Pohled na teplotní rozdíly v kosmickém mikrovlnném pozadí, které vznikly v době, kdy byla galaxie stará méně než 400 000 let, byl proveden z devíti let pozorování z Wilkinsonovy mikrovlnné anizotropní sondy (WMAP).
(Obrázek: © NASA)
Paul Sutter je astrofyzik na Státní univerzitě v Ohiu a hlavní vědec ve vědeckém centru COSI. Sutter je také hostitelem „Ask a Spaceman“, „Space Radio“ a vede AstroTours po celém světě. Sutter přispěl tímto článkem do expertních hlasů Space.com: Op-Ed & Insights.
Model Big Bang je naším nejúspěšnějším vysvětlením historie vesmíru, ve kterém žijeme, a je směšně snadné zapouzdřit svůj základní rámec do jediné věty s tričkem: Už dávno byl náš vesmír mnohem menší. Z tohoto jednoduchého prohlášení plynou hlavní testovatelné předpovědi, které byly ověřeny desetiletími pozorování. Míra expanze vesmíru. Kosmické mikrovlnné pozadí. Výroba nejlehčích prvků. Rozdíly mezi blízkými a vzdálenými galaxiemi. Všechny šťavnaté linie důkazů, díky kterým je kosmologie vědou.
Ale jsou tu nějaké problémy. [Vesmír: Velký třesk nyní v 10 snadných krocích]
Model „vanilla“ Big Bang, bez jakýchkoli dalších doplnění nebo úprav, nemůže vysvětlit všechna pozorování.
(VideoProviderTag | jwplayer | uQ0wgEwg | 100% | 100%))
Oči na obzoru
Vidíme ohromný objem surového prostoru. Náš pozorovatelný vesmír má průměr více než 90 miliard světelných let. A dále se podíváme hlouběji do minulosti, kterou sledujeme. Obklopuje nás kosmické mikrovlnné pozadí, zbytkové fosilní světlo uvolněné, když byl vesmír stěží novorozenec - jen 270 000 let starý, v minulosti přes 13,8 miliard let.
Toto světlo k nám přichází ze vzdálených sfér kosmu, tak vzdálené, že je pro nás nyní nepřístupné. A různé části tohoto pozadí světla jsou vzájemně nedostupné. V nádherném žargonu fyziky nejsou oblasti kosmického mikrovlnného pozadí příčinně spojeny. Jinými slovy, aby jeden kus hranic našeho pozorovatelného vesmíru komunikoval s jiným kusem za posledních 13,8 miliard let, museli by vysílat signály rychleji než rychlost světla.
Což by nebylo vůbec nic, kdyby vesmírné mikrovlnné pozadí nebylo téměř dokonale hladké. Kojenecký vesmír měl stejnou teplotu na jednu část v milionu. Jak se všichni dostali tak dobře koordinovaní, když změny v jedné oblasti neměly dost času na to, aby ovlivnily ostatní?
Rovný a úzký
Jak nejlépe dokážeme měřit, zdá se, že geometrie našeho vesmíru je dokonale, úplně, vždy tak nudná. Na velkých kosmických stupnicích zůstávají rovnoběžné čáry navždy paralelní, vnitřní úhly trojúhelníků se zvyšují až o 180 stupňů atd. Platí všechna pravidla euklidovské geometrie, která jste se naučili na střední škole.
Ale není důvod aby byl náš vesmír plochý. Ve velkém měřítku mohla mít jakoukoli starou zakřivení, jaké chtěla. Náš vesmír mohl být ve tvaru obřího, vícerozměrného plážového míče nebo sedla na koni. Ale ne, vybralo to byt. A ne jen trochu byt. Abychom v současném vesmíru neměřili žádné zakřivení s přesností na několik procent, musel být mladý vesmír rovný jedné části milionu.
Proč? Nevypadá ze všech možných možností zakřivení téměř dokonale plochý trochu podezřelý? A opravdu máme podezření, že existuje důvod pro rovinnost, a nejedná se pouze o štěstí v kostce.
Jen jeden pól
Magnetické monopoly jsou teoretická zvířata; zlomeniny v samotném časoprostoru, které vykazují pouze jeden z magnetických pólů - představte si, že se částice severně nebo jižně poleduje po svém osamělém pohybu. (Ať už to víme, objekt s magnetickým severem bude mít také magnetický jih na druhém konci.) Podle našich nejlepších modelů nesmírně raného vesmíru (jako v době, kdy to bylo asi 10 ^ -35 sekund, a ne, to není překlep) exotický proces by měl absolutně zaplavit náš vesmír těmito nastiemi.
Tyto monopoly by měly být tak běžné, že by byly normální součástí našeho každodenního kosmologického života. A přesto jsme neviděli důkazy pro jediný. Nula. Zilch. Zdá se, že se v brakických vodách temného vesmíru necítí žádná monopole.
Kam tedy šli? Měli být vyrobeni v hojném množství, stejně jako náš vesmír byl zajímavý, ale nikde nenajdeme.
Jen to udělej velký
Nejlepší řešení těchto hlavolamů je proces zvaný inflace. Myšlenka byla poprvé navržena - a razena! - fyzikem Alanem Guthem v roce 1980, kdy navrhl, že stejný exotický proces, který zaplavil vesmír magnetickými monopoly, by mohl vesmír poslat do období ohromně rychlé expanze.
Představte si, že jsem vás balónek - vaše tělo, vnitřnosti, mozek, kostru, celou dohodu - do velikosti našeho celého pozorovatelného vesmíru. A představte si, že mi to trvalo méně než 10 ^ -32 sekund. To je nějaká vážná expanze a přesně to, co myslíme inflací. Když byl náš vesmír neuvěřitelně mladý, navrhla to Guth nafouknutý na takové gargantuánské šupiny za méně než mrknutí oka.
Pro Guth to byla nejčistší cesta k vyřešení problému monopolů. Tím, že je vesmír tak zatracený velký, monopoly se jednoduše zředí. Naše pozorovatelná skvrna vesmíru je jen jedním malým rohem celého shebangu a tam je jen tolik svazku, že bychom neměli očekávat, že narazíme na monopol, jako vždy.
Tato inflační epocha také řeší další dva nedostatky vanilkového Velkého třesku. Předinflační vesmír měl spoustu času na koordinaci a vyrovnávání teplot, než se dostal do mnohem většího stavu a odhodil jednou připojené oblasti mimo další kontakt. A v tak ohromně velkém vesmíru jsme si nemohli pomoci, ale změřili by se nám plochá geometrie v naší pozorovatelné záplatě. Koho zajímá, jaké je zakřivení celého vesmíru - je tak velké, že se nám bude zdát ploché. Země je zakřivená, ale můj dvorek je pěkný a plochý, protože je mnohem menší než povrch naší planety. Použijte stejnou logiku na kosmologické váhy a jste zlatí.
Mechanismy, na nichž je inflace založena, jsou stále špatně pochopeny, a aby mohly být považovány za půvabnou vědeckou teorii, nemohou pouze vysvětlit současná pozorování, ale vytvářet předpovědi pro budoucí.
A to bude příběh na další den.
Více se dozvíte poslechem epizody „Proč potřebujeme kosmickou inflaci? (Část 2)“ na podcastu Spaceman Spaceman, který je k dispozici na iTunes a na webu http://www.askaspaceman.com. Díky Massimiliano S., Lorenzo B., @ ZachCoty, Pete E., Christian W., @up_raw, Vicki K., Thomasovi, Bandovi C., Steve S., Evan W., Andrew P., @ MarkRiepe, @ Luft08, @kazoukis, Gordon M., Jim W., Cosmic Wakes, Floren H., Gabi P., Amanda Z. a @scaredjackel za otázky, které vedly k tomuto dílu! Zeptejte se na Twitteru pomocí #AskASpaceman nebo sledujte Paul @PaulMattSutter a facebook.com/PaulMattSutter. Sledujte nás na Twitteru @ Spacedotcom a na Facebooku. Původní článek na webu Space.com.
