Εισαγωγή
Περίπου 13,8 δισεκατομμύρια χρόνια πριν, το σύμπαν όπως ξέρουμε ξεκίνησε. Αυτή τη στιγμή, γνωστή ως Μεγάλη Έκρηξη, είναι όταν το ίδιο το διάστημα άρχισε γρήγορα να επεκτείνεται. Την εποχή της Μεγάλης Έκρηξης, το παρατηρούμενο σύμπαν (συμπεριλαμβανομένων των υλικών για τουλάχιστον 2 τρισεκατομμύρια γαλαξίες), ταιριάζει σε ένα διάστημα μικρότερο από ένα εκατοστό. Τώρα, το παρατηρούμενο σύμπαν είναι 93 δισεκατομμύρια έτη φωτός απέναντι και εξακολουθεί να επεκτείνεται.
Υπάρχουν πολλά ερωτήματα σχετικά με τη Μεγάλη Έκρηξη, ειδικά για αυτά που ήρθαν πριν από αυτήν (αν υπάρχει). Αλλά οι επιστήμονες γνωρίζουν κάποια πράγματα. Διαβάστε παρακάτω για μερικές από τις πιο ευάλωτες ανακαλύψεις σχετικά με την αρχή όλων.
Το σύμπαν επεκτείνεται
Μέχρι το 1929, οι ρίζες του σύμπαντος περιβλήθηκαν εξ ολοκλήρου σε μύθο και θεωρία. Αλλά εκείνο το έτος, ένας επιχειρηματικός αστρονόμος, Edwin Hubble, ανακάλυψε κάτι πολύ σημαντικό για το σύμπαν, κάτι που θα ανοίξει νέους τρόπους κατανόησης του παρελθόντος του: Το όλο θέμα επεκτείνεται.
Το Hubble έκανε την ανακάλυψή του μετρώντας κάτι που ονομάζεται redshift, η οποία είναι η στροφή προς μακρύτερα, κόκκινα μήκη κύματος φωτός που φαίνονται σε πολύ μακρινά γαλαξίες. (Το πιο μακριά το αντικείμενο, τόσο πιο έντονη είναι η κόκκινη μετατόπιση.) Το Hubble διαπίστωσε ότι η κόκκινη μετατόπιση αυξήθηκε γραμμικά με την απόσταση σε απομακρυσμένους γαλαξίες, υποδεικνύοντας ότι το σύμπαν δεν είναι ακίνητο. Είναι επεκτεινόμενο, παντού, όλα ταυτόχρονα.
Το Hubble κατάφερε να υπολογίσει το ρυθμό αυτής της επέκτασης, μια φιγούρα γνωστή ως το Hubble Constant, σύμφωνα με τη NASA. Ήταν αυτή η ανακάλυψη που επέτρεψε στους επιστήμονες να προβούν σε παρεκβολή και να θεωρήσουν ότι το σύμπαν ήταν παλιότερα συσκευασμένο σε ένα μικροσκοπικό σημείο. Κάλεσαν την πρώτη στιγμή της επέκτασής του το Big Bang.
Κοσμική ακτινοβολία υποβάθρου μικροκυμάτων
Τον Μάιο του 1964, οι ερευνητές του Bell Telephone Laboratories Arno Penzias και Robert Wilson εργάζονταν στην κατασκευή ενός νέου ραδιοφωνικού δέκτη στο New Jersey. Η κεραία τους συνέχιζε να μαζεύει ένα περίεργο βόμβο που φαινόταν να έρχεται από παντού, όλη την ώρα. Νόμιζαν ότι μπορεί να είναι περιστέρια στον εξοπλισμό, αλλά η αφαίρεση των φωλιών δεν έκανε τίποτα. Ούτε και οι άλλες προσπάθειές τους να μειώσουν τις παρεμβολές. Τέλος, συνειδητοποίησαν ότι έλαβαν κάτι πραγματικό.
Αυτό που είχαν εντοπίσει, αποδείχθηκε, ήταν το πρώτο φως του σύμπαντος: κοσμική ακτινοβολία υποβάθρου μικροκυμάτων. Αυτή η ακτινοβολία χρονολογείται από περίπου 380.000 χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, όταν το σύμπαν τελικά έψαξε αρκετά ώστε τα φωτόνια (τα σωματίδια που μοιάζουν με κύματα που φτιάχνουν το φως) να ταξιδεύουν ελεύθερα. Η ανακάλυψη έδωσε στήριξη στη θεωρία του Big Bang και στην αντίληψη ότι το σύμπαν επεκτάθηκε γρηγορότερα από την ταχύτητα του φωτός στην πρώτη του στιγμή. (Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι το κοσμικό υπόβαθρο είναι αρκετά ομοιόμορφο, γεγονός που υποδηλώνει την ομαλή επέκταση όλων των συνόλων από ένα μικρό σημείο.)
Χάρτης Sky
Η ανακάλυψη του κοσμικού μικροκυματικού υποβάθρου άνοιξε ένα παράθυρο στις ρίζες του σύμπαντος. Το 1989, η NASA εγκαινίασε έναν δορυφόρο που ονομάζεται Cosmic Background Explorer (COBE), ο οποίος μέτρησε μικροσκοπικές παραλλαγές στην ακτινοβολία υποβάθρου. Το αποτέλεσμα ήταν μια «εικόνα για το μωρό» του σύμπαντος, σύμφωνα με τη NASA, η οποία δείχνει μερικές από τις πρώτες παραλλαγές πυκνότητας στο επεκτεινόμενο σύμπαν. Αυτές οι μικροσκοπικές παραλλαγές προκάλεσαν πιθανώς το πρότυπο των γαλαξιών και τον κενό χώρο, που είναι γνωστός ως ο κοσμικός ιστός των γαλαξιών, που βλέπουμε στο σύμπαν σήμερα.
Άμεση απόδειξη του πληθωρισμού
Το κοσμικό μικροκυματικό υπόβαθρο επέτρεψε επίσης στους ερευνητές να βρουν το «όπλο καπνίσματος» για τον πληθωρισμό - αυτή την μαζική, ταχύτερη από το φως επέκταση που συνέβη στο Big Bang. (Αν και η θεωρία της ειδικής σχετικότητας του Αϊνστάιν υποστηρίζει ότι τίποτα δεν πηγαίνει γρηγορότερα από το φως μέσα από το διάστημα, αυτό δεν ήταν παραβίαση, ο ίδιος ο χώρος επεκτάθηκε.) Το 2016, οι φυσικοί ανακοίνωσαν ότι είχαν εντοπίσει ένα συγκεκριμένο είδος πόλωσης ή κατευθυντικότητας σε το κοσμικό μικροκυματικό υπόβαθρο. Αυτή η πόλωση είναι γνωστή ως "Β-τρόποι". Η πόλωση του B-mode ήταν η πρώτη άμεση απόδειξη των βαρυτικών κυμάτων από το Big Bang. Τα βαρυτικά κύματα δημιουργούνται όταν μαζικά αντικείμενα στο διάστημα επιταχύνουν ή επιβραδύνουν (τα πρώτα που ανακαλύφθηκαν ποτέ προήλθαν από τη σύγκρουση δύο μαύρων οπών). Οι τρόποι Β προσφέρουν έναν νέο τρόπο για να διερευνηθεί άμεσα η επέκταση του πρώιμου σύμπαντος - και ίσως για να καταλάβουμε τι την οδήγησε.
Δεν υπάρχουν επιπλέον διαστάσεις μέχρι στιγμής
Μια συνέπεια της ανακάλυψης του βαρυτικού κύματος ήταν ότι επέτρεψε στους επιστήμονες να αναζητήσουν πρόσθετες διαστάσεις, πέραν των συνηθισμένων τριών. Σύμφωνα με τους θεωρητικούς, τα βαρυτικά κύματα πρέπει να είναι σε θέση να διασχίσουν άγνωστες διαστάσεις, αν υπάρχουν αυτές οι διαστάσεις. Τον Οκτώβριο του 2017, οι επιστήμονες ανίχνευσαν τα κύματα βαρύτητας από τη σύγκρουση δύο άστρων νετρονίων. Μετρούσαν το χρόνο που χρειάστηκε να ταξιδέψουν τα κύματα από τα αστέρια στη Γη και δεν βρήκαν στοιχεία για διαρροές.
Τα αποτελέσματα, που δημοσιεύτηκαν τον Ιούλιο του 2018 στο περιοδικό Journal of Cosmology και Astroparticle Physics, υποδηλώνουν ότι εάν υπάρχουν άλλες διαστάσεις εκεί έξω, είναι μικροσκοπικές - θα επηρεάσουν περιοχές του κόσμου μικρότερες από 1,6 χιλιόμετρα. Αυτό σημαίνει ότι η θεωρία χορδών, η οποία υποδηλώνει ότι το σύμπαν αποτελείται από μικροσκοπικές δονούμενες χορδές και προβλέπει τουλάχιστον 10 έφηβες διαστάσεις, θα μπορούσε να είναι αλήθεια.
Επέκταση επέκτασης ...
Μια από τις πιο περίεργες ανακαλύψεις στη φυσική είναι ότι το σύμπαν όχι μόνο επεκτείνεται, αλλά επεκτείνεται με ρυθμό επιτάχυνσης.
Η ανακάλυψη χρονολογείται από το 1998, όταν οι φυσικοί ανακοίνωσαν τα αποτελέσματα πολλών μακροχρόνιων έργων που μέτρησαν ιδιαίτερα βαριά σουπερνόβα που ονομάζονται σουπερνόβα τύπου Ι. Τα αποτελέσματα (τα οποία κέρδισαν στους ερευνητές Saul Perlmutter, Brian P. Schmidt και Adam G. Reiss ένα βραβείο Νόμπελ το 2011) αποκάλυψαν ασθενέστερο από το αναμενόμενο φως από τα πιο μακρινά από αυτά τα σουπερνόβα. Αυτό το αδύναμο φως έδειξε ότι ο ίδιος ο χώρος επεκτείνεται: Τα πάντα στο σύμπαν βαθμιαία απομακρύνονται από οτιδήποτε άλλο.
Οι επιστήμονες καλούν τον οδηγό αυτής της επέκτασης «σκοτεινή ενέργεια», μια μυστηριώδη μηχανή που θα μπορούσε να αποτελέσει περίπου το 68% της ενέργειας στο σύμπαν. Αυτή η σκοτεινή ενέργεια φαίνεται να είναι ζωτικής σημασίας για την πραγματοποίηση των θεωριών της αρχής του σύμπαντος παρατηρήσεων που διεξάγονται τώρα, όπως αυτές που έγιναν από τη δοκιμασία ανισοτροπίας μικροκυμάτων Wilkinson (WMAP) της NASA, όργανο που έχει παράγει τον πιο ακριβή χάρτη της κοσμικής υπόβαθρο μικροκυμάτων ακόμα.
... Ακόμη πιο γρήγορα από το αναμενόμενο
Τα νέα αποτελέσματα από το τηλεσκόπιο Hubble, που κυκλοφόρησε τον Απρίλιο του 2019, έχουν εμβαθύνει το παζλ του διαστελλόμενου σύμπαντος. Οι μετρήσεις από το διαστημικό τηλεσκόπιο δείχνουν ότι η επέκταση του σύμπαντος είναι 9% ταχύτερη από ό, τι αναμενόταν από προηγούμενες παρατηρήσεις. Για τους γαλαξίες, κάθε απόσταση 3,3 εκατομμυρίων ετών φωτός από τη Γη μεταφράζεται σε επιπλέον 46 μίλια ανά δευτερόλεπτο (74 χιλιόμετρα το δευτερόλεπτο) ταχύτερα από τους προβλεπόμενους προηγούμενους υπολογισμούς, σύμφωνα με τη NASA.
Γιατί το θέμα αυτό για την προέλευση του σύμπαντος; Επειδή οι φυσικοί πρέπει να χάσουν κάτι. Σύμφωνα με τη NASA, κατά τη διάρκεια του Μεγάλου Τραγουδιού μπορεί να υπάρχουν τρεις ξεχωριστές "εκρήξεις" σκοτεινής ενέργειας και λίγο αργότερα. Αυτές οι εκρήξεις έθεσαν το σκηνικό για αυτό που βλέπουμε σήμερα. Η πρώτη μπορεί να έχει αρχίσει την αρχική επέκταση. ένα δευτερόλεπτο μπορεί να συνέβη πολύ πιο γρήγορα, ενεργώντας σαν ένα βαρύ πόδι που πιέστηκε στο πεντάλι του αερίου του σύμπαντος, προκαλώντας το σύμπαν να επεκταθεί γρηγορότερα από ό, τι πιστεύεται προηγουμένως. Μια τελευταία έκρηξη σκοτεινής ενέργειας μπορεί να εξηγήσει την επιταχυνόμενη επέκταση του σύμπαντος σήμερα.
Τίποτα από αυτά δεν αποδεικνύεται - ακόμα. Αλλά οι επιστήμονες ψάχνουν. Οι ερευνητές του Πανεπιστημίου του Τέξας στο Observatory του Austin McDonald χρησιμοποιούν ένα πρόσφατα αναβαθμισμένο όργανο, το Hobby-Eberly, για να αναζητήσουν άμεσα σκοτεινή ενέργεια. Το έργο, το πειράμα σκοτεινό ενέργειας του τηλεσκοπίου Hobby-Eberly (HETDEX), μετράει το αχνό φως από τους γαλαξίες σε απόσταση έως 11 δισεκατομμύρια έτη φωτός, γεγονός που θα επιτρέψει στους ερευνητές να δουν οποιεσδήποτε αλλαγές στην επιτάχυνση του σύμπαντος με την πάροδο του χρόνου. Επίσης θα μελετήσουν τις ηχούς των διαταραχών στο σύμπαν 400.000 ετών, που δημιουργήθηκε στην πυκνή σούπα σωματιδίων που έφτιαξαν τα πάντα αμέσως μετά το Big Bang. Και αυτό θα αποκαλύψει τα μυστήρια της επέκτασης και θα εξηγήσει τη σκοτεινή ενέργεια που την οδήγησε.
