Pandangan perbezaan suhu di latar belakang gelombang mikro kosmik, dihasilkan ketika galaksi berusia kurang dari 400,000 tahun, dibuat dari pemerhatian selama sembilan tahun dari Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP).
(Imej: © NASA)
Paul Sutter adalah ahli astrofizik di The Ohio State University dan ketua saintis di pusat sains COSI. Sutter juga menjadi tuan rumah "Ask a Spaceman", "Space Space," dan mengetuai AstroTours di seluruh dunia. Sutter menyumbangkan artikel ini kepada Pakar Suara Space.com: Op-Ed & Wawasan.
Model Big Bang adalah penjelasan kami yang paling berjaya untuk sejarah alam semesta di mana kita hidup, dan sangat mudah untuk merangkumi kerangka intinya dalam satu kalimat, T-shirtable: Sejak dulu, alam semesta kita jauh lebih kecil. Dari pernyataan sederhana ini mengalir ramalan-ramalan yang dapat diuji yang telah disahkan oleh pemerhatian selama beberapa dekad. Kadar pengembangan alam semesta. Latar belakang gelombang mikro kosmik. Penghasilan unsur paling ringan. Perbezaan antara galaksi dekat dan jauh. Semua bukti bukti yang menjadikan kosmologi menjadi sains.
Tetapi ada beberapa masalah. [The Universe: Big Bang to Now dalam 10 Langkah Mudah]
Model Big Bang "vanila", tanpa tambahan atau pindaan lain, tidak dapat menjelaskan semua pemerhatian.
(VideoProviderTag | jwplayer | uQ0wgEwg | 100% | 100%))
Mata di kaki langit
Kita dapat melihat sejumlah besar ruang kosong. Alam semesta kita yang dapat dilihat mempunyai diameter lebih dari 90 bilion tahun cahaya. Dan semakin jauh kita melihat lebih jauh ke masa lalu kita mengintip. Di sekeliling kita adalah latar belakang gelombang mikro kosmik, sisa cahaya fosil yang dilepaskan ketika alam semesta baru lahir - baru berusia 270,000 tahun, lebih dari 13,8 bilion tahun yang lalu.
Cahaya itu datang kepada kita dari jangkauan kosmos yang jauh, begitu jauh sehingga sekarang tidak dapat diakses oleh kita. Dan bahagian cahaya latar yang berbeza tidak dapat diakses antara satu sama lain. Dalam jargon fizik yang indah, kawasan latar gelombang mikro kosmik tidak saling berkaitan. Dengan kata lain, untuk satu bahagian dari alam semesta kita yang dapat dilihat untuk berkomunikasi dengan potongan lain dalam 13.8 bilion tahun yang lalu, mereka harus menghantar isyarat lebih cepat daripada kelajuan cahaya.
Yang tidak menjadi masalah sama sekali jika latar belakang gelombang mikro kosmik hampir tidak sempurna. Alam semesta bayi mempunyai suhu yang sama dengan satu bahagian dalam sejuta. Bagaimana semua orang terkoordinasi dengan baik ketika perubahan di satu kawasan tidak mempunyai cukup waktu untuk mempengaruhi orang lain?
Lurus dan sempit
Seboleh-bolehnya kita mengukur, geometri alam semesta kita kelihatan sempurna, benar-benar, sentiasa membosankan. Pada skala kosmik yang besar, garis selari tetap selari selamanya, sudut segitiga dalaman bertambah hingga 180 darjah, dan seterusnya. Semua peraturan geometri Euclidean yang anda pelajari di sekolah menengah terpakai.
Tetapi tidak ada akal agar alam semesta kita menjadi rata. Pada skala besar, ia mungkin mempunyai kelengkungan lama yang diinginkannya. Kosmos kita mungkin berbentuk seperti bola pantai multidimensi raksasa, atau pelana berkuda. Tetapi, tidak, ia terpilih rata. Dan tidak hanya rata sedikit. Agar kita tidak mengukur kelengkungan dengan ketepatan beberapa persen di alam semesta masa kini, kosmos muda pasti rata menjadi satu bahagian dalam satu juta.
Kenapa? Dari semua kemungkinan pilihan untuk kelengkungan, tidak kelihatan rata hampir tidak mencurigakan? Dan sememangnya, kami mengesyaki bahawa ada alasan untuk kerataan, dan ini bukan sekadar dadu yang bertuah.
Hanya satu tiang
Monopol magnetik adalah binatang teori; patah dalam ruang-waktu itu sendiri yang hanya menunjukkan salah satu kutub magnet - bayangkan zarah kutub utara atau selatan berkeliaran dalam kesepiannya. (Sama seperti yang kita ketahui, objek dengan magnetik utara juga akan mempunyai magnet selatan di ujung yang lain.) Menurut model terbaik kita dari alam semesta yang sangat awal (seperti ketika, ketika berusia sekitar 10 ^ -35 saat, dan tidak, itu bukan tipo) proses eksotik semestinya benar-benar membanjiri kosmos kita dengan khasiat ini.
Monopol ini seharusnya sangat umum sehingga menjadi bahagian normal dalam kehidupan kosmologi seharian kita. Namun, kami belum melihat bukti untuk satu. Sifar. Zilch. Tidak ada monster monopole yang kelihatan mengintai di perairan dunia yang gelap.
Jadi ke mana mereka pergi? Mereka semestinya dihasilkan dengan banyak seperti semesta kita semakin menarik, tetapi tidak ada tempat untuk dijumpai.
Jadikan ia besar
Penyelesaian terbaik untuk mengatasi masalah ini adalah proses yang disebut inflasi. Idea ini pertama kali dicadangkan - dan dicipta! - oleh ahli fizik Alan Guth pada tahun 1980 ketika dia menyatakan bahawa proses eksotik yang sama yang membanjiri alam semesta dengan monopol magnetik dapat mengirim kosmos ke dalam periode pengembangan yang sangat cepat.
Bayangkan jika saya melonjak anda - tubuh, usus, otak, kerangka, keseluruhannya - dengan ukuran keseluruhan alam semesta kita yang dapat dilihat. Dan bayangkan saya mengambil masa kurang dari 10 ^ -32 saat untuk melakukannya. Itu adalah pengembangan yang serius, dan tepat apa yang kita maksudkan dengan inflasi. Ketika alam semesta kita sangat muda, Guth mencadangkannya melambung ke sisik raksasa seperti itu dalam sekelip mata.
Bagi Guth, itu adalah jalan paling bersih untuk menyelesaikan masalah monopole. Dengan menjadikan alam semesta ini sangat buruk besar, monopol hanya dicairkan. Bahagian alam semesta kita yang dapat dilihat hanyalah satu sudut kecil dari seluruh shebang, dan terdapat begitu banyak kelantangan di luar sana sehingga kita tidak boleh mengharapkan untuk menghadapi monopole, seperti sebelumnya.
Zaman inflasi ini juga menyelesaikan dua kekurangan lain dari Big Bang vanila. Alam semesta pra-inflasi mempunyai banyak masa untuk mengkoordinasikan dan menyamakan suhu sebelum melonjak ke keadaan yang jauh lebih besar, melintasi kawasan yang pernah dihubungkan di luar hubungan lebih lanjut. Dan dalam kosmos yang sangat besar, kita tidak dapat tidak mengukur geometri yang rata dalam tambalan kita. Siapa yang peduli dengan kelengkungan seluruh alam semesta - ia sangat besar sehingga akan kelihatan rata kepada kita. Bumi melengkung, tetapi halaman belakang saya bagus dan rata, kerana jauh lebih kecil daripada permukaan planet kita. Cukup gunakan logik yang sama pada skala kosmologi dan anda menjadi emas.
Masih, mekanisme yang mendasari inflasi kurang dipahami, dan untuk dianggap sebagai teori saintifik separuh jalan, ia tidak dapat hanya menjelaskan pemerhatian semasa tetapi membuat ramalan untuk yang akan datang.
Dan itu akan menjadi cerita untuk hari lain.
Pelajari lebih lanjut dengan mendengar episod "Mengapa kita memerlukan inflasi kosmik? (Bahagian 2)" di podcast Ask a Spaceman, tersedia di iTunes dan di web di http://www.askaspaceman.com. Terima kasih kepada Massimiliano S., Lorenzo B., @ZachCoty, Pete E., Christian W., @up_raw, Vicki K., Thomas, Banda C., Steve S., Evan W., Andrew P., @MarkRiepe, @ Luft08, @kazoukis, Gordon M., Jim W., Cosmic Wakes, Floren H., Gabi P., Amanda Z., dan @scaredjackel untuk soalan yang membawa kepada bahagian ini! Tanyakan soalan anda sendiri di Twitter menggunakan #AskASpaceman atau dengan mengikuti Paul @PaulMattSutter dan facebook.com/PaulMattSutter. Ikuti kami di Twitter @Spacedotcom dan di Facebook. Artikel asal di Space.com.
