Вступ
Близько 13,8 мільярда років тому Всесвіт, як ми знаємо, почалася. Цей момент, відомий як Великий вибух, - це коли простір сам швидко почав розширюватися. Під час Великого вибуху спостережуваний Всесвіт (включаючи матеріали для щонайменше 2 трильйонів галактик) вписувався в простір менше сантиметра. Зараз спостерігається Всесвіт, який спостерігається 93 мільярди світлових років і все ще розширюється.
Існує багато питань про Великий вибух, особливо про те, що сталося перед ним (якщо що). Але вчені дійсно знають деякі речі. Читайте докладніше про деякі найбільш гнучкі розумові відкриття про початок усього.
Всесвіт розширюється
До 1929 року витоки Всесвіту були повністю оповиті міфом та теорією. Але в тому році заповзятливий астроном на ім'я Едвін Хаббл відкрив щось дуже важливе про Всесвіт, щось, що відкривало б нові шляхи розуміння його минулого: вся справа розширюється.
Хаббл зробив своє відкриття, вимірявши щось, що називається червоним зміщенням - це зсув у бік довших червоних довжин хвиль світла, що спостерігаються у дуже віддалених галактиках. (Чим далі від об'єкта, тим сильніше виражений червоний зсув.) Хаббл виявив, що червоне зміщення збільшується лінійно з відстанню в далеких галактиках, що вказує на те, що Всесвіт не нерухомий. Він розширюється скрізь, і все відразу.
Хаббл зміг обчислити швидкість цього розширення, цифру, відому як Константа Хаббла, повідомляє NASA. Саме це відкриття дозволило вченим екстраполювати назад і теоретизувати, що Всесвіт колись був упакований у крихітну точку. Вони назвали перший момент його розширення Великим вибухом.
Космічне мікрохвильове фонове випромінювання
У травні 1964 р. Арно Пензіас та Роберт Вілсон, дослідники лабораторії Bell Telephone Laboratories, працювали над створенням нового радіоприймача в Нью-Джерсі. Їх антена весь час підхоплювала дивне гудіння, яке, здавалося, прийшло звідусіль. Вони думали, що це можуть бути голуби в екіпіровці, але зняти гнізда нічого не зробило. Інші їх спроби зменшити втручання також не були. Нарешті вони зрозуміли, що збирають щось справжнє.
Те, що вони виявили, виявилося першим світлом Всесвіту: космічним мікрохвильовим фоновим випромінюванням. Це випромінювання сягає приблизно 380 000 років після Великого вибуху, коли Всесвіт остаточно охолола, щоб фотони (хвилеподібні частинки, що утворюють світло) могли вільно подорожувати. Відкриття дало підтримку теорії Великого вибуху і уявленню, що Всесвіт розширюється швидше, ніж швидкість світла в його першу мить. (Це тому, що космічний фон досить рівномірний, що передбачає плавне розширення всього одразу з невеликої точки.)
Карта неба
Відкриття космічного мікрохвильового фону відкрило вікно у витоки Всесвіту. У 1989 році NASA запустила супутник під назвою Cosmic Background Explorer (COBE), який вимірював невеликі коливання фонового випромінювання. Результатом стала «малюнок малюка» Всесвіту, за даними NASA, який показує деякі перші зміни щільності у Всесвіті, що розширюється. Ці мізерні варіації, ймовірно, породили картину галактик і порожній простір, відомий як космічна павутина галактик, який ми бачимо у Всесвіті сьогодні.
Прямі докази інфляції
Космічний мікрохвильовий фон також дав змогу дослідникам знайти "куріння для куріння" для інфляції - те масове, швидше, ніж світло, розширення, яке відбулося на Великому вибуху. (Хоча теорія особливої відносності Ейнштейна стверджує, що ніщо не проходить швидше, ніж світло через космос, це не було порушенням; сам простір розширився.) У 2016 році фізики оголосили, що виявили певний вид поляризації або спрямованості в деяких космічний мікрохвильовий фон. Ця поляризація відома як "B-режими". Поляризація в режимі B була першим в історії прямим свідченням гравітаційних хвиль від Великого вибуху. Гравітаційні хвилі створюються, коли масивні предмети в просторі прискорюються або сповільнюються (перші, що коли-небудь були виявлені, відбулися в результаті зіткнення двох чорних дір). B-режими пропонують новий спосіб прямо дослідити раннє розширення Всесвіту - і, можливо, з'ясувати, що призвело до цього.
Поки що зайвих розмірів немає
Одним із наслідків відкриття гравітаційної хвилі було те, що вона дозволила вченим шукати додаткові розміри, що перевищують звичайні три. На думку теоретиків, гравітаційні хвилі повинні бути в змозі перетнутись у невідомі розміри, якщо ці розміри існують. У жовтні 2017 року вчені виявили гравітаційні хвилі від зіткнення двох нейтронних зірок. Вони вимірювали час, який потрібен хвилям для подорожі від зірок до Землі, і не виявили жодних доказів вимірних надмірних витоків.
Результати, опубліковані в липні 2018 року в журналі «Космологія та фізика астрочастинок», дозволяють припустити, що якщо є якісь інші розміри, вони будуть крихітними - вони впливатимуть на ділянки Всесвіту розміром менше 1 милі (1,6 кілометра). Це означає, що теорія струн, яка стверджує, що Всесвіт побудована з крихітних вібруючих струн і передбачає щонайменше 10 маленьких розмірів, все ще може бути правдивою.
Розширення прискорюється ...
Одне з найдивніших відкриттів у фізиці - це те, що Всесвіт не тільки розширюється, але розширюється зі швидкістю.
Відкриття датується 1998 роком, коли фізики оголосили результати декількох тривалих проектів, які вимірювали особливо важкі наднови під назвою супернови типу Ia. Результати (які виграли дослідники Сол Перлмуттер, Брайан П. Шмідт та Адам Г. Рейсс, Нобелівська премія в 2011 році) виявили слабкіше, ніж очікувалося, світло від найбільш віддалених із цих супернових. Це слабке світло показало, що простір сам по собі розширюється: все у Всесвіті поступово віддаляється від усього іншого.
Вчені називають драйвера цього розширення «темною енергією» таємничим двигуном, який міг би становити близько 68% енергії у Всесвіті. Ця темна енергія, здається, має вирішальне значення для того, щоб зробити теорії початку Всесвіту придатними для спостережень, які ведуться зараз, наприклад, зроблені NASA Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP), інструментом, який створив найбільш точну карту космічного фон мікрохвильової піч.
… Навіть швидше, ніж очікувалося
Нові результати телескопа Хаббла, опублікованого в квітні 2019 року, поглибили загадку всесвіту, що розширюється. Вимірювання космічного телескопа показують, що розширення Всесвіту на 9% швидше, ніж очікувалося від попередніх спостережень. Для галактик кожні 3,3 мільйона світлових років відстань від Землі перетворюються на додаткові 46 миль в секунду (74 км в секунду) швидше, ніж прогнозовано раніше, згідно з даними НАСА.
Чому це має значення для витоків Всесвіту? Тому що фізики повинні щось бракувати. За даними NASA, під час Великого вибуху та незабаром після цього, можливо, відбулися три окремі «сплески» темної енергії. Ці сплески поклали початок тому, що ми бачимо сьогодні. Перший, можливо, почав початкове розширення; секунда, можливо, трапилася набагато швидше, діючи, як важка нога, натиснута на педаль газу Всесвіту, внаслідок чого Всесвіт розширювалася швидше, ніж вважалося раніше. Остаточний сплеск темної енергії може пояснити прискорене розширення Всесвіту сьогодні.
Нічого цього не доведено - поки що. Але вчені шукають. Дослідники з Техаського університету в Обсерваторії Остіна Макдональда використовують нещодавно оновлений інструмент - телескоп «Хобі-Еберлі», щоб безпосередньо шукати темну енергію. Проект «Експеримент з темною енергією телескопа« Хобі-Еберлі »(HETDEX) вимірює слабке світло від галактик аж на 11 мільярдів світлових років, що дозволить дослідникам побачити будь-які зміни у прискоренні Всесвіту з часом. Вони також вивчать відгомони порушень у 400-літньому Всесвіті, створеному в густому супі частинок, які складали все відразу після Великого вибуху. Це теж розкриє таємниці розширення та пояснить темну енергію, яка його рухала.
