În ce se extinde universul dacă este deja infinit?

Când coaceți o pâine sau un lot de brioșe, puneți aluatul într-o tavă. Pe măsură ce aluatul se coace în cuptor, se extinde în tava de copt. Orice chipsuri de ciocolată sau afine din aluatul de brioșe se îndepărtează unul de celălalt pe măsură ce aluatul de brioșe se extinde.

The expansiunea universului este, în anumite privințe, similar. Dar această analogie greșește un lucru – în timp ce aluatul se extinde în tava de copt, universul nu are în ce să se extindă. Pur și simplu se extinde în sine.

Poate fi un joc de creier, dar universul este considerat tot ce este în univers. În universul în expansiune, nu există pan. Doar aluat. Chiar dacă ar exista o tigaie, ar face parte din univers și, prin urmare, s-ar extinde odată cu tigaia.

Chiar și pentru mine, a profesor didactic în fizică și astronomie care a studiat universul ani de zile, aceste idei sunt greu de înțeles. Nu experimentezi așa ceva în viața de zi cu zi. Este ca și cum ai întreba ce direcție este mai la nord de Polul Nord.

Un alt mod de a ne gândi la expansiunea universului este să ne gândim la modul în care alte galaxii se îndepărtează de galaxia noastră, Calea lactee. Oamenii de știință știu că universul se extinde, deoarece pot urmări alte galaxii pe măsură ce se îndepărtează de a noastră. Ei definesc expansiunea folosind viteza cu care alte galaxii se îndepărtează de noi. Această definiție le permite să-și imagineze expansiunea fără a avea nevoie de ceva în care să se extindă.

Înrudit: Găurile negre ar putea determina expansiunea universului, sugerează un nou studiu

Universul în expansiune

Universul a început cu Big bang acum 13,8 miliarde de ani. Big Bang-ul descrie originea universului ca o singularitate extrem de densă, fierbinte. Acest punct mic a trecut dintr-o dată printr-o expansiune rapidă numită inflație, în care fiecare loc din univers sa extins în exterior. Dar numele Big Bang este înșelător. Nu a fost o explozie uriașădupă cum sugerează și numele, dar o perioadă în care universul s-a extins rapid.

Universul s-a condensat și s-a răcit rapid și a început să producă materie și lumină. În cele din urmă, a evoluat spre ceea ce știm astăzi ca universul nostru.

Ideea că universul nostru nu era static și ar putea fi în expansiune sau contractare a fost publicat pentru prima dată de fizicianul Alexander Friedman în 1922. El a confirmat matematic că universul se extinde.

În timp ce Friedman a dovedit că universul se extinde, cel puțin în unele locuri, Edwin Hubble a fost cel care a analizat mai profund rata de expansiune. Mulți alți oameni de știință au confirmat că alte galaxii se îndepărtează de Calea lacteedar în 1929, Hubble a publicat faimoasa sa lucrare care a confirmat că întregul univers se extinde și că rata cu care se extinde este în creștere.

Această descoperire continuă să-i încurce pe astrofizicieni. Ce fenomen permite universului să depășească forța gravitației menținând-o împreună, în timp ce se extinde prin tragerea de obiecte din univers în afară? Și, pe lângă toate acestea, rata sa de expansiune se accelerează în timp.

Mulți oameni de știință folosesc o imagine numită pâlnie de expansiune pentru a descrie modul în care expansiunea universului s-a accelerat de la Big Bang. Imaginați-vă o pâlnie adâncă cu boruri late. Partea stângă a pâlniei – capătul îngust – reprezintă începutul universului. Pe măsură ce te deplasezi spre dreapta, mergi înainte în timp. Lărgirea conului reprezintă expansiunea universului.

Oamenii de știință nu au reușit să măsoare direct unde energie care provoacă această expansiune accelerată provine din. Nu au reușit să o detecteze sau să o măsoare. Pentru că ei nu pot vedea sau măsura direct acest tip de energie, ei îl numesc energie întunecată.

Conform modelelor cercetătorilor, energia întunecată trebuie să fie cea mai comună formă de energie din univers, combinând aproximativ 68% din energia totală din univers. Energia din materia cotidiană, care alcătuiește Pământulcel Soare și tot ceea ce putem vedea, reprezintă doar aproximativ 5% din toată energia.

În afara pâlniei de expansiune

Deci, ce este în afara pâlniei de expansiune?

Oamenii de știință nu au dovezi despre nimic dincolo de universul nostru cunoscut. Cu toate acestea, unii prevăd asta ar putea exista mai multe universuri. Un model care include mai multe universuri ar putea rezolva unele dintre problemele pe care oamenii de știință le întâmpină cu modelele actuale ale universului nostru.

O problemă majoră cu fizica noastră actuală este aceea cercetătorii nu se pot integra mecanica cuanticăcare descrie cum funcționează fizica la o scară foarte mică și gravitația, care guvernează fizica la scară largă.

Regulile pentru modul în care materia se comportă la scară mică depind de probabilitate și de cantități cuantificate sau fixe de energie. La această scară, obiectele pot intra și ieși din existență. Materia se poate comporta ca un val. The lumea cuantică este foarte diferit de felul în care vedem lumea.

La scară mare, ceea ce fizicienii numesc mecanica clasicaobiectele se comportă așa cum ne așteptăm să se comporte în fiecare zi. Obiectele nu sunt cuantificate și pot avea cantități continue de energie. Obiectele nu apar și nu ies din existență.

Lumea cuantică se comportă ca un întrerupător de lumină, unde energia are doar o opțiune de pornire și oprire. Lumea pe care o vedem și cu care interacționăm se comportă ca un întrerupător, permițând toate nivelurile de energie.

Dar cercetătorii se confruntă cu probleme atunci când încearcă să studieze gravitația la nivel cuantic. La scară mică, fizicienii ar trebui să presupună că gravitația este cuantificată. Dar cercetarea pe care mulți dintre ei le-au efectuat nu sustine ideea asta.

O modalitate de a face ca aceste teorii să funcționeze împreună este teoria multiversului. Există multe teorii care privesc dincolo de universul nostru actual pentru a explica modul în care gravitația și lumea cuantică lucrează împreună. Unele dintre principalele teorii includ teoria corzilor, cosmologie brană, teoria cuantică a buclei si multi altii.

Oricum, universul va continua să se extindă, distanța dintre Calea Lactee și majoritatea celorlalte galaxii crescând în timp.

Această întrebare a fost trimisă de Mael, în vârstă de 10 ani, din Missoula, Montana, ca parte a seriei The Conversation’s Curious Kids.

Acest articol editat este republicat din Conversația sub o licență Creative Commons. Citiți articol original.

Nicole Granucci și-a luat licența în fizică de la UCONN, o licență în educație științifică de la Universitatea din New Haven și o licență în fizică aplicată-optică la Southern Connecticut State University. Ea a predat fizică și astronomie în licee publice și private de peste 10 ani. A venit la Quinnipiac ca profesor adjunct de fizică în 2015 și a devenit instructor de fizică cu normă întreagă în toamna anului 2019. A lucrat la mai multe proiecte de cercetare în astronomie prin NITARP (NASA/IPAC Teacher Achieve Research Program), unde a condus studenți la Întâlniri ale Societății Americane de Astronomie (AAS) pentru a prezenta postere în cercetarea în astronomie. Ea caută în permanență noi modalități de a implica studenții în cercetarea astronomică autentică și călătorește pentru a-și prezenta cercetările.