Mūsu Visums ir neticami plašs, galvenokārt noslēpumains un kopumā mulsinošs. Mūs ieskauj neskaidri jautājumi gan lielās, gan mazās svaros. Mums, protams, ir dažas atbildes, piemēram, daļiņu fizikas standarta modelis, kas mums (vismaz fiziķiem) palīdz izprast fundamentālas subatomiskas mijiedarbības, un Lielā sprādziena teorija par Visuma sākumu, kas kopā veido kosmisku stāstu pagātnē. 13,8 miljardi gadu.
Bet, neraugoties uz šo modeļu panākumiem, mums vēl ir daudz darāmā. Piemēram, kas pasaulē ir tumšā enerģija, ko mēs piešķiram virzītajam spēkam, kas ved uz novēroto paātrināto Visuma izplešanos? Un kas ir pretējā skalas galā, kas īsti ir neitrīno, tās spokaini mazās daļiņas, kuras zip un tuvina kosmosu, gandrīz neko nedarot mijiedarbībā?
No pirmā acu uzmetiena šie divi jautājumi šķiet tik radikāli atšķirīgi mēroga un rakstura ziņā, un, labi, viss, ko mēs varētu pieņemt, ka mums uz tiem ir jāatbild.
Bet varētu būt, ka viens eksperiments varētu atklāt atbildes uz abiem. Eiropas Kosmosa aģentūras teleskops ir paredzēts tumšā Visuma kartēšanai - tālajā laikā, apmēram 10 miljardos gadu, kad domājams, ka tumšā enerģija ir plosījusies. Ierausim iekšā.
Ej liels un ej mājās
Lai izraktu, mums jāmeklē. Ceļš augšup. Svaros daudz, daudz lielāki par galaktikām (šeit mēs runājam miljardiem gaismas gadu, ļaudis), kur mūsu Visums atgādina plašu, kvēlojošu zirnekļa tīklu. Izņemot, šis zirnekļa tīkls nav izgatavots no zīda, bet no galaktikām. Garas, plānas galaktiku stīgas, kas savieno blīvus, neķītrus mezglus. Šie mezgli ir kopas, rosīgās galaktiku pilsētas un karstā, ar bagātīgo gāzi - milzīgās, plašās sienas no tūkstošiem galaktiku tūkstošiem. Un starp šīm struktūrām, kas aizņem lielāko daļu Visuma tilpuma, ir lielie kosmiskie tukšumi, debess tuksneši, kas piepildīti ar neko daudz.
To sauc par kosmisko tīmekli, un tā ir lielākā lieta Visumā.
Šo kosmisko tīklojumu miljardu gadu laikā lēnām konstruēja dabā vājākais spēks: gravitācija. Atpakaļceļā, kad Visums bija vissīkākā tā pašreizējā lieluma daļa, tas bija gandrīz pilnīgi vienveidīgs. Bet šeit ir svarīgi "gandrīz": blīvuma atšķirības dažādās vietās bija nelielas, daži Visuma stūri ir nedaudz pārpildīti nekā vidēji, bet citi - nedaudz mazāk.
Ar laiku gravitācija var izdarīt pārsteidzošas lietas. Mūsu kosmiskā tīkla gadījumā tiem blīvi blīviem reģioniem, kas ir nedaudz augstāki par vidējo, bija nedaudz spēcīgāks, piesaistot tiem apkārtni, kas padarīja tos salikumus vēl pievilcīgākus, kas piesaistīja vairāk kaimiņu utt., Un utt.
Paātriniet šo procesu miljarda gadu laikā, un jūs esat izaudzis pats savu kosmisko tīmekli.
Universāla recepte
Tāda ir vispārējā aina: lai izveidotu kosmisko tīmekli, jums ir nepieciešami daži sīkumi un smagums. Bet kur tas kļūst patiešām interesanti, tas ir detaļās, it īpaši sīkumos.
Dažādas matērijas veidosies savādāk un veidos struktūras atšķirīgi. Dažu veidu matērijas var piejaukties pie sevis vai tām ir jānoņem pārmērīgais karstums, pirms tās var sastrīdēties, savukārt citas var viegli pievienoties tuvākajai partijai. Atsevišķi matērijas veidi pārvietojas pietiekami lēni, lai gravitācija varētu efektīvi veikt savu darbu, savukārt citi matērijas veidi ir tik lēni un izveicīgi, ka gravitācija tik tikko var dabūt uz tā mazās rokas.
Īsāk sakot, ja jūs maināt Visuma sastāvdaļas, jūs saņemat atšķirīga izskata kosmiskos tīklus. Vienā scenārijā varētu būt vairāk bagātu kopu un mazāk tukšu tukšumu, salīdzinot ar citu scenāriju, kurā tukšumi pilnībā dominē agrīnā kosmosa vēstures posmā un klasteri nemaz neveidojas.
Viena īpaši intriģējoša sastāvdaļa ir neitrīno, iepriekšminētā spokainā daļiņa. Tā kā neitrīno ir tik viegls, tas pārvietojas gandrīz ar gaismas ātrumu. Tā rezultātā Visumā tiek "izlīdzinātas" struktūras: Gravitācija vienkārši nespēj veikt savu darbu un ievilkt neitrīnus kompaktajās mazajās bumbiņās. Tātad, ja jūs pievienojat Visumam pārāk daudz neitrīnu, tādas lietas kā veselas galaktikas galu galā nespēj veidoties agrīnajā Visumā.
Mazas problēmas, lieli risinājumi
Tas nozīmē, ka mēs pats varam izmantot kosmisko tīmekli kā milzu fizikas laboratoriju, lai pētītu neitrīnus. Pārbaudot tīkla struktūru un sadalot to dažādās daļās (kopās, tukšumos un tā tālāk), mēs varam iegūt pārsteidzoši tiešu neitrīno rokturi.
Ir tikai viena niggling problēma: neitrīni nav vienīgā sastāvdaļa Visumā. Viens no galvenajiem neskaidrajiem faktoriem ir tumšās enerģijas klātbūtne, tas noslēpumainais spēks, kas izjauc mūsu Visumu. Un kā jūs varētu būt aizdomas, tas lielā mērā ietekmē kosmisko tīmekli. Galu galā ir grūti izveidot lielas struktūras strauji augošā Visumā. Un, ja jūs skatāties tikai uz vienu kosmiskā tīkla daļu (teiksim, piemēram, galaktiku kopas), tad jums, iespējams, nav pietiekami daudz informācijas, lai pastāstītu atšķirību starp neitrīno efektiem un tumšās enerģijas efektiem - tie abi kavē “ sīkumi. "
Nesenā publikācijā, kas tiešsaistē tika publicēta pirmsdrukas žurnālā arXiv, astronomi paskaidroja, kā gaidāmie galaktiku pētījumi, piemēram, Eiropas Kosmosa aģentūras misija Eiklids, palīdzēs atklāt gan neitrīno, gan tumšās enerģijas īpašības. Eiklīda satelīts kartēs miljonu galaktiku atrašanās vietas, gleznojot ļoti plašu kosmiskā tīkla portretu. Un šajā struktūrā atrodas mājieni uz mūsu Visuma vēsturi, pagātni, kas ir atkarīga no tā sastāvdaļām, piemēram, neitrīniem un tumšās enerģijas.
Apskatot blīvāko, noslogotāko Visuma vietu (galaktiku kopas) un visilgāk iztukšoto vietu kosmosā (tukšumus) kombināciju, mēs varētu iegūt atbildes gan uz tumšās enerģijas raksturu (kas sludinās laikmetu pilnīgi jaunas fizikas zināšanas) un neitrīno dabu (kas darīs tieši to pašu). Mēs, piemēram, varētu uzzināt, ka tumšā enerģija pasliktinās vai kļūst labāka, vai varbūt pat ir tikai tāda pati. Un mēs varētu uzzināt, cik masīvi neitrīni ir vai cik no tiem peld pa Visumu. Bet neatkarīgi no tā, ir grūti pateikt, ko mēs iegūsim, kamēr mēs patiesībā neskatīsimies.
Pols M. Sutters ir astrofiziķis plkst Ohaio štata universitāte, Jautājiet kosmosa darbiniekam un Kosmosa radio, un autors Tava vieta Visumā.
