Įvadas
Maždaug prieš 13,8 milijardo metų, kaip mes žinome, Visata prasidėjo. Šis momentas, žinomas kaip Didysis sprogimas, yra tada, kai pati kosminė erdvė pradėjo sparčiai plėstis. Didžiojo sprogimo metu stebima visata (įskaitant medžiagas mažiausiai 2 trilijonams galaktikų) telpa į mažesnę nei centimetro skersmens erdvę. Dabar stebima visata yra 93 milijardų šviesmečių skersmens ir vis plečiasi.
Yra daug klausimų apie Didįjį sprogimą, ypač apie tai, kas buvo prieš jį (jei kas). Tačiau mokslininkai žino kai kuriuos dalykus. Perskaitykite kelis mintis, kurie labiausiai suvokia mintį, apie visko pradžią.
Visata plečiasi
Iki 1929 m. Visatos ištakos buvo užmaskuotos mituose ir teorijose. Bet tais metais iniciatyvus astronomas, vardu Edwinas Hubble'as, atrado kažką labai svarbaus visatos srityje, tai, kas atvertų naujus būdus suprasti savo praeitį: Visa tai plečiasi.
Hablas savo atradimą padarė išmatuodamas tai, kas vadinama raudonojo poslinkio link, tai yra poslinkį link ilgesnių, raudonų šviesos bangų ilgių, matomų labai tolimose galaktikose. (Kuo toliau nuo objekto, tuo ryškesnis raudonojo poslinkio efektas.) Hablas nustatė, kad raudonojo poslinkio ilgėjimas tiesiškai didėjo tolimiausiose galaktikose, tai rodo, kad Visata nėra stacionari. Jis plečiasi visur, visuose vienu metu.
Hablas sugebėjo apskaičiuoti šio išplėtimo greitį - tai skaičius, žinomas kaip Hablo konstanta, teigia NASA. Būtent šis atradimas leido mokslininkams ekstrapoliuoti atgal ir teorizuoti, kad Visata kadaise buvo supakuota į mažytę vietą. Pirmąjį jo išsiplėtimo momentą jie pavadino Didžiuoju sprogimu.
Kosminė mikrobangų foninė radiacija
1964 m. Gegužės mėn. „Bell Telephone Laboratories“ tyrėjai Arno Penzias ir Robertas Wilsonas dirbo statant naują radijo imtuvą Naujajame Džersyje. Jų antena visą laiką rinko keistus garsus, kurie atrodė iš visur. Jie manė, kad tai gali būti balandžiai įrangoje, tačiau lizdų pašalinimas nieko nepadarė. Jų kiti bandymai sumažinti trukdžius taip pat nebuvo. Galiausiai jie suprato, kad renkasi kažką tikro.
Tai, ką jie aptiko, pasirodė pirmoji visatos šviesa: kosminė mikrobangų foninė radiacija. Ši radiacija siekia maždaug 380 000 metų po Didžiojo sprogimo, kai Visata pagaliau atvėso, kad fotonai (į bangą panašios dalelės, sudarančios šviesą) galėtų laisvai judėti. Šis atradimas palaikė Didžiojo sprogimo teoriją ir mintį, kad Visata išsiplėtė greičiau nei šviesos greitis per pirmą akimirką. (Taip yra todėl, kad kosminis fonas yra gana vienodas, o tai rodo sklandų visko išplėtimą iš mažo taško.)
Dangaus žemėlapis
Kosminio mikrobangų fono atradimas atvėrė langą į visatos ištakas. 1989 m. NASA paleido palydovą, pavadintą „Cosmic Background Explorer“ (COBE), kuris matavo mažus foninės radiacijos pokyčius. Rezultatas buvo „kūdikio vaizdas“ iš Visatos, pasak NASA, kuris parodo keletą pirmųjų tankio pokyčių besiplečiančioje visatoje. Šie miniatiūriniai variantai tikriausiai paskatino galaktikų ir tuščios erdvės modelį, žinomą kaip kosminis galaktikų tinklas, kurį šiandien matome visatoje.
Tiesioginiai infliacijos įrodymai
Kosminis mikrobangų fonas tyrėjams taip pat leido surasti „rūkymo ginklą“ infliacijai - tai masinis, greitesnis nei šviesa išplėtimas, įvykęs Didžiajame sprogime. (Nors Einšteino specialiojo reliatyvumo teorija teigia, kad niekas nevyksta greičiau nei šviesa per kosmosą, tai nebuvo pažeidimas; pati erdvė išsiplėtė.) 2016 m. Fizikai paskelbė, kad kai kuriose iš jų aptiko tam tikrą poliarizacijos ar kryptingumo pobūdį. kosminis mikrobangų fonas. Ši poliarizacija yra žinoma kaip „B režimai“. B režimo poliarizacija buvo pirmasis tiesioginis gravitacinių bangų iš Didžiojo sprogimo įrodymas. Gravitacinės bangos sukuriamos, kai masyvūs objektai kosmose pagreitėja arba sulėtėja (pirmieji, kurie kada nors buvo aptikti susidūrus dviem juodosioms skylėms). B režimai yra naujas būdas tiesiogiai nustatyti ankstyvosios Visatos plėtimąsi ir galbūt išsiaiškinti, kas jį paskatino.
Kol kas jokių papildomų matmenų
Viena gravitacinių bangų atradimo pasekmė buvo ta, kad tai leido mokslininkams ieškoti papildomų, nei įprasta, trijų matmenų. Anot teoretikų, gravitacinės bangos turėtų sugebėti kirsti į nežinomus matmenis, jei tos dimensijos egzistuoja. 2017 m. Spalio mėn. Mokslininkai aptiko gravitacines bangas iš dviejų neutroninių žvaigždžių susidūrimo. Jie išmatavo laiką, per kurį bangos nukeliavo nuo žvaigždžių į Žemę, ir nerado jokių papildomų matmenų nutekėjimo įrodymų.
Rezultatai, paskelbti 2018 m. Liepos mėn. Žurnale „Cosmology and Astroparticle Physics“, leidžia manyti, kad jei ten būtų kokie nors kiti matmenys, jie būtų mažyčiai - jie paveiktų visatos sritis, mažesnes nei 1 mylios (1,6 kilometro). Tai reiškia, kad styginių teorija, teigianti, kad Visata yra sudaryta iš mažyčių vibruojančių stygų ir prognozuojanti mažiausiai 10 paauglių matmenų, vis dar galėtų būti tiesa.
Plėtimasis spartėja ...
Vienas keisčiausių fizikos atradimų yra tas, kad Visata ne tik plečiasi, bet ir plečiasi spartėjančiu greičiu.
Atradimas datuojamas 1998 m., Kai fizikai paskelbė kelių ilgai trukusių projektų, kuriuose buvo išmatuotos ypač sunkios supernovos, vadinamos Ia tipo supernovomis, rezultatus. Rezultatai (kuriuos 2011 m. Laimėjo tyrėjai Saulius Perlmutteris, Brianas P. Schmidtas ir Adamas G. Reissas gavo Nobelio premiją) atskleidė silpnesnę nei tikėtasi šviesą iš tolimiausių šių supernovų. Ši silpna šviesa parodė, kad pati erdvė plečiasi: Visatoje visa pamažu tolsta nuo visko.
Mokslininkai šios plėtimosi variklį vadina „tamsiąja energija“ - paslaptingu varikliu, kuris galėtų sudaryti apie 68% visos energijos energijos. Ši tamsi energija atrodo esminė norint, kad visatos pradžios teorijos atitiktų dabar vykdomus stebėjimus, tokius kaip NASA Wilkinson mikrobangų anizotropijos zondas (WMAP), instrumentas, kuris sudarė tiksliausią kosminio žemėlapio žemėlapį. mikrobangų fonas dar.
... Net greičiau, nei tikėtasi
Nauji Hablo teleskopo, išleisto 2019 m. Balandžio mėn., Rezultatai pagilino besiplečiančios visatos įspūdį. Kosminio teleskopo matavimai rodo, kad Visatos plėtimasis yra 9% spartesnis, nei tikėtasi iš ankstesnių stebėjimų. NASA duomenimis, galaktikoms kas 3,3 milijono šviesmečių atstumas nuo Žemės virsta papildomomis 46 myliomis per sekundę (74 km per sekundę), nei prognozuota ankstesniais skaičiavimais.
Kodėl tai svarbu visatos ištakoms? Nes fizikams kažko trūksta. Pasak NASA, Didžiojo sprogimo metu ir netrukus po jo galėjo įvykti trys atskiri tamsiosios energijos „sprogimai“. Tie sprogimai užfiksavo tai, ką matome šiandien. Pirmieji galėjo pradėti pradinę plėtrą; sekundė galėjo įvykti daug greičiau, veikdama kaip sunki koja, suspausta ant Visatos dujų pedalo, priversdama Visatą plėstis greičiau, nei manyta anksčiau. Galutinis tamsiosios energijos sprogimas gali paaiškinti spartėjantį visatos plėtimąsi šiandien.
Tai dar neįrodyta. Bet mokslininkai ieško. Teksaso universiteto Austino McDonaldo observatorijos tyrėjai, norėdami tiesiogiai ieškoti tamsiosios energijos, naudoja naujai patobulintą instrumentą „Hobby-Eberly“ teleskopą. Projektas, „Hobby-Eberly teleskopas, tamsiosios energijos eksperimentas“ (HETDEX), matuoja silpną galaktikų, esančių net 11 milijardų šviesos metų, šviesą, tai leis tyrėjams pamatyti bet kokius Visatos pagreičio pokyčius bėgant laikui. Jie taip pat nagrinės 400 000 metų senosios visatos sutrikimų aidą, sukurtą tirštoje dalelių sriuboje, kuri viską sudarė iškart po Didžiojo sprogimo. Tai taip pat atskleis išsiplėtimo paslaptis ir paaiškins tamsiąją energiją, kuri ją paskatino.
