Uvod
Prije otprilike 13,8 milijardi godina, svemir je, kako znamo, počeo. Ovaj trenutak, poznat kao Veliki prasak, je kada se sam prostor brzo počeo širiti. U vrijeme Velikog praska, svemir koji se može promatrati (uključujući materijale za najmanje 2 trilijuna galaksija) uklapao se u prostor manji od centimetra. Sada, promatrani svemir prolazi 93 milijarde svjetlosnih godina i još uvijek se širi.
Mnogo je pitanja o Velikom prasku, posebno o onome što je bilo prije njega (ako ništa drugo). Ali znanstvenici znaju neke stvari. Pročitajte nekoliko najnezaboravnijih otkrića o početku svega.
Svemir se širi
Do 1929. godine, podrijetlo svemira bilo je u potpunosti obavijeno mitom i teorijom. Ali te godine poduzetni astronom po imenu Edwin Hubble otkrio je nešto vrlo važno o svemiru, nešto što bi otvorilo nove načine razumijevanja njegove prošlosti: Cijela se stvar širi.
Hubble je svoje otkriće napravio mjerenjem nečega što se naziva crveno pomicanje, a to je pomak prema većim, crvenim talasnim duljinama svjetlosti koje se vide u vrlo dalekim galaksijama. (Što je objekt udaljeniji, to je crveni pomak izraženiji.) Hubble je otkrio da se crveno pomicanje linearno povećava s daljinom u dalekim galaksijama, što ukazuje da svemir nije nepomičan. Širi se, svugdje, i sve odjednom.
Hubble je mogao izračunati brzinu ove ekspanzije, što je broj poznat kao Hubble Constant, prenosi NASA. To je otkriće omogućilo znanstvenicima da ekstrapoliraju leđa i teoretiziraju da je svemir jednom bio pakiran u malu točku. Prvi trenutak širenja nazvali su Velikim praskom.
Kozmičko mikrovalno pozadinsko zračenje
U svibnju 1964., Arno Penzias i Robert Wilson, istraživači iz Bell Telephone Laboratories, radili su na izgradnji novog radio prijamnika u New Jerseyju. Njihova je antena neprestano skupljala neobično zujanje koje kao da dolazi odasvud, stalno. Mislili su da su to golubovi u opremi, ali uklanjanje gnijezda nije učinilo ništa. Ni njihovi drugi pokušaji smanjenja smetnji. Napokon su shvatili da hvataju nešto stvarno.
Pokazalo se da je ono što su otkrili, prvo svjetlo svemira: kozmičko mikrovalno pozadinsko zračenje. Ovo zračenje datira otprilike 380.000 godina nakon Velikog praska, kada se svemir napokon ohladio da fotoni (čestice slične valovima, koje čine svjetlost) mogu slobodno putovati. Otkriće je davalo potporu teoriji Velikog praska i pojmu da se svemir u svom prvom trenutku širio brže od brzine svjetlosti. (To je zato što je kozmička pozadina prilično ujednačena, što sugerira glatko širenje svega odjednom od male točke.)
Karta neba
Otkriće kozmičke pozadine mikrovalne pećnice otvorilo je prozor u podrijetlo svemira. 1989. NASA je lansirala satelit zvan Cosmic Background Explorer (COBE), koji je mjerio sitne varijacije u pozadinskom zračenju. Rezultat je bila "dječja slika" svemira, prema NASA-i, koja pokazuje neke od prvih promjena gustoće u svemiru koji se širi. Te sitne varijacije vjerojatno su stvorile uzorak galaksija i prazan prostor, poznat kao kozmička mreža galaksija, koji danas vidimo u svemiru.
Izravni dokazi o inflaciji
Kozmička mikrovalna pozadina također je omogućila istraživačima da pronađu "pušku za pušenje" zbog inflacije - onu masivnu, bržu ekspanziju koja se događa brže od svjetla koja se dogodila na Velikom prasku. (Iako Einsteinova teorija posebne relativnosti drži da ništa ne ide brže od svjetlosti kroz svemir, to nije kršenje; sam prostor se proširio.) Godine 2016, fizičari su objavili da su u nekim od njih otkrili određenu vrstu polarizacije ili usmjerenosti kozmička mikrovalna pozadina. Ova polarizacija je poznata kao "B-načini". Polarizacija u načinu B bila je prvi izravni dokaz gravitacijskih valova iz Velikog praska. Gravitacijski valovi nastaju kada se masivni predmeti u svemiru ubrzavaju ili usporavaju (prvi koji je ikada otkriven potječe od sudara dviju crnih rupa). B-načini pružaju novi način za izravno ispitivanje ranog širenja svemira - i možda shvatiti što ga je pokrenulo.
Do sada nema dodatnih dimenzija
Jedna posljedica otkrića gravitacijskog vala bila je ta što je omogućilo znanstvenicima da traže dodatne dimenzije, izvan uobičajenih triju. Prema teoretičarima, gravitacijski valovi trebali bi biti u mogućnosti prijeći u nepoznate dimenzije, ako te dimenzije postoje. U listopadu 2017. znanstvenici su otkrili gravitacijske valove od sudara dviju neutronskih zvijezda. Izmjerili su vrijeme potrebno valovima za putovanje od zvijezda do Zemlje i nisu pronašli nikakve dokaze o nekomdimenzionalnom propuštanju.
Rezultati, objavljeni u srpnju 2018. u časopisu Cosmology and Astroparticle Physics, sugeriraju da ako postoje bilo koje druge dimenzije, one su malene - one bi utjecale na područja svemira manja od 1,6 kilometara. To znači da bi teorija struna, koja kaže da je svemir napravljen od sićušnih vibrirajućih struna i predviđa barem 10 tinejdžerskih dimenzija, još uvijek mogla biti istinita.
Proširenje se ubrzava ...
Jedno od najčudnijih otkrića u fizici je da se svemir ne samo širi, već se širi ubrzavanjem.
Otkriće datira iz 1998. godine kada su fizičari objavili rezultate nekoliko dugotrajnih projekata koji su mjerili posebno teške supernove nazvane supernove tipa Ia. Rezultati (koji su osvojili istraživače Saul Perlmutter, Brian P. Schmidt i Adam G. Reiss Nobelovu nagradu za 2011.) pokazali su slabije svjetlo nego što se očekivalo od najudaljenije ove supernove. Ovo slabo svjetlo pokazalo je da se sam prostor širi: Sve se u svemiru postupno udaljava od svega ostalog.
Znanstvenici pokretač ovog širenja nazivaju "tamnom energijom", misterioznim motorom koji bi mogao činiti oko 68% energije u svemiru. Čini se da je ova tamna energija presudna za usklađivanje teorija o početku svemira koja se provode sada, poput onih koje je napravila NASA-ova Wilkinson mikrovalna anizotropna sonda (WMAP), instrument koji je stvorio najprecizniju kartu kozmičke struje mikrovalna pozadina još.
... Čak i brže od očekivanog
Novi rezultati teleskopa Hubble, objavljeni u travnju 2019., produbili su zagonetku svemira koji se širi. Mjerenja iz svemirskog teleskopa pokazuju da je širenje svemira 9% brže od očekivanog u prethodnim opažanjima. Za galaksije svaka 3,3 milijuna svjetlosnih godina od Zemlje znači dodatnih 46 milja u sekundi (74 km u sekundi) brže nego što su predviđali raniji proračuni.
Zašto je to važno za podrijetlo svemira? Jer fizičarima mora nešto nedostajati. Prema NASA-i, možda su postojale tri odvojene tamne energije tijekom "Velikog praska" i ubrzo nakon toga. Ovi pragovi postavili su pozornicu onome što danas vidimo. Prvi je možda započeo početno širenje; sekunda se možda dogodila mnogo brže, djelujući poput teške noge pritisnute na svemirsku papučicu za plin, zbog čega se svemir proširio brže nego što se prije vjerovalo. Konačno pucanje tamne energije može objasniti ubrzano širenje svemira danas.
Ništa od ovoga nije dokazano - još. Ali znanstvenici traže. Istraživači Sveučilišta u Teksasu u Austin McDonald Observatory koriste novouređeni instrument, teleskop Hobby-Eberly, kako bi izravno tražili tamnu energiju. Projektom, eksperimentom s tamnom energijom Hobby-Eberly teleskop (HETDEX), mjeri se slabašno svjetlo iz galaksija sve do 11 milijardi svjetlosnih godina, što će omogućiti istraživačima da vide bilo kakve promjene u ubrzanju svemira tijekom vremena. Oni će također proučavati odjeke poremećaja u 400 000 godina starom svemiru, stvorenim u gustom juhu čestica koje su činile sve odmah nakon Velikog praska. Ovo će također otkriti tajne širenja i objasniti tamnu energiju koja ga je pokrenula.
