tuhansien vuosien ajan ihmiset ovat katselleet tähtiä ja ihmetelleet, miten maailmankaikkeus syntyi. Mutta se ei ollut, kunnes vuoden World War I, että tutkijat kehittivät ensimmäisen observational välineitä ja teoreettisia työkaluja muuttaa näitä suuria kysymyksiä osaksi tarkka koulutusaloittain: kosmologia.,
”luulen, kosmologia kuin yksi vanhimmista aiheista ihmisten kiinnostusta, mutta kuten yksi uusimmista sciences”, sanoi Paul Steinhardt, on kosmologi Princetonin Yliopistossa, joka tutkii, onko aika on alkamassa.
Kosmologia, pähkinänkuoressa, tutkimukset kosmoksen yhtenä kokonaisuutena, pikemminkin kuin analysoimalla erikseen tähtiä, mustia aukkoja ja galakseja, jotka täyttää sen. Tämä kenttä esittää suuria kysymyksiä: mistä maailmankaikkeus tuli? Miksi sillä on tähtiä, galakseja ja galaksijoukkoja? Mitä seuraavaksi tapahtuu?, ”Kosmologia pyrkii tekemään hyvin laajan kuvan maailmankaikkeuden luonteesta”, sanoi New Yorkin yliopiston hiukkasfyysikko Glennys Farrar.
Koska tässä lajissa tartutaan monet ilmiöt, hiukkasia tyhjiö kangas tilaa ja aikaa, kosmologia perustuu pitkälti monilla aloilla, kuten tähtitieteen, astrofysiikan ja, yhä enemmän, hiukkasfysiikka.
”Kosmologia on osia, jotka ovat täysin fysiikka, osat, jotka ovat täysin astrofysiikan, ja osat, jotka menevät edestakaisin,” Steinhardt sanoi. ”Se on osa jännitystä.,”
historia universumin historia
poikkitieteellinen luonne alalla, auttaa selittämään sen verrattain myöhään aloittaa. Meidän moderni kuva maailmankaikkeus alkoi tulla yhdessä vasta 1920-luvulla, pian sen jälkeen, kun Albert Einstein kehitti teorian yleinen suhteellisuusteoria, matemaattinen kehys, joka kuvaa painovoiman seurauksena taivutus aikaa ja tilaa.
”Ennen kuin ymmärrät, luonne ja vakavuus, et voi todella tehdä teoria siitä, miksi asiat ovat niin kuin ne ovat,” Steinhardt sanoi., Muilla voimilla on suurempi vaikutus hiukkasiin, mutta painovoima on suurin toimija planeettojen, tähtien ja galaksien areenalla. Isaac Newtonin kuvaus painovoimasta toimii usein myös siinä maailmassa, mutta se kohtelee avaruutta (ja aikaa) jäykkänä ja muuttumattomana taustana, jota vasten tapahtumia voidaan mitata. Einsteinin työ osoitti, että tilaa voisi itse laajentaa ja sopimuksen, siirtää maailmankaikkeus vaiheessa näyttelijä ja tuo se taisteluun kuin dynaaminen objekti opiskelemaan.,
Vuonna 1920-luvun puolivälissä, tähtitieteilijä Edwin Hubble teki havaintoja hiljattain rakennettu 100 tuuma (254 cm) Hooker-teleskooppi Mount Wilson Observatory Kaliforniassa. Hän yritti ratkaista väittelyä tiettyjen pilvien sijainnista avaruudessa, jonka tähtitieteilijät näkivät. Hubble todisti, että nämä” sumut ”eivät olleet pieniä, paikallisia pilviä vaan sen sijaan laajoja, kaukaisia tähtijoukkoja, jotka muistuttivat omaa Linnunrata — ”saaristouniversumejamme” ajan kielenkäytössä. Nykyään kutsumme niitä galakseiksi ja tiedämme niiden lukumäärän biljooniksi.,
suurimmat mullistukset kosmisessa perspektiivissä olivat vielä edessä. Hubblen toimi 1920-luvun lopulla ehdotti, että galaksit joka suuntaan ovat ylinopeus pois meiltä, liipaisu vuosikymmenten keskustelua. Lopulta mittaukset kosmista taustasäteilyä (CMB) — valo jääneet maailmankaikkeuden varhaisina vuosina ja koska venytetty osaksi mikroaaltouuni — 1960-luvulla osoittanut, että todellisuus on sovitettu yksi mahdollisuus ehdottama yleinen suhteellisuusteoria: Alkaen pieniä ja kuumia, maailmankaikkeus on saada suurempi ja kylmempi lähtien., Käsite tuli tunnetuksi Big Bang theory, ja se ravisteli cosmologists, koska se merkitsi, että vaikka maailmankaikkeus voisi olla alku ja loppu.
Mutta ainakin ne tähtitieteilijät voivat nähdä galakseja’ motion niiden kaukoputket., Yksi kosmologian tärkeimmistä seismisiä muutoksia, sanoi Farrar, on ajatus siitä, että suurin osa jutuista siellä on tehty jotain muuta, jotain täysin näkymätön. Materiaali, voimme nähdä paljon enemmän kuin kosminen pyöristys virhe — vain noin 5% kaikesta maailmankaikkeuden.
ensimmäinen asukas on 95% maailmankaikkeuden, mitä on tullut olla nimeltään ”dark sector” päätään 1970-luvulla. Takaisin sitten, tähtitieteilijä Vera Rubin tajusi, että galaksit olivat pinwheeling ympäri niin nopeasti ne pitäisi pyöriä itsensä lisäksi., Yli on vaikea nähdä väliä, Farrar sanoi, että tavaraa pitää galaksit kasassa oli jotain täysin tuntematon fyysikot, jotain, että — lukuun ottamatta sen vetovoima — sivuutetaan täysin tavallisen aineen ja valon. Myöhemmin kartoitus paljasti, että näkemämme galaksit ovat yksinkertaisesti ytimiä kolossaalisten ”pimeän aineen” sfäärien keskellä. Maailmankaikkeuden halki ulottuva näkyvän aineen rihmasto roikkuu pimeässä kehyksessä, joka ylittää näkyvät hiukkaset viidestä yhteen.,
Hubble Space Telescope sitten paljastui merkkejä odottamaton erilaisia energiaa, joka cosmologists nyt sanoa, osuus loput 70 prosenttia universumista sen jälkeen, kun osuus on pimeää ainetta (25%) ja näkyvä aine (5%) — 1990-luvulla, kun se kellotti maailmankaikkeuden laajeneminen sekä nopeuttaa eteenpäin kuin juna. ”Pimeä energia”, mahdollisesti itse avaruudelle ominainen energiamuoto, työntää universumia erilleen nopeammin kuin painovoima voi vetää kosmosta yhteen., Vuonna biljoonaa vuotta, mitään tähtitieteilijät jäljellä Linnunradan löytää itsensä todellinen saari maailmankaikkeuden, vaipallinen pimeys.
”Olemme siirtymäkohdassa historiassa maailmankaikkeuden, jossa se hallitsee asian, jossa se hallitsee uusi energian muoto,” Steinhardt sanoi. ”Pimeä aine ratkaisi menneisyytemme. Pimeä energia ratkaisee tulevaisuutemme.”
Nykyaikainen ja tulevaisuuden kosmologia
Nykyinen kosmologia paketit nämä maamerkki löytöjä osaksi sen kruunaava saavutus, Lambda-CDM-malli., Tätä yhtälöryhmää kutsutaan joskus kosmologian standardimalliksi, ja se kuvaa maailmankaikkeutta suunnilleen ensimmäisestä sekunnistaan lähtien. Malli olettaa, että tietty määrä pimeää energiaa (lambda, sen edustus yleinen suhteellisuusteoria) ja kylmä pimeä aine (CDM) ja tekee samanlaisia arvauksia siitä, kuinka paljon näkyvää materiaa, maailmankaikkeuden muoto ja muut ominaisuudet, kaikki määräytyy kokeita ja havaintoja.
Play that baby-universe film forward 13.,8 miljardia vuotta, ja cosmologists saada tilannekuvan, että ”tilastollisesti on kaikki voimme mitata jopa tiettyyn pisteeseen,” Steinhardt sanoi. Tämä malli edustaa kohde voittaa kuin cosmologists työntää niiden kuvaukset maailmankaikkeuden syvemmälle menneisyyteen ja tulevaisuuteen.
yhtä menestyksekäs Kuin Lambda-CDM on ollut, se on vielä paljon mutkia, jotka tarvitsevat treenata. Cosmologists saada ristiriitaisia tuloksia, kun he yrittävät tutkia maailmankaikkeuden nykyinen laajennus, riippuen siitä, onko ne mittaavat sen suoraan lähistöllä galakseja tai päätellä CMB., Tämä malli ei myöskään sano mitään tumman Aineen tai energian meikistä.
Sitten on, että hankala ensin toisen olemassaolon, kun maailmankaikkeus oletettavasti meni äärettömän pieni täplä, jotta relativistically hyvin käyttäytyviä kupla. ”Inflaatio” on suosittu teoria, että yrittää käsitellä tämän ajan, jossa selitetään, miten lyhyt hetki jopa nopeammin laajentuminen räjäytti pieni alkukantainen vaihtelut otetaan laajamittainen epätasaisuus tänään galaksit, sekä miten Lambda-CDM-tuloa on niiden arvot.,
kukaan Ei tiedä, miten inflaatio työskenteli yksityiskohtaisesti, kuitenkin, tai miksi se pysäytti, jossa se oletettavasti ei. Steinhardt sanoi, että inflaatio olisi pitänyt edelleen monilla alueilla tilaa, mikä tarkoittaa, että universumimme on vain yksi siivu on ”multiverse”, joka sisältää kaikki mahdolliset fyysinen todellisuus — on testaamattomana ajatus, että monia kokeilijoita löytää huolestuttavia.,
edistyä kysymyksiä, kuten nämä, cosmologists katsoa tarkkoja mittauksia avaruudessa kaukoputket kuten Hubble-avaruusteleskooppi ja tulevan James Webb Space Telescope, sekä kokeiluja kehittyvällä alalla painovoiman aalto tähtitieteen, kuten National Science Foundation on Laser-Interferometri Gravitational-Wave Observatory. Cosmologists myös liittyä hiukkanen fyysikot ja astrofyysikkoja tieteidenvälisellä rodun tunnistaa hiukkasista pimeä aine.,
Aivan kuten kosmologia ei voinut alkaa ennen kuin muut oksat fysiikka oli kypsynyt, se ei voi lopettaa paljastaa universumin historiassa, kunnes muut alueet ovat täydellisiä.”Tarina, sinun täytyy selvittää, pääosin kaikki fysiikan lakeja lainkaan energiaa asteikot ja kaikissa olosuhteissa,” Steinhardt sanoi. ”Ja muutos missä tahansa niistä voisi radikaalisti muuttaa kosmologisen tarina.”
Farrar sanoi, ettei hän tiedä, tapahtuuko niin, mutta ihmettelee, että ihmiset ovat ymmärtäneet maailmankaikkeuden monimutkaisuutta yhtä paljon kuin ovat., ”On hämmästyttävää, että ihmisaivot ovat kehittyneet siihen pisteeseen, että näihin kysymyksiin voidaan ilmeisesti vastata”, hän sanoi. ”Jotkut ainakin.”