Pohľad na teplotné rozdiely v kozmickom mikrovlnnom pozadí, ktoré sa vytvorili, keď bola galaxia stará menej ako 400 000 rokov, sa uskutočnilo z deviatich rokov pozorovaní pomocou Wilkinsonovej mikrovlnnej anizotropnej sondy (WMAP).
(Obrázok: © NASA)
Paul Sutter je astrofyzik na Štátnej univerzite v Ohiu a hlavný vedec vo vedeckom centre COSI. Sutter je tiež hostiteľom programu „Spýtajte sa kozmonautiky“, „Vesmírneho rádia“ a vedie spoločnosť AstroTours po celom svete. Sutter prispel týmto článkom k odborným hlasom agentúry Space.com: Op-Ed & Insights.
Model Big Bang je naším najúspešnejším vysvetlením histórie vesmíru, v ktorom žijeme, a je smiešne ľahké zapuzdriť jeho základný rámec do jedinej vety v tričku: dávno bol náš vesmír omnoho menší. Z tohto jednoduchého tvrdenia vyplývajú hlavné testovateľné predpovede, ktoré boli overené desaťročiami pozorovania. Miera expanzie vesmíru. Kozmické mikrovlnné pozadie. Výroba najľahších prvkov. Rozdiely medzi blízkymi a vzdialenými galaxiami. Všetky šťavnaté dôkazy, vďaka ktorým je kozmológia veda.
Existujú však určité problémy. [Vesmír: Veľký tresk teraz v 10 jednoduchých krokoch]
„Vanilkový“ model Big Bang bez akýchkoľvek dodatkov alebo dodatkov nedokáže vysvetliť všetky pozorovania.
(VideoProviderTag | jwplayer | uQ0wgEwg | 100% | 100%))
Oči na obzore
Vidíme obrovský objem surového priestoru. Náš pozorovateľný vesmír má priemer viac ako 90 miliárd svetelných rokov. A ďalej sa pozrieme hlbšie do minulosti, ktorú sledujeme. Okolo nás je kozmické mikrovlnné pozadie, zvyšné fosílne svetlo sa uvoľnilo, keď bol vesmír sotva novorodenec - starý iba 270 000 rokov, v minulosti viac ako 13,8 miliárd rokov.
Toto svetlo k nám prichádza zo vzdialených dosahov vesmíru, tak vzdialené, že je pre nás teraz neprístupné. A rôzne časti tohto pozadia svetla sú navzájom neprístupné. V nádhernom žargóne fyziky nie sú oblasti kozmického mikrovlnného pozadia príčinne spojené. Inými slovami, na to, aby jeden kus hraníc nášho pozorovateľného vesmíru komunikoval s iným kusom za posledných 13,8 miliárd rokov, museli by vysielať signály rýchlejšie ako rýchlosť svetla.
Čo by vôbec nebolo veľké, keby kozmické mikrovlnné pozadie nebolo takmer úplne hladké. Dojčenský vesmír mal rovnakú teplotu ako jedna milión dielov. Ako sa všetci dostali tak dobre koordinovaní, keď zmeny v jednej oblasti nemali dosť času na to, aby ovplyvnili ostatných?
Rovný a úzky
Ako najlepšie dokážeme zmerať, zdá sa, že geometria nášho vesmíru je úplne, úplne, vždy tak nudná. Na veľkých kozmických mierkach zostávajú rovnobežné čiary navždy paralelné, vnútorné uhly trojuholníkov sa zvyšujú až o 180 stupňov atď. Platia všetky pravidlá euklidovskej geometrie, ktoré ste sa naučili na strednej škole.
Ale nie dôvod aby bol náš vesmír plochý. Vo veľkom meradle mohla mať akúkoľvek starú zakrivenie, aké chcela. Náš vesmír by mohol byť tvarovaný ako obrovský, viacrozmerný plážový loptu alebo jazdecké sedlo. Ale nie, vybralo to byt. A nielen trochu plochý. Aby sme v súčasnom vesmíre nemerali žiadne zakrivenie s presnosťou niekoľkých percent, musel byť mladý vesmír rovný jednej milióne.
Prečo? Nezdá sa, že zo všetkých možných možností zakrivenia je takmer dokonale plochý trochu podozrivý? A skutočne máme podozrenie, že je tu dôvod na rovinnosť, a nie je to len šťastná rana kociek.
Iba jeden stĺp
Magnetické monopoly sú teoretické šelmy; zlomeniny v samotnom časopriestore, ktoré vykazujú iba jeden z magnetických pólov - predstavte si, že sa v jeho osamelom objatí častice severne alebo južne pólovité. (Pokiaľ to vieme, objekt s magnetickým severom bude mať na druhom konci aj magnetický juh.) Podľa našich najlepších modelov mimoriadne skorého vesmíru (ako tomu bolo v čase, keď bolo okolo 10 ^ - 35 sekúnd, a nie, to nie je preklep) exotický proces mal úplne zaplaviť náš vesmír týmito nastiami.
Tieto monopoly by mali byť také bežné, že by boli normálnou súčasťou nášho každodenného kozmologického života. A predsa sme nevideli dôkazy jediného. Nula. Zilch. Zdá sa, že v brakických vodách temného vesmíru sa nepozerajú žiadne monopoly.
Kam šli? Mali byť vyrábaní v hojnom množstve, presne ako sa náš vesmír stal zaujímavým, ale nikde sa nenájdu.
Len to urobte veľkým
Najlepším riešením týchto hádanky je proces nazývaný inflácia. Myšlienka bola prvýkrát navrhnutá - a razená! - fyzik Alan Guth v roku 1980, keď navrhol, že ten istý exotický proces, ktorý zaplavil vesmír magnetickými monopolmi, by mohol kozmos poslať do obdobia neuveriteľne rýchlej expanzie.
Predstavte si, že som vás nafúkla - vaše telo, vnútornosti, mozog, kostra, celý obchod - na veľkosť celého nášho pozorovateľného vesmíru. A predstavte si, že mi to trvalo menej ako 10 ^ -32 sekúnd. To je nejaká vážna expanzia a presne to, čo máme na mysli pod pojmom inflácia. Keď bol náš vesmír neuveriteľne mladý, navrhla to Guth nahustené na také gargantuanské šupiny za menej ako mrknutie oka.
Pre Guth to bola najčistejšia cesta k vyriešeniu problému s monopolmi. Tým, že je vesmír tak zatracený veľký, monopoly sa jednoducho rozriedia. Náš pozorovateľný kúsok vesmíru je iba jeden malý kúsok celého shebangu a je tam len taký objem, že by sme nemali očakávať, že sa stretneme s monopolom ako nikdy predtým.
Táto inflačná epocha tiež rieši ďalšie dva nedostatky vanilky Veľký tresk. Predinflačný vesmír mal dosť času na koordináciu a vyrovnanie teplôt predtým, ako sa ocitol v oveľa väčšom stave, a hodil predtým spojené oblasti mimo ďalšieho kontaktu. A v takom ohromne veľkom vesmíre sme si nemohli pomôcť, ale zmerať plochú geometriu v našej pozorovateľnej oblasti. Koho zaujíma, aké je zakrivenie celého vesmíru - je také veľké, že sa nám bude zdať ploché. Zem je zakrivená, ale môj dvor je pekný a plochý, pretože je oveľa menší ako povrch našej planéty. Použite tú istú logiku na kozmologické váhy a ste zlatí.
Mechanizmy, ktoré sú základom inflácie, sú stále nedostatočne chápané a ak sa majú považovať za polovičnú vedeckú teóriu, nedokážu vysvetliť iba súčasné pozorovania, ale predpovedať budúce.
A to bude príbeh na ďalší deň.
Viac informácií si môžete vypočuť v epizóde „Prečo potrebujeme kozmickú infláciu? (Časť 2)“ na podcastu Spaceman Spaceman, ktorý je k dispozícii na iTunes a na webe na adrese http://www.askaspaceman.com. Vďaka Massimiliano S., Lorenzovi B., @ ZachCoty, Pete E., Christianovi W., @up_raw, Vicki K., Thomasovi, Bandovi C., Steve S., Evanovi W., Andrewovi P., @ MarkRiepe, @ Luft08, @kazoukis, Gordon M., Jim W., Cosmic Wakes, Floren H., Gabi P., Amanda Z. a @scaredjackel za otázky, ktoré viedli k tomuto dielu! Svoju vlastnú otázku položte na Twitteri pomocou #AskASpaceman alebo sledovaním Paula @PaulMattSuttera a facebook.com/PaulMattSutter. Sledujte nás na Twitteri @ Spacedotcom a na Facebooku. Pôvodný článok o Space.com.
