Maailmankaikkeus | koko aika ja avaruus ja sen sisältö

Historia

Ihmisillä on ollut pitkään ideoita maailmankaikkeuden selittämiseksi. Useimmissa varhaisissa malleissa Maa oli maailmankaikkeuden keskipisteenä. Tämä tunnetaan nimellä geosentrismi. Jotkut antiikin kreikkalaiset ajattelivat, että maailmankaikkeudella on ääretön tila ja että se on ollut olemassa ikuisesti. He ajattelivat, että siinä oli joukko taivaankappaleita, jotka vastasivat kiintotähtiä, Aurinkoa ja eri planeettoja. Pallot kiersivät pyöreää mutta liikkumatonta Maata.

Satojen vuosien kuluessa paremmat havainnot johtivat Kopernikuksen aurinkokeskeiseen malliin, joka tunnetaan nimellä heliosentrismi. Tämä oli tuohon aikaan hyvin kiistanalainen, ja uskonnolliset auktoriteetit, joista tunnetuin oli kristillinen kirkko (ks. Giordano Bruno ja Galilei), vastustivat sitä.

Kaukoputken keksiminen Alankomaissa vuonna 1608 oli erittäin tärkeä hetki tähtitieteessä. 1800-luvun puoliväliin mennessä kaukoputket olivat riittävän hyviä, jotta muita galakseja voitiin nähdä. Nykyaikainen optinen (näkyvän valon avulla toimiva) kaukoputki on vielä kehittyneempi. Samaan aikaan Isaac Newton paransi painovoiman ja dynamiikan (yhtälöt) ideoita ja osoitti, miten aurinkokunta toimii.

1900-luvulla entistäkin paremmat teleskoopit saivat tähtitieteilijät huomaamaan, että aurinkokunta sijaitsee miljardeista tähdistä koostuvassa galaksissa, jota me kutsumme Linnunradaksi. He ymmärsivät myös, että sen ulkopuolella on muita galakseja, niin pitkälle kuin voimme nähdä. Tästä alkoi uudenlainen tähtitieteen ala, jota kutsutaan kosmologiaksi ja jossa tähtitieteilijät tutkivat, mistä nämä galaksit koostuvat ja miten ne ovat levittäytyneet, jotta he voivat oppia lisää maailmankaikkeuden historiasta ja sen toiminnasta. Mittaamalla galaksien punasiirtymää kosmologit havaitsivat pian, että maailmankaikkeus laajenee (ks. Hubble).

Big Bang

Maailmankaikkeuden käytetyin tieteellinen malli tunnetaan alkuräjähdysteoriana, jonka mukaan maailmankaikkeus laajeni yhdestä pisteestä, jossa oli kaikki maailmankaikkeuden aine ja energia. On olemassa monenlaisia tieteellisiä todisteita, jotka tukevat alkuräjähdysideaa. Tähtitieteilijät uskovat, että alkuräjähdys tapahtui noin 13,73 miljardia vuotta sitten, joten maailmankaikkeus on 13,73 miljardia vuotta vanha. Sen jälkeen maailmankaikkeus on laajentunut ainakin 93 miljardin valovuoden eli 8,80 × 10 ²⁶metrin halkaisijaksi. Se laajenee edelleen tälläkin hetkellä, ja laajeneminen nopeutuu.

Tähtitieteilijät eivät kuitenkaan ole vieläkään varmoja siitä, mikä aiheuttaa maailmankaikkeuden laajenemisen. Tämän vuoksi tähtitieteilijät kutsuvat laajentumista aiheuttavaa salaperäistä energiaa pimeäksi energiaksi. Tutkiessaan maailmankaikkeuden laajenemista tähtitieteilijät ovat myös ymmärtäneet, että suurin osa maailmankaikkeuden aineesta saattaa olla sellaisessa muodossa, jota ei voida havaita millään tieteellisellä laitteistollamme. Tätä ainetta on kutsuttu pimeäksi aineeksi. Selvyyden vuoksi todettakoon, että pimeää ainetta ja pimeää energiaa ei ole havaittu suoraan (siksi niitä kutsutaan "pimeiksi"). Monet tähtitieteilijät kuitenkin ajattelevat, että niiden on oltava olemassa, koska monia tähtitieteellisiä havaintoja olisi vaikea selittää, jos niitä ei olisi.

Jotkin maailmankaikkeuden osat laajenevat jopa valonnopeutta nopeammin. Tämä tarkoittaa, että valo ei koskaan saavuta meitä täällä maapallolla, joten emme koskaan näe näitä maailmankaikkeuden osia. Kutsumme sitä osaa maailmankaikkeudesta, jonka voimme nähdä, havaittavaksi maailmankaikkeudeksi.

 

Korkean resoluution kuva Hubblen ultrasyvästä kentästä. Siinä näkyy erilaisia galakseja, joista jokainen koostuu miljardeista tähdistä. Vastaava taivaan alue, jonka kuva vie, näkyy vasemmassa alakulmassa (punainen laatikko). Pienimmät, punaisimmat galaksit, noin 100, ovat kaukaisimpia galakseja, joita on kuvattu. Ne muodostuivat pian alkuräjähdyksen jälkeen.  

Myytit

Sana universumi tulee vanhan ranskan sanasta Univers, joka tulee latinan sanasta universum. Cicero ja myöhemmät latinankieliset kirjailijat käyttivät latinankielistä sanaa monissa samoissa merkityksissä kuin nykyistä englanninkielistä sanaa käytetään.

Unvorsumin erilainen tulkinta (tapa tulkita) on "kaikki pyörii yhtenä" tai "kaikki pyörii yhdellä". Tämä viittaa varhaiskreikkalaiseen malliin maailmankaikkeudesta. Kyseisessä mallissa kaikki aine oli pyörivissä palloissa, joiden keskipisteenä oli maapallo; Aristoteleen mukaan uloimman pallon pyöriminen aiheutti kaiken sen sisällä tapahtuvan liikkeen ja muutoksen. Kreikkalaisille oli luonnollista olettaa, että Maa oli paikallaan ja että taivaat pyörivät Maan ympärillä, koska päinvastaisen todistamiseen tarvittiin huolellisia tähtitieteellisiä ja fysikaalisia mittauksia (kuten Foucault'n heiluri).

Antiikin kreikkalaisten filosofien yleisin termi "maailmankaikkeudelle" Pythagoraksesta lähtien oli το παν (Kaikki), joka määriteltiin kaikeksi aineeksi (το ολον) ja kaikeksi avaruudeksi (το κενον).

Laajin merkitys

Maailmankaikkeuden laajin merkitys löytyy keskiaikaisen filosofin Johannes Scotus Eriugenan De divisione naturae -teoksesta, jossa hän määritteli maailmankaikkeuden yksinkertaisesti kaikeksi: kaikeksi, mikä on olemassa, ja kaikeksi, mitä ei ole olemassa.

Eriugenan määritelmässä ei oteta huomioon aikaa; näin ollen hänen määritelmänsä sisältää kaiken, mikä on olemassa, mikä on ollut olemassa ja mikä tulee olemaan olemassa, sekä kaiken, mitä ei ole olemassa, mitä ei ole koskaan ollut olemassa ja mitä ei tule koskaan olemaan olemassa. Useimmat myöhemmät filosofit eivät ole omaksuneet tätä kaiken kattavaa määritelmää, mutta jotain vastaavaa esiintyy kvanttifysiikassa.

Määritelmä todellisuutena

Yleensä maailmankaikkeuden ajatellaan olevan kaikki se, mikä on olemassa, on ollut olemassa ja tulee olemaan olemassa. Tämän määritelmän mukaan maailmankaikkeus koostuu kahdesta elementistä: avaruudesta ja ajasta, jotka tunnetaan yhdessä nimellä avaruusaika tai tyhjiö, sekä aineesta ja erilaisista energian ja impulssin muodoista, jotka vallitsevat avaruusajassa. Nämä kahdenlaiset elementit käyttäytyvät fysikaalisten lakien mukaisesti, joissa kuvataan, miten elementit ovat vuorovaikutuksessa keskenään.

Vastaava määritelmä termille maailmankaikkeus on kaikki, mikä on olemassa tiettynä ajankohtana, kuten nykyhetkellä tai ajan alussa, kuten lauseessa "Maailmankaikkeus oli kooltaan 0".

Aristoteleen teoksessa Fysiikka Aristoteles jakoi το παν (kaikki) kolmeen suunnilleen vastaavaan elementtiin: aineeseen (aine, josta maailmankaikkeus on tehty), muotoon (tämän aineen sijoittelu avaruudessa) ja muutokseen (miten aine syntyy, tuhoutuu tai muuttuu ominaisuuksiltaan, ja vastaavasti, miten muoto muuttuu). Fysikaaliset lait olivat sääntöjä, jotka säätelivät aineen, muodon ja niiden muutosten ominaisuuksia. Myöhemmät filosofit, kuten Lucretius, Averroes, Avicenna ja Baruch Spinoza, muuttivat tai tarkensivat näitä jakoja. Esimerkiksi Averroesilla ja Spinozalla on maailmankaikkeutta ohjaavia aktiivisia periaatteita, jotka vaikuttavat passiivisiin elementteihin.

Aika-avaruuden määritelmät

On mahdollista muodostaa avaruusaikoja, joista jokainen on olemassa, mutta jotka eivät voi koskettaa, liikkua tai muuttua (olla vuorovaikutuksessa toistensa kanssa). Helppo tapa ajatella tätä on joukko erillisiä saippuakuplia, joissa yhdessä saippuakuplassa asuvat ihmiset eivät voi olla vuorovaikutuksessa muissa saippuakuplissa asuvien ihmisten kanssa. Erään yleisen terminologian mukaan kutakin aika-avaruuden "saippuakuplaa" nimitetään universumiksi, kun taas omaa aika-avaruuttamme nimitetään universumiksi, aivan kuten kutsumme kuuamme Kuuksi. Näiden erillisten avaruusaikojen kokonaisuutta kutsutaan multiversumiksi. Periaatteessa muissa, toisiinsa liittymättömissä universumeissa voi olla erilaisia avaruusajan ulottuvuuksia ja topologioita, erilaisia aineen ja energian muotoja sekä erilaisia fysikaalisia lakeja ja fysikaalisia vakioita, vaikka tällaiset mahdollisuudet ovatkin spekulaatioita.

Havainnoitava todellisuus

Vielä tiukemman määritelmän mukaan maailmankaikkeus on kaikki se, mikä on yhdistetyssä aika-avaruudessamme ja jolla voi olla mahdollisuus olla vuorovaikutuksessa kanssamme ja päinvastoin.

Suhteellisuusteorian yleisen ajatuksen mukaan jotkin avaruuden alueet eivät ehkä koskaan ole vuorovaikutuksessa meidän alueemme kanssa edes maailmankaikkeuden elinaikana, koska valon nopeus on rajallinen ja avaruus laajenee jatkuvasti. Esimerkiksi Maasta lähetetyt radioviestit eivät ehkä koskaan saavuta joitakin avaruuden alueita, vaikka maailmankaikkeus olisikin olemassa ikuisesti; avaruus voi laajentua nopeammin kuin valo pystyy kulkemaan sen läpi.

On syytä korostaa, että nämä kaukaiset avaruusalueet ovat olemassa ja osa todellisuutta siinä missä mekin; silti emme voi koskaan olla vuorovaikutuksessa niiden kanssa edes periaatteessa. Tilallista aluetta, jonka sisällä voimme vaikuttaa ja johon voimme vaikuttaa, kutsutaan havaittavaksi maailmankaikkeudeksi.

Tarkkaan ottaen havaittava maailmankaikkeus riippuu havaitsijan sijainnista. Matkustamalla havaitsija voi joutua kosketuksiin laajemman aika-avaruusalueen kanssa kuin paikallaan pysyttelevä havaitsija, joten havaittavissa oleva maailmankaikkeus on ensiksi mainitulle suurempi kuin jälkimmäiselle. Nopeimmallakaan matkustajalla ei kuitenkaan välttämättä ole mahdollisuutta olla vuorovaikutuksessa koko avaruuden kanssa. Tavallisesti "havaittavissa olevalla maailmankaikkeudella" tarkoitetaan maailmankaikkeutta, joka nähdään Linnunradan galaksissa sijaitsevasta näköalapaikastamme käsin.

 

Perustiedot maailmankaikkeudesta

Maailmankaikkeus on valtava ja mahdollisesti ääretön. Näkyvä aine on levinnyt vähintään 93 miljardin valovuoden pituiseen avaruuteen. Vertailun vuoksi mainittakoon, että tyypillisen galaksin halkaisija on vain 30 000 valovuotta, ja kahden vierekkäisen galaksin välinen etäisyys on vain 3 miljoonaa valovuotta. Esimerkiksi Linnunratagalaksimme on halkaisijaltaan noin 100 000 valovuotta, ja lähin sisargalaksimme, Andromedan galaksi, sijaitsee noin 2,5 miljoonan valovuoden päässä. Havaittavissa olevassa maailmankaikkeudessa on yli 2 biljoonaa (10¹² ) galaksia ja kaiken kaikkiaan arviolta jopa 1×10²⁴ tähteä (enemmän tähtiä kuin kaikki maapallon hiekanjyvät).

Tyypilliset galaksit vaihtelevat kääpiögalakseista, joissa on vain kymmenen miljoonaa (10⁷ ) tähteä, aina jättiläisiin, joissa on biljoona (10¹² ) tähteä, jotka kaikki kiertävät galaksin massakeskusta. Näiden lukujen perusteella hyvin karkeasti arvioituna havaittavassa maailmankaikkeudessa on siis noin kuusituhatta (10²¹ ) tähteä; Australian kansallisen yliopiston tähtitieteilijöiden vuonna 2003 tekemän tutkimuksen tuloksena oli kuitenkin 70 kuusituhatta (7 x 10²² ) tähteä.

Näkyvä aine on levinnyt kaikkialle maailmankaikkeuteen, kun sen keskiarvo lasketaan yli 300 miljoonan valovuoden etäisyyksille. Pienemmillä pituusskaaloilla aineen havaitaan kuitenkin muodostavan "kokkareita", monet atomit tiivistyvät tähdiksi, useimmat tähdet galakseiksi, useimmat galaksit galaksiryhmiksi ja -joukoiksi ja lopuksi suurimmat rakenteet, kuten galaksien suuri muuri.

Maailmankaikkeuden nykyinen kokonaistiheys on hyvin alhainen, noin 9,9 × 10⁻³⁰ grammaa kuutiosenttimetriä kohti. Tämä massaenergia näyttää koostuvan 73 prosenttisesti pimeästä energiasta, 23 prosenttisesti kylmästä pimeästä aineesta ja 4 prosenttisesti tavallisesta aineesta. Atomien tiheys on noin yksi vetyatomi jokaista neljää kuutiometriä kohti. Pimeän energian ja pimeän aineen ominaisuuksia ei tunneta. Pimeä aine hidastaa maailmankaikkeuden laajenemista. Pimeä energia nopeuttaa sen laajenemista.

Maailmankaikkeus on vanha ja muuttuva. Paras arvio maailmankaikkeuden iästä on 13,798 ± 0,037 miljardia vuotta, mikä perustuu kosmisen mikroaaltotaustasäteilyn havaintoihin. Riippumattomat arviot (jotka perustuvat mittauksiin, kuten radioaktiiviseen ajoitukseen) ovat samaa mieltä, vaikkakin ne eivät ole yhtä tarkkoja, vaan vaihtelevat 11-20 miljardista vuodesta 13-15 miljardiin vuoteen.

Maailmankaikkeus ei ole ollut samanlainen koko historiansa aikana. Tämä kasvaminen selittää sen, miksi Maassa asuvat ihmiset voivat nähdä 30 miljardin valovuoden päässä sijaitsevan galaksin valon, vaikka valo on kulkenut vain 13 miljardia vuotta; itse avaruus niiden välillä on laajentunut. Tämä laajeneminen sopii yhteen sen havainnon kanssa, että kaukaisista galakseista tuleva valo on siirtynyt punasiirtymään; lähetetyt fotonit ovat matkansa aikana venytyneet pidemmiksi aallonpituuksiksi ja matalammiksi taajuuksiksi. Tämän avaruudellisen laajenemisen vauhti kiihtyy Ia-tyypin supernovien tutkimusten ja muiden tietojen perusteella.

Eri kemiallisten alkuaineiden - erityisesti kevyimpien atomien, kuten vedyn, deuteriumin ja heliumin - suhteelliset määrät näyttävät olevan samanlaiset koko maailmankaikkeudessa ja koko sen historiassa, jonka me tunnemme. Maailmankaikkeudessa näyttää olevan paljon enemmän ainetta kuin antiainetta. Maailmankaikkeudessa ei näytä olevan sähköistä nettovarausta. Gravitaatio on hallitseva vuorovaikutus kosmologisilla etäisyyksillä. Maailmankaikkeudella ei myöskään näytä olevan nettomomenttia tai kulmamomenttia. Nettovarauksen ja -impulssin puuttuminen on odotettavissa, jos maailmankaikkeus on äärellinen.

Maailmankaikkeus näyttää olevan tasainen aika-avaruusjatkumo, joka koostuu kolmesta avaruudellisesta ulottuvuudesta ja yhdestä ajallisesta ulottuvuudesta. Keskimäärin avaruus on hyvin lähes litteä (lähellä nollakäyristymää), mikä tarkoittaa, että euklidinen geometria on kokeellisesti todellista suurella tarkkuudella suurimmassa osassa maailmankaikkeutta. Maailmankaikkeudessa voi kuitenkin olla enemmän ulottuvuuksia, ja sen avaruusajalla voi olla moninkertaisesti kytkeytynyt globaali topologia.

Maailmankaikkeudessa on kaikkialla samat fysikaaliset lait ja fysikaaliset vakiot. Vallitsevan fysiikan standardimallin mukaan kaikki aine koostuu kolmesta sukupolvesta leptoneja ja kvarkkeja, jotka molemmat ovat fermioneja. Nämä alkeishiukkaset ovat vuorovaikutuksessa korkeintaan kolmen perustavanlaatuisen vuorovaikutuksen kautta: sähköheikon vuorovaikutuksen, johon kuuluvat sähkömagnetismi ja heikko ydinvoima, kvanttikromodynamiikan kuvaaman vahvan ydinvoiman ja painovoiman, jota kuvaa tällä hetkellä parhaiten yleinen suhteellisuusteoria.

Erityinen suhteellisuusteoria pätee koko maailmankaikkeudessa paikallisessa avaruudessa ja ajassa. Muussa tapauksessa pätee yleinen suhteellisuusteoria. Fysikaalisten vakioiden, kuten Planckin vakion h tai gravitaatiovakion G, erityisarvoille, joita ne näyttävät saavan kaikkialla maailmankaikkeudessamme, ei ole selitystä. On tunnistettu useita säilymislakeja, kuten varauksen säilyminen, impulssin säilyminen, kulmamomentin säilyminen ja energian säilyminen.

 

Alkeishiukkaset, joista maailmankaikkeus rakentuu. Suurin osa aineesta koostuu kuudesta leptonista ja kuudesta kvarkista; esimerkiksi atomiytimien protonit ja neutronit koostuvat kvarkkeista, ja kaikkialla esiintyvä elektroni on lepton. Nämä hiukkaset ovat vuorovaikutuksessa keskimmäisellä rivillä esitettyjen mittasymmetriabosonien välityksellä, joista kukin vastaa tiettyä mittasymmetriatyyppiä. Higgsin bosonin uskotaan antavan massan niille hiukkasille, joiden kanssa se on yhteydessä. Gravitonia, joka on oletettu gravitaation mittabosoni, ei ole kuvassa.  


Maailmankaikkeuden uskotaan koostuvan suurimmaksi osaksi pimeästä energiasta ja pimeästä aineesta, joista kumpaakaan ei tällä hetkellä ymmärretä. Alle 5 prosenttia maailmankaikkeudesta on tavallista ainetta.  

Teoreettiset mallit

Yleinen suhteellisuusteoria

Tarkat ennusteet maailmankaikkeuden menneisyydestä ja tulevaisuudesta edellyttävät tarkkaa gravitaatioteoriaa. Paras käytettävissä oleva teoria on Albert Einsteinin yleinen suhteellisuusteoria, joka on toistaiseksi läpäissyt kaikki kokeelliset testit. Koska tarkkoja kokeita ei kuitenkaan ole tehty kosmologisilla pituusskaaloilla, yleinen suhteellisuusteoria voi mahdollisesti olla epätarkka. Sen ennusteet näyttävät kuitenkin olevan sopusoinnussa havaintojen kanssa, joten ei ole mitään syytä ottaa käyttöön toista teoriaa.

Yleinen suhteellisuusteoria sisältää kymmenen epälineaarista osittaisdifferentiaaliyhtälöä (Einsteinin kenttäyhtälöt), jotka on ratkaistava massan, energian ja impulssin jakautumisen perusteella koko maailmankaikkeudessa. Koska näitä ei tunneta tarkasti, kosmologiset mallit ovat perustuneet kosmologiseen periaatteeseen, jonka mukaan maailmankaikkeus on homogeeninen ja isotrooppinen. Tämän periaatteen mukaan maailmankaikkeuden muodostavien eri galaksien gravitaatiovaikutukset vastaavat hienojakoisen pölyn gravitaatiovaikutuksia, joka on jakautunut tasaisesti kaikkialle maailmankaikkeuteen ja jonka keskimääräinen tiheys on sama. Oletus yhtenäisestä pölystä tekee Einsteinin kenttäyhtälöiden ratkaisemisen helpoksi ja maailmankaikkeuden menneisyyden ja tulevaisuuden ennustamisen kosmologisella aikaskaalalla.

Einsteinin kenttäyhtälöihin sisältyy kosmologinen vakio (Lamda: Λ), joka liittyy tyhjän avaruuden energiatiheyteen. Merkistään riippuen kosmologinen vakio voi joko hidastaa (negatiivinen Λ) tai nopeuttaa (positiivinen Λ) maailmankaikkeuden laajenemista. Vaikka monet tiedemiehet, Einstein mukaan luettuna, olivat arvelleet, että Λ on nolla, viimeaikaiset tähtitieteelliset havainnot Ia-tyypin supernovista ovat havainneet suuren määrän pimeää energiaa, joka kiihdyttää maailmankaikkeuden laajenemista. Alustavat tutkimukset viittaavat siihen, että tämä pimeä energia liittyy positiiviseen Λ:ään, vaikka vaihtoehtoisia teorioita ei voida vielä sulkea pois.

Big Bang -malli

Vallitseva alkuräjähdysmalli selittää monet edellä kuvatuista kokeellisista havainnoista, kuten galaksien etäisyyden ja punasiirtymän korrelaation, vety- ja heliumatomien universaalin suhteen sekä kaikkialla esiintyvän, isotrooppisen mikroaaltotaustan. Kuten edellä todettiin, punasiirtymä johtuu avaruuden metrisestä laajenemisesta; kun avaruus itse laajenee, avaruuden läpi kulkevan fotonin aallonpituus kasvaa, jolloin sen energia pienenee. Mitä kauempana fotoni on kulkenut, sitä enemmän se on laajentunut; näin ollen kaukaisemmista galakseista peräisin olevat vanhemmat fotonit ovat eniten punasiirtyneitä. Etäisyyden ja punasiirtymän välisen korrelaation määrittäminen on tärkeä ongelma kokeellisessa fysikaalisessa kosmologiassa.

Muut kokeelliset havainnot voidaan selittää yhdistämällä avaruuden yleinen laajeneminen ydinfysiikkaan ja atomifysiikkaan. Kun maailmankaikkeus laajenee, sähkömagneettisen säteilyn energiatiheys pienenee nopeammin kuin aineen energiatiheys, koska fotonin energia pienenee sen aallonpituuden myötä. Näin ollen, vaikka maailmankaikkeuden energiatiheyttä hallitsee nyt aine, sitä hallitsi ennen säteily; runollisesti sanottuna kaikki oli valoa. Kun maailmankaikkeus laajeni, sen energiatiheys pieneni ja se viileni; näin ollen aineen alkeishiukkaset pystyivät liittymään vakaasti yhä suuremmiksi yhdistelmiksi. Niinpä aineen hallitseman aikakauden alkupuolella muodostui vakaita protoneja ja neutroneja, jotka sitten yhdistyivät atomiytimiksi. Tässä vaiheessa maailmankaikkeuden aine oli pääasiassa kuumaa, tiheää plasmaa, joka koostui negatiivisista elektroneista, neutraaleista neutriinoista ja positiivisista ytimistä. Ytimien väliset ydinreaktiot johtivat kevyempien ytimien, erityisesti vedyn, deuteriumin ja heliumin, nykyisiin runsauksiin. Lopulta elektronit ja ytimet yhdistyivät muodostaen stabiileja atomeja, jotka ovat läpinäkyviä useimmille säteilyn aallonpituuksille; tässä vaiheessa säteily irtautui aineesta muodostaen nykyisin havaittavan kaikkialla esiintyvän, isotrooppisen mikroaaltosäteilyn taustan.

Muihin havaintoihin ei tunnetulla fysiikalla ole selkeää vastausta. Vallitsevan teorian mukaan maailmankaikkeuden syntyhetkellä tai hyvin pian sen jälkeen vallitsi lievä epätasapaino aineen ja antiaineen välillä. Vaikka aine ja antiaine enimmäkseen annihiloituivat toisiinsa tuottaen fotoneja, pieni jäännös ainetta säilyi, jolloin syntyi nykyinen ainevaltainen maailmankaikkeus.

Useat todisteet viittaavat myös siihen, että maailmankaikkeus inflatoitui nopeasti jo hyvin varhaisessa vaiheessa (noin 10⁻³⁵ sekuntia maailmankaikkeuden luomisen jälkeen). Viimeaikaiset havainnot viittaavat myös siihen, että kosmologinen vakio (Λ) ei ole nolla ja että maailmankaikkeuden nettomassa-energiasisältöä hallitsevat pimeä energia ja pimeä aine, joita ei ole tieteellisesti luonnehdittu. Ne eroavat toisistaan gravitaatiovaikutuksiltaan. Pimeä aine painovoima vaikuttaa tavallisen aineen tavoin ja hidastaa siten maailmankaikkeuden laajenemista; pimeä energia sitä vastoin kiihdyttää maailmankaikkeuden laajenemista.

Multiversumihypoteesi

Jotkut ihmiset ajattelevat, että maailmankaikkeutta on enemmän kuin yksi. He ajattelevat, että on olemassa joukko universumeja, joita kutsutaan multiversumiksi. Määritelmän mukaan mikään yhdessä universumissa ei voi vaikuttaa johonkin toisessa universumissa. Multiversumi ei ole vielä tieteellinen ajatus, koska sitä ei voida testata. Idea, jota ei voida testata tai joka ei perustu logiikkaan, ei ole tiedettä. Ei siis tiedetä, onko multiversumi tieteellinen ajatus.

 

Tärkeimmät ydinreaktiot, jotka ovat vastuussa maailmankaikkeudessa havaittujen kevyiden atomiytimien suhteellisista määristä.  

Tulevaisuus

Tämä on tieteellinen aihe, jonka nimi on "Maailmankaikkeuden lopullinen kohtalo". Se on kosmologian aihe. Sen kehityksestä on olemassa mahdollisia skenaarioita. Peruskysymys on, onko sen olemassaolo rajallinen vai ääretön.

Maailmankaikkeuden tulevaisuus on mysteeri. On kuitenkin olemassa pari teoriaa, jotka perustuvat maailmankaikkeuden mahdollisiin muotoihin:

• Jos maailmankaikkeus on suljettu pallo, se lakkaa laajenemasta. Maailmankaikkeus tekee päinvastoin ja muuttuu singulariteetiksi uutta alkuräjähdystä varten. Tämä on Big Crunch tai Big Bounce -teoria.
• Jos maailmankaikkeus on avoin pallo, se nopeuttaa laajenemista. 22 000 000 000 000 (22 miljardin) vuoden kuluttua maailmankaikkeus repeytyy voiman vaikutuksesta. Tämä on Big Rip -teoria.
• Jos maailmankaikkeus on litteä, se laajenee ikuisesti. Kaikki tähdet menettävät energiansa.
• Googol-vuosien kuluttua myös mustat aukot ovat kadonneet. Tämä on maailmankaikkeuden lämpökuolema eli Big Freeze -teoria.
• "Boltzmannin aivot" voivat ilmestyä sattumalta, ja satunnaiset kvanttivaihtelut ja kvanttitunnelointi voivat synnyttää uuden alkuräjähdyksen uskomattoman pitkän ajan kuluttua. Äärettömän ajan kuluessa voisi myös tapahtua entropian vähenemistä Poincarén rekurrenssiteorian tai lämpövaihteluiden avulla.

Kosmologit ovat yksimielisiä siitä, että maailmankaikkeuden muotoa pidetään "litteänä" (yhdensuuntaiset viivat pysyvät yhdensuuntaisina) ja että se laajenee ikuisesti.

 

Aiheeseen liittyvät sivut