évezredek óta az emberek figyelik a csillagokat, és azon tűnődnek, hogyan jött létre az univerzum. De a kutatók csak az első világháború éveiben fejlesztették ki az első megfigyelési eszközöket és elméleti eszközöket, hogy ezeket a nagy kérdéseket precíz tanulmányi területté alakítsák: kozmológiává.,
“úgy gondolom, hogy a kozmológia az emberi érdeklődés egyik legrégebbi tárgya, de az egyik legújabb tudomány” – mondta Paul Steinhardt, a Princeton Egyetem kozmológusa, aki megvizsgálja, hogy az időnek van-e kezdete.
a kozmológia dióhéjban a kozmoszt egy entitásként vizsgálja, ahelyett, hogy külön elemezné az azt kitöltő csillagokat, fekete lyukakat és galaxisokat. Ez a mező nagy kérdéseket tesz fel: honnan jött az univerzum? Miért vannak benne csillagok, galaxisok és galaxishalmazok? Mi fog történni ezután?, “A kozmológia nagyon nagyszabású képet próbál készíteni az univerzum természetéről” – mondta Glennys Farrar, a New York-i Egyetem részecskefizikusa.
Mert ez a fegyelem című, sok jelenségek, a részecskék a vákuum, hogy az anyag a tér-idő, kozmológia felhívja erősen számos területen, köztük a csillagászati, asztrofizikai meg, egyre inkább részecske fizika.
“A Kozmológiának olyan részei vannak, amelyek teljes mértékben a fizikában vannak, olyan részek, amelyek teljesen asztrofizikában vannak, és olyan részek, amelyek oda-vissza mennek” – mondta Steinhardt. “Ez része az izgalomnak.,”
az univerzum történetének története
a mező interdiszciplináris jellege segít megmagyarázni viszonylag késői kezdetét. Az univerzum modern képe csak az 1920-as években kezdett összeállni, röviddel azután, hogy Albert Einstein kifejlesztette az általános relativitáselméletet, egy matematikai keretet, amely a gravitációt a tér és az idő hajlításának következményeként írja le.
“mielőtt megértenéd a gravitáció természetét, nem igazán tudsz elméletet készíteni arról, hogy miért vannak a dolgok, ahogy vannak” – mondta Steinhardt., Más erők nagyobb hatást gyakorolnak a részecskékre, de a gravitáció a bolygók, csillagok és galaxisok arénájának fő szereplője. Isaac Newton leírása a gravitációról gyakran ebben a Birodalomban is működik, de a teret (és az időt) merev és változatlan háttérként kezeli, amellyel az eseményeket mérni lehet. Einstein munkája azt mutatta, hogy maga a tér kibővülhet és összehúzódhat, áthelyezve az univerzumot a színpadról a színészre, és dinamikus tárgyként a tanuláshoz.,
Az 1920-as évek közepén Edwin Hubble csillagász megfigyeléseket tett a nemrégiben épített 100 hüvelykes (254 centiméter) Hooker teleszkópról a kaliforniai Mount Wilson Obszervatóriumban. Megpróbált vitát rendezni bizonyos felhők helyéről az űrben, amelyet a csillagászok láthatnak. Hubble bebizonyította, hogy ezek a ” ködök “nem kicsi, helyi felhők, hanem hatalmas, távoli csillaghalmazok voltak, amelyek hasonlóak a saját Tejútrendszerünkhöz — a” sziget univerzumokhoz ” az idő szóhasználatában. Ma galaxisoknak hívjuk őket, és tudjuk, hogy billiószámban vannak.,
a kozmikus perspektíva legnagyobb felfordulásai még nem jöttek. Hubble munkája az 1920-as évek végén azt sugallta, hogy a galaxisok minden irányban távolodnak tőlünk, évtizedes további vitát váltva ki. Esetleges mérések a kozmikus mikrohullámú háttér (CMB) — fény maradt, az univerzum korai évek óta feszített a mikrohullámok — az 1960-as években bebizonyította, hogy a valóság illeszkedik a lehetőségek által javasolt általános relativitáselmélet: Kezdő kis meleg, a világegyetem már egyre nagyobb, hidegebb azóta., A koncepció az ősrobbanás-elmélet néven vált ismertté, és azért rázta meg a kozmológusokat, mert azt sugallta, hogy még az univerzumnak is lehet kezdete és vége.
de legalább ezek a csillagászok láthatták a galaxisok mozgását távcsöveikben., A kozmológia egyik szeizmikus eltolódása, mondta Farrar, az az elképzelés, hogy a dolgok túlnyomó többsége valami másból készül, valami teljesen láthatatlan. Az anyag, amelyet látunk, alig több, mint egy kozmikus kerekítési hiba – csak az univerzum minden részének körülbelül 5% – a.
az univerzum másik 95% – ának első denizenje, amelyet “sötét szektornak” neveznek, az 1970-es években felemelte a fejét. akkoriban Vera Rubin csillagász rájött, hogy a galaxisok olyan gyorsan körül vannak, hogy szét kell forgatniuk magukat., Több, mint nehezen látható anyag, Farrar azt mondta, hogy a galaxisok együtt tartásának valami teljesen ismeretlennek kell lennie a fizikusok számára, valami, ami — a gravitációs vonzása kivételével-teljesen figyelmen kívül hagyja a közönséges anyagot és fényt. A későbbi térképezés kimutatta, hogy a galaxisok, amelyeket látunk, egyszerűen magok a kolosszális “sötét anyag” gömbök közepén. A látható anyag szálai, amelyek az univerzumban húzódnak, egy sötét kereten lógnak, amely meghaladja az öt-egy látható részecskét.,
a Hubble Űrteleszkóp ezután feltárta az energia váratlan változatosságának jeleit — ami a kozmológusok szerint az univerzum fennmaradó 70% — át teszi ki a sötét anyag (25%) és a látható anyag (5%) elszámolása után-az 1990-es években, amikor az univerzum terjeszkedését felgyorsította, mint egy elszabadult vonat. A” sötét energia”, amely valószínűleg egyfajta energia, amely magában a térben rejlik, gyorsabban tolja szét az univerzumot, mint a gravitáció képes a kozmoszt összekapcsolni., Egy billió év alatt a Tejútban maradt csillagászok egy igazi sziget világegyetemben találják magukat, amelyet sötétség borít.
“az univerzum történetének átmeneti pontján vagyunk, ahonnan az anyag uralja, ahol az energia új formája uralja” – mondta Steinhardt. “A sötét anyag meghatározta a múltunkat. A sötét energia határozza meg a jövőnket.”
Modern és jövőbeli kozmológia
a jelenlegi kozmológia ezeket a mérföldkőnek számító felfedezéseket koronázó eredményévé csomagolja, a Lambda-CDM modell., Néha a kozmológia standard modelljének nevezik, ez az egyenletcsomag az univerzumot az első másodperctől kezdve írja le. A modell feltételezi, hogy egy bizonyos mennyiségű sötét energia (lambda, a képviselet általános relativitáselmélet), hideg sötét anyag (CDM), így hasonló találgatások arról, hogy az összeg a látható anyag, a forma, a világegyetem, illetve egyéb jellemzőit, mind az határozza meg, kísérletek, megfigyelések.
játszani, hogy a baba-univerzum film előre 13.,8 milliárd év, a kozmológusok pedig pillanatfelvételt kapnak arról, hogy “statisztikailag mindent meg tudunk mérni egy bizonyos pontig” – mondta Steinhardt. Ez a modell jelenti a legyőzendő célt, mivel a kozmológusok mélyebbre nyomják az univerzum leírását a múltba és a jövőbe.
olyan sikeres, mint a Lambda-CDM volt, még mindig rengeteg olyan törése van, amelyeket ki kell dolgozni. A kozmológusok egymásnak ellentmondó eredményeket kapnak, amikor megpróbálják tanulmányozni az univerzum jelenlegi terjeszkedését, attól függően, hogy közvetlenül a közeli galaxisokban mérik-e, vagy a CMB-ből következtetnek rá., Ez a modell nem mond semmit a sötét anyag vagy az energia összetételéről sem.
Aztán ott van az a zavaró első második létezés, amikor az univerzum feltehetően ment infinitesimal Peck relativistically jól viselkedett buborék. Az “infláció” egy népszerű elmélet, amely megpróbálja kezelni ezt az időszakot, elmagyarázva, hogy a még gyorsabb terjeszkedés rövid pillanata apró ősi variációkat robbantott fel a mai galaxisok nagyszabású egyenlőtlenségeire, valamint arra, hogy a Lambda-CDM bemenetek hogyan kapták meg értékeiket.,
senki sem tudja, hogyan működött az infláció részletesen, vagy miért állt meg ott, ahol feltehetően. Steinhardt azt mondta, hogy az inflációnak a tér számos régiójában folytatódnia kellett volna, arra utalva, hogy univerzumunk csak egy szelet egy “multiverzum”, amely minden lehetséges fizikai valóságot tartalmaz — egy vitathatatlan ötlet, amelyet sok kísérletező nyugtalanítónak talál.,
előrelépés történik az ilyen kérdések, kozmológusok nézd, hogy pontos méréseket a hely-alapú távcsövek, mint a Hubble Space Telescope a közelgő James Webb Space Telescope, valamint a kísérletek, a fejlődő területen, a gravitációs hullám a csillagászat, mint például a Nemzeti Tudományos Alapítvány Lézer Interferométer Gravitációs-Hullám Obszervatórium. A kozmológusok a részecskefizikusokhoz és az asztrofizikusokhoz is csatlakoznak egy interdiszciplináris fajban, hogy felderítsék a sötét anyag részecskéit.,
ahogy a kozmológia nem kezdődhetett meg, amíg a fizika más ágai meg nem érlelődtek, addig nem lesz képes befejezni az univerzum történetének feltárását, amíg más területek nem teljesebbek.”Ahhoz, hogy a történet egyenes legyen, lényegében a fizika minden törvényét ki kell dolgoznia minden energia skálán és minden körülmények között” – mondta Steinhardt. “És egy ilyen változás radikálisan megváltoztathatja a kozmológiai történetet.”
Farrar azt mondta, hogy nem tudja, hogy ez megtörténik-e, de csodálkozik, hogy az emberek annyira megragadták az univerzum bonyolultságát, mint amennyire vannak., “Elképesztő, hogy az emberi agy olyan mértékben fejlődött ki, hogy ezekre a kérdésekre nyilvánvalóan válaszolni lehet” – mondta. “Néhány közülük legalább.”