Uvod
Pred približno 13,8 milijarde let se je vesolje, kot ga poznamo, začelo. Ta trenutek, znan kot Big Bang, je takrat, ko se je sam prostor hitro začel širiti. V času velikega praska se je opazovano vesolje (vključno z materiali za vsaj 2 trilijona galaksij) prilegalo v vesolje, manjše od centimetra. Zdaj je opazovano vesolje v 93 milijard svetlobnih let in se še vedno širi.
Obstaja veliko vprašanj o velikem udaru, zlasti o tem, kaj se je zgodilo pred njim (če sploh kaj). Znanstveniki sicer vedo nekaj stvari. Preberite si nekaj najbolj odmevnih odkritij o začetku vsega.
Vesolje se širi
Do leta 1929 so bili izvori vesolja v celoti zaviti v mit in teorijo. Toda tisto leto je podjetni astronom po imenu Edwin Hubble odkril nekaj zelo pomembnega o vesolju, nekaj, kar bi odprlo nove načine razumevanja njegove preteklosti: Vsa stvar se širi.
Hubble je svoje odkritje opravil z merjenjem nečesa, imenovanega rdeče premikanje, to je premik k daljšim, rdečim valovnim dolžinam svetlobe, ki jih vidimo v zelo oddaljenih galaksijah. (Kolikor dlje je objekt, bolj je izrazit rdeč premik.) Hubble je ugotovil, da se rdeče premikanje linearno poveča z oddaljenostjo v oddaljenih galaksijah, kar kaže, da vesolje ni mirno. Razširja se povsod, vse naenkrat.
Hubble je po podatkih Nase lahko izračunal hitrost te širitve, številka, znana kot Hubble Constant. Prav to odkritje je znanstvenikom omogočilo ekstrapoliranje nazaj in teoretizacijo, da je bilo vesolje nekoč zapakirano v drobno točko. Prvi trenutek njene širitve so poimenovali Veliki prasak.
Kozmično mikrovalovno ozadje ozadja
Maja 1964 sta Arno Penzias in Robert Wilson, raziskovalca Bell Telephone Laboratories, delala na gradnji novega radijskega sprejemnika v New Jerseyju. Njihova antena je ves čas nabirala nenavadno piskanje, ki se je zdelo, da prihaja od vsepovsod. Mislili so, da gre morda za golobe v opremi, vendar odstranjevanje gnezd ne naredi nič. Niti njihovi drugi poskusi zmanjšanja motenj. Končno so spoznali, da pobirajo nekaj resničnega.
Izkazalo se je, da je bila prva svetloba vesolja: kozmično sevanje mikrovalovnega ozadja. To sevanje sega približno v 380.000 let po velikem udaru, ko se je vesolje končno ohladilo, da fotoni (valoviti delci, ki sestavljajo svetlobo) lahko prosto potujejo. Odkritje je podprlo teorijo o velikem udaru in predstavo, da se vesolje v prvem trenutku širi hitreje od hitrosti svetlobe. (To je zato, ker je kozmično ozadje dokaj enotno, kar kaže na nemoteno širjenje vsega naenkrat od majhne točke.)
Zemljevid neba
Odkritje kozmičnega mikrovalovnega ozadja je odprlo okno v izvor vesolja. Leta 1989 je NASA izstrelila satelit, imenovan Cosmic Background Explorer (COBE), ki je meril drobne razlike v sevanju ozadja. Rezultat je bila "otroška slika" vesolja, po podatkih NASA, ki prikazuje nekaj prvih sprememb gostote v razširjenem vesolju. Te majhne variacije so verjetno povzročile vzorec galaksij in prazen prostor, znan kot kozmični splet galaksij, ki ga danes vidimo v vesolju.
Neposredni dokazi o inflaciji
Kozmično mikrovalovno ozadje je raziskovalcem omogočilo tudi iskanje pištole za kajenje za napihovanje - tisto množično, hitrejše širjenje od svetlobe, ki se je zgodilo ob velikem udaru. (Čeprav Einsteinova teorija posebne relativnosti drži, da nič ne gre hitreje od svetlobe skozi vesolje, to ni bila kršitev; vesolje se je samo razširilo.) Leta 2016 so fiziki sporočili, da so v nekaterih odkritju zaznali določeno vrsto polarizacije oz. kozmično mikrovalovno ozadje. Ta polarizacija je znana kot "načini B". Polarizacija v načinu B je bila prvi neposredni dokaz gravitacijskih valov iz Velikega poka. Gravitacijski valovi nastanejo, ko se ogromni predmeti v vesolju pospešijo ali upočasnijo (prvi, ki so jih kdaj odkrili, je nastal zaradi trka dveh črnih lukenj). Načini B ponujajo nov način za neposredno sondiranje zgodnjega širjenja vesolja - in morda ugotoviti, kaj ga je vodilo.
Brez dodatnih dimenzij zaenkrat
Ena od posledic odkritja gravitacijskega valovanja je bila, da je znanstvenikom omogočil iskanje dodatnih dimenzij, ki niso večje od običajnih treh. Po mnenju teoretikov bi morali gravitacijski valovi preiti v neznane dimenzije, če te dimenzije obstajajo. Oktobra 2017 so znanstveniki odkrili gravitacijske valove zaradi trka dveh nevtronskih zvezd. Izmerili so čas, ki je trajal, da so valovi potovali od zvezd do Zemlje, in niso našli nobenega dokaza o večrazsežnem puščanju.
Rezultati, ki so bili objavljeni julija 2018 v reviji Cosmology and Astroparticle Physics, kažejo, da če obstajajo kakšne druge dimenzije, so drobne - vplivale bi na območja vesolja, velike manj kot 1,6 kilometra. To pomeni, da bi teorija strun, ki pravi, da je vesolje narejeno iz drobnih vibrirajočih strun in predvideva vsaj 10 težkih dimenzij, še vedno lahko resnična.
Razširitev se pospešuje ...
Eno najčudnejših odkritij v fiziki je, da se vesolje ne širi, temveč se širi s pospeševanjem.
Odkritje sega v leto 1998, ko so fiziki objavili rezultate več dolgotrajnih projektov, ki so izmerili posebej težke supernove, imenovane supernove tipa Ia. Rezultati (v katerih so raziskovalci Saul Perlmutter, Brian P. Schmidt in Adam G. Reiss leta 2011 dobili Nobelovo nagrado) so pokazali, da je od najbolj oddaljenih od teh supernov videti šibkejša pričakovana svetloba. Ta šibka svetloba je pokazala, da se vesolje samo širi: Vse v vesolju se postopoma oddaljuje od vsega drugega.
Znanstveniki voznika te širitve imenujejo "temna energija", skrivnostni motor, ki bi lahko sestavil približno 68% energije v vesolju. Ta temna energija se zdi ključna za pripravo teorij o začetku vesolja, ki se prilagajajo opazovanjem, ki jih zdaj izvajajo, na primer tistim, ki jih je naredila Nasina mikrovalovna anizotropna sonda Wilkinson (WMAP), instrument, ki je izdelal najbolj natančen zemljevid kozmike mikrovalovno ozadje še.
… Še hitreje, kot smo pričakovali
Novi rezultati s teleskopa Hubble, ki je izšel aprila 2019, so poglobili uganko v razširjajočem se vesolju. Meritve iz vesoljskega teleskopa kažejo, da je širitev vesolja 9% hitrejša od pričakovanj iz prejšnjih opazovanj. Pri galaksijah vsaka 3,3 milijona svetlobnih let od Zemlje pomeni dodatnih 46 milj na sekundo (74 km na sekundo) hitreje, kot so napovedali prejšnji izračuni.
Zakaj je to pomembno za izvor vesolja? Ker fizikom mora nekaj manjkati. Po podatkih NASE so se med Velikim pokom in kmalu zatem morda zgodile tri ločene temne energije. Ti razpoki postavljajo oder za to, kar danes vidimo. Prvi je morda začel prvotno širitev; sekunda se je morda zgodila veliko hitreje, saj deluje kot težka noga, pritisnjena na pedal za plin vesolja, zaradi česar se vesolje širi hitreje, kot je prej veljalo. Končni razpok temne energije lahko razloži pospešeno širjenje vesolja danes.
Nič od tega ni dokazano - še. Toda znanstveniki iščejo. Raziskovalci Univerze v Teksasu v Austin McDonald Observatory uporabljajo novo nadgrajeni instrument, teleskop Hobby-Eberly, da neposredno iščejo temno energijo. Projekt, temni eksperiment s temno energijo Hobby-Eberly (HETDEX), meri šibko svetlobo iz galaksij v 11 milijard svetlobnih let, kar bo raziskovalcem omogočilo, da vidijo kakršne koli spremembe v pospeševanju vesolja sčasoma. Prav tako bodo preučevali odmeve motenj v 400.000 let starem vesolju, ki so nastali v gosti juhi delcev, ki je vse sestavila takoj po velikem udaru. Tudi to bo razkrilo skrivnosti širjenja in razložilo temno energijo, ki ga je poganjala.
