Представление о разнице температур космического микроволнового фона, созданного, когда галактике было менее 400 000 лет, получено из девятилетних наблюдений с помощью микроволнового зонд анизотропии Уилкинсона (WMAP).
(Изображение: © NASA)
Пол Саттер - астрофизик в Университете штата Огайо и главный научный сотрудник научного центра COSI. Саттер также является ведущим «Спроси космонавта», «Космическое радио» и возглавляет AstroTours по всему миру. Саттер опубликовал эту статью для «Экспертных голосов» Space.com: Op-Ed & Insights.
Модель Большого взрыва - это наше самое успешное объяснение истории вселенной, в которой мы живем, и смехотворно легко заключить ее основную структуру в одно предложение с футболкой: давным-давно наша вселенная была намного меньше. Из этого простого утверждения вытекают основные проверяемые прогнозы, которые были подтверждены десятилетиями наблюдений. Скорость расширения вселенной. Космический микроволновый фон. Производство самых легких элементов. Различия между ближними и дальними галактиками. Все сочные свидетельства, которые делают космологию наукой.
Но есть некоторые проблемы. [Вселенная: большой взрыв в 10 простых шагах]
«Ванильная» модель Большого взрыва, без каких-либо других дополнений или поправок, не может объяснить все наблюдения.
(VideoProviderTag | jwplayer | uQ0wgEwg | 100% | 100%))
Глаза на горизонте
Мы можем видеть огромный объем необработанного пространства. Наша наблюдаемая вселенная имеет диаметр более 90 миллиардов световых лет. И чем дальше мы смотрим, тем глубже заглядываем в прошлое. Окружающий нас космический микроволновый фон - остатки ископаемого света, испущенного, когда Вселенная едва родилась - ей всего 270 000 лет, что в прошлом было более 13,8 миллиардов лет.
Этот свет приходит к нам из дальних уголков космоса, настолько далеких, что теперь он нам недоступен. И различные участки этого фонового света недоступны друг для друга. В прекрасном физическом жаргоне области космического микроволнового фона не имеют причинной связи. Другими словами, для того, чтобы одна часть границ нашей наблюдаемой вселенной за последние 13,8 миллиардов лет могла общаться с другой частью, им пришлось бы посылать сигналы быстрее скорости света.
Что было бы не страшно, если бы космический микроволновый фон не был почти идеально гладким. Детская вселенная имела такую же температуру, что и одна часть на миллион. Как все были так хорошо скоординированы, когда изменения в одной области не имели достаточно времени, чтобы повлиять на другие?
Прямо и узко
Насколько мы можем измерить, геометрия нашей вселенной кажется совершенно, совершенно, очень скучной. На больших космических масштабах параллельные линии всегда остаются параллельными, внутренние углы треугольников составляют до 180 градусов и так далее. Применяются все правила евклидовой геометрии, которые вы изучали в старшей школе.
Но нет причина чтобы наша вселенная была плоской. В больших масштабах он мог иметь любую старую кривизну, какую хотел. Наш космос мог иметь форму гигантского многомерного пляжного мяча или седла для верховой езды. Но нет, это выбрано. И не просто немного плоский. Чтобы мы не могли измерить кривизну с точностью до нескольких процентов в современной вселенной, молодой космос должен был быть плоским до одной части на миллион.
Почему? Из всех возможных вариантов искривления разве почти идеально плоская не кажется немного подозрительной? И действительно, мы подозреваем, что есть причина для плоскостности, и это не просто счастливый бросок костей.
Только один полюс
Магнитные монополи - теоретические звери; трещины в самом пространстве-времени, которые имеют только один из магнитных полюсов - представьте себе, как частица с северным или южным полюсом блуждает в своем одиноком месте. (Что бы мы ни знали, у объекта с магнитным севером также будет магнитный юг на другом конце.) Согласно нашим лучшим моделям чрезвычайно ранней вселенной (например, когда ей было около 10 -35 секунд, и нет, это не опечатка) экзотический процесс должен был абсолютно затопить наш космос этими гадостями.
Эти монополи должны быть настолько распространенными, чтобы они были нормальной частью нашей повседневной космологической жизни. И тем не менее, мы не видели ни одного доказательства. Нуль. Шиш. Никакие монопольные монстры не прячутся в солоноватых водах темной вселенной.
Так куда они делись? Они должны были быть изготовлены в изобилии так же, как наша вселенная становилась интересной, но их нигде нет.
Просто сделай это большим
Лучшее решение этих загадок - это процесс, называемый инфляцией. Идея была впервые предложена - и придумана! - физиком Аланом Гутом в 1980 году, когда он предположил, что тот же самый экзотический процесс, который затопил вселенную магнитными монополями, мог отправить космос в период ошеломительно быстрого расширения.
Представьте себе, если бы я раздувал вас - ваше тело, кишки, мозг, скелет, все дело - до размеров всей нашей наблюдаемой вселенной. И представьте, что на это у меня ушло менее 10 ^ -32 секунд. Это серьезное расширение, и именно это мы подразумеваем под инфляцией. Гут предположил, что когда наша вселенная была невероятно молода, раздутое к таким гигантским масштабам меньше, чем мгновение ока.
Для Гута это был самый чистый путь решения монопольной проблемы. Делая вселенную так чертовски большойМонополи просто разбавляются. Наш наблюдаемый участок Вселенной - это всего лишь один крошечный угол всего Шебанга, и там так много объема, что мы не должны ожидать, что столкнемся с монополем, как когда-либо.
Эта инфляционная эпоха также решает два других недостатка ванильного Большого взрыва. Прединфляционная вселенная имела достаточно времени, чтобы координировать и выравнивать температуры, прежде чем перейти в гораздо большее состояние, выбрасывая некогда связанные области за пределы дальнейшего контакта. И в таком огромном космосе мы не могли не измерить плоскую геометрию в нашем наблюдаемом участке. Кого волнует, какова кривизна всей вселенной - она настолько велика, что нам она покажется плоской. Земля изогнута, но мой двор красивый и ровный, потому что он намного меньше поверхности нашей планеты. Просто примените ту же логику к космологическим шкалам, и вы станете золотым.
Тем не менее, механизмы, лежащие в основе инфляции, плохо изучены, и для того, чтобы считаться наполовину приличной научной теорией, она не может просто объяснить текущие наблюдения, но и сделать прогнозы для будущих.
И это будет история для другого дня.
Узнайте больше, прослушав эпизод «Зачем нам космическая инфляция? (Часть 2)» в подкасте «Спросите космонавта», доступном в iTunes и в Интернете по адресу http://www.askaspaceman.com. Спасибо Массимилиано С., Лоренцо Б., @ZachCoty, Пит Э., Кристиан В., @up_raw, Вики К., Томас, Банда С., Стив С., Эван В., Эндрю П., @MarkRiepe, @ Luft08, @kazoukis, Гордон М., Джим В., Космический Уэйкс, Флорен Х., Габи П., Аманда З. и @scaredjackel за вопросы, которые привели к этой части! Задайте свой вопрос в Твиттере, используя #AskASpaceman или следуя указаниям Пола @PaulMattSutter и facebook.com/PaulMattSutter. Следите за нами в Твиттере @Spacedotcom и в Facebook. Оригинальная статья на Space.com.
