than one universe, more than one everything, would seemingly be a contradiction in terms. Yet a range of theoretical developments has gradually qualified the interpretation of "universe." To a physicist, the word's meaning now largely depends on context. Sometimes "universe" still connotes absolutely everything. Sometimes it refers only to those parts of everything that someone such as you or I could, in principle, have access to. Sometimes it's applied to separate realms, ones that are partly or fully, temporarily or permanently, inaccessible to us in this sense, the word relegates ours to membership in a large, perhaps infinitely large, collection.
With its hegemony diminished, "universe" has given way to other terms introduced to capture the wider canvas on which the totality of reality may be painted. Parallel worlds or parallel universes or multiple universes or alternate universes or the metaverse, megaverse, or multiverse — they're all synonymous and they're all among the words used to embrace not just our universe but a spectrum of others that may be out there.
You'll notice that the terms are somewhat vague. What exactly constitutes a world or a universe? What criteria distinguish realms that are distinct parts of a single universe from those classified as universes of their own? Perhaps someday our understanding of multiple universes will mature sufficiently for us to have precise answers to these questions. For now, we'll use the approach famously applied by Justice Potter Stewart in attempting to define pornography. While the U.S. Supreme Court wrestled mightily to delineate a standard, Stewart declared simply and forthrightly, "I know it when I see it."
In the end, labeling one realm or another a parallel universe is merely a question of language. What matters, what's at the heart of the subject, is whether there exist realms that challenge convention by suggesting that what we've long thought to be the universe is only one component of a far grander, perhaps far stranger, and mostly hidden reality.
During the last half century, science has provided ample ways in which this possibility might be realized.
Varieties of Parallel Universes
A striking fact (it's in part what propelled me to write this book) is that many of the major developments in fundamental theoretical physics — relativistic physics, quantum physics, cosmological physics, unified physics, computational physics — have led us to consider one or another variety of parallel universe. Indeed, the chapters that follow trace a narrative arc through nine variations on the multiverse theme. Each envisions our universe as part of an unexpectedly larger whole, but the complexion of that whole and the nature of the member universes differ sharply among them. In some, the parallel universes are separated from us by enormous stretches of space or time in others, they're hovering millimeters away in others still, the very notion of their location proves parochial, devoid of meaning. A similar range of possibility is manifest in the laws governing the parallel universes. In some, the laws are the same as in ours in others, they appear different but have shared a heritage in others still, the laws are of a form and structure unlike anything we've ever encountered. It's at once humbling and stirring to imagine just how expansive reality may be.
Some of the earliest scientific forays into parallel worlds were initiated in the 1950s by researchers puzzling over aspects of quantum mechanics, a theory developed to explain phenomena taking place in the microscopic realm of atoms and subatomic particles. Quantum mechanics broke the mold of the previous framework, classical mechanics, by establishing that the predictions of science are necessarily probabilistic. We can predict the odds of attaining one outcome, we can predict the odds of another, but we generally can't predict which will actually happen. This well-known departure from hundreds of years of scientific thought is surprising enough. But there's a more confounding aspect of quantum theory that receives less attention. After decades of closely studying quantum mechanics, and after having accumulated a wealth of data confirming its probabilistic predictions, no one has been able to explain why only one of the many possible outcomes in any given situation actually happens. When we do experiments, when we examine the world, we all agree that we encounter a single definite reality. Yet, more than a century after the quantum revolution began, there is no consensus among the world's physicists as to how this basic fact is compatible with the theory's mathematical expression.
Excerpted from The Hidden Reality by Brian Greene Copyright 2011 by Brian Greene. Excerpted by permission of Knopf, a division of Random House, Inc. All rights reserved. No part of this excerpt may be reproduced or reprinted without permission in writing from the publisher.
