Úvod
Asi před 13,8 miliardami let vesmír, jak ho známe, začal. Tento okamžik, známý jako Velký třesk, je okamžikem, kdy se samotný prostor rychle začal rozšiřovat. V době Velkého třesku se pozorovatelný vesmír (včetně materiálů pro nejméně 2 biliony galaxií) vešel do prostoru menšího než centimetr. Pozorovatelný vesmír má nyní 93 miliard světelných let a stále se rozšiřuje.
Existuje mnoho otázek o Velkém třesku, zejména o tom, co přišlo před ním (pokud vůbec). Ale vědci vědí některé věci. Přečtěte si o některých z nejvíce ohromujících objevů o začátku všeho.
Vesmír se rozšiřuje
Až do roku 1929 byly počátky vesmíru zcela zahaleny mýtem a teorií. Ale ten rok podnikavý astronom jménem Edwin Hubble objevil na vesmíru něco velmi důležitého, něco, co by otevřelo nové způsoby pochopení jeho minulosti: Celá věc se rozšiřuje.
Hubble objevil změřením něčeho, co se nazývá redshift, což je posun směrem k delším, červeným vlnovým délkám světla, které jsou vidět ve velmi vzdálených galaxiích. (Čím dále je objekt, tím výraznější je červený posun.) Hubble zjistil, že červený posun lineárně rostl se vzdáleností ve vzdálených galaxiích, což naznačuje, že vesmír není stacionární. Rozšiřuje se všude, najednou.
Hubble byl podle NASA schopen vypočítat rychlost tohoto rozšíření, postavu známou jako Hubble Constant. Byl to tento objev, který vědcům umožnil extrapolovat zpět a teoretizovat, že vesmír byl kdysi zabalen do nepatrného bodu. První okamžik své expanze nazvali Velký třesk.
Kosmické mikrovlnné záření na pozadí
V květnu 1964, Arno Penzias a Robert Wilson, vědci z Bell Telephone Laboratories, pracovali na stavbě nového rozhlasového přijímače v New Jersey. Jejich anténa stále zvedala podivné bzučení, které vypadalo, že pochází ze všech stran, pořád. Mysleli si, že to mohou být holubi v zařízení, ale odstranění hnízd nic neudělalo. Ani jejich další pokusy omezit rušení. Nakonec si uvědomili, že berou něco skutečného.
Ukázalo se, že to bylo první světlo vesmíru: kosmické mikrovlnné záření v pozadí. Toto záření pochází z asi 380 000 let po Velkém třesku, kdy se vesmír konečně dostatečně ochladil na to, aby se fotony (vlnové částice, které tvoří světlo) volně pohybovaly. Objev poskytl podporu teorii Velkého třesku a představě, že vesmír se v prvním okamžiku rozšiřoval rychleji než rychlost světla. (Je to proto, že kosmické pozadí je zcela jednotné, což naznačuje plynulé rozšíření všeho najednou z malého bodu.)
Sky mapa
Objev kozmického mikrovlnného pozadí otevřel okno do počátků vesmíru. V roce 1989 NASA vypustila družici s názvem Cosmic Background Explorer (COBE), která měřila drobné variace v pozadí záření. Výsledkem byl „dětský obrázek“ vesmíru, podle NASA, který ukazuje některé z prvních variací hustoty v rozšiřujícím se vesmíru. Tyto drobné variace pravděpodobně vyvolaly vzorec galaxií a prázdný prostor, známý jako kosmická síť galaxií, kterou dnes vidíme ve vesmíru.
Přímý důkaz inflace
Kosmické mikrovlnné pozadí také umožnilo vědcům najít „kuřáckou zbraň“ pro inflaci - tuto masivní a rychlejší expanzi než na světlo, ke které došlo u Velkého třesku. (Ačkoli Einsteinova teorie speciální relativity tvrdí, že nic nejde rychleji než světlo vesmírem, nebylo to porušení; prostor se sám rozšířil.) V roce 2016 fyzikové oznámili, že v některých z nich zjistili určitý druh polarizace nebo směrovosti. kosmické mikrovlnné pozadí. Tato polarizace je známá jako „B-režimy“. Polarizace v režimu B byla vůbec prvním přímým důkazem gravitačních vln z Velkého třesku. Gravitační vlny se vytvářejí, když se masivní objekty ve vesmíru zrychlují nebo zpomalují (první, které byly objeveny, pocházely z kolize dvou černých děr). B-režimy poskytují nový způsob, jak přímo prozkoumat expanzi raného vesmíru - a možná zjistit, co to způsobilo.
Zatím žádné další rozměry
Jedním z důsledků objevu gravitačních vln bylo, že vědcům umožnilo hledat další dimenze nad rámec obvyklých tří. Podle teoretiků by gravitační vlny měly být schopny přejít do neznámých dimenzí, pokud tyto dimenze existují. V říjnu 2017 vědci zjistili gravitační vlny z kolize dvou neutronových hvězd. Měřili dobu, po kterou vlny musely cestovat z hvězd na Zemi, a nenašli žádný důkaz o nějakém mimorozměrném úniku.
Výsledky, zveřejněné v červenci 2018 v Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, naznačují, že pokud existují nějaké jiné dimenze, jsou malé - ovlivnily by oblasti vesmíru o velikosti menší než 1,6 km. To znamená, že teorie strun, která předpokládá, že vesmír je vyroben z malých vibračních řetězců a předpovídá alespoň 10 teensy dimenzí, by mohla být stále pravdivá.
Zrychlení expanze…
Jedním z nejpodivnějších objevů ve fyzice je to, že vesmír se nejen rozšiřuje, ale také se zrychluje.
Objev se datuje do roku 1998, kdy fyzikové oznámili výsledky několika dlouhodobých projektů, které měřily zvláště těžké supernovy nazývané supernovy typu Ia. Výsledky (které získaly vědce Saul Perlmutter, Brian P. Schmidt a Adam G. Reiss, Nobelova cena v roce 2011) odhalili slabší světlo, než se očekávalo, od nejvzdálenějších těchto supernov. Toto slabé světlo ukázalo, že prostor sám se rozšiřuje: Všechno ve vesmíru se postupně vzdaluje od všeho ostatního.
Vědci označují řidiče této expanze za „temnou energii“, tajemného motoru, který by mohl tvořit asi 68% energie ve vesmíru. Tato temná energie se jeví jako zásadní pro vytvoření teorií začátku pozorování vesmíru, které jsou nyní prováděny, jako jsou ty, které vytvořila Wilkinsonova mikrovlnná anizotropní sonda (WMAP), nástroj, který vytvořil nejpřesnější mapu vesmíru. mikrovlnné pozadí ještě.
… Ještě rychleji, než se očekávalo
Nové výsledky z Hubble Telescope, vydané v dubnu 2019, prohloubily hádanku rozšiřujícího se vesmíru. Měření z kosmického dalekohledu ukazují, že expanze vesmíru je o 9% rychlejší, než se očekávalo z předchozích pozorování. U galaxií se podle NASA každých 3,3 milionu světelných let od Země překonává dalších 46 mil za sekundu (74 km za sekundu) rychleji, než se předpovídalo dřívější výpočty.
Proč to záleží na původu vesmíru? Protože fyzikům musí něco chybět. Podle NASA mohly existovat tři oddělené temné energetické „výbuchy“ během Velkého třesku a krátce poté. Tyto výbuchy připravily půdu pro to, co dnes vidíme. První mohl začít počáteční expanzi; vteřina se mohla stát mnohem rychleji a chovat se jako těžká noha přitlačená na plynový pedál vesmíru, což způsobuje, že se vesmír rozšiřuje rychleji, než se dříve myslelo. Poslední výbuch temné energie může vysvětlit zrychlující se expanzi vesmíru dnes.
Nic z toho není prokázáno - zatím. Ale vědci hledají. Vědci z University of Texas v Austinu McDonald Observatory používají nově upgradovaný nástroj, Hobby-Eberly Telescope, aby přímo hledali temnou energii. Projekt, experiment temné energie Hobby-Eberly Telescope (HETDEX), měří slabé světlo z galaxií až do 11 miliard světelných let, což vědcům umožní sledovat jakékoli změny v zrychlení vesmíru v průběhu času. Budou také studovat ozvěny poruch ve 400 000 let starém vesmíru vytvořeném v husté polévce částic, které tvořily všechno hned po Velkém třesku. To také odhalí tajemství expanze a vysvětlí temnou energii, která ji řídila.
