Kami mendapat sesuatu yang salah tentang alam semesta.
Ia mungkin sesuatu yang kecil: isu pengukuran yang menjadikan bintang-bintang tertentu lebih dekat atau lebih jauh daripada mereka, sesuatu ahli astrophysicists boleh menetapkan dengan beberapa tweak untuk bagaimana mereka mengukur jarak merentasi ruang. Ia mungkin sesuatu yang besar: kesilapan - atau siri kesilapan - dalam kosmologi, atau pemahaman kita tentang asal dan evolusi alam semesta. Jika demikian, seluruh ruang dan masa sejarah kita boleh merosakkan. Tetapi apa jua masalahnya, ia membuat pemerhatian utama alam semesta tidak setuju antara satu sama lain: Diukur satu cara, alam semesta nampaknya berkembang pada kadar tertentu; Diukur dengan cara yang lain, alam semesta kelihatan berkembang pada kadar yang berbeza. Dan sebagai kertas baru menunjukkan, percanggahan ini semakin besar dalam beberapa tahun kebelakangan ini, walaupun pengukuran telah mendapat lebih tepat.
"Kami fikir jika pemahaman kita mengenai kosmologi adalah betul, maka semua ukuran yang berbeza ini harus memberi kita jawapan yang sama," kata Katie Mack, ahli kosmologi teoritis di North Carolina State University (NCSU) dan pengarang bersama kertas baru .
Dua ukuran yang paling terkenal berfungsi dengan sangat berbeza antara satu sama lain. Yang pertama bergantung pada Latar Belakang Mikrofiletik Kosmik (CMB): gelombang radiasi sisa dari momen pertama selepas Big Bang. Ahli kaji kosmologi telah membina model teori seluruh sejarah alam semesta di atas asas CMB - model mereka sangat yakin, dan itu memerlukan fizik semua yang baru untuk pecah. Dan diambil bersama, Mack berkata, mereka menghasilkan nombor yang cukup tepat untuk pemalar Hubble, atau H0, yang menguasai seberapa cepat alam semesta sedang berkembang.
Pengukuran kedua menggunakan bintang supernovas dan berkelip di galaksi yang berdekatan, yang dikenali sebagai Cepheids. Dengan mengukur seberapa jauh galaksi-galaksi itu dari kita sendiri, dan berapa pantas mereka bergerak dari kita, para astronom telah mendapat apa yang mereka percaya adalah pengukuran yang sangat tepat terhadap pemalar Hubble. Dan kaedah itu menawarkan H0 yang berbeza.
"Jika kita mendapat jawapan yang berbeza, bermakna ada sesuatu yang kita tidak tahu," kata Mack kepada Sains Live. "Jadi ini benar-benar mengenai bukan hanya memahami kadar perkembangan semasa alam semesta - yang merupakan sesuatu yang kita sukai - tetapi memahami bagaimana alam semesta telah berkembang, bagaimana perkembangannya telah berkembang, dan apa ruang masa telah melakukan semua ini masa."
Weikang Lin, juga ahli kosmologi di NCSU dan pengarang utama kertas itu, berkata untuk membangunkan gambaran penuh masalah itu, pasukan itu memutuskan untuk mengulang semua cara yang berbeza untuk "menghalang" H0 di satu tempat. Kertas ini belum lagi diperiksa secara rasmi atau diterbitkan, dan tersedia di arXiv server prapaskah.
Inilah yang "menghalang" bermakna: Pengukuran dalam fizik jarang muncul jawapan yang tepat. Sebaliknya, mereka meletakkan had jawapan yang mungkin. Dan dengan melihat kekangan ini bersama-sama, anda boleh belajar banyak tentang sesuatu yang anda sedang belajar. Melihat melalui satu teleskop, sebagai contoh, anda mungkin belajar bahawa satu titik cahaya dalam ruang sama ada merah, kuning atau oren. Satu lagi mungkin memberitahu anda lebih terang daripada kebanyakan lampu lain di angkasa tetapi kurang terang daripada matahari. Satu lagi mungkin memberitahu anda bahawa ia bergerak menyeberangi langit secepat planet. Tiada kekangan yang akan memberitahu anda sendiri, tetapi diambil bersama mereka mencadangkan anda melihat Marikh.
Lin, Mack dan pengarang ketiga mereka, pelajar siswazah NCSU, Liqiang Hou, melihat kekangan pada dua pemalar: H0, dan sesuatu yang dipanggil "pecahan massa" alam semesta, dilambangkan sebagai Ωm, yang memberitahu anda berapa banyak alam semesta adalah tenaga, dan berapa banyak perkara. Banyak pengukuran H0 juga menghalang Ωm, kata Lin, jadi berguna untuk melihatnya bersama-sama.
Yang menghasilkan plot berwarna-warni ini:
Cincin magenta yang dilapisi yang dilabelkan WMAP adalah julat pecahan jisim yang mungkin dan pemalar Hubble yang mungkin dilakukan berdasarkan kajian utama NASA pada CMB, yang dikenali sebagai Wilkinson Microwave Anisotropy Probe. Lajur kuning berlabel CV SN (pendek untuk "Cepheid-Calibrated Type-It Supernovae") merujuk pada pengukuran Cepheid-supernova, yang tidak mengekang pecahan jisim alam semesta, tetapi menghalang H0. Bar merah berlabel SN P (pendek untuk "Pantheon Jenis-Ia Supernovae") adalah kekangan utama pada pecahan jisim alam semesta.
Anda dapat melihat bahawa ujung-ujung WMAP dan CV SN bertindih, kebanyakannya di luar bar merah. Itulah gambaran mengenai percanggahan itu beberapa tahun yang lalu, Mack berkata: Cukup ketara untuk bimbang bahawa kedua-dua pengukuran itu telah menimbulkan jawapan yang berbeza, tetapi tidak begitu penting untuk menjadikannya tidak serasi dengan sedikit tweaker.
Tetapi dalam tahun-tahun kebelakangan ini terdapat ukuran baru CMB dari satu kumpulan yang dipanggil Collancation Planck. Kolaborasi Planck, yang mengeluarkan dataset terkini pada 2018, meletakkan kekangan yang sangat ketat pada pecahan massa dan kadar pengembangan alam semesta, yang ditandakan oleh sekerat hitam pada plot yang diberi label Planck.
Sekarang, penulis menulis, dua gambar yang amat berbeza dari alam semesta muncul. Planck dan WMAP - bersama-sama dengan pelbagai pendekatan lain untuk menghalang H0 dan Ωm - semuanya lebih serasi. Terdapat tempat di plot, dalam lingkaran tali pinggang putih, di mana mereka semua membenarkan jawapan yang sama untuk seberapa cepat alam semesta berkembang dan berapa banyaknya ia diperbuat daripada bahan. Anda dapat melihat bahawa hampir semua bentuk pada plot melewati bulatan tersebut.
Tetapi pengukuran yang paling langsung, berdasarkan pada benar-benar mengkaji sejauh mana benda-benda di alam semesta setempat kita dan seberapa cepat mereka bergerak, tidak setuju. Pengukuran Cepheid adalah di luar sana di sebelah kanan, dan tidak juga bar ralatnya (bit kuning samar-samar, menandakan pelbagai kemungkinan nilai) melalui bulatan putus-putus. Dan itu masalah.
"Terdapat banyak aktiviti di kawasan ini dalam beberapa bulan yang lalu," kata Risa Wechsler, ahli kosmologi di Stanford University yang tidak terlibat dalam kertas kerja ini. "Jadi sangat bagus untuk melihat segala sesuatu yang diringkaskan. Membezakannya dari segi H0 dan Ωm, yang merupakan parameter asas, benar-benar menjelaskan."
Walau bagaimanapun, Wechsler memberitahu Live Science, adalah penting untuk tidak melompat ke sebarang kesimpulan.
"Orang ramai teruja dengan ini kerana ia mungkin bermakna terdapat fizik baru, dan itu benar-benar menarik," katanya.
Mungkin model CMB hanya salah dalam beberapa cara, dan itu membawa kepada beberapa jenis kesilapan sistematik dalam bagaimana ahli fizik memahami alam semesta.
"Semua orang suka itu. Fizik suka mencabar model mereka," kata Wechsler. "Tetapi model ini berfungsi dengan baik setakat ini, jadi sebelum ini saya harus mempunyai bukti yang cukup kuat untuk meyakinkan saya."
Kajian ini menunjukkan bahawa sukar untuk memadankan pengukuran Cepheid dari alam semesta setempat dengan semua yang lain dengan memperkenalkan hanya satu fizik baru, kata Mack.
Mungkin, kata Mack, bahawa pengiraan supernova-Cepheid hanya salah. Mungkin ahli fizik mengukur jarak di alam semesta tempatan kita yang salah, dan itu membawa kepada salah perhitungan. Sukar untuk membayangkan apa yang salah perhitungan itu, walau bagaimanapun, katanya. Banyak astrofizik telah mengukur jarak setempat dari awal dan telah menghasilkan keputusan yang sama. Satu kemungkinan pengarang yang dibangkitkan hanyalah bahawa kita hidup dalam sekeping aneh alam semesta di mana terdapat galaksi yang kurang dan kurang graviti, jadi kejiranan kami berkembang lebih cepat daripada alam semesta secara keseluruhan.
Jawapannya kepada masalah itu, katanya, boleh menjadi sekitar sudut. Tetapi lebih cenderung ia bertahun-tahun atau dekad.
"Ia sama ada sesuatu yang baru di alam semesta atau ia adalah sesuatu yang kita tidak faham tentang pengukuran kami," katanya.
Wechsler berkata dia akan bertaruh pada yang terakhir - bahawa mungkin ada sesuatu yang tidak betul tentang bar kesalahan di sekitar beberapa ukuran yang terlibat, dan apabila mereka diselesaikan, gambar akan sesuai dengan lebih baik.
Pengukuran yang akan datang mungkin menjelaskan pertentangan - sama ada menerangkan atau meninggikannya, mencadangkan bidang fizik baru yang diperlukan. Teleskop Ukur Sinoptik yang Besar, yang dijangka datang dalam talian pada tahun 2020, perlu mencari beratus-ratus juta supernovas, yang sepatutnya dapat memperbaiki data astrofizik yang digunakan untuk mengukur jarak antara galaksi. Akhirnya, Mack berkata, kajian gelombang graviti akan mendapat cukup baik untuk mengekang pengembangan alam semesta juga, yang harus menambah tahap ketepatan kepada kosmologi. Di jalan raya, katanya, ahli fizik mungkin dapat mengembangkan instrumen yang cukup sensitif untuk menyaksikan objek berkembang dari satu sama lain dalam masa nyata.
Tetapi buat masa ini ahli kosmologi masih menunggu dan tertanya-tanya mengapa pengukuran alam semesta mereka tidak masuk akal bersama.
