po tisíce let lidé sledovali hvězdy a přemýšleli, jak vznikl vesmír. Teprve v letech první světové války však vědci vyvinuli první observační nástroje a teoretické nástroje k transformaci těchto velkých otázek do přesného studijního oboru: kosmologie.,
„myslím si, že kosmologie jako jeden z nejstarších předmětů lidského zájmu, ale jako jeden z nejmladších věd,“ řekl Paul Steinhardt, kosmolog na Univerzitě v Princetonu, který studuje, zda čas má začátek.
kosmologie ve zkratce studuje vesmír jako jednu entitu, spíše než samostatně analyzovat hvězdy, černé díry a galaxie, které ji vyplňují. Toto pole klade velké otázky: Odkud pochází vesmír? Proč má hvězdy, galaxie a hvězdokupy galaxií? Co bude dál?, „Kosmologie se pokouší vytvořit velmi rozsáhlý obraz o povaze vesmíru,“ řekl glennys Farrar, částicový fyzik na New York University.
Protože tato disciplína se potýká s mnoha jevy, od částic ve vakuu, aby tkanině prostoru a času, kosmologie čerpá z mnoha oborů, včetně astronomie, astrofyziky a stále více částicové fyziky.
„Kosmologie má části, které jsou plně ve fyzice, části, které jsou plně v astrofyzice, a části, které jdou tam a zpět,“ řekl Steinhardt. „To je součást vzrušení.,“
historie historie vesmíru
interdisciplinární povaha pole pomáhá vysvětlit jeho poměrně pozdní začátek. Naše moderní obraz vesmíru začala teprve v roce 1920, krátce poté, co Albert Einstein vyvinul teorii obecné relativity, matematické rámec, který popisuje gravitaci jako důsledek ohýbání prostoru a času.
“ než pochopíte povahu gravitace, nemůžete opravdu vytvořit teorii, proč jsou věci tak, jak jsou,“ řekl Steinhardt., Jiné síly mají větší vliv na částice, ale gravitace je hlavním hráčem v aréně planet, hvězd a galaxií. Isaac Newtonův popis gravitace často funguje i v této oblasti, ale zachází s prostorem (a časem) jako s pevným a neměnným pozadím, na kterém se měří události. Einsteinova práce ukázala, že samotný prostor se může rozpínat a smršťovat, řazení vesmíru z jeviště herec a jeho uvedení do boje jako dynamický objekt pro studium.,
V polovině-1920, astronom Edwin Hubble pozorování z nedávno postavený 100 palců (254 cm) Hooker telescope na Observatoři Mount Wilson v Kalifornii. Pokoušel se urovnat debatu o umístění určitých mraků ve vesmíru, které mohli astronomové vidět. Hubble dokázal, že tyto “ mlhoviny „nebyly malé, místní mraky, ale místo toho byly obrovské, vzdálené hvězdokupy podobné naší vlastní Mléčné dráze — „ostrovní vesmíry“ v jazyce té doby. Dnes jim říkáme galaxie a víme, že se pohybují v bilionech.,
největší otřesy v kosmické perspektivě teprve přišly. Hubble je práce v roce 1920 navrhl, že galaxie v každém směru se vzdaluje od nás, což vyvolalo desetiletí další diskusi. Případné měření kosmického mikrovlnného pozadí (CMB) — světlo, které zbyly z vesmíru v raném věku a od té doby protáhl do mikrovlnné trouby — v roce 1960 se ukázalo, že realita odpovídá jedné z možností navrhl obecné teorie relativity: Počáteční malé a horké, vesmír byl stále větší a chladnější od té doby., Koncept se stal známým jako Teorie velkého třesku a otřásl kosmology, protože to znamenalo, že i vesmír může mít začátek a konec.
ale alespoň ti astronomové mohli vidět pohyb galaxií ve svých dalekohledech., Jedním z nejvíce seismických posunů kosmologie, řekl Farrar, je myšlenka, že drtivá většina věcí tam venku je vyrobena z něčeho jiného, něco zcela neviditelného. Materiál, který můžeme vidět, činí o něco více než kosmická chyba zaokrouhlování-pouze asi 5% všeho ve vesmíru.
první obyvatel ostatních 95% vesmíru, co přišel být nazýván „temný sektor,“ zvedá hlavu v roce 1970. Tehdy, astronom Vera Rubin uvědomil, že galaxie byly pinwheeling kolem tak rychle, že by měli točit samy od sebe., Farrar řekl, že věci, které udržují galaxie pohromadě, musí být pro fyziky něco zcela neznámého, něco, co — kromě gravitačního tahu-zcela ignoruje obyčejnou hmotu a světlo. Pozdější mapování odhalilo, že galaxie, které vidíme, jsou prostě jádra ve středu kolosálních sfér „temné hmoty“. Vlákna viditelné hmoty, která se táhnou po vesmíru, visí na tmavém rámu, který převažuje nad viditelnými částicemi pět ku jedné.,
Hubble Space Telescope pak odhalili známky nečekané různé energie, které se kosmologů si nyní říci, účty pro zbývajících 70% vesmíru poté, což představuje temná hmota (25%) a viditelné oblasti (5%) — v roce 1990, kdy je taktovaný rozpínání vesmíru jako urychlení, jako splašený vlak. „Temná energie“, možná druh energie vlastní samotnému prostoru, tlačí vesmír od sebe rychleji, než gravitace může nakreslit vesmír dohromady., V bilion let, astronomové vlevo v Mléčné dráze se ocitnou v opravdové ostrov vesmír, zahalená temnotou.
„jsme v přechodném bodě v historii vesmíru, odkud dominuje hmota tam, kde dominuje nová forma energie,“ řekl Steinhardt. „Temná hmota určovala naši minulost. Temná energie určí naši budoucnost.“
Moderní a budoucí kosmologie
Současné kosmologie balíčky těchto mezník objevy do své vrcholné dílo, Lambda-CDM model., Někdy se nazývá standardní model kosmologie, tento svazek rovnic popisuje vesmír od jeho první sekundy kupředu. Model předpokládá určité množství temné energie (lambda, pro jeho reprezentaci v obecné relativity) a chladná temná hmota (CDM) a dělá podobné dohady o množství viditelné hmoty, tvar vesmíru a další vlastnosti, to vše určuje experimentů a pozorování.
Zahrajte si film baby-universe forward 13.,8 miliard let, a kosmologové získat snímek, že „statisticky má vše, co můžeme měřit až do určitého bodu,“ řekl Steinhardt. Tento model představuje cíl porazit jako kosmologové tlačit jejich popisy vesmíru hlouběji do minulosti a do budoucnosti.
tak úspěšný jako Lambda-CDM byl, stále má spoustu zlomů, které potřebují cvičit. Kosmologové protichůdné výsledky, když se snaží studovat vesmír je současná expanze, v závislosti na tom, zda se měří přímo v blízkých galaxiích, nebo vyvodit z CMB., Tento model neříká nic o make-upu temné hmoty ani energie.
Pak je to problematické první vteřiny své existence, kdy vesmír pravděpodobně šla z malým flíčkem na relativistically dobře vychovaný bublina. „Inflace“ je populární teorie, která se snaží zvládnout toto období, vysvětluje, jak krátký okamžik ještě rychlejší expanzi odpálil miniaturní primordiální rozdíly do rozsáhlé nerovnosti dnešních galaxií, stejně jako, jak Lambda-CDM vstupy dostal jejich hodnoty.,
nikdo však neví, jak inflace podrobně fungovala, nebo proč se zastavila tam, kde se pravděpodobně stala. Steinhardt řekl, že inflace by měla i nadále v mnoha oblastech vesmíru, z čehož vyplývá, že náš vesmír je jen jeden plátek „multiverse“, obsahující všechny možné fyzické reality — neověřitelné nápad, že mnoho experimentátorů najít znepokojující.,
, Aby se pokrok na otázky, jako jsou tyto, kosmologové podívejte se na přesnost měření z kosmické teleskopy jako Hubble Space Telescope a nadcházející James Webb Space Telescope, stejně jako experimenty v rozvíjející se oblasti astronomie gravitačních vln, jako je například Národní Nadace pro Vědu je Laserový Interferometr Gravitačních Vln Observatoř. Kosmologové se také připojují k fyzikům částic a astrofyzikům v interdisciplinární rase k detekci částic temné hmoty.,
stejně jako kosmologie nemohla začít, dokud nedospěly další obory fyziky, nebude schopna dokončit odhalení historie vesmíru, dokud nebudou jiné oblasti úplnější.“Chcete-li si příběh ujasnit, musíte vypracovat v podstatě všechny fyzikální zákony ve všech energetických měřítcích a za všech podmínek,“ řekl Steinhardt. „A změna kteréhokoli z nich by mohla radikálně změnit kosmologický příběh.“
Farrar řekla, že neví, jestli se to stane, ale žasne, že lidé pochopili složitost vesmíru stejně jako oni., „Je úžasné, že se lidský mozek vyvinul do té míry, že tyto otázky lze zjevně zodpovědět,“ řekla. „Alespoň některé z nich.“