Pogled temperaturnih razlik v kozmičnem mikrovalovnem ozadju, ki je bil ustvarjen, ko je bila galaksija stara manj kot 400.000 let, je bil narejen iz devetih let opazovanj Wilkinson Microwave Anisotropy Sonde (WMAP).
(Slika: © NASA)
Paul Sutter je astrofizik z ameriške univerze Ohio in glavni znanstvenik v znanstvenem centru COSI. Sutter je tudi gostitelj "Vprašaj vesoljca", "Vesoljskega radia" in vodi AstroTours po vsem svetu. Sutter je ta članek prispeval k strokovnim glasovom Space.com: Op-Ed & Insights.
Model Big Bang je naša najuspešnejša razlaga za zgodovino vesolja, v katerem živimo, in je smešno enostavno zajemati njegov temeljni okvir z enim, T-shirtable stavkom: Pred časom je bilo naše vesolje veliko manjše. Iz te preproste izjave izhajajo velike preizkušene napovedi, ki so bile preverjene z desetletji opazovanja. Hitrost širjenja vesolja. Kozmično ozadje mikrovalovne pečice. Izdelava najlažjih elementov. Razlike med bližnjimi in oddaljenimi galaksijami. Vse sočne dokaze, zaradi katerih je kozmologija znanost.
Je pa nekaj vprašanj. [Vesolje: Big Bang do zdaj v 10 preprostih korakih]
Model "vanilije" Big Bang brez drugih dodatkov ali sprememb ne more razložiti vseh opažanj.
(VideoProviderTag | jwplayer | uQ0wgEwg | 100% | 100%))
Oči na obzorju
Vidimo ogromno prostornine surovega prostora. Naše opazovano vesolje je v premeru več kot 90 milijard svetlobnih let. In dlje ko gledamo globlje v preteklost, ki jo pokukamo. Okoli nas je kozmično mikrovalovno ozadje, ki je ostala fosilna svetloba, ki se je sprostila, ko je bilo vesolje komaj novorojenček - star le 270.000 let, v preteklosti že več kot 13,8 milijarde let.
Ta svetloba prihaja k nam iz oddaljenih dosegov kozmosa, tako oddaljenih, da nam je zdaj nedostopna. In različni odseki te osvetlitve ozadja so drug drugemu nedostopni. V čudovitem žargonu fizike regije kozmičnega mikrovalovnega ozadja niso vzročno povezane. Z drugimi besedami, če bi en kos meja našega opazovanega vesolja komuniciral z drugim kosom v zadnjih 13,8 milijarde let, bi morali poslati signale hitreje od svetlobne hitrosti.
Kar sploh ne bi bilo nič hudega, če kozmično ozadje mikrovalov ne bi bilo skoraj popolnoma gladko. Dojenčkovo vesolje je imelo enako temperaturo na en del v milijonu. Kako so se vsi tako uskladili, ko spremembe na enem področju niso imele dovolj časa, da bi vplivale na druge?
Ravna in ozka
Kolikor najbolje lahko merimo, se zdi, da je geometrija našega vesolja popolnoma, popolnoma, vedno tako dolgočasno. Na velikih, kozmičnih lestvicah vzporedne črte ostanejo za vedno vzporedne, notranji koti trikotnikov znašajo do 180 stopinj in tako naprej. Veljajo vsa pravila evklidske geometrije, ki ste se jih naučili v srednji šoli.
Ampak ni razlog da je naše vesolje ravno. Na velikih lestvicah bi lahko imel katero koli staro ukrivljenost, ki bi jo želel. Naš kozmos bi bil lahko oblikovan kot velikanska, večdimenzionalna žoga za na plažo ali sedlo za jahanje. Ampak, ne, izbral se je ravno. In ne le malo ravno. Da danes v današnjem vesolju ne moremo izmeriti ukrivljenosti, ki bi znašala nekaj odstotkov, bi moral biti mladi kozmos enakomeren.
Zakaj? Se vam med vsemi možnimi izbirami ukrivljenosti ne zdi skoraj popolnoma ravno ravno malo sumljivo? In resnično sumimo, da obstaja razlog za poravnanost in da ni le srečna kocka.
Samo en pol
Magnetni monopoli so teoretične zveri; zlomi v samem vesolju in času, ki imajo samo enega magnetnega pola - predstavljajte si delček, ki se nahaja na severu ali jugu, in se sprehaja po njem. (V kolikor ga poznamo, bo imel objekt z magnetnim severom tudi magnetni jug na drugem koncu.) Po naših najboljših modelih izredno zgodnjega vesolja (kot v času, ko je bil star približno 10–35 sekund, in ne, to ni tipkano) eksotični postopek bi moral s temi gmovi absolutno preplaviti naš kozmos.
Ti monopoli bi morali biti tako pogosti, da bi bili običajni del našega vsakdanjega kozmološkega življenja. In vendar nismo videli nobenega dokaza. Nič. Zilch. Nobena monopolska pošasti se ne skriva v bočatih vodah temnega vesolja.
Kje so torej šli? Izdelali bi jih morali v izobilju, tako kot je postalo naše vesolje zanimivo, vendar jih nikjer ni mogoče najti.
Samo naredite veliko
Najboljša rešitev, ki jo imamo v tej glavi, je postopek, imenovan inflacija. Ideja je bila najprej predlagana - in skovana! - fizik Alan Guth leta 1980, ko je predlagal, da bi isti eksotični postopek, ki je preplavil vesolje z magnetnimi monopoli, lahko poslal kozmos v obdobje neverjetno hitrega širjenja.
Predstavljajte si, če bi vas krogličil - vaše telo, črevesje, možgani, okostje, celoten posel - glede na naš celotni vesolj, ki ga lahko opazujemo. In predstavljajte si, da mi je bilo potrebno manj kot 10 ^ -32 sekund. To je resna širitev in natanko to mislimo pod inflacijo. Ko je bilo naše vesolje neverjetno mlado, je predlagal Guth napihnjen do takšnih gargantuanskih lestvic v manj kot trenutek očesa.
Za Guth je bila to najčistejša pot do reševanja problema monopola. S tem, ko je vesolje tako prekleto velik, monopole preprosto razredčimo. Naš opazljivi obliž vesolja je le majhen kotiček celotnega shebang-a in tam je ravno toliko volumna, da ne bi smeli pričakovati, da bomo kdajkoli naleteli na monopol.
Ta inflatorna epoha rešuje tudi druga dva pomanjkanja vanilijevega velikega poka. Predinflacijsko vesolje je imelo dovolj časa, da je uskladilo in izenačilo temperature, preden je šlo v veliko večje stanje, prelivši enkrat povezana območja zunaj nadaljnjega stika. In v tako velikem kozmosu si nismo mogli pomagati, da bi merili ravno geometrijo v našem opaznem obližu. Koga briga, kakšna je ukrivljenost celotnega vesolja - je tako velika, da se nam bo zdela ravna. Zemlja je ukrivljena, moje dvorišče pa lepo in ravno, ker je toliko manjše od površine našega planeta. Samo uporabite isto logiko na kozmoloških lestvicah in zlati ste.
Kljub temu so mehanizmi, na katerih temelji inflacija, slabo razumljeni, in da bi jo lahko šteli za na pol dostojno znanstveno teorijo, ne more zgolj pojasniti trenutnih opazovanj, ampak predvideti prihodnja.
In to bo zgodba še en dan.
Več o tem, ko poslušate epizodo "Zakaj potrebujemo kozmično inflacijo? (2. del)" v podkastu Ask a Spaceman, ki je na voljo v iTunesu in na spletu na naslovu http://www.askaspaceman.com. Hvala 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, Gordon M., Jim W., Cosmic Wakes, Floren H., Gabi P., Amanda Z. in @scaredjackel za vprašanja, ki so privedla do tega dela! Zastavite svoje vprašanje na Twitterju s pomočjo #AskASpaceman ali tako, da sledite Paulu @PaulMattSutter in facebook.com/PaulMattSutter. Spremljajte nas na Twitterju @Spacedotcom in na Facebooku. Izvirni članek na Space.com.
