Następnym razem, gdy zjesz muffinkę jagodową, pomyśl o tym, co stało się z jagodami w cieście podczas pieczenia się słodyczy. Jagody leżały w jednym miejscu, ale gdy bułka się rozszerzyła, zaczęły się od siebie oddalać. Gdybyś mógł stanąć na jednej jagodzie, zobaczyłbyś, jak wszyscy inni odsuwają się od ciebie, ale to samo będzie dotyczyło każdej innej jagody, którą wybierzesz. W tym sensie galaktyki są jak jagody w babeczce.
Od czasu Wielkiego Wybuchu wszechświat nieustannie się rozszerza. Dziwnym faktem jest to, że nie ma jednego miejsca, z którego wszechświat się rozszerza - a raczej wszystkie galaktyki oddalają się (średnio) od innych. Z naszego punktu obserwacyjnego w galaktyce Drogi Mlecznej okaże się, że większość galaktyk oddala się od nas - tak jakbyśmy byli centrum naszego przypominającego bułkę wszechświata. Ale spójrz z dowolnej innej galaktyki, a widok będzie dokładnie taki sam.
Aby jeszcze bardziej zmylić cię, nowe badania sugerują, że tempo, w jakim wszechświat rozszerza się, może być różne w zależności od tego, jak daleko w przeszłość patrzysz. Nowe dane opublikowane w Astrophysical Journal wskazują, że nadszedł czas, aby ponownie przemyśleć nasze rozumienie przestrzeni.
Tajemnica Hubble'a
Kosmolodzy charakteryzują ekspansję wszechświata prostym prawem - prawem Hubble'a (nazwanym na cześć Edwina Hubble'a). Prawo Hubble'a to obserwacja, że bardziej odległe galaktyki oddalają się szybciej. Oznacza to, że pobliskie galaktyki poruszają się stosunkowo wolno.
Zależność między prędkością a odległością do galaktyki określa „stała Hubble'a” - 70 km / s / Mpc. Oznacza to, że galaktyka porusza się około 90 000 km na godzinę na każdy milion lat świetlnych od nas.
Ta ekspansja wszechświata, z pobliskimi galaktykami oddalającymi się wolniej niż odległe galaktyki, jest oczekiwana z równomiernie rozszerzającej się przestrzeni z ciemną energią (niewidzialną siłą, która przyspiesza ekspansję wszechświata) i ciemną materią (nieznana i niewidzialna forma materii, która jest pięć razy większa niż zwykle). To samo można zaobserwować w babeczce z jagodami.
Film promocyjny:
Historia pomiaru stałej Hubble'a jest pełna trudności i nieoczekiwanych objawień. W 1929 roku sam Hubble uważał, że jego wartość powinna być rzędu 600 000 km na godzinę na milion lat świetlnych - około dziesięć razy więcej niż obecnie mierzy. Próby dokładnego zmierzenia stałej Hubble'a na przestrzeni lat doprowadziły do nieumyślnego odkrycia ciemnej energii. Znalezienie informacji o tym tajemniczym rodzaju energii, która stanowi 70% energii we wszechświecie, zainspirowało uruchomienie najlepszego teleskopu kosmicznego na świecie (do tej pory), nazwanego imieniem Hubble'a.
Problem polega na tym, że wyniki dwóch najdokładniejszych pomiarów nie są zgodne i nie korelują ze sobą. Gdy pomiary kosmologiczne stały się tak dokładne, że pokazały wartość stałej Hubble'a, stało się oczywiste, że nie ma to sensu. Zamiast jednego mamy dwa sprzeczne wyniki.
Z jednej strony mamy nowe precyzyjne pomiary kosmicznego mikrofalowego tła - poświaty Wielkiego Wybuchu - wykonane przez misję Planck, która zmierzyła stałą Hubble'a na 67,4 km / s / Mpc.
Z drugiej strony, mamy nowe pomiary pulsujących gwiazd w pobliskich galaktykach, również niezwykle dokładne, które zmierzyły stałą Hubble'a na 73,4 km / s / Mpc. Z czasem są bliżej nas.
Oba te pomiary są poprawne i bardzo dokładne. Rozbieżność między pomiarami wynosi około 500 km na godzinę na milion lat świetlnych, więc kosmolodzy nazywają to „napięciem” między dwoma wymiarami - w pewnym sensie rozciągają statystyki w różnych kierunkach i muszą gdzieś zapaść.
Nowa fizyka?
Jak się zawali? W tej chwili nikt nie wie. Być może nasz model kosmologiczny jest błędny. Można zauważyć, że wszechświat rozszerza się bliżej nas szybciej, niż byśmy się spodziewali, zaczynając od bardziej odległych wymiarów. Pomiary kosmicznego mikrofalowego tła nie mierzą lokalnej ekspansji, ale robią to za pomocą modelu - naszego modelu kosmologicznego. Odniosła ogromny sukces w przewidywaniu i opisywaniu wielu obserwowalnych danych we wszechświecie.
Dlatego chociaż ten model może być błędny, nikt nie wymyślił prostego, przekonującego modelu, który mógłby wyjaśnić zarówno to, jak i wszystko, co obserwujemy. Na przykład moglibyśmy spróbować wyjaśnić to nową teorią grawitacji, ale wtedy inne obserwacje nie pasują. Lub można to wytłumaczyć nową teorią ciemnej materii lub ciemnej energii, ale wtedy inne obserwacje nie będą działać - i tak dalej. Dlatego jeśli to „napięcie” jest związane z nową fizyką, musi być złożone i nieznane.
Mniej interesującym wyjaśnieniem byłyby „nieznane niewiadome” w danych spowodowane przez systematyczne efekty, a dokładniejsza analiza pewnego dnia ujawni subtelny efekt, który został przeoczony. Lub może to być po prostu przypadek statystyczny, który zniknie, gdy zgromadzi się więcej danych.
Obecnie nie jest jasne, jaka kombinacja nowej fizyki, systematycznych efektów lub nowych danych rozwiąże te napięcia, ale na pewno coś stanie się jasne. Obraz wszechświata jako rozszerzającego się ciasta może być błędny, a kosmolodzy muszą wymyślić inny obraz. Jeśli potrzebna jest nowa fizyka, aby wyjaśnić nowe wymiary, to wynik zmieni nasze rozumienie przestrzeni.
Ilya Khel