Apa lagi yang bisa kita pelajari tentang alam semesta secara prinsip?

Saya seorang kosmologis, dan setelah kuliah saya paling sering saya mendengar pertanyaan seperti: Apa yang ada di luar alam semesta? Apa jagat raya kita berkembang ke? Apakah akan berkembang selamanya? Ini adalah pertanyaan alami. Namun ada pertanyaan yang lebih dalam. Sebenarnya, kami ingin tahu yang berikut: adakah batas pengetahuan kami? Apakah ada batasan sains?

Jawabannya, tentu saja - kita tidak tahu sebelumnya. Kita tidak akan tahu apakah ada batas pengetahuan, kecuali kita mencoba mengatasinya. Sejauh ini, tanda-tanda mereka tidak teramati. Ada hambatan, tetapi semuanya bersifat sementara. Beberapa orang memberi tahu saya: “Kita tidak akan pernah tahu bagaimana alam semesta dimulai. Kita tidak akan pernah tahu apa yang terjadi sebelum Big Bang. " Pernyataan-pernyataan ini menunjukkan kesombongan yang luar biasa yang dapat kita ketahui sebelumnya dari daftar segala sesuatu yang tidak dapat kita temukan. Ini tidak hanya tidak masuk akal, tetapi juga tidak dikonfirmasi oleh seluruh sejarah sains, yang belum memenuhi batasan seperti itu. Dalam hal kosmologi, pengetahuan kita telah meningkat karena tidak ada yang bisa membayangkan 50 tahun yang lalu.


Kita tidak dapat melihat tanpa batas, bidang pandang kita terbatas pada 45,3 miliar tahun cahaya. Tetapi ini tidak menghalangi kita untuk memahami hukum-hukum alam.

Dan tidak dapat dikatakan bahwa alam tidak membatasi apa yang diamati dan bagaimana kita dapat mengamati apa pun. Sebagai contoh, prinsip ketidakpastian Heisenberg membatasi pengetahuan kita tentang gerakan partikel, dan kecepatan cahaya membatasi jangkauan bidang pandang kita atau panjang jalur yang dapat bergerak dalam waktu tertentu. Tetapi pembatasan ini hanya berbicara tentang apa yang tidak bisa kita lihat, dan bukan tentang apa yang tidak bisa kita kenali. Prinsip ketidakpastian tidak mencegah pemahaman mekanika kuantum, perilaku atom atau partikel virtual, yang, meskipun tidak terlihat, masih ada.

Pengamatan perluasan Semesta menyiratkan bahwa ada beberapa permulaan, karena jika Anda memperkirakan kembali, maka pada suatu titik di masa lalu segala sesuatu di Alam Semesta yang dapat diamati akan berkonsentrasi pada satu titik. Pada saat ini, yang dikenal sebagai Big Bang, hukum fisika yang kita kenal berhenti bekerja, karena GR, yang menggambarkan gravitasi, tidak dapat diintegrasikan dengan mekanika kuantum, yang menggambarkan fisika pada skala mikroskopis. Tetapi sebagian besar ilmuwan tidak menganggap ini sebagai penghalang mendasar bagi pengetahuan, karena relativitas umum cenderung menjadi bagian dari teori kuantum yang konsisten. Teori string adalah salah satu upaya berkelanjutan ke arah ini.

Dengan teori seperti itu, kita mungkin bisa menjawab pertanyaan tentang apa yang terjadi sebelum Big Bang. Jawaban paling sederhana adalah keduanya yang paling tidak memuaskan. SRT dan GRT menghubungkan ruang dan waktu menjadi satu entitas: ruang-waktu. Jika ruang diciptakan selama Big Bang, maka mungkin waktu juga. Dalam hal ini, tidak ada "sebelumnya". Pertanyaannya salah. Tentu saja, ini bukan satu-satunya jawaban yang mungkin, dan kita perlu menunggu teori gravitasi quantum dan konfirmasi eksperimentalnya sebelum kita memperoleh kepercayaan pada jawaban kita.

Pertanyaan lain adalah apakah kita bisa tahu apa yang ada di luar Alam Semesta kita dalam arti ruang. Apa batas-batas alam semesta kita? Kita bisa mencoba menebak jawabannya. Jika ruang-waktu kita muncul secara spontan - yang, seperti yang saya katakan dalam buku terakhir saya, "The Universe from Nothing" tampaknya mungkin - maka energi totalnya nol. Energi yang diwakili oleh materi dikompensasi oleh energi yang diwakili oleh medan gravitasi. Dengan kata lain, sesuatu mungkin datang dari ketiadaanjika sesuatu sama dengan tidak ada. Saat ini, diyakini bahwa alam semesta, yang total energinya bisa nol, tertutup. Semesta seperti itu terbatas, tetapi tidak memiliki batas. Sama seperti Anda dapat melakukan perjalanan melintasi permukaan bola selamanya tanpa menemui batas apa pun, Anda mungkin dapat bergerak di sekitar alam semesta. Jika Anda melihat cukup jauh dalam satu arah, Anda dapat melihat tengkuk kami.

Dalam praktiknya, ini tidak mungkin, karena Alam Semesta yang teramati hanyalah bagian dari volume yang jauh lebih besar. Ini disebabkan oleh fenomena inflasi. Sebagian besar alam semesta berukuran mikroskopis yang muncul secara spontan akan runtuh dalam waktu mikroskopis, dan tidak akan ada selama miliaran tahun. Tetapi dalam beberapa, ruang kosong akan diberkahi dengan energi, dan ini akan menyebabkan alam semesta mengembang pada tingkat eksponensial, setidaknya untuk sementara waktu. Diyakini bahwa periode inflasi terjadi pada saat-saat pertama ekspansi Big Bang, dan mencegah runtuhnya alam semesta. Dalam proses ini, Semesta membengkak sedemikian rupa sehingga dalam istilah praktis sekarang terlihat datar dan tak berujung - seperti ladang jagung di Kansas tampaknya tak berujung, meskipun terletak di bola besar yang disebut Bumi. Karena itu, kita tidak melihat punggung kita, memandang ke angkasa,meskipun alam semesta kita mungkin tertutup pada skala terbesar. Pada prinsipnya, setelah menunggu cukup lama, kami dapat melihat semuanya bersama, kecuali inflasi kembali di Alam Semesta yang dapat diamati, dan tidak pergi ke suatu tempat di wilayah lain di kosmos, tidak dapat diakses oleh mata kami.

Mengenai kemungkinan bahwa wilayah yang tidak terlihat oleh kita sejauh ini (atau selamanya) dapat mengalami inflasi, teori saat ini menyebut skenario ini yang paling memungkinkan. Jika kita menghubungkan ungkapan "Alam Semesta kita" dengan area ruang yang dengannya kita memiliki koneksi, atau yang nantinya kita memiliki koneksi, maka inflasi di luar wilayah ini terus menciptakan alam semesta lain. Di daerah kami, inflasi bisa singkat, tetapi ruang yang tersisa secara eksponensial meluas selamanya, dan dalam proses ini daerah terisolasi, seperti milik kami, kadang-kadang memisahkan diri dari ekspansi, karena daerah es yang terisolasi terbentuk di permukaan air yang mengalir cepat jika suhu turun di bawah titik beku. Setiap alam semesta akan memiliki permulaan, yang ditunjukkan oleh akhir inflasi di hamparan ruang ini.Dalam hal ini, permulaan alam semesta kita mungkin tidak bersamaan dengan permulaan waktu - alasan lain untuk meragukan bahwa Dentuman Besar adalah keterbatasan pengetahuan.


Galaksi bertabrakan. Fenomena seperti itu suatu hari akan berhenti, dan pengamat masa depan yang jauh mungkin tidak pernah tahu seberapa dinamis Semesta kita dulu.

Bergantung pada proses yang memaksa alam semesta beranjak dari ruang latar belakang, hukum fisika di dalamnya mungkin berbeda. Kami memutuskan untuk menyebut kumpulan kemungkinan semesta ini "multiverse". Gagasan tentang multiverse telah berakar dalam komunitas ilmiah, tidak hanya karena ia diilhami oleh inflasi, tetapi juga karena kemungkinan keberadaan banyak alam semesta yang berbeda, yang masing-masing memiliki hukum fisika sendiri, dapat menjelaskan perbedaan, pada pandangan pertama, parameter fundamental dari Semesta kita. Parameter ini hanyalah nilai-nilai yang muncul secara acak selama kelahiran alam semesta.

Jika alam semesta lain ada, maka mereka dipisahkan dari kita oleh jarak yang sangat jauh, bergerak dengan kecepatan tinggi, dan oleh karena itu mereka tidak dapat dideteksi secara langsung. Apakah ini berarti bahwa multiverse hanyalah metafisika? Apakah konfirmasi keberadaan multiverse merupakan batas mendasar dari pengetahuan kita? Belum tentu. Meskipun kita mungkin tidak melihat alam semesta lain, kita dapat menguji teori yang menyebabkan kemunculannya - misalnya, dengan mengamati gelombang gravitasi yang dihasilkan oleh inflasi. Ini akan memungkinkan kita untuk menguji sifat inflasi, yang menyebabkan munculnya alam semesta kita. Gelombang ini mirip dengan yang baru-baru ini terdeteksi oleh detektor LIGO, tetapi memiliki sumber yang berbeda. Mereka datang bukan dari bencana seperti tabrakan lubang hitam di galaksi yang jauh, tetapi dari saat-saat paling awal dari Big Bang, pada periode inflasi yang seharusnya.Jika mereka dapat dideteksi secara langsung - yang dimungkinkan dalam percobaan berbeda yang mencari jejak gelombang ini dalam radiasi sisa yang tersisa dari Big Bang - kita dapat mempelajari fisika inflasi dan menentukan apakah inflasi tak terhingga merupakan konsekuensi dari fisika ini. Jadi, tidak secara langsung, kita dapat memverifikasi keberadaan alam semesta lain, bahkan tanpa secara langsung mengamatinya.

Secara umum, kami menemukan bahwa pertanyaan metafisik yang paling dalam sekalipun, termasuk keberadaan alam semesta lain - yang sebelumnya tidak seharusnya dimungkinkan secara empiris - dapat benar-benar diverifikasi jika kita mendekatinya dengan bijak. Sejauh ini, batas-batas apa yang dapat kita temukan dengan menggabungkan logika dan pengamatan eksperimental tidak diketahui.

Alam semesta tanpa batas menarik kita dan mendorong kita untuk melanjutkan pencarian kita. Tetapi bisakah kita yakin bahwa kita tidak akan pernah memenuhi batasan pengetahuan? Tidak juga.



Inflasi membebankan batasan mendasar pada kognisi - khususnya, pada kognisi masa lalu. Ini membatalkan alam semesta, menghancurkan semua informasi tentang proses dinamis sebelumnya. Ekspansi ruang yang cepat selama inflasi sangat melemahkan isi wilayah mana pun. Jadi dia, misalnya, dapat menghapus jejak monopol magnetik, partikel, yang, menurut teori, pada awal Semesta seharusnya muncul dalam jumlah besar. Ini adalah salah satu keuntungan pertama inflasi - rekonsiliasi teori, yang menyiratkan kelimpahan partikel-partikel ini, dengan fakta bahwa mereka tidak ada hari ini. Tetapi menyingkirkan inkonsistensi, inflasi menghapus bagian dari masa lalu kita.

Lebih buruk lagi, penghapusan ini mungkin masih berjalan. Kita, jelas, sekarang hidup dalam periode inflasi yang berbeda. Pengukuran galaksi yang jauh menunjukkan bahwa perluasan alam semesta kita lebih cepat daripada melambat, yang akan diamati jika energi gravitasi berlaku dalam materi atau radiasi, dan bukan di ruang kosong. Sejauh ini, kita tidak mengerti asal usul energi ini. Salah satu penjelasan potensial memberikan batasan pada kemajuan pengetahuan dan bahkan pada keberadaan kita.

Energi ruang kosong tiba-tiba menghilang jika Semesta tiba-tiba mengalami semacam fase transisi, versi kosmik dari pengembunan uap menjadi air cair. Jika ini terjadi, sifat kekuatan fundamental dapat berubah, dan semua struktur yang terlihat oleh kita, dimulai dengan atom, dapat menjadi tidak stabil atau menghilang. Dan kita akan menghilang bersama dengan yang lainnya.

Tetapi bahkan dengan ekspansi yang berkelanjutan, masa depan kita agak membosankan. Dalam 2 triliun tahun - menurut standar manusia itu panjang, tetapi tidak oleh standar ruang - sisa alam semesta akan lenyap dari bidang visi kita. Setiap pengamat yang muncul di planet-planet di sekitar bintang-bintang di masa depan yang jauh ini akan memutuskan bahwa mereka hidup di satu galaksi yang dikelilingi oleh ruang kosong tanpa akhir, tanpa tanda-tanda percepatan dan bahkan bukti Big Bang. Sama seperti kita telah kehilangan monopoli, mereka tidak akan dapat melihat cerita yang kita tahu (tentu saja, mereka mungkin memiliki akses ke fenomena yang dapat diamati sehingga kita tidak melihat sejauh ini, jadi kita tidak boleh sombong untuk saat ini).

Bagaimanapun, Anda harus menikmati waktu kecil kami di bawah matahari dan mempelajari apa yang kami bisa selagi kami bisa. Belajar lebih giat, lulusan!

Source: https://habr.com/ru/post/id397667/