úvod
Asi pred 13,8 miliardami rokov sa vesmír, ako ho poznáme, začal. Tento okamih, známy ako Veľký tresk, sa začína rýchlo rozširovať. V čase Veľkého tresku sa pozorovateľný vesmír (vrátane materiálov pre najmenej 2 bilióny galaxií) zmestil do priestoru menšieho ako centimeter. Pozorovateľný vesmír má teraz 93 miliárd svetelných rokov a stále sa rozširuje.
Existuje veľa otázok o Veľkom tresku, najmä o tom, čo sa mu stalo (ak vôbec). Vedci však vedia niektoré veci. Čítajte ďalej o najčastejšie objavujúcich sa objavoch o začiatku všetkého.
Vesmír sa rozširuje
Až do roku 1929 bol pôvod vesmíru zahalený výlučne mýtom a teóriou. Ale ten rok podnikavý astronóm Edwin Hubble objavil vo vesmíre niečo veľmi dôležité, niečo, čo by otvorilo nové spôsoby pochopenia jeho minulosti: Celá vec sa rozširuje.
Hubbleov objav objavil meraním niečoho, čo sa nazýva redshift, čo je posun smerom k dlhším, červeným vlnovým dĺžkam svetla pozorovaným vo veľmi vzdialených galaxiách. (Čím ďalej je objekt, tým výraznejší je červený posun.) Hubble zistil, že červený posun sa lineárne zvyšoval so vzdialenosťou vo vzdialených galaxiách, čo naznačuje, že vesmír nie je stacionárny. Rozširuje sa všade, naraz.
Hubble bol schopný podľa NASA vypočítať rýchlosť tohto rozšírenia, postavu známu ako Hubble Constant. To bolo toto zistenie, ktoré vedcom umožnilo extrapolovať späť a teoretizovať, že vesmír bol kedysi zabalený do maličkého bodu. Prvý okamih rozšírenia nazvali Veľký tresk.
Kozmické mikrovlnné žiarenie v pozadí
V máji 1964, Arno Penzias a Robert Wilson, vedci z Bell Telephone Laboratories, pracovali na výstavbe nového rozhlasového prijímača v New Jersey. Ich anténa stále zdvihla podivné bzučanie, ktoré sa zdalo, že pochádza zo všetkých strán, stále. Mysleli si, že to môžu byť holuby v zariadení, ale odstránenie hniezd neurobilo nič. Ani ich ďalšie pokusy o zníženie rušenia. Nakoniec si uvedomili, že vyzdvihujú niečo skutočné.
Ukázalo sa, že to, čo zistili, bolo prvé svetlo vesmíru: kozmické mikrovlnné žiarenie v pozadí. Toto žiarenie sa datuje asi do 380 000 rokov po Veľkom tresku, keď sa vesmír konečne dostatočne ochladil, aby sa fotóny (vlnové častice, ktoré tvoria svetlo), mohli voľne pohybovať. Objav požičal podporu teórii Veľkého tresku a myšlienke, že vesmír sa v prvom okamihu rozširoval rýchlejšie ako rýchlosť svetla. (Je to preto, že kozmické pozadie je úplne jednotné, čo naznačuje plynulé rozšírenie všetkého naraz z malého bodu.)
Mapa oblohy
Objav kozmického mikrovlnného pozadia otvoril okno do počiatkov vesmíru. V roku 1989 NASA vypustila satelit s názvom Cosmic Background Explorer (COBE), ktorý meral malé variácie v pozadí žiarenia. Výsledkom bol „detský obrázok“ vesmíru podľa NASA, ktorý ukazuje niektoré z prvých zmien hustoty v rozširujúcom sa vesmíre. Tieto drobné variácie pravdepodobne viedli k vzniku galaxií a prázdneho priestoru, známeho ako kozmická sieť galaxií, ktoré dnes vidíme vo vesmíre.
Priamy dôkaz o inflácii
Kozmické mikrovlnné pozadie tiež umožnilo výskumným pracovníkom nájsť „fajčiarsku pištoľ“ pre infláciu - to masívne, rýchlejšie ako šírenie svetla, ku ktorému došlo pri Veľkom tresku. (Aj keď Einsteinova teória špeciálnej relativity tvrdí, že nič nejde rýchlejšie ako svetlo cez vesmír, nejde o porušenie; priestor sa sám rozšíril.) V roku 2016 fyzici oznámili, že v niektorých z nich zistili určitý druh polarizácie alebo smerovania. kozmické mikrovlnné pozadie. Táto polarizácia sa nazýva „režimy B“. Polarizácia v režime B bola vôbec prvým priamym dôkazom gravitačných vĺn z Veľkého tresku. Gravitačné vlny sa vytvárajú vtedy, keď sa masívne objekty vo vesmíre zrýchľujú alebo spomaľujú (prvé, ktoré sa kedy objavilo, pochádzajú z kolízie dvoch čiernych dier). Režimy B poskytujú nový spôsob, ako priamo skúmať expanziu raného vesmíru - a možno zistiť, čo ju viedlo.
Zatiaľ žiadne ďalšie rozmery
Jedným z dôsledkov objavu gravitačných vĺn bolo to, že umožnilo vedcom hľadať ďalšie dimenzie, ktoré presahujú zvyčajné tri. Podľa teoretikov by gravitačné vlny mali mať možnosť prejsť do neznámych dimenzií, ak tieto dimenzie existujú. V októbri 2017 vedci zistili gravitačné vlny z kolízie dvoch neutrónových hviezd. Zmerali čas, ktorý vlny museli prejsť z hviezd na Zem, a nenašli žiadne dôkazy o nejakom mimorozmernom presakovaní.
Výsledky uverejnené v júli 2018 v časopise Journal of Cosmology and Astroparticle Physics naznačujú, že ak existujú nejaké iné dimenzie, sú malé - ovplyvnili by oblasti vesmíru s veľkosťou menšou ako 1,6 km. To znamená, že teória strún, ktorá predpokladá, že vesmír je vyrobený z malých vibračných reťazcov a predpovedá najmenej 10 teensy dimenzií, by mohla byť stále pravdivá.
Zrýchlenie expanzie…
Jedným z najpodivnejších objavov vo fyzike je to, že vesmír sa nielen rozširuje, ale rozširuje sa zrýchľujúcou sa rýchlosťou.
Tento objav sa datuje do roku 1998, keď fyzici oznámili výsledky niekoľkých dlhodobých projektov, ktoré merali obzvlášť ťažké supernovy nazývané supernovy typu Ia. Výsledky (ktoré získali vedcov Saul Perlmutter, Brian P. Schmidt a Adam G. Reiss, Nobelova cena v roku 2011) odhalili slabšie svetlo, ako sa očakávalo, z najvzdialenejších z týchto supernov. Toto slabé svetlo ukázalo, že samotný priestor sa rozširuje: Všetko vo vesmíre sa postupne dostáva ďalej od všetkého ostatného.
Vedci nazývajú vodičom tejto expanzie „temnú energiu“, tajomný motor, ktorý môže tvoriť asi 68% energie vo vesmíre. Zdá sa, že táto temná energia je rozhodujúca pre to, aby sa teórie začiatku pozorovania vesmíru hodili k pozorovaniam, ktoré sa teraz vykonávajú, ako napríklad tie, ktoré pripravila NASA Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP), nástroj, ktorý vytvoril najpresnejšiu mapu kozmického priestoru. mikrovlnné pozadie ešte.
... Ešte rýchlejšie, ako sa očakávalo
Nové výsledky z Hubbleovho teleskopu, ktoré boli vydané v apríli 2019, prehĺbili hádanku rozširujúceho sa vesmíru. Merania z vesmírneho teleskopu ukazujú, že expanzia vesmíru je o 9% rýchlejšia, ako sa očakávalo z predchádzajúcich pozorovaní. V prípade galaxií sa podľa NASA každá vzdialenosť 3,3 milióna svetelných rokov od Zeme premení na ďalších 46 míľ za sekundu (74 km za sekundu) rýchlejšie, ako sa predpokladalo v predchádzajúcich výpočtoch.
Prečo to záleží na pôvode vesmíru? Pretože fyzikom musí niečo chýbať. Podľa agentúry NASA sa počas Veľkého tresku a krátko potom mohli vyskytnúť tri samostatné „výbuchy“ temnej energie. Tieto výbuchy pripravili pôdu pre to, čo vidíme dnes. Prvý mohol začať počiatočnú expanziu; druhá sa mohla stať oveľa rýchlejšie, pôsobiac ako ťažká noha pritlačená na plynový pedál vesmíru, čo spôsobilo, že sa vesmír rozširoval rýchlejšie, ako sa pôvodne predpokladalo. Posledný výbuch temnej energie môže vysvetliť zrýchlenie expanzie vesmíru dnes.
Nič z toho nie je dokázané - zatiaľ. Vedci však hľadajú. Vedci z Texaskej univerzity v Austine McDonald Observatory používajú novo inovovaný prístroj Hobby-Eberly Telescope, aby priamo hľadali temnú energiu. Projekt, experiment temnej energie Hobby-Eberly Telescope Dark Experiment (HETDEX), meria slabé svetlo z galaxií až do 11 miliárd svetelných rokov, čo výskumníkom umožní vidieť akékoľvek zmeny zrýchlenia vesmíru v priebehu času. Budú tiež študovať ozveny porúch v 400 000-ročnom vesmíre, vytvorenom v hustej polievke častíc, ktoré tvoria všetko hneď po Veľkom tresku. Toto tiež odhalí tajomstvá expanzie a vysvetlí temnú energiu, ktorá ju poháňala.
