ฉันขอโทษคำถามนี้อาจจะโง่สำหรับนักดาราศาสตร์มืออาชีพซึ่งฉันไม่ใช่คนเดียว
คำถามนี้ไม่ได้โง่เลย คำถามของคุณเป็นคำถามทั่วไปเกี่ยวกับจักรวาลวิทยา (การศึกษาว่าจักรวาลมาจากที่ใดวิวัฒนาการของมันและชะตากรรมของมันจะเป็นอย่างไร) สื่อมักจะสังหารแนวคิดเหล่านี้อย่างน่ากลัวทำให้เกิดความสับสนมาก (จากข้อมูลทางวิทยาศาสตร์ทั้งหมดพวกเขาดูเหมือนจะมีเวลาที่ยากที่สุดในการรายงานจักรวาลวิทยาอย่างถูกต้อง) การสืบสวนของคุณเป็นสิ่งที่ดีอย่างแน่นอน
เมื่อนักดาราศาสตร์กล่าวว่าเอกภพในยุคแรก ๆ มีขนาดเล็กพวกมันหมายถึง "ส่วนของจักรวาลที่สอดคล้องกับเอกภพที่สังเกตเห็นได้ของเราหรือไม่"
พวกมันมักจะอ้างถึงจักรวาลทั้งหมด ในย่อหน้าสุดท้ายของฉันฉันอธิบายสิ่งนี้มีความหมายสำหรับจักรวาลที่สังเกตได้
ถ้ามันไม่มีที่สิ้นสุดมันก็ดูเหมือนว่ามันจะต้องไม่มีที่สิ้นสุดในวัยเด็กเช่นกันแค่หนาแน่นมาก ในความเป็นจริงดูเหมือนว่า "ในขีด จำกัด " มันจะต้องไม่มีที่สิ้นสุดแม้ที่บิ๊กแบง
คุณใกล้ความจริงแล้ว เมื่อเราพูดถึงการขยายตัวของเอกภพเรากำลังพูดว่าอวกาศนั้นถูกสร้างขึ้นระหว่างสสารทั้งหมด
ดังที่คุณกล่าวถึงจักรวาลอาจไม่มีที่สิ้นสุด มันไม่เหมือนลูกบอล แต่คล้ายกับกริดแบนและ "การขยาย" ของมันก็หมายความว่าระยะทางระหว่างวัตถุบนกริดกำลังเพิ่มขึ้น ในสาระสำคัญจะมีการสร้างพื้นที่ว่างระหว่างวัตถุมากขึ้น นั่นคือสิ่งที่เราหมายถึงโดยการขยายตัว - วัตถุต่าง ๆ เคลื่อนห่างจากกันเนื่องจากมีการสร้างพื้นที่ว่างระหว่างกันมากขึ้น ด้านล่างเป็น gif ที่ฉันได้ทำการสาธิตนี้:
วิธีที่มีประโยชน์มากขึ้นในการอธิบายสิ่งนี้คือการพูดว่ากริดกำลังขยายตัว - พื้นที่นั้นในฐานะระบบพิกัดกำลังเติบโต ลองจินตนาการว่ากำลังเดินสุนัขของคุณ ทันใดนั้นพื้นดินก็เริ่มขยายตัวระหว่างคุณ คุณและสุนัขของคุณจะแยกจากกันและดำเนินการต่อไปให้ห่างจากกัน
ดังนั้นสิ่งเดียวกันก็เกิดขึ้นกับจักรวาลของเรา ในความเป็นจริงแล้วกริดกำลังเติบโตและวัตถุก็กำลังถูกกวาดออกไป
ตกลงตอนนี้ที่เราได้รับแนวคิดหลักลงฉันจะแนะนำคำศัพท์อีกเล็กน้อย "สเกลแฟกเตอร์ของจักรวาล" หมายถึงจำนวนจักรวาลที่ขยายตัวเมื่อเทียบกับตอนนี้ ตัวอย่างเช่นหากในหนึ่งพันล้านปีสเกลแฟกเตอร์คือ 3 นั่นหมายความว่าวัตถุทุกอย่างในจักรวาลนั้นห่างจากกัน 3 เท่าเมื่อเทียบกับตอนนี้ หากระดับตัวคูณ 700 ล้านปีก่อนเป็น 0.8 แสดงว่าทุกอย่างใกล้เคียงกับตัวคูณ 0.8 ในเวลานั้น ตามคำจำกัดความตัวคูณสเกลคือ 1 ในขณะนี้
ดังนั้นหากจักรวาลกำลังขยายตัวในขณะนี้เราคาดหวังว่ามันจะเล็กลงเมื่อเรามองย้อนกลับไปในเวลาต่อไป - นั่นคือปัจจัยระดับจะน้อยลง ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปทำนายว่าตัวคูณสเกลเป็นศูนย์ที่ 13.8 พันล้านปีก่อน นี่หมายความว่าทุกวัตถุจะเป็นศูนย์คูณระยะห่างจากเราในปัจจุบัน - กล่าวอีกนัยหนึ่งก็คือไม่มีที่ว่าง
หากคุณคิดว่าจักรวาลที่ไม่มีที่ว่างเป็นไปไม่ได้แสดงว่าคุณถูกต้อง เห็นได้ชัดว่าเรามีความขัดแย้ง ใน GR คุณไม่มีเวลาว่างด้วยศูนย์อวกาศ
ทฤษฎีทางกายภาพสมัยใหม่ของเราทำงานได้ดีขึ้นในเวลาไม่กี่วินาทีหลังจากช่วงเวลาแห่งความขัดแย้งและการสังเกตของเราเห็นด้วยกับแนวคิดของเอกภพยุคแรกที่มีความหนาแน่นสูงมาก อย่างไรก็ตามทฤษฎีของเราพังทลายลงเมื่อเราพยายามที่จะสร้างแบบจำลองจักรวาลในช่วงเวลาก่อนหน้าและก่อนหน้านี้จนกว่าพวกเขาจะพิสูจน์ไม่ถูกต้องอีกต่อไปทำให้เราไม่สามารถอธิบายช่วงเวลาที่น่าสนใจที่สุดได้
นี่คือเหตุผลที่ช่วงเวลาของบิกแบงเป็นหนึ่งในความลึกลับที่ยิ่งใหญ่ที่สุดในจักรวาลวิทยา ทฤษฎีแรงโน้มถ่วงควอนตัมได้เกิดขึ้นเพื่อพยายามอธิบายเงื่อนไขที่อยู่ใกล้กับบิกแบง แต่ตอนนี้ก็ไม่มีใครเพียงพอ
ฉันมักจะได้ยินการบรรยายว่าหลังจากบิ๊กแบงจักรวาลมีขนาดเล็กพูดขนาดของเกรปฟรุ้ตหรืออะไรทำนองนั้น
แท้จริงแล้วปัญหาเกิดจากความคลุมเครือเมื่อมีคนกล่าวว่า "จักรวาล" ในกรณีนี้พวกมันหมายถึงเอกภพที่สังเกตได้ซึ่งเป็นทรงกลมจริงๆ จักรวาลที่สังเกตได้นั้นมีขนาดเล็กกว่าช่วงเวลาของบิกแบงมากเมื่อเทียบกับรัศมีของมันในตอนนี้
นี่เป็นเพราะรัศมีของมันขึ้นอยู่กับสเกลแฟคเตอร์ของจักรวาลของเรา * ซึ่งหมายความว่าในขณะนี้ GR คาดการณ์ว่าสเกลแฟกเตอร์ให้เป็นศูนย์มันยังทำนายขนาดของเอกภพที่สังเกตได้
เห็นได้ชัดว่าไม่เป็นเช่นนั้นเนื่องจากอย่างที่เราได้อธิบายไว้ข้างต้นมันไม่น่าจะเป็นไปได้ที่เครื่องชั่งจะเป็นศูนย์ อย่างไรก็ตามเราสามารถพูดด้วยความมั่นใจอย่างสมเหตุสมผลว่าจักรวาลที่สังเกตได้น่าจะมีขนาดเท่าของเกรฟฟรุ๊ต ณ จุดหนึ่งถ้าไม่เล็ก (แม้ว่า "เกรปฟรุ้ต" ดูเหมือนจะเป็นทางเลือกโดยพลการสำหรับการเปรียบเทียบ การเปรียบเทียบดังนั้นสิ่งที่พวกเขาหมายถึงในตอนแรกนั้นไม่ค่อยชัดเจน)
* การวัดระยะทางนั้นค่อนข้างยุ่งยากในจักรวาลวิทยา ในบางกรณีเราต้องการพูดคุยเกี่ยวกับระยะทางหรือการเคลื่อนไหวของวัตถุในขณะที่ละเลยการขยายตัวของจักรวาล เพื่อช่วยให้คุณไม่จำเป็นต้องเรียนรู้คำศัพท์มากมายตอนนี้ฉันกำลังคำนึงถึงการขยายตัวของจักรวาลเมื่อพูดถึงขนาดของเอกภพที่สังเกตได้ เอกภพที่สังเกตได้ก็เติบโตขึ้นเนื่องจากปัจจัยต่าง ๆ นอกเหนือจากการขยายตัวของเอกภพเช่นแสงจากกาแลคซีไกลโพ้นและไกลออกไปถึงเรา