Vaade temperatuuride erinevustest kosmilises mikrolaine foonis, mis tekkis siis, kui galaktika oli vähem kui 400 000 aastat vana, on tehtud üheksa aasta pikkuste vaatluste põhjal Wilkinsoni mikrolaine anisotroopiasondist (WMAP).
(Pilt: © NASA)
Paul Sutter on Ohio Riikliku Ülikooli astrofüüsik ja teaduskeskuse COSI juhtivteadur. Sutter on ka saate "Küsi kosmosemehelt", "Kosmoseraadio" võõrustaja ja viib AstroTours'i üle kogu maailma. Sutter esitas selle artikli Space.comi veebisaidile Expert Voices: Op-Ed & Insights.
Suure Paugu mudel on meie edukaim seletus universumi ajaloole, milles me elame, ja on naeruväärselt lihtne koondada selle põhiraamistik ühte, T-loksutatavasse lausesse: kaua aega tagasi oli meie universum palju väiksem. Sellest lihtsast väitest voolab suuremaid kontrollitavaid ennustusi, mida on aastakümnete pikkuse vaatluse käigus kinnitatud. Universumi laienemiskiirus. Kosmiline mikrolaine taust. Kõige kergemate elementide tootmine. Erinevused lähedaste ja kaugete galaktikate vahel. Kõik mahlased tõendusmaterjalid, mis muudavad kosmoloogia teaduseks.
Kuid on ka mõningaid probleeme. [Universum: suur pauk nüüd 10 lihtsa sammuna]
"Vanilli" Suure Paugu mudel ilma muude täienduste ja muudatusteta ei suuda kõiki tähelepanekuid selgitada.
(VideoProviderTag | jwplayer | uQ0wgEwg | 100% | 100%))
Silmad silmapiiril
Näeme tohutult palju toorest ruumi. Meie vaadeldava universumi läbimõõt on üle 90 miljardi valgusaasta. Ja mida kaugemale me vaatame, seda sügavamale minevikku, kus me üksteist loome. Meie ümber on kosmiline mikrolaine taust, allesjäänud fossiilne valgus, mis eraldus universumi vaevalt vastsündinuna - vaid 270 000 aastat vana, üle 13,8 miljardi aasta varem.
See valgus tuleb meie juurde kosmose kaugetest ulatustest, nii kaugel, et see on meile nüüd kättesaamatu. Ja selle taustvalgustuse erinevad sektsioonid on üksteisele kättesaamatud. Füüsika suurepärases kõnepruugis pole kosmilise mikrolaine fooni piirkonnad omavahel põhjuslikult ühendatud. Teisisõnu, selleks, et üks vaadeldava universumi piiride osa saaks suhelda teise osaga viimase 13,8 miljardi aasta jooksul, oleks nad pidanud saatma signaale kiiremini kui valguse kiirus.
Mis poleks üldse suur asi, kui kosmiline mikrolaine taust poleks peaaegu ideaalselt sile. Imiku universumis oli temperatuur ühes miljonis sama. Kuidas said kõik nii hästi koordineeritud, kui ühes piirkonnas toimunud muutustel polnud piisavalt aega teisi mõjutada?
Sirge ja kitsas
Nii hästi kui suudame mõõta, näib meie universumi geomeetria olevat täiesti, täiesti ja alati nii igavalt tasane. Suurtel kosmilistel skaaladel püsivad paralleelsed jooned igavesti paralleelselt, kolmnurkade sisenurgad ulatuvad kuni 180 kraadi jne. Kehtivad kõik keskkoolis õpitud eukleidilised geomeetriareeglid.
Aga pole põhjus et meie universum oleks tasane. Suurtes mõõtkavades võis sellel olla mõni vana kumerus, mida ta soovis. Meie kosmos oleks võinud kujuneda hiiglaslikuks, mitmemõõtmeliseks rannapalliks või ratsasadulaks. Aga ei, see valis lamedaks. Ja mitte ainult natuke tasane. Selleks, et mõõta kumerust mõne protsendilise täpsusega tänapäevases universumis, peab noor kosmos olema miljonist ühe osaga tasane.
Miks? Kõigist võimalikest kumeruse valikutest ei tundu peaaegu täiesti tasane pisut kahtlane? Ja tõepoolest, me kahtlustame, et tasasus on olemas põhjus ja see pole lihtsalt täringute vedamine.
Ainult üks poolus
Magnetmonopolid on teoreetilised metsalised; luumurrud ruumiajas endas, millel on vaid üks magnetpoolus - kujutage ette põhja- või lõunapoolset osakest, mis selle üksildasena ringi tiirleb. (Nagu me seda teame, on magnetilise põhjaga objektil teises otsas ka magnetiline lõuna.) Meie eriti varase universumi parimate mudelite järgi (nagu siis, kui see oli umbes 10–35 sekundit vana, ja ei, see pole kirjaviga) eksootiline protsess oleks pidanud meie kosmose nende nastikutega üle ujutama.
Need monopolid peaksid olema nii levinud, et need moodustaksid meie igapäevase kosmoloogilise elu normaalse osa. Ja veel, me pole näinud ühegi tõendusmaterjali. Null. Zilch. Pimeda universumi riimvees ei varitse ükski monopoolne koletis.
Kuhu nad siis läksid? Neid oleks tulnud toota külluses, just nagu meie universum oleks huvitavaks muutunud, kuid neid pole kusagil leida.
Lihtsalt tehke see suureks
Parim lahendus, mis meil nendele probleemidele on, on inflatsioon. Esmalt pakuti välja idee - ja see sündis! - füüsik Alan Guth 1980. aastal, kui ta pakkus, et seesama eksootiline protsess, mis ujutas universumi magnetiliste monopolidega, oleks võinud saata kosmose hämmastavalt kiire laienemise perioodile.
Kujutage ette, kui ma õhutaksin teid - teie keha, sisikond, aju, luustik, kogu tehing - kogu meie vaadeldava universumi suuruseks. Ja kujutage ette, selleks kulus mul vähem kui 10–32 sekundit. See on tõsine laienemine ja just seda peame inflatsiooni all silmas. Kui meie universum oli uskumatult noor, pakkus Guth seda pumbatud sellistele hiiglaslikele kaaludele vähem kui ühe silmaga.
Guthi jaoks oli see puhtaim tee monopoolse probleemi lahendamiseks. Muutes universumi nii darnaks suur, monopoolid lihtsalt lahjenevad. Meie vaadeldav universumi plaaster on vaid üks pisike nurk kogu seebangist ja seal on lihtsalt nii palju ruume, et me ei peaks lootma, et kohtume monopooliga nagu kunagi varem.
See inflatsiooniajastu lahendab ka vanilli Suure Paugu kaks muud puudust. Inflatsioonieelsel universumil oli palju aega temperatuuride kooskõlastamiseks ja võrdsustamiseks, enne kui nad asusid palju suuremasse olekusse, paisates kord ühendatud piirkonnad väljapoole edasist kontakti. Ja nii tohutult tohutul kosmosel ei saanud me oma vaadeldavas plaastris mõõta tasast geomeetriat. Keda huvitab, milline on kogu universumi kumerus - see on nii suur, et see paistab meile tasapinnalisena. Maa on kõver, kuid minu tagaaed on kena ja tasane, kuna see on meie planeedi pinnast palju väiksem. Lihtsalt rakendage seda sama loogikat ka kosmoloogilistele skaaladele ja olete kuldne.
Inflatsiooni aluseks olevad mehhanismid on siiski halvasti arusaadavad ja selleks, et pidada poole kohaga teaduslikuks teooriaks, ei saa see lihtsalt selgitada praegusi tähelepanekuid, vaid teha prognoose tulevaste jaoks.
Ja sellest saab lugu veel ühe päeva jooksul.
Lisateavet kuulates jaotisest „Miks me vajame kosmilist inflatsiooni? (2. osa)“, mis on saadaval iTunes'is ja veebis aadressil http://www.askaspaceman.com leiduval Ask Pod Spacemani podcastis. Tänu 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. ja @scaredjackel küsimusele, mis selle tüki juurde viis! Esitage Twitteris oma küsimus, kasutades #AskASpaceman või järgides Paul @PaulMattSutter ja facebook.com/PaulMattSutter. Jälgi meid Twitteris @Spacedotcom ja Facebookis. Originaalartikkel Space.com-is.
