Mums ir kaut kas nepareizs attiecībā uz Visumu.
Tas varētu būt kaut kas mazs: mērījumu problēma, kas liek noteiktām zvaigznēm izskatīties tuvāk vai tālāk nekā tās ir, kaut ko astrofiziķi varētu noteikt ar dažiem labojumiem, kā viņi mēra attālumus visā kosmosā. Tas varētu būt kaut kas liels: kļūda vai kļūdu sērija kosmoloģijā vai mūsu izpratne par Visuma izcelsmi un evolūciju. Ja tas tā ir, visa mūsu telpas un laika vēsture var tikt sajaukta. Bet, lai arī kāds būtu jautājums, tas liek galvenajiem Visuma novērojumiem nepiekrist viens otram: Vienā mērā novērtējot, šķiet, ka Visums paplašinās ar noteiktu ātrumu; mērot citā veidā, šķiet, ka Visums paplašinās ar atšķirīgu ātrumu. Un, kā rāda jauns raksts, pēdējos gados šīs neatbilstības ir kļuvušas arvien lielākas, pat ja mērījumi ir kļuvuši precīzāki.
"Mēs domājam, ka, ja mūsu izpratne par kosmoloģiju ir pareiza, tad visiem šiem dažādajiem mērījumiem jāsniedz mums viena un tā pati atbilde," sacīja Keitija Makija, teorētiskā kosmoloģe no Ziemeļkarolīnas štata universitātes (NCSU) un jaunā darba līdzautore. .
Divi slavenākie mērījumi darbojas ļoti atšķirīgi. Pirmais ir atkarīgs no kosmiskā mikroviļņu fona (CMB): mikroviļņu starojuma paliekām no pirmajiem mirkļiem pēc Lielā sprādziena. Kosmologi uz CMB pamata ir izveidojuši visas Visuma vēstures teorētiskos modeļus - modeļus, par kuriem viņi ir ļoti pārliecināti, un kuru pārtraukšanai būtu nepieciešama pilnīgi jauna fizika. Kopumā, Mack teica, ka tie rada samērā precīzu skaitli Habla konstantei jeb H0, kas nosaka, cik ātri Visums pašlaik paplašinās.
Otrajā mērījumā tiek izmantotas supernovas un mirgojošas zvaigznes tuvējās galaktikās, kas pazīstamas kā Cepheids. Novērtējot, cik tālu šīs galaktikas atrodas no mūsu pašu vidus un cik ātri tās attālinās no mums, astronomi ir ieguvuši, viņuprāt, ļoti precīzu Habla konstantes mērījumu. Un šī metode piedāvā atšķirīgu H0.
"Ja mēs saņemam dažādas atbildes, tas nozīmē, ka ir kaut kas tāds, ko mēs nezinām," Mack stāstīja Live Science. "Tātad patiesībā tas nozīmē ne tikai izprast pašreizējo Visuma izplešanās ātrumu - tas ir kaut kas, kas mūs interesē, bet arī saprast, kā ir attīstījies Visums, kā ir attīstījusies izplešanās un kāds telpas laiks ir to visu darījis. laiks."
Veikans Lins, arī NCSU kosmologs un galvenā darba autore, sacīja, ka, lai izveidotu pilnīgu problēmas ainu, komanda nolēma noapaļot visus dažādos veidus, kā "ierobežot" H0 vienā vietā. Darbs vēl nav oficiāli pārskatīts vai publicēts, un tas ir pieejams pirmsdrukas serverī arXiv.
Lūk, ko nozīmē "ierobežojošs": Fizikā veiktie mērījumi reti sniedz precīzas atbildes. Tā vietā viņi ierobežo iespējamo atbilžu klāstu. Un, aplūkojot šos ierobežojumus kopā, jūs varat uzzināt daudz jauna par kaut ko pētāmo. Piemēram, skatoties caur vienu teleskopu, jūs varētu uzzināt, ka gaismas punkts telpā ir vai nu sarkans, dzeltens vai oranžs. Cits varētu pateikt, ka tas ir spilgtāks nekā vairums citu gaismu kosmosā, bet mazāk spilgts nekā saule. Cits varētu pateikt, ka tā pārvietojas pa debesīm tikpat ātri kā planēta. Neviens no šiem ierobežojumiem jums neko daudz neteiks pats par sevi, bet kopā ņemot, viņi iesaka paskatīties uz Marsu.
Lina, Maka un viņu trešais līdzautors, NCSU absolvents Liqiangs Hou apskatīja divu konstantu ierobežojumus: H0 un kaut ko sauc par Visuma "masas daļu", kas apzīmēts ar Ωm, un tas norāda, cik liela daļa no Visuma ir. ir enerģija, un cik daudz ir matērijas. Daudzi H0 mērījumi arī ierobežo Ωm, sacīja Lina, tāpēc ir lietderīgi tos aplūkot kopā.
Tas radīja šo krāsaino sižetu:
Izstieptais, purpursarkanā ovāls, kas apzīmēts ar WMAP, ir iespējamo masas frakciju un Habla konstantu diapazons, kas kādreiz bija iespējams, pamatojoties uz nozīmīgu pagātnes NASA pētījumu CMB, kas pazīstams kā Wilkinson mikroviļņu anizotropijas zonde. Dzeltenā kolonna ar apzīmējumu CV SN (saīsināti ar "Cepheid-Calibrated-Ia Supernovae") attiecas uz Cepheid-supernova mērījumiem, kas neierobežo Visuma masas daļu, bet ierobežo H0. Sarkanā josla ar norādi SN P (saīsinājums no "Ia Supernovae Panteon") ir vispasaules masas daļas būtisks ierobežojums.
Var redzēt, ka WMAP un CV SN malas pārklājas, galvenokārt ārpus sarkanās joslas. Tāds bija neatbilstības attēls pirms dažiem gadiem, Mack sacīja: Pietiekami nozīmīgs, lai uztraucos par to, ka abi mērījumi rada dažādas atbildes, bet nav tik nozīmīgi, lai padarītu tos nesaderīgus ar nelielu pielāgošanu.
Bet pēdējos gados ir bijis jauns CMB novērtējums no grupas ar nosaukumu Planck Collaboration. Planck Collaboration, kas 2018. gadā izlaida savu jaunāko datu kopu, uzlika ļoti stingrus ierobežojumus Visuma masas daļai un izplešanās ātrumam, ko apzīmē ar melno šķembu uz zemes gabala ar apzīmējumu Planck.
Tagad autori rakstīja, ka parādās divi mežonīgi atšķirīgi Visuma attēli. Planck un WMAP, tāpat kā virkne citu pieeju H0 un Ωm ierobežošanai, ir vairāk vai mazāk savietojami. Uz zemes gabala ir vieta, ar baltu svītrainu apli, kur tie visi pieļauj līdzīgas atbildes par to, cik ātri Visums paplašinās un cik lielu daļu no tā veido matērija. Var redzēt, ka gandrīz visas zemes gabala formas šķērso šo apli.
Bet vistiešākajam mērījumam, kas faktiski veikts, izpētot, cik tālu lietas atrodas mūsu lokālajā Visumā un cik ātri viņi pārvietojas, nepiekrīt. Cepheid mērījums ir izeja labajā pusē, un pat tā kļūdu joslas (blāvi dzeltenie biti, kas apzīmē iespējamo vērtību diapazonu) neiziet cauri ar pārtraukto apli. Un tā ir problēma.
"Šajā jomā ir bijis daudz aktivitāšu tikai dažu pēdējo mēnešu laikā," sacīja Risa Večslere, Stenfordas universitātes kosmoloģe, kura nebija iesaistīta šajā dokumentā. "Tāpēc ir ļoti patīkami redzēt visu apkopojamību. Ierāmējot to H0 un Ωm izteiksmē, kas ir pamatparametri, tas patiešām ir noskaidrojošs."
Tomēr Wechsler pastāstīja Live Science, ka ir svarīgi neļauties secinājumiem.
"Cilvēki par to ir sajūsmā, jo tas varētu nozīmēt, ka ir jauna fizika, un tas būtu patiešām aizraujoši," viņa sacīja.
Iespējams, ka CMB modelis ir kaut kādā ziņā nepareizs, un tas noved pie sava veida sistemātiskas kļūdas fiziķu izpratnē par Visumu.
"Ikvienam tas patiktu. Fizikiem patīk salauzt savus modeļus," sacīja Večlers. "Bet šis modelis līdz šim darbojas diezgan labi, tāpēc es uzskatu, ka jābūt pārliecinošiem pierādījumiem, lai mani pārliecinātu."
Pētījums pierāda, ka, ieviešot tikai vienu jaunu fizikas materiālu, būtu grūti saskaņot Cepheid mērījumus no vietējā visuma ar visiem pārējiem, sacīja Mack.
Iespējams, Mack sacīja, ka supernovu-Kefeidu aprēķins ir tikai nepareizs. Varbūt fiziķi nepareizi mēra attālumus mūsu lokālajā Visumā, un tas noved pie kļūdaina aprēķina. Grūti iedomāties, kāds būs šis nepareizs aprēķins, viņa sacīja. Daudzi astrofiziķi ir izmērījuši vietējos attālumus no nulles un ir nākuši klajā ar līdzīgiem rezultātiem. Viena no iespējām, ko izvirzījuši autori, ir tikai tā, ka mēs dzīvojam dīvainā Visuma riecienā, kur ir mazāk galaktiku un mazāk gravitācijas, tāpēc mūsu apkārtne paplašinās ātrāk nekā Visums kopumā.
Viņa sacīja, ka atbilde uz problēmu varētu būt tepat ap stūri. Bet, visticamāk, tas ir gadu vai gadu desmitu attālumā.
"Tas ir vai nu kaut kas jauns Visumā, vai arī tas, ko mēs nesaprotam par mūsu mērījumiem," viņa sacīja.
Wechsler teica, ka viņa derēs par pēdējo - ka droši vien kaut kas nav gluži pareizi kļūdu joslās ap dažiem iesaistītajiem mērījumiem un ka, kad tie tiks atrisināti, attēls būs labāk salikts kopā.
Nākošie mērījumi varētu noskaidrot pretrunu - vai nu izskaidrot to, vai to pastiprināt, ierosināt jaunu fizikas jomu. Lielajam sinoptisko pētījumu teleskopam, kas plānots tiešsaistē tiešsaistē 2020. gadā, vajadzētu atrast simtiem miljonu supernovu, kurām vajadzētu ievērojami uzlabot datu kopas, kuras astrofiziķi izmanto, lai izmērītu attālumus starp galaktikām. Galu galā, pēc Maka teiktā, gravitācijas viļņu pētījumi būs pietiekami labi, lai ierobežotu arī Visuma paplašināšanos, kam vajadzētu pievienot vēl vienu precizitātes līmeni kosmoloģijai. Pēc viņas teiktā, fiziķi, iespējams, pat izstrādā instrumentus, kas ir pietiekami jutīgi, lai reālā laikā skatītos, kā objekti izplešas viens no otra.
Bet pagaidām kosmologi joprojām gaida un domā, kāpēc viņu Visuma mērījumiem nav jēgas kopā.
