Огляд перепадів температур на космічному мікрохвильовому фоні, сформований, коли галактиці було менше 400 000 років, зроблений на основі дев'яти років спостережень Вількінсонового мікрохвильового анізотропічного зонда (WMAP).
(Зображення: © NASA)
Пол Саттер - астрофізик Державного університету штату Огайо і головний науковий співробітник наукового центру COSI. Саттер також приймає програми "Запитай космонавта", "Космічного радіо" та веде AstroTours по всьому світу. Саттер додав цю статтю до голосів експертів Space.com: Op-Ed & Insights.
Модель Великого вибуху - це наше найуспішніше пояснення історії Всесвіту, в якому ми живемо, і смішно легко зафіксувати його основні рамки одним єдиним, тривожним реченням: Давно наш Всесвіт був набагато меншим. З цього простого твердження випливають основні перевірені прогнози, перевірені десятиліттями спостереження. Швидкість розширення Всесвіту. Космічний мікрохвильовий фон. Виробництво найлегших елементів. Відмінності між ближніми та далекими галактиками. Усі соковиті докази, що робить космологію наукою.
Але є деякі питання. [Всесвіт: Великий вибух зараз за 10 простих кроків]
Модель "ванільного" Великого вибуху без будь-яких інших доповнень чи поправок не може пояснити всі спостереження.
(VideoProviderTag | jwplayer | uQ0wgEwg | 100% | 100%))
Очі на горизонті
Ми можемо побачити величезний обсяг сирого простору. Наш спостережуваний Всесвіт має діаметр понад 90 мільярдів світлових років. І чим далі ми заглядаємо глибше в минуле, в яке ми заглядаємо. Навколо нас знаходиться космічний мікрохвильовий фон, залишкове викопне світло, що виділяється, коли Всесвіт був ледь новонародженим - лише 270 000 років, що минуло понад 13,8 мільярда років.
Це світло надходить до нас із далеких просвіт Космосу, настільки далеких, що тепер воно нам недоступне. І різні ділянки цього фонового світла недоступні один одному. У чудовому жаргоні фізики регіони космічного мікрохвильового фону не є причинно пов'язаними. Іншими словами, за один відрізок меж нашого спостережуваного Всесвіту для спілкування з іншим шматом за останні 13,8 мільярдів років вони мали б надсилати сигнали швидше, ніж швидкість світла.
Що взагалі не було б великої справи, якби космічний мікрохвильовий фон не був майже ідеально рівним. У дитячого Всесвіту була однакова температура до однієї частини на мільйон. Як усі настільки добре узгоджені, коли зміни в одній області не мали достатньо часу, щоб вплинути на інших?
Прямий і вузький
Як найкраще ми можемо виміряти, геометрія нашого Всесвіту виглядає ідеально, цілком, завжди настільки нудно плоскою. На великих космічних масштабах паралельні лінії назавжди залишаються паралельними, внутрішні кути трикутників складають до 180 градусів тощо. Діють усі правила евклідової геометрії, які ви засвоїли у середній школі.
Але немає причина щоб наш Всесвіт був рівним. На великих масштабах у нього могла бути будь-яка стара кривизна, яку вона хотіла. Наш космос міг бути схожий на гігантський багатовимірний пляжний бал чи сідло для верхової їзди. Але, ні, він вибрав рівномірно. І не просто трохи плоско. Для того, щоб ми не вимірювали кривизни з точністю до кількох відсотків у сучасному Всесвіті, молодий космос повинен був бути рівним одній частині в мільйон.
Чому? З усіх можливих варіантів викривлення, чи не ідеально рівне виглядає трохи підозрілим? І справді, ми підозрюємо, що в чомусь є рівномірність, і це не просто вдалий рулон кісток.
Всього один полюс
Магнітні монополи - теоретичні звірі; переломи у самому просторі та часі, які демонструють лише один із магнітних полюсів - уявіть, як північна або південна полюсина частинка блукає навколо себе. (Як би ми його не знали, об’єкт з магнітною північчю також матиме магнітний південь на іншому кінці.) Згідно з нашими кращими моделями надзвичайно раннього Всесвіту (як, коли це було близько 10 ^ -35 секунд, і ні, це не помилка) екзотичний процес повинен був абсолютно затопити наш космос цими натиками.
Ці монополі повинні бути настільки поширеними, щоб вони були нормальною частиною нашого повсякденного космологічного життя. І все ж, ми не бачили жодних доказів. Нуль. Зільч. Жодні монопольні монстри, схоже, не ховаються у солонованих водах темного Всесвіту.
То куди вони пішли? Вони повинні були виготовлятися в достатку так само, як наш Всесвіт ставав цікавим, але їх ніде не знайти.
Просто зробіть це великим
Найкращим рішенням цих головоломків є процес, який називається інфляцією. Вперше була запропонована ідея - і придумана! - фізиком Аланом Гутом у 1980 році, коли він припустив, що той самий екзотичний процес, який заполонив Всесвіт магнітними монополями, міг би відправити космос у період дивовижно швидкого розширення.
Уявіть, якби я балотував вас - ваше тіло, кишки, мозок, скелет, цілу угоду - на розмір всього нашого спостережуваного Всесвіту. І уявіть, мені знадобилося менше 10 ^ -32 секунд, щоб зробити це. Це серйозне розширення, і саме те, що ми маємо на увазі під інфляцією. Коли наш Всесвіт був неймовірно молодий, Гат запропонував це надутий до таких гаргантських лусочок менше, ніж моргання ока.
Для Гута це був найчистіший шлях до вирішення монопольної проблеми. Роблячи всесвіт настільки темним великий, монополі просто розбавляються. Наш спостережуваний пластир Всесвіту - це лише один крихітний куточок усього шебангу, і там просто стільки об'єму, що ми не повинні сподіватися на зустріч з монополем, як ніколи.
Ця інфляційна епоха також вирішує два інші недоліки Великого вибуху ванілі. Передінфляційний Всесвіт мав достатньо часу, щоб координувати та вирівнювати температури перед тим, як скотитися в набагато більший стан, перекинувши колись з'єднані регіони поза подальшим контактом. І в такому величезному космосі ми не могли не виміряти плоску геометрію в нашому спостережуваному патчі. Кого хвилює, що таке викривлення всього Всесвіту - воно настільки велике, що воно буде здаватися нам плоским. Земля вигнута, але мій задній двір приємний і рівний, тому що він настільки менший за поверхню нашої планети. Просто застосуйте ту саму логіку до космологічних масштабів і ви золоті.
Тим не менш, механізми, що лежать в основі інфляції, недостатньо вивчені, і для того, щоб вважатись напівдостойною науковою теорією, вона не може просто пояснити поточні спостереження, але зробити прогнози для майбутніх.
І це буде історія ще один день.
Дізнайтеся більше, прослухавши епізод "Для чого нам потрібна космічна інфляція? (Частина 2)" у підкасті "Запитати космонавта", доступному в iTunes та в Інтернеті на веб-сайті http://www.askaspaceman.com. Дякуємо Массіміліано С., Лоренцо Б., @ZachCoty, Піту Е., Крістіану В., @up_raw, Вікі К., Томасу, Банді С., Стіву С., Евану В., Ендрю П., @ Марку Рипе, @ Luft08, @kazoukis, Gordon M., Jim W., Cosmic Wakes, Floren H., Gabi P., Amanda Z. і @scaredjackel за запитання, що призвели до цієї роботи! Задайте власне запитання у Twitter за допомогою #AskASpaceman або, дотримуючись Пола @PaulMattSutter та facebook.com/PaulMattSutter. Слідкуйте за нами на Twitter @Spacedotcom та у Facebook. Оригінальна стаття на Space.com.
