de mii de ani, oamenii au urmărit stelele și s-au întrebat cum a ajuns universul. Dar abia în anii Primului Război Mondial cercetătorii au dezvoltat primele instrumente observaționale și instrumente teoretice pentru a transforma aceste mari întrebări într-un domeniu precis de studiu: cosmologia.,”cred că cosmologia este unul dintre cele mai vechi subiecte de interes uman, dar ca una dintre cele mai noi științe”, a spus Paul Steinhardt, cosmolog la Universitatea Princeton care studiază dacă timpul are un început.
cosmologia, pe scurt, studiază cosmosul ca o singură entitate, în loc să analizeze separat stelele, găurile negre și galaxiile care îl umplu. Acest câmp pune întrebări mari: de unde a venit universul? De ce are stele, galaxii și grupuri de galaxii? Ce se va întâmpla în continuare?, „Cosmologia încearcă să facă o imagine la scară largă a naturii universului”, a spus Glennys Farrar, fizician de particule la Universitatea din New York.deoarece această disciplină se confruntă cu multe fenomene, de la particule în vid la țesătura spațiului și timpului, cosmologia se bazează foarte mult pe multe domenii, inclusiv astronomia, astrofizica și, din ce în ce mai mult, fizica particulelor.”cosmologia are părți din ea care sunt pe deplin în fizică, părți care sunt pe deplin în astrofizică și părți care merg înainte și înapoi”, a spus Steinhardt. „Asta face parte din emoție.,”
o istorie a istoriei universului
natura interdisciplinară a câmpului ajută la explicarea începutului său relativ târziu. Imaginea modernă a universului a început să vină împreună numai în 1920, la scurt timp după ce Albert Einstein a dezvoltat teoria relativității generale, un cadru matematic care descrie gravitația ca o consecință a îndoire de spațiu și timp.
„înainte de a înțelege natura gravitației, nu puteți face o teorie despre motivul pentru care lucrurile sunt așa cum sunt”, a spus Steinhardt., Alte forțe au efecte mai mari asupra particulelor, dar gravitația este jucătorul major în arena planetelor, stelelor și galaxiilor. Descrierea gravitației de către Isaac Newton funcționează adesea și în acel tărâm, dar tratează spațiul (și timpul) ca un fundal rigid și neschimbător în care să măsoare evenimentele. Lucrarea lui Einstein a arătat că spațiul însuși se poate extinde și contracta, schimbând universul de la scenă la actor și aducându-l în luptă ca un obiect dinamic de studiat.,la mijlocul anilor 1920, astronomul Edwin Hubble a făcut observații de la telescopul Hooker de 100 inch (254 centimetri) recent construit la Observatorul Mount Wilson din California. El încerca să rezolve o dezbatere despre localizarea anumitor nori în spațiu pe care astronomii i-ar putea vedea. Hubble a dovedit că aceste ” nebuloase „nu erau nori mici, locali, ci erau roiuri stelare vaste, îndepărtate, similare cu calea noastră Lactee — „universuri insulare” în limbajul timpului. Astăzi, noi le numim galaxii și știm că ele numără trilioane.,
cele mai mari revolte din perspectiva cosmică au fost încă să vină. Lucrările lui Hubble de la sfârșitul anilor 1920 au sugerat că galaxiile din toate direcțiile se îndepărtează de noi, declanșând decenii de dezbateri ulterioare. Eventuale măsurători de microunde cosmice de fond (CMB) — lumina din univers primii ani și de când se întindea în cuptoare cu microunde — în 1960 s-a dovedit că realitatea potrivesc una din posibilitățile sugerate de teoria relativității generale: la Început mici și fierbinte, universul a fost obtinerea mai mare și mai rece de atunci., Conceptul a devenit cunoscut sub numele de Teoria Big Bang-ului și i-a zguduit pe cosmologi pentru că presupunea că până și universul ar putea avea un început și un sfârșit.
dar cel puțin acei astronomi au putut vedea mișcarea galaxiilor în telescoapele lor., Una dintre cele mai seismice schimbări ale cosmologiei, a spus Farrar, este ideea că marea majoritate a lucrurilor de acolo sunt făcute din altceva, ceva complet invizibil. Materialul pe care îl putem vedea reprezintă puțin mai mult decât o eroare de rotunjire cosmică — doar aproximativ 5% din tot ceea ce există în univers.
primul locuitor al altor 95% din univers, ce s-a ajuns să fie numit „dark sector,” s-a ivit în anii 1970. Atunci, Vera Rubin, astronom dat seama că galaxiile erau pinwheeling în jurul atât de repede ar trebui să se rotească în afară de ei înșiși., Mai mult decât materia greu de văzut, a spus Farrar, lucrurile care țin galaxiile împreună trebuie să fie ceva total necunoscut Fizicienilor, ceva care — cu excepția atracției sale gravitaționale — ignoră complet materia obișnuită și lumina. Cartografierea ulterioară a arătat că galaxiile pe care le vedem sunt pur și simplu nuclee în centrul sferelor colosale de „materie întunecată”. Filamentele materiei vizibile care se întind de-a lungul universului atârnă de un cadru întunecat care depășește particulele vizibile de la cinci la unu.,
Telescopul Spațial Hubble A descoperit apoi semne de o varietate neașteptată de energie — care cosmologii spune acum conturi pentru restul de 70% din univers dupa contabile pentru materia întunecată (25%) și materia vizibilă (5%) — în anii 1990, când tactat expansiunea universului și accelerarea ca un tren scăpat de sub control. „Energia întunecată”, posibil un tip de energie inerentă spațiului în sine, împinge universul mai repede decât gravitația poate atrage cosmosul împreună., Într-un trilion de ani, orice astronomi rămași în Calea Lactee se vor găsi într-un adevărat univers insular, învăluit de întuneric.
„ne aflăm într-un punct de tranziție în istoria universului, de unde este dominat de materie până unde este dominat de o nouă formă de energie”, a spus Steinhardt. „Materia întunecată ne-a determinat trecutul. Energia întunecată ne va determina viitorul.”
cosmologia modernă și viitoare
cosmologia actuală împachetează aceste descoperiri de referință în realizarea sa încununată, Modelul Lambda-CDM., Uneori numit modelul standard al cosmologiei, acest pachet de ecuații descrie universul de la aproximativ prima secundă înainte. Modelul își asumă o anumită cantitate de energie întunecată (lambda, pentru reprezentarea sa în relativitatea generală) și materia întunecată rece (CDM) și face presupuneri similare despre cantitatea de materie vizibilă, forma universului și alte caracteristici, toate determinate de experimente și observații.
Joaca ca Baby-univers film forward 13.,8 miliarde de ani, iar cosmologii obțin un instantaneu care „statistic are tot ce putem măsura până la un anumit punct”, a spus Steinhardt. Acest model reprezintă ținta de a bate pe măsură ce cosmologii își împing descrierile universului mai adânc în trecut și în viitor.la fel de succes ca Lambda-CDM a fost, ea are încă o mulțime de kinks care au nevoie de lucru afară. Cosmologii obțin rezultate contradictorii atunci când încearcă să studieze expansiunea actuală a universului, în funcție de măsura în care o măsoară direct în galaxiile din apropiere sau o deduc din CMB., Acest model nu spune nimic despre machiajul materiei întunecate sau al energiei.
apoi, există acea primă secundă supărătoare a existenței, când universul a trecut, probabil, de la o specie infinitezimală la o bulă relativistă bine comportată. „Inflație” este un popular teorie care încearcă să se ocupe de această perioadă, explicând cum un scurt moment de chiar mai repede de expansiune a explodat minuscule primordial variații în pe scară largă denivelare de astăzi galaxii, precum și modul Lambda-CDM intrări are valorile lor.,cu toate acestea, nimeni nu știe cum a funcționat inflația în detaliu sau de ce s-a oprit acolo unde se presupune că a făcut-o. Steinhardt a spus că inflația ar fi continuat în multe regiuni din spațiu, ceea ce înseamnă că universul nostru este doar o felie de un „multivers”, conținând fiecare posibil realitatea fizică — o de netestat ideea că mulți experimentatori găsi neliniștitoare.,
Pentru a face progrese cu privire la întrebări ca acestea, cosmologii se uită la măsurători de precizie de la telescoape spațiale ca Telescopul Spațial Hubble și viitoare James Webb Space Telescope, precum și experimente în domeniul emergente de undă gravitațională astronomie, cum ar fi Fundația Națională pentru Știință e Interferometru cu Laser Gravitational-Wave Observatory. Cosmologii se alătură, de asemenea, Fizicienilor de particule și astrofizicienilor într-o cursă interdisciplinară pentru a detecta particule de materie întunecată.,la fel cum cosmologia nu a putut începe până când alte ramuri ale fizicii nu s-au maturizat, nu va putea termina dezvăluirea istoriei universului până când alte zone nu sunt mai complete.”Pentru a obține povestea dreaptă, trebuie să elaborați în esență toate legile fizicii la toate scalele energetice și în toate condițiile”, a spus Steinhardt. „Și o schimbare în oricare dintre acestea ar putea schimba radical povestea cosmologică.”
Farrar a spus că nu știe dacă se va întâmpla acest lucru, dar se miră că oamenii au înțeles complexitatea universului la fel de mult ca și ei., „Este uimitor faptul că creierul uman a evoluat până la punctul în care aceste întrebări pot fi aparent răspuns”, a spus ea. „Unii dintre ei cel puțin.”