Skats uz temperatūras atšķirībām kosmiskajā mikroviļņu fona apstākļos, kas izveidots, kad galaktika bija jaunāka par 400 000 gadu, izveidots no Wilkinson mikroviļņu anizotropijas zondes (WMAP) deviņu gadu novērojumiem.
(Attēls: © NASA)
Pols Sutters ir Ohaio štata universitātes astrofiziķis un galvenais zinātnieks COSI zinātnes centrā. Sutters ir arī vietņu "Ask a Spaceman", "Space Radio" saimnieks un ved AstroTours visā pasaulē. Sutters pievienoja šo rakstu Space.com ekspertu balsīm: Op-Ed & Insights.
Lielā sprādziena modelis ir mūsu visveiksmīgākais izskaidrojums tās Visuma vēsturei, kurā mēs dzīvojam, un ir smieklīgi viegli iekapsulēt tā pamata ietvarus vienā, T-shibleble teikumā: Sen atpakaļ, mūsu Visums bija daudz mazāks. No šī vienkāršā paziņojuma izriet galvenās pārbaudāmās prognozes, kuras ir pārbaudītas gadu desmitiem ilgā novērojumā. Visuma izplešanās ātrums. Kosmiskais mikroviļņu fons. Vieglāko elementu izgatavošana. Atšķirības starp tuvu un tālu galaktikām. Visas sulīgās pierādījumu līnijas, kas kosmoloģiju padara par zinātni.
Bet ir daži jautājumi. [Visums: lielais sprādziens tagad 10 vienkāršos soļos]
"Vaniļas" lielā sprādziena modelis bez citiem papildinājumiem vai grozījumiem nevar izskaidrot visus novērojumus.
(VideoProviderTag | jwplayer | uQ0wgEwg | 100% | 100%))
Acis pie horizonta
Mēs varam redzēt milzīgu daudzumu neapstrādātas telpas. Mūsu novērojamā Visuma diametrs ir vairāk nekā 90 miljardi gaismas gadu. Un jo tālāk mēs ieskatāmies dziļāk pagātnē, kurā mēs esam līdzinieki. Apkārt mums atrodas kosmiskais mikroviļņu fons, pārpalikuma fosilā gaisma, kas izdalījās, kad Visums bija tikko jaundzimušais - tikai 270 000 gadu vecs, daudz vairāk nekā 13,8 miljardi gadu pagātnē.
Šī gaisma nonāk pie mums no kosmosa tālajām sasniedzamības vietām, tik tālu, ka tagad mums tā nav pieejama. Un dažādas šī fona gaismas sadaļas ir nepieejamas viena otrai. Brīnišķīgajā fizikas žargonā kosmiskā mikroviļņu fona reģioni nav cēloņsakarīgi saistīti. Citiem vārdiem sakot, lai viena mūsu novērojamā Visuma robežu daļa varētu sazināties ar citu riecienu pēdējo 13,8 miljardu gadu laikā, viņiem vajadzēja sūtīt signālus ātrāk nekā gaismas ātrums.
Kas nepavisam nebūtu liels darījums, ja kosmiskais mikroviļņu fons nebūtu gandrīz pilnīgi gluds. Zīdaiņu Visumam bija tāda pati temperatūra kā vienai daļai no miljona. Kā visi tik labi koordinējās, kad izmaiņām vienā jomā nebija pietiekami daudz laika, lai ietekmētu citas?
Taisni un šauri
Cik vien iespējams, mēs varam izmērīt, ka mūsu Visuma ģeometrija šķiet perfekti, pilnīgi, vienmēr tik garlaicīgi līdzena. Lielos, kosmiskos mērogos paralēlas līnijas paliek paralēlas mūžīgi, trijstūru iekšējie leņķi palielina līdz 180 grādiem utt. Tiek piemēroti visi eiklīda ģeometrijas noteikumi, kurus jūs apguvāt vidusskolā.
Bet tur nav iemesls lai mūsu Visums būtu līdzens. Lielos mērogos tam varēja būt kāds vecs izliekums, kādu tas vēlējās. Mūsu kosmoss varēja būt veidots kā milzu daudzdimensionāla pludmales bumba vai zirgu izjādes segls. Bet nē, tas izvēlējās plakanu. Un ne tikai mazliet līdzenu. Lai mēs neizmērojam izliekumu ar dažu procentu precizitāti mūsdienu Visumā, jaunajam kosmosam ir jābūt līdzenam līdz vienai miljona daļai.
Kāpēc? No visām iespējamām izliekuma izvēlēm ne tuvu nevainojami šķiet nedaudz aizdomīgs? Un tiešām, mums ir aizdomas, ka tam ir iemesls līdzenumam, un tas nav tikai laimīgs kauliņu rullītis.
Tikai viens pole
Magnētiskie monopoli ir teorētiski zvēri; lūzumi pašā telpas laikā, kas uzrāda tikai vienu no magnētiskajiem poliem - iedomājieties ziemeļdaļas vai dienvidu puses daļiņu, kas klīst savā vientuļajā. (Neatkarīgi no tā, kā mēs to zinām, objektam ar magnētiskiem ziemeļiem otrā pusē būs arī magnētiski dienvidi.) Saskaņā ar mūsu labākā agrīnā Visuma modeļiem (piemēram, kad tas bija aptuveni 10 ^ -35 sekundes vecs, nē, tā nav kļūda. Eksotiskam procesam vajadzēja absolūti pārpludināt mūsu kosmosu ar šīm nasties.
Šiem monopoliem vajadzētu būt tik izplatītiem, lai tie būtu normāla mūsu ikdienas kosmoloģiskās dzīves sastāvdaļa. Un tomēr mēs neesam redzējuši pierādījumus par vienu. Nulle. Ziličs. Neviens monopolu monstrs neliecas par tumšā Visuma iesāļajiem ūdeņiem.
Tad kur viņi devās? Viņiem vajadzēja būt ražotiem pārpilnībā tāpat kā mūsu visums kļuva interesants, taču tos nekur nevar atrast.
Vienkārši padariet to lielu
Vislabākais risinājums, kas mums ir pieejams, ir process, ko sauc par inflāciju. Ideja vispirms tika ierosināta - un tika radīta! - fiziķis Alans Gūts 1980. gadā, kad viņš ierosināja, ka tas pats eksotiskais process, kas pārpludināja Visumu ar magnētiskiem monopoliem, varēja nodot kosmosu satriecoši straujas izplešanās periodā.
Iedomājieties, ja es balonu jums - jūsu ķermenim, zarnām, smadzenēm, skeletam un visam darījumam - līdz mūsu visa novērojamā Visuma lielumam. Un iedomājieties, ka man tas prasīja mazāk nekā 10 ^ -32 sekundes. Tā ir nopietna izplešanās, un tieši to mēs domājam ar inflāciju. Kad mūsu Visums bija neticami jauns, Gūta to ierosināja piepūsts šādām greznām zvīņām mazāk nekā acs mirklī.
Gūtai tas bija tīrākais ceļš monopola problēmas risināšanai. Padarot Visumu tik drūmu liels, monopoli vienkārši tiek atšķaidīti. Mūsu novērojamais Visuma plāksteris ir tikai viens niecīgs stumbrs visā shebang, un tur ir tikai tik daudz tilpuma, ka mums nevajadzētu gaidīt, ka sastapsimies ar monopolu, piemēram, kādreiz.
Šis inflācijas laikmets atrisina arī pārējos divus vaniļas Lielā sprādziena trūkumus. Pirmsinflācijas visumam bija daudz laika, lai koordinētu un izlīdzinātu temperatūru, pirms došanās uz daudz lielāku stāvokli, aizbēdzot vienreiz savienotos reģionus ārpus turpmāka kontakta. Un šādā ārkārtīgi milzīgā kosmosā mēs nevarējām palīdzēt, bet izmērām plakano ģeometriju mūsu novērojamajā plāksterī. Kam rūpējas, kāds ir visa Visuma izliekums - tas ir tik liels, ka mums tas parādīsies plakans. Zeme ir izliekta, bet mans pagalms ir jauks un līdzens, jo tas ir tik daudz mazāks par mūsu planētas virsmu. Vienkārši izmantojiet to pašu loģiku kosmoloģiskajos mērogos, un jūs esat zeltains.
Inflācijas pamatā esošie mehānismi joprojām ir slikti izprotami, un, lai tos uzskatītu par puslīdz pareizu zinātnisku teoriju, tas nevar tikai izskaidrot pašreizējos novērojumus, bet gan dot prognozes turpmākiem.
Un tas būs stāsts par citu dienu.
Uzziniet vairāk, noklausoties epizodi "Kāpēc mums nepieciešama kosmiskā inflācija? (2. daļa)" Podcast apraides jautājumā Ask Ask Spaceman, kas ir pieejams iTunes un tīmeklī vietnē http://www.askaspaceman.com. Paldies Massimiliano S., Lorenzo B., @ZachCoty, Pete E., Christian W., @up_raw, Vicki K., Thomas, Banda C., Steve S., Evan W., Andrew P., @MarkRiepe, @ Luft08, @kazoukis, Gordon M., Jim W., Cosmic Wakes, Floren H., Gabi P., Amanda Z. un @scaredjackel par jautājumiem, kas noveda pie šī skaņdarba! Uzdodiet savu jautājumu čivināt, izmantojot #AskASpaceman vai sekojot Polam @PaulMattSutter un facebook.com/PaulMattSutter. Sekojiet mums Twitter @Spacedotcom un Facebook. Oriģināls raksts vietnē Space.com.
