Ievads
Apmēram pirms 13,8 miljardiem gadu sākās Visums, kā mēs to zinām. Šis brīdis, kas pazīstams kā Lielais sprādziens, ir tad, kad pati kosmoss sāka strauji paplašināties. Lielā sprādziena laikā novērotais Visums (ieskaitot materiālus vismaz 2 triljoniem galaktiku) iekļaujas telpā, kas ir mazāka par centimetru pāri. Tagad novērojamais Visums ir 93 miljardu gaismas gadu garumā un joprojām paplašinās.
Par lielo sprādzienu ir daudz jautājumu, it īpaši par to, kas bija pirms tā (ja kas). Bet zinātnieki zina dažas lietas. Lasiet tālāk par visdomīgākajiem atklājumiem par visa sākumu.
Visums paplašinās
Līdz 1929. gadam Visuma pirmsākumi bija pilnībā apslēpti mītos un teorijās. Bet tajā gadā uzņēmīgs astronoms, vārdā Edvīns Habls, atklāja kaut ko ļoti svarīgu Visumā, kaut ko, kas pavērs jaunus veidus, kā izprast tā pagātni: Visa šī darbība paplašinās.
Habls atklāja, izmērot kaut ko, ko sauc par sarkano nobīdi, kas ir pāreja uz garāku, sarkanu gaismas viļņu garumu, kas redzams ļoti tālu galaktikās. (Jo tālāk objekts, jo izteiktāks sarkanais nobīde.) Habls atklāja, ka sarkanā nobīde lineāri palielinājās ar attālumu tālajās galaktikās, norādot, ka Visums nav nekustīgs. Tas paplašinās visur un uzreiz.
Habls spēja aprēķināt šīs izplešanās ātrumu - skaitli, kas pazīstams kā Habla konstante, vēsta NASA. Tieši šis atklājums ļāva zinātniekiem ekstrapolēt atpakaļ un teorētiski, ka Visums savulaik ir iesaiņots nelielā vietā. Pirmo tā paplašināšanās brīdi viņi sauca par Lielo sprādzienu.
Kosmiskais mikroviļņu fona starojums
1964. gada maijā Bell Telephone Laboratories pētnieki Arno Penzias un Roberts Wilson strādāja pie jauna radio uztvērēja celtniecības Ņūdžersijā. Viņu antena visu laiku uztvēra dīvainu dzirkstošo skaņu, kas, šķiet, nāca no visurienes. Viņi domāja, ka tas varētu būt baloži aprīkojumā, bet ligzdu noņemšana neko nedarīja. Viņu citi mēģinājumi samazināt traucējumus nenotika. Beidzot viņi saprata, ka uzņem kaut ko īstu.
Tas, ko viņi pamanīja, izrādījās, bija pirmā Visuma gaisma: kosmiskais mikroviļņu fona starojums. Šis starojums radies aptuveni 380 000 gadu pēc Lielā sprādziena, kad Visums beidzot bija pietiekami atdzisis, lai fotoni (viļņveidīgās daļiņas, kas veido gaismu) varētu brīvi ceļot. Šis atklājums atbalstīja Lielā sprādziena teoriju un priekšstatu, ka Visums pirmajā mirklī paplašinājās ātrāk nekā gaismas ātrums. (Tas ir tāpēc, ka kosmiskais fons ir diezgan vienveidīgs, un tas liek domāt par vienmērīgu visu vienlaikus paplašināšanos no maza punkta.)
Debesu karte
Kosmiskā mikroviļņu fona atklāšana pavēra logu Visuma pirmsākumiem. 1989. gadā NASA palaida satelītu ar nosaukumu Cosmic Background Explorer (COBE), kurš mērīja niecīgas fona starojuma variācijas. Rezultāts bija Visuma "mazuļa attēls", saskaņā ar NASA, kas parāda dažas no pirmajām blīvuma variācijām paplašinošajā Visumā. Šīs mazās variācijas, iespējams, radīja galaktiku un tukšās telpas modeli, kas pazīstams kā galaktiku kosmiskais tīkls un ko mēs šodien redzam Visumā.
Tiešie pierādījumi par inflāciju
Kosmiskais mikroviļņu fons arī ļāva pētniekiem atrast "smēķēšanas pistoli" inflācijai - tā masveida, ātrāk nekā gaisma izplešanās, kas notika Lielajā sprādzienā. (Lai gan Einšteina īpašās relativitātes teorija apgalvo, ka nekas neiet ātrāk par gaismu caur kosmosu, tas nebija pārkāpums; pati telpa paplašinājās.) Fizikāni 2016. gadā paziņoja, ka dažos no tiem ir atklājuši īpašu polarizācijas jeb virziena virzienu. kosmiskā mikroviļņu fona. Šī polarizācija ir pazīstama kā "B režīmi". B režīma polarizācija bija pirmie tiešie gravitācijas viļņu pierādījumi no Lielā sprādziena. Gravitācijas viļņi tiek veidoti, kad masīvi objekti kosmosā paātrinās vai palēninās (pirmie, kas jebkad tika atklāti, nāca no divu melno caurumu sadursmes). B režīmi nodrošina jaunu veidu, kā tieši noteikt agrīnā Visuma izplešanos - un varbūt izdomāt, kas to vadīja.
Pagaidām nav papildu izmēru
Viena no gravitācijas viļņu atklāšanas sekām bija tā, ka tā ļāva zinātniekiem meklēt papildu dimensijas ārpus parastajām trim. Pēc teorētiķu domām, gravitācijas viļņiem vajadzētu spēt iekļūt nezināmās dimensijās, ja šīs dimensijas pastāv. 2017. gada oktobrī zinātnieki atklāja gravitācijas viļņus no divu neitronu zvaigžņu sadursmes. Viņi izmērīja laiku, kas bija vajadzīgs viļņiem, lai ceļotu no zvaigznēm uz Zemi, un neatrada pierādījumus par jebkādu papildu dimensiju noplūdi.
Rezultāti, kas publicēti 2018. gada jūlijā žurnālā “Cosmology and Astroparticle Physics”, liek domāt, ka, ja tur ir kādi citi izmēri, tie ir niecīgi - tie ietekmētu Visuma apgabalus, kas ir mazāki par 1 jūdzi (1,6 kilometri). Tas nozīmē, ka stīgu teorija, kas apgalvo, ka Visums ir veidots no niecīgām vibrējošām stīgām un paredz vismaz 10 teensy dimensijas, joprojām varētu būt patiesa.
Izplešanās paātrinās ...
Viens no dīvainākajiem atklājumiem fizikā ir tas, ka Visums paplašinās ne tikai, bet arī paplašinās.
Atklājums datēts ar 1998. gadu, kad fiziķi paziņoja vairāku ilgstošu projektu rezultātus, kas mērīja īpaši smagas supernovas, kuras sauca par Ia tipa supernovām. Rezultāti (2011. gadā ieguva pētnieki Sauls Perlmutters, Braiens P. Šmits un Ādams G. Reiss saņēma Nobela prēmiju 2011. gadā) atklāja vājāku, nekā gaidīts, gaisotni no tālākajiem šiem supernoviem. Šī vājā gaisma parādīja, ka pati telpa paplašinās: Viss Visumā pamazām kļūst arvien tālāk no visa pārējā.
Zinātnieki šīs paplašināšanas virzītājspēku sauc par “tumšo enerģiju”, par noslēpumainu motoru, kas varētu sastādīt apmēram 68% no enerģijas enerģijas Visumā. Šī tumšā enerģija, šķiet, ir izšķiroša, lai padarītu Visuma sākuma teorijas par piemērotām novērojumiem, kas tiek veikti tagad, piemēram, tādiem, ko izstrādājusi NASA Vilkinsona mikroviļņu anizotropijas zonde (WMAP) - instruments, kas ir izveidojis visprecīzāko kosmiskās kartes karti. mikroviļņu fons vēl.
… Pat ātrāk, nekā gaidīts
Jaunie Habla teleskopa rezultāti, kas tika izlaisti 2019. gada aprīlī, ir padziļinājuši paplašinātā Visuma mīklu. Kosmosa teleskopa mērījumi rāda, ka Visuma izplešanās ir par 9% ātrāka, nekā tika gaidīts no iepriekšējiem novērojumiem. Galaktikām katrs 3,3 miljonu gaismas gadu attālums no Zemes nozīmē papildu 46 jūdzes sekundē (74 km sekundē) ātrāk nekā iepriekš prognozēti aprēķini, saskaņā ar NASA.
Kāpēc tas attiecas uz Visuma pirmsākumiem? Jo fiziķiem kaut kā pietrūkst. Pēc NASA domām, lielā sprādziena laikā un neilgi pēc tam varētu būt bijuši trīs atsevišķi tumšās enerģijas “pārrāvumi”. Šie pārrāvumi ir pamats tam, ko mēs šodien redzam. Pirmais varētu būt uzsācis sākotnējo paplašināšanu; sekunde, iespējams, notika daudz ātrāk, rīkojoties kā smaga pēda, kas piespiesta Visuma gāzes pedālim, izraisot Visuma izplešanos ātrāk, nekā tika uzskatīts iepriekš. Galīgais tumšās enerģijas pārrāvums var izskaidrot mūsdienās strauji augošo Visuma izplešanos.
Tas vēl nav pierādīts. Bet zinātnieki meklē. Teksasas Universitātes Ostinas Makdonaldas observatorijas pētnieki izmanto nesen modernizētu instrumentu Hobija-Eberija teleskopu, lai tieši meklētu tumšo enerģiju. Projekts, Hobija-Eberija teleskopa tumšās enerģijas eksperiments (HETDEX), mēra vāju gaismu no galaktikām pat 11 miljardus gaismas gadu garumā, kas pētniekiem ļaus redzēt visas izmaiņas Visuma paātrinājumā laika gaitā. Viņi pētīs arī traucējumu atbalsis 400 000 gadus vecajā Visumā, kas izveidoti blīvajā daļiņu zupā, kas visu veidoja tūlīt pēc lielā sprādziena. Tas arī atklās paplašināšanās noslēpumus un izskaidros tumšo enerģiju, kas to virzīja.
