Iš devynerių metų stebėjimų iš Wilkinsono mikrobangų anizotropijos zondo (WMAP) susidarė vaizdas apie temperatūros skirtumus kosminiame mikrobangų fone, susidariusį tada, kai galaktika buvo mažiau nei 400 000 metų.
(Vaizdas: © NASA)
Paulius Sutteris yra Ohajo valstijos universiteto astrofizikas ir vyriausiasis mokslininkas COSI mokslo centre. „Sutter“ taip pat yra „Klausk kosmonauto“, „Kosminio radijo“ šeimininkas ir veda „AstroTours“ visame pasaulyje. Sutteris pridėjo šį straipsnį „Space.com“ tinklalapyje „Expert Voices: Op-Ed & Insights“.
„Didžiojo sprogimo“ modelis yra mūsų sėkmingiausias visatos, kurioje gyvename, paaiškinimas, ir juokingai lengva savo pagrindinę struktūrą sudėti į vieną, T-shibleble sakinį: Seniai mūsų Visata buvo daug mažesnė. Iš šio paprasto teiginio išplaukia pagrindinės išbandomos prognozės, kurios buvo patikrintos dešimtmečius stebint. Visatos plėtimosi greitis. Kosminis mikrobangų fonas. Lengviausių elementų gamyba. Skirtumai tarp artimų ir tolimų galaktikų. Visos sultingos įrodymų linijos, kurios kosmologiją paverčia mokslu.
Tačiau yra keletas problemų. [Visata: didelis sprogimas dabar per 10 paprastų žingsnių]
„Vanilinis“ Didžiojo sprogimo modelis be jokių kitų papildymų ar pakeitimų negali paaiškinti visų pastebėjimų.
(„VideoProviderTag“ | „jwplayer“ | uQ0wgEwg | 100% | 100%))
Akys horizonte
Mes galime pamatyti didžiulį kiekį neapdorotos erdvės. Mūsų stebimos visatos skersmuo yra daugiau kaip 90 milijardų šviesmečių. Ir kuo toliau, tuo giliau žvelgiame į praeitį, į kurią žiūrime. Aplink mus yra kosminis mikrobangų fonas, likusi iškastinė šviesa, išleista tada, kai Visata buvo vos naujagimė - tik 270 000 metų, daug daugiau nei 13,8 milijardo metų praeityje.
Ta šviesa pas mus ateina iš tolimų kosmoso pasiekimų, tokia tolima, kad dabar mums ji yra neprieinama. Ir skirtingos tos foninės šviesos dalys yra neprieinamos viena kitai. Nuostabiuoju fizikos žargonu kosminės mikrobangos fono sritys nėra priežastiškai susijusios. Kitaip tariant, tam, kad vienas mūsų stebimos visatos ribų fragmentas galėtų susisiekti su kitu paketu per pastaruosius 13,8 milijardo metų, jiems būtų tekę siųsti signalus greičiau nei šviesos greičiu.
Kas būtų visai nemandagu, jei kosminis mikrobangų fonas nebūtų beveik tobulai lygus. Kūdikių visatos temperatūra buvo tokia pati kaip vienos milijono dalies. Kaip visi taip gerai suderino veiksmus, kai pokyčiai vienoje srityje neturėjo pakankamai laiko paveikti kitus?
Tiesus ir siauras
Kiek galime išmatuoti, mūsų visatos geometrija atrodo tobulai, visiškai, visada taip nuobodžiai. Didelėse kosminėse skalėse lygiagrečios linijos išlieka lygiagrečios amžinai, vidiniai trikampių kampai prideda iki 180 laipsnių ir pan. Taikomos visos vidurinės mokyklos išmoktos Euklido geometrijos taisyklės.
Bet nėra priežastis kad mūsų visata būtų lygi. Didelėmis skalėmis jis galėjo turėti bet kokį seną kreivį, kurio norėjo. Mūsų kosmosas galėjo būti suformuotas kaip milžiniškas daugialypis paplūdimio kamuolys ar jodinėjimo balnas. Bet ne, jis pasirinko plokščią. Ir ne tik šiek tiek plokščia. Kad neišmatuotume kreivumo iki kelių procentų tikslumo dabartinėje visatoje, jaunasis kosmosas turėjo būti vienodas iš milijono.
Kodėl? Iš visų galimų kreivumo pasirinkimų beveik tobulai neatrodo šiek tiek įtartina? Ir iš tikrųjų, mes įtariame, kad priežastis yra plokščia, ir tai nėra tik laimingas kauliuko ritinys.
Tik vienas stulpas
Magnetiniai monopoliai yra teoriniai žvėrys; lūžiai pačiame erdvės laike, kurie rodo tik vieną iš magnetinių polių, - įsivaizduokite šiaurę ar pietus nukreiptą dalelę, klaidžiojančią jos vieniša. (Šiaip ar taip, kaip mes žinome, objektas, turintis magnetinę šiaurę, taip pat turės magnetinius pietus kitame gale.) Pagal mūsų geriausius ypač ankstyvosios Visatos modelius (kaip, kai jis buvo maždaug 10 ^ -35 sekundžių senas, ir ne, tai nėra rašybos klaidos) egzotiškas procesas turėjo absoliučiai užtvindyti mūsų kosmosą su šiomis nastytėmis.
Šie monopoliai turėtų būti tokie įprasti, kad jie būtų normali mūsų kasdienio kosmologinio gyvenimo dalis. Ir vis dėlto nematėme nė vieno įrodymo. Nulis. Zilchas. Jokie monopolio monstrai, atrodo, nesisieloja drąsiuose tamsiosios visatos vandenyse.
Taigi kur jie nuėjo? Jie turėjo būti gaminami gausiai, lygiai taip pat, kaip mūsų visata tapo įdomi, tačiau jų niekur nerasta.
Tiesiog padaryk didelę
Geriausias sprendimas, kurį turime naudoti šiems susikaupimams, yra procesas, vadinamas infliacija. Pirmiausia buvo pasiūlyta idėja - ir sugalvota! - fizikas Alanas Gutas 1980 m., Kai jis pasiūlė, kad tas pats egzotiškas procesas, kuris užplūdo Visatą magnetiniais monopoliais, galėjo kosmosą nukreipti į stulbinamai greito plėtimosi periodą.
Įsivaizduok, jei aš tave - tavo kūną, žarnas, smegenis, skeletą ir visą reikalą - pripūsčiau prie visos mūsų stebimos visatos dydžio. Ir įsivaizduok, kad man tai užtruko mažiau nei 10–32 sekundžių. Tai yra rimtas išsiplėtimas ir būtent tai, ką turime omenyje infliacija. Kai mūsų visata buvo neįtikėtinai jauna, pasiūlė Gūta išpūstas tokioms nepaprastoms svarstyklėms mažiau nei akimirka.
Guthui tai buvo pats švariausias kelias išspręsti monopolio problemą. Padarius visatą tokią niūrią didelis, monopoliai tiesiog praskiedžiami. Mūsų stebimas Visatos pleistras yra tik vienas mažas viso šermukšnio kampas, o jo tūris yra tik tiek didelis, kad nereikėtų tikėtis, kad kada nors susidursime su monopole.
Ši infliacijos epocha išsprendžia ir kitus du vanilinio Didžiojo sprogimo trūkumus. Priešinfliacinė visata turėjo daug laiko koordinuoti ir išlyginti temperatūras, prieš pradėdama kur kas didesnę būseną, išmesdama vieną kartą sujungtus regionus už tolesnio kontakto ribų. Ir tokiame nepaprastai didžiuliame kosmose mes negalėjome nieko kito, kaip išmatuoti plokščią geometriją mūsų stebimame pleistre. Kam rūpi, koks yra visos Visatos kreivumas - jis toks didelis, kad mums jis atrodys plokščias. Žemė yra lenkta, bet mano kieme yra jauku ir plokščia, nes ji yra daug mažesnė už mūsų planetos paviršių. Tiesiog pritaikykite tą pačią logiką kosmologinėms skalėms ir esate auksinis.
Vis dėlto infliacijos mechanizmai yra sunkiai suprantami ir, norint laikyti pusiau padorią mokslinę teoriją, ji negali ne tik paaiškinti dabartinius pastebėjimus, bet ir sudaryti prognozes būsimiems.
Ir tai bus pasakojimas kitai dienai.
Sužinokite daugiau klausydamiesi epizodo „Kodėl mums reikalinga kosminė infliacija? (2 dalis)“ klausiamojo klausiamojo klausiamojo klaviatūros „Ask a Spaceman“, kurią galima rasti „iTunes“ ir internete, adresu http://www.askaspaceman.com, epizode. Ačiū 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“, Gordonas M., Jimas W., „Cosmic Wakes“, Florenas H., Gabi P., Amanda Z. ir @scaredjackel už klausimus, kurie paskatino šį kūrinį! Užduokite savo klausimą „Twitter“ naudodami #AskASpaceman arba sekdami Paulą @PaulMattSutter ir facebook.com/PaulMattSutter. Stebėkite mus „Twitter“ @Spacedotcom ir „Facebook“. Originalus straipsnis „Space.com“.
