Bevezetés
Körülbelül 13,8 milliárd évvel ezelőtt a világegyetem, ahogy tudjuk, kezdődött. Ebben a pillanatban, a Big Bang néven ismert, amikor maga az űr gyorsan növekedni kezdett. A Nagyrobbanás idején a megfigyelhető világegyetem (beleértve legalább 2 trillió galaxisok anyagait) egy centiméternél kevesebb térbe illeszkedik. A megfigyelhető világegyetem 93 milliárd fényév hosszú, és továbbra is bővül.
Sok kérdés merül fel a Nagyrobbanással kapcsolatban, különösen arról, hogy mi történt előtte (ha van ilyen). De a tudósok tudnak néhány dolgot. Olvassa el a leginkább elgondolkodtató felfedezéseket mindenek kezdetéről.
Az univerzum bővül
1929-ig az univerzum eredetét teljesen a mítosz és az elmélet borította. De abban az évben egy vállalkozó csillagász, Edwin Hubble nevében valami nagyon fontosat felfedezett az univerzumban, olyasvalamit, amely új lehetőségeket nyitna meg múltjának megértésére: Az egész kibővül.
Hubble felfedezte úgy, hogy megmérte a vöröseltolódást, az úgynevezett vöröseltolódást, azaz a távolságot a távoli galaxisokban látható hosszabb, vörös hullámhossz felé. (Minél távolabb van a tárgy, annál hangsúlyosabb a vöröseltolódás.) Hubble megállapította, hogy a vöröseltolódás a távolság galaxisaiban a távolsággal lineárisan növekszik, jelezve, hogy az univerzum nem áll mozdulatlanul. Bővül, mindenhol, egyszerre.
A Habble képes volt kiszámítani ennek a expanziónak a sebességét, ezt a számot a HASA-konstansnak nevezik, a NASA szerint. Ez a felfedezés tette lehetővé a tudósok számára az extrapolációt és a teoretikát, miszerint az univerzumot egy kis pontba csomagolták. Bővítésének első pillanatát Big Bang-nak hívták.
Kozmikus mikrohullámú háttér sugárzás
1964 májusában Arno Penzias és Robert Wilson, a Bell Telephone Laboratories kutatói új rádióerősítő építésén dolgoztak New Jersey-ben. Antennájuk folyamatosan felvette a furcsa zümmögést, amely úgy tűnt, mindenütt érkezik, mindig. Úgy gondolták, hogy ez lehet a galambok a felszerelésben, de a fészek eltávolítása nem hozott semmit. Az interferencia csökkentésére irányuló többi kísérletük sem. Végül rájöttek, hogy valami valódi dolgot vetnek fel.
Kiderült, hogy a világegyetem első fénye volt: kozmikus mikrohullámú háttér sugárzás. Ez a sugárzás kb. 380 000 évvel nyúlik vissza a nagy robbanás után, amikor az univerzum végre elegendően lehűlt ahhoz, hogy a fotonok (a fényt alkotó hullámszerű részecskék) szabadon mozoghassanak. A felfedezés támogatta a Nagyrobbanás elméletét és azt a gondolatot, hogy az univerzum az első pillanatban a fénysebességnél gyorsabban terjeszkedik. (Ennek oka az, hogy a kozmikus háttér meglehetősen egységes, ami arra enged következtetni, hogy mindent egy kicsi ponttól kezdve egyenletesen lehet kibővíteni.)
Égtérkép
A kozmikus mikrohullámú háttér felfedezése ablakot nyitott a világegyetem eredete felé. 1989-ben a NASA elindította a Cosmic Background Explorer (COBE) nevű műholdat, amely a háttér-sugárzás apró eltéréseit mérte. Az eredmény a NASA szerint a „babakép” az univerzumról, amely a növekvő univerzum első sűrűségi variációit mutatja be. Ezek a apró variációk valószínűleg a galaxisok és az üres tér mintázatát eredményezték, amelyet galaxisok kozmikus hálójaként ismertünk, és amelyet ma a világegyetemben látunk.
Az infláció közvetlen bizonyítéka
A kozmikus mikrohullámú háttér lehetővé tette a kutatóknak, hogy megtalálják az "dohányzó pisztolyt" az inflációhoz - az a hatalmas, fénynél gyorsabb terjeszkedés, amely a Nagyrobbanáskor történt. (Bár Einstein speciális relativitáselmélete szerint a semmi nem megy gyorsabban, mint a fény a világűrön keresztül, ez nem volt sértés; maga a tér is kibővült.) 2016-ban a fizikusok bejelentették, hogy bizonyos polarizációt vagy irányt mutattak fel néhány a kozmikus mikrohullámú háttér. Ezt a polarizációt "B-módoknak" hívják. A B-mód polarizációja volt a mindenkori első közvetlen bizonyítéka a Nagyrobbanás gravitációs hullámainak. A gravitációs hullámok akkor keletkeznek, amikor az űrben lévő hatalmas tárgyak felgyorsulnak vagy lelassulnak (az első, amit valaha fedeztek fel, két fekete lyuk ütközéséből származik). A B-módok új módszert kínálnak a korai világegyetem terjeszkedésének közvetlen próbálására - és talán kitalálhatják, mi vezette.
Eddig nincsenek extra méretek
A gravitációs hullám felfedezésének egyik következménye az volt, hogy ez lehetővé tette a tudósok számára, hogy a szokásos háromon túl további dimenziókat keressenek. A teoretikusok szerint a gravitációs hullámoknak képesnek kell lenniük átjutni ismeretlen dimenziókba, ha ezek a dimenziók léteznek. 2017 októberében a tudósok gravitációs hullámokat fedeztek fel két neutroncsillag ütközéséből. Megmérték az időt, ameddig a hullámok elmentek a csillagoktól a Földig, és nem találtak bizonyítékot az extra-dimenziós szivárgásról.
Az eredmények, amelyeket 2018 júliusában tettek közzé a Journal of Cosmology and Astroparticle Physics-ban, arra utalnak, hogy ha vannak más dimenziók is, akkor is aprók - az univerzum azon területeire, amelyek kevesebb mint 1 mérföld (1,6 kilométer) lennének hatással. Ez azt jelenti, hogy a húr-elmélet, amely feltételezi, hogy az univerzum apró vibráló húrokból készül, és legalább 10 tízéves dimenzióra számít, továbbra is igaz lehet.
A bővülés gyorsul
A fizika egyik legfurcsabb felfedezése az, hogy a világegyetem nem csak bővül, hanem egyre gyorsul.
A felfedezés 1998-ban nyúlik vissza, amikor a fizikusok bejelentették egy hosszú ideje futó projekt eredményeit, amelyek különösen nehéz szupernóvákat mértek, Ia típusú szupernóváknak. Az eredmények (amelyek a kutatók Saul Perlmutter, Brian P. Schmidt és Adam G. Reiss Nobel-díjat nyerték 2011-ben) a vártnál gyengébb fényt derítették fel a szupernóvák legtávolabbi pontjai közül. Ez a gyenge fény azt mutatta, hogy maga a tér is bővül: Az univerzumban minden fokozatosan távolodik minden mástól.
A tudósok ezt a terjeszkedés mozgatórugóját "sötét energiává" nevezik egy titokzatos motornak, amely az univerzumban az energia kb. 68% -át teheti ki. Ez a sötét energia kulcsfontosságúnak tűnik ahhoz, hogy a világegyetem kezdete elméletei megfeleljenek a jelenleg folyó megfigyeléseknek, mint például a NASA Wilkinson mikrohullámú anizotrópiás szonda (WMAP), egy olyan eszköz, amely a kozmikus világ legpontosabb térképét készítette. mikrohullámú háttér még.
… Még a vártnál gyorsabb is
A 2019 áprilisában kiadott Hubble teleszkóp új eredményei elmélyítették a bővülő univerzum rejtélyét. Az űrteleszkóp segítségével végzett mérések azt mutatják, hogy az univerzum tágulása 9% -kal gyorsabb, mint amit a korábbi megfigyelések alapján vártak. A galaxisok esetében a Földtől számított 3,3 millió fényév távolság másodpercenként további 46 mérföldre (74 km / másodperc) fordul elő, mint a korábbi számítások a NASA szerint előre jelezték.
Miért számít ez az univerzum eredete szempontjából? Mert a fizikusoknak hiányozniuk kell valamiből. A NASA szerint előfordulhat, hogy három különféle sötét energiájú „robbanás” történt a Nagyrobbanás alatt és röviddel azt követően. Ezek a kitörések készítik a színpadot annak, amit ma látunk. Az első valószínűleg megkezdte a kezdeti bővítést; egy másodperc valószínűleg gyorsabban történt, úgy viselkedett, mint egy nehéz láb, amelyet az univerzum gázpedáljára nyomtak, és ezzel az univerzum gyorsabban terjeszkedik, mint azt korábban hitték. A végső sötét energia roham magyarázhatja a világegyetem felgyorsuló bővülését.
Mindez még nem bizonyított. De a tudósok keresik. Az Austin McDonald Observatory Texasi Egyetemének kutatói az újonnan fejlesztett műszert, a Hobby-Eberly távcsövet használják, hogy közvetlenül a sötét energiát keressék. A projekt, a Hobby-Eberly teleszkóp sötét energiakísérlete (HETDEX) 11 milliárd fényév távoli galaxisok halvány fényét méri, amely lehetővé teszi a kutatók számára, hogy az univerzum gyorsulásának időbeli változásait megfigyeljék. Megvizsgálják a 400 000 éves univerzum zavarának visszhangját is, amelyet a sűrű részecskeleves készített, amely mindent alkotott a Nagyrobbanás után. Ez szintén felfedi a terjeszkedés rejtélyeit és elmagyarázza azt a sötét energiát, amely azt vezette.
