Pregled temperaturnih razlika u kozmičkoj mikrovalnoj pozadini, stvoren kad je galaksija bila mlađa od 400.000 godina, načinjen je iz devet godina promatranja iz Wilkinson mikrovalne pećnice za anizotropiju (WMAP).
(Slika: © NASA)
Paul Sutter je astrofizičar sa Sveučilišta Ohio State i glavni znanstvenik u znanstvenom centru COSI. Sutter je također domaćin "Pitajte svemira", "Svemirskog radija" i vodi AstroTours širom svijeta. Sutter je ovaj članak pridodao stručnim glasovima Space.com-a: Op-Ed & Insights.
Model Velikog praska naše je najuspješnije objašnjenje za povijest svemira u kojem živimo, i smiješno je jednostavno zaokružiti njegov temeljni okvir jedinstvenom, T-shirtable rečenicom: Davno je naš svemir bio mnogo manji. Iz ove jednostavne izjave proizlaze glavna provjerljiva predviđanja koja su provjerena desetljećima promatranja. Brzina širenja svemira. Kozmička pozadina mikrovalne. Izrada najlakših elemenata. Razlike između bliskih i dalekih galaksija. Svi sočni dokazi koji čine kozmologiju znanošću.
Ali postoje neka pitanja. [Svemir: Veliki prasak do sada u 10 jednostavnih koraka]
Model "vanilije" Big Bang, bez ikakvih drugih dodataka i dopuna, ne može objasniti sva zapažanja.
(VideoProviderTag | jwplayer | uQ0wgEwg | 100% | 100%)),
Oči na horizontu
Možemo vidjeti ogromnu količinu sirovog prostora. Naš promatrajući svemir je promjera više od 90 milijardi svjetlosnih godina. I što dalje gledamo dublje u prošlost u koju zavirujemo. Oko nas je kozmička mikrovalna pozadina, preostala fosilna svjetlost koja se ispuštala kad je svemir bio tek novorođenče - staro samo 270.000 godina, u prošlosti više od 13.8 milijardi godina.
Ta svjetlost dolazi k nama iz dalekih dosega kosmosa, tako udaljenih da nam je to sada nedostupno. A različiti dijelovi tog pozadinskog svjetla jedan su drugome nepristupačni. U prekrasnom fizičkom žargonu regije kozmičke mikrovalne pozadine nisu uzročno povezane. Drugim riječima, da bi jedan dio granica našeg promatranog svemira mogao komunicirati s drugim komadom u posljednjih 13,8 milijardi godina, morali bi slati signale brže od brzine svjetlosti.
Što uopće ne bi bilo veliko ako kozmička mikrovalna pozadina ne bude gotovo savršeno glatka. Dojenačka svemir imao je istu temperaturu na jedan dio u milijun. Kako su se svi toliko koordinirali kada promjene u jednom području nisu imale dovoljno vremena da utječu na druge?
Ravno i usko
Koliko god smo najbolje mogli mjeriti, geometrija našeg svemira čini se savršeno, potpuno, uvijek tako dosadno ravna. Na velikim, kozmičkim mjerilima, paralelne linije zauvijek ostaju paralelne, unutarnji kutovi trokuta dosežu i 180 stupnjeva i tako dalje. Primjenjuju se sva pravila euklidske geometrije koja ste naučili u srednjoj školi.
Ali nema razlog da naš svemir bude ravan. Na velikim je mjestima mogao imati bilo kakvu staru zakrivljenost koju je želio. Naš bi kozmos mogao biti oblikovan poput divovske, višedimenzionalne kugle za plažu ili sedla na kojem će se jahati. Ali, ne, pokupio se ravno. I ne samo malo stan. Kako u današnjem svemiru ne možemo izmjeriti nikakvu zakrivljenost do točno nekoliko posto, mladi svemir mora biti ravan na jedan dio u milionu.
Zašto? Iz svih mogućih izbora zakrivljenosti ne djeluje li gotovo savršeno ravna pomalo sumnjivo? I doista, sumnjamo da postoji razlog za ravnanje i da to nije samo sreća kockica kockica.
Samo jedan pol
Magnetski monopoli su teorijske zvijeri; lomovi u samom prostoru-vremenu koji pokazuju samo jedan od magnetskih stupova - zamislite sjevernu ili južnu česticu koja luta uokolo. (Koliko god ga poznajemo, objekt s magnetskim sjeverom također će imati magnetski jug na drugom kraju.) Prema našim najboljim modelima vrlo ranog svemira (kao u, kad je bio star oko 10-35 sekundi, i ne, to nije tipkano) egzotični postupak trebao je apsolutno preplaviti naš kozmos ovim nastijima.
Ti bi monopoli trebali biti toliko uobičajeni da bi bili normalan dio našeg svakodnevnog kozmološkog života. Pa ipak, nismo vidjeli niti jedan dokaz. Nula. Zilch. Čini se da nijedno monopolno čudovište ne vreba u bočastim vodama mračnog svemira.
Pa kamo su otišli? Trebale su ih proizvesti u obilju baš kao što je naš svemir bio zanimljiv, ali nigdje ih nisu mogli pronaći.
Samo ga učinite velikim
Najbolje rješenje za ove zagonetke je proces zvan inflacija. Ideja je prvo predložena - i skovana! - fizičar Alan Guth 1980. kada je sugerirao da bi isti egzotični postupak koji je preplavio svemir magnetskim monopolima mogao poslati kosmos u razdoblje zapanjujuće brzog širenja.
Zamislite da sam vas okruživao - vaše tijelo, crijeva, mozak, kostur, cijela stvar - u veličini čitavog našeg promatranog svemira. I zamislite da mi je trebalo manje od 10 ^ -32 sekunde da to učinim. To je ozbiljna ekspanzija, i to točno ono što mislimo pod inflacijom. Kad je naš svemir bio nevjerojatno mlad, Guth je to predložio napuhan do takvih gargantuanskih razmjera u manje od treptaja oka.
Za Gutha je to bio najčišći put ka rješenju monopola. Čineći svemir tako promuklim velik, monopoli se jednostavno razrjeđuju. Naš promatrajući flaster svemira samo je jedan maleni kutak cijelog shebanga, a vani je toliko tolike količine da ne bismo trebali očekivati da ćemo naići na monopol, kao ikad.
Ova inflatorna epoha također rješava druga dva nedostatka Velikog praska vanilije. Predinflatorni svemir imao je dovoljno vremena da koordinira i izjednači temperature prije pucanja u mnogo veće stanje, bacivši jednom povezana područja izvan daljnjeg kontakta. I u tako strahovitom ogromnom kosmosu nismo mogli da izmjerimo ravnu geometriju u našem promatranom zakrpu. Kome je stalo što je zakrivljenost cijelog svemira - toliko je velika da će nam se činiti ravnomjernom. Zemlja je zakrivljena, ali moje dvorište je lijepo i ravno, jer je toliko manje od površine našeg planeta. Samo primijenite istu logiku na kozmološke vage i zlatni ste.
Ipak, mehanizmi koji stoje na osnovi inflacije slabo su razumljivi, a kako bi ih se moglo smatrati napola pristojnom znanstvenom teorijom, ona ne može samo objasniti trenutna zapažanja već predvidjeti buduća.
I to će biti priča za drugi dan.
Saznajte više slušajući epizodu "Zašto nam je potrebna kozmička inflacija? (2. dio)" na podcastu Ask a Spaceman, dostupan na iTunes-u i na webu na http://www.askaspaceman.com. Zahvaljujući 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. i @scaredjackel zbog pitanja koja su dovela do ovog djela! Postavite svoje pitanje na Twitteru koristeći #AskASpaceman ili slijedeći Paul @PaulMattSutter i facebook.com/PaulMattSutter. Pratite nas na Twitteru @Spacedotcom i na Facebooku. Izvorni članak na Space.com.
