מבט על הבדלי הטמפרטורה ברקע המיקרוגל הקוסמי, שנוצר כאשר הגלקסיה הייתה בת פחות מ -400,000 שנה, נעשתה מתשע שנים של תצפיות ממבחן האיסוטרופיה מיקרוגל במיקרוגל (WMAP).
(תמונה: © נאס"א)
פול סוטר הוא אסטרופיסיקאי מאוניברסיטת אוהיו ומדען הראשי במרכז המדע COSI. סאטר משמש גם כמארח הסרטים "שאלו חלל", "רדיו חלל", ומוביל את AstroTours ברחבי העולם. סאטר תרם מאמר זה לקולות המומחים של Space.com: Op-Ed & Insights.
המודל של המפץ הגדול הוא ההסבר המוצלח ביותר שלנו להיסטוריה של היקום שאנחנו חיים בו, וקל עד כדי גיחוך להכיל את מסגרת הליבה שלו במשפט בודד עם חולצת טריקו: לפני זמן רב, היקום שלנו היה קטן בהרבה. מהאמירה הפשוטה הזו זורמות תחזיות ניתנות לבחינה שאומתו על ידי עשרות שנים של התבוננות. קצב ההתפשטות של היקום. הרקע הקוסמי של המיקרוגל. ייצור האלמנטים הקלים ביותר. ההבדלים בין הגלקסיות הקרובות והרחוקות. כל קווי הראיות העסיסיים ההופכים את הקוסמולוגיה למדע.
אבל יש כמה סוגיות. [היקום: המפץ הגדול עד עכשיו בעשרה שלבים קלים]
מודל המפץ הגדול "וניל", ללא תוספות ותיקונים אחרים, לא יכול להסביר את כל התצפיות.
(VideoProviderTag | jwplayer | uQ0wgEwg | 100% | 100%))
עיניים באופק
אנו יכולים לראות נפח אדיר של שטח גולמי. היקום הנצפה שלנו הוא בקוטר של יותר מ- 90 מיליארד שנות אור. וככל שאנו מסתכלים יותר רחוק אל העבר אנו מציגים. סביבנו נמצא הרקע המיקרוגל הקוסמי, האור המאובני שנשאר כשהיקום היה בקושי בן יומו - רק 270,000 שנה, מעל 13.8 מיליארד שנה בעבר.
האור הזה בא אלינו ממרחקים רחוקים של הקוסמוס, כה רחוק, עד שהוא אינו נגיש לנו כעת. וקטעים שונים של אור רקע זה אינם נגישים זה לזה. בעגה הנפלאה של הפיזיקה, אזורים ברקע המיקרוגל הקוסמי אינם קשורים באופן סיבתי. במילים אחרות, עבור נתח אחד מגבולות היקום הנצפה שלנו לתקשר עם נתח אחר ב -13.8 מיליארד השנים האחרונות, הם היו צריכים לשלוח איתותים יותר מהר ממהירות האור.
וזה בכלל לא עניין גדול אם הרקע המיקרוגל הקוסמי לא היה חלק לחלוטין לחלוטין. ליקום התינוקות הייתה אותה טמפרטורה לחלק אחד במיליון. איך כולם היו מתואמים כל כך כששינויים באזור אחד לא הספיקו זמן להשפיע על אחרים?
ישר וצר
כמיטב יכולתנו למדוד, הגיאומטריה של היקום שלנו נראית שטוחה לחלוטין, לחלוטין, כל כך משעממת. במאזניים גדולים וקוסמיים, קווים מקבילים נשארים מקבילים לנצח, זוויות פנים של משולשים מסתכמות ב -180 מעלות וכן הלאה. כל כללי הגאומטריה האוקלידית שלמדת בתיכון חלים.
אבל אין סיבה כדי שהיקום שלנו יהיה שטוח. בקנה מידה גדול זה יכול היה לקבל כל עקמומיות ישנה שהיא רצתה. הקוסמוס שלנו יכול היה להיות מעוצב כמו כדור חוף ענק, רב ממדי, או אוכף לרכיבה על סוסים. אבל, לא, זה התפשט. ולא סתם שטוח. כדי שנוכל למדוד שום עקמומיות בדיוק של אחוזים בודדים ביקום של ימינו, הקוסמוס הצעיר בוודאי היה שטוח לחלק אחד במיליון.
למה? מבין כל הבחירות האפשריות לעקמומיות, האם די שטוח לגמרי לא נראה קצת חשדן? ואכן, אנו חושדים שיש סיבה למשטחות, וזה לא רק גליל הקוביות.
רק עמוד אחד
מונופולים מגנטיים הם בהמות תיאורטיות; שברים בזמן המרחב עצמו המציגים רק את אחד הקטבים המגנטיים - דמיינו חלקיק צפוני או דרום-קוטבי שמשוטט בבודדו. (כמו שידוע לנו, לאובייקט עם צפון מגנטי יהיה גם דרום מגנטי בקצה השני.) על פי מיטב המודלים שלנו של היקום המוקדם ביותר (כמו למשל, כשהיה בן 10-35 שניות בערך, ולא, זה לא שגיאת הקלדה) התהליך האקזוטי היה אמור להציף את הקוסמוס שלנו באופן מוחלט בקומיות האלה.
מונופולים אלה צריכים להיות כה נפוצים שהם יהיו חלק נורמלי מחיינו הקוסמולוגיים היומיומיים. ובכל זאת, לא ראינו עדויות לכך. אפס. זילץ '. נראה כי שום מפלצות מונופול אינן אורבות במים הבלמים של היקום האפל.
אז לאן הם הלכו? הם היו צריכים להיות מיוצרים בשפע בדיוק כמו שהיקום שלנו נהיה מעניין, אך הם לא נמצאים בשום מקום.
פשוט תעשה את זה בגדול
הפיתרון הטוב ביותר שיש לנו למגבלות אלה הוא תהליך שנקרא אינפלציה. הרעיון הוצע לראשונה - וטבע! מאת הפיזיקאי אלן גוט בשנת 1980 כשהציע שאותו תהליך אקזוטי שהציף את היקום במונופולים מגנטיים יכול היה לשלוח את הקוסמוס לתקופה של התפשטות מהירה.
תאר לעצמך אם הייתי מבלבלת אותך - גופך, מעיים, מוח, שלד, כל העסקה - עד לגודל היקום הנצפה כולו שלנו. ותאר לעצמך שלקח לי פחות מ 10 ^ -32 שניות לעשות את זה. זו איזושהי התרחבות רצינית, ובדיוק כוונתנו באינפלציה. כשהיקום שלנו היה צעיר להפליא, הציע גוט מנופח לסולמות ענקיים כאלה בפחות כהרף עין.
מבחינת גוט, זה היה הדרך הנקייה ביותר לפיתרון בעיית המונופול. בכך שהיקום כל כך משעמם גדולהמונופולים פשוט מדוללים. התיקון הצפוי שלנו של היקום הוא רק פינה אחת זעירה של כל השיבנג, ויש שם כל כך הרבה נפח שאסור לנו לצפות להיתקל במונופול כמו תמיד.
התקופה האינפלציונית הזו פותרת גם את שני החסרונות האחרים של המפץ הגדול וניל. ביקום הקדם-אינפלציוני היה זמן רב לתאם ולהשוות טמפרטורות לפני שנכנס למצב גדול בהרבה, והטיל אזורים המחוברים פעם אחת מחוץ למגע נוסף. ובקוסמוס כה עצום, לא יכולנו שלא למדוד גיאומטריה שטוחה במדויק הנצפה שלנו. למי אכפת מה העקמומיות של היקום כולו - הוא כל כך גדול שהוא ייראה לנו שטוח. כדור הארץ מעוקל, אבל החצר האחורית שלי נחמדה ושטוחה, מכיוון שהיא כל כך קטנה משטח כדור הארץ שלנו. פשוט השתמש באותו היגיון על סולמות קוסמולוגיים ואתם זהובים.
עם זאת, המנגנונים העומדים בבסיס האינפלציה מובנים בצורה גרועה, וכדי להיחשב כתיאוריה מדעית הגונה באמצע הדרך, היא לא יכולה רק להסביר את התצפיות הנוכחיות אלא לבחון תחזיות לעתיד.
וזה יהיה הסיפור ליום אחר.
למידע נוסף על ידי האזנה לפרק "מדוע אנו זקוקים לאינפלציה קוסמית? (חלק ב ')" בפודקאסט Ask a Spaceman, זמין ב- iTunes ובאינטרנט בכתובת http://www.askaspaceman.com. תודה למסימיליאנו ס., לורנצו ב., @ ZachCoty, פיט א ', כריסטיאן וו., @ Up_raw, ויקי ק., תומאס, בנדה סי., סטיב ס., אוון וו., אנדרו פ., @ מארק ריפ, @ Luft08, @kazoukis, Gordon M., Jim W., Cosmic Wakes, Floren H., גבי P., Amanda Z., ו- @ scaredjackel לשאלות שהובילו ליצירה הזו! שאל את השאלה שלך בטוויטר באמצעות #AskASpaceman או על ידי עקוב אחר פול @PaulMattSutter ו- facebook.com/PaulMattSutter. עקבו אחרינו בטוויטר @ Spacedotcom ובפייסבוק. מאמר מקורי באתר Space.com.
