Cosmology: Uncovering the Story of the Universe

Вселенная полна звезд, газовых облаков, галактик, черных дыр и многое другое. Космологи спросить: «почему?»
Кредит: изображения НАСА

В течение тысяч лет люди смотрели на звезды и удивлялся, как Вселенная стала такой. Но он не был до лет Первой мировой войны, исследователи разработали первый наблюдательных инструментов и теоретических инструментов для преобразования этих больших вопросов в точной области знаний: космологии.

«Я думаю о космологии как одном из старейших предметов человеческого интереса, но как одна из новейших наук,» сказал Пол Стейнхардт, космолог из Принстонского университета, который изучает ли время имеет начало.

Космологии, в двух словах, изучает космос как единое целое, а не анализируя отдельно звезды, черные дыры и галактики, которые заполняют его. Это поле задает большие вопросы: откуда Вселенная взялась? Почему звезды, галактики и скопления галактик? Что произойдет дальше? «Космология пытается сделать очень масштабную картину о природе Вселенной», — сказал Glennys Фаррар, физика элементарных частиц в Нью-Йоркском университете.

Потому что эта дисциплина сталкивается со многими явлениями, с частицами в вакууме на ткань пространства и времени, космологии широко используются во многих областях, включая астрономию, астрофизику и, чаще, физике элементарных частиц.

«Космология имеет части, которые полностью по физике, части, которые полностью в астрофизике, и деталями, которые идут туда и обратно», — говорит Стейнхардт. «Это-часть волнения».

Междисциплинарный характер поля помогает объяснить его сравнительно поздний старт. Наша современная картина Вселенной начала налаживаться только в 1920-х годах, вскоре после того, как Альберт Эйнштейн разработал теорию общей относительности, математическая концепция, которая описывает гравитацию как следствие искривление пространства и времени.

«Прежде чем понять природу гравитации, вы не можете действительно сделать теорию о том, почему вещи такие, какие они есть», — говорит Стейнхардт. Другие силы имеют большее воздействие на частицы, а сила тяжести является крупным игроком на арене планет, звезд и галактик. Описание Исаака Ньютона о гравитации часто тоже работает в этой сфере, но лечит пространства (и времени) в качестве жесткой и неизменный фон, на котором для измерения событий. Работы Эйнштейна показали, что само пространство может расширяться и сжиматься, перекладывая Вселенной от сцены к актеру и приведение его в драку, как динамический объект для изучения.

В середине 1920-х годах астроном Эдвин Хаббл сделал замечания от недавно построенного 100-дюймов (254 см) телескоп Хукера в обсерватории Маунт-Вильсон в Калифорнии. Он пытался урегулировать спор о расположении определенных облака в космосе, которые астрономы могли видеть. Хаббл доказал, что эти «туманности» не маленькие, местные облака, но вместо этого были огромные, далекие звездные скопления, похожие на наш Млечный Путь — «островные вселенные», выражаясь языком того времени. Сегодня мы называем их галактиками и знают, что их число в триллионы.

Самых больших потрясений в космической перспективе были еще впереди. Работы Хаббла в конце 1920-х годов предположили, что галактики во все стороны уносятся от нас, вызвав многолетние дискуссии. Возможные измерения космического микроволнового фона (реликтового излучения) — свет ушел из вселенной ранних лет и так растягивается на микроволновые печи — в 1960-х годах доказали, что реальность совпали одна из возможностей, предложенных общей теории относительности: начиная с малого и горячей, Вселенная становится все больше и холоднее с тех пор. Концепция стала известной как Теория Большого Взрыва, и она загремела космологов, поскольку оно предполагает, что даже Вселенная может иметь начало и конец.

The universe began with a bang. Cosmologists have predicted that stars didn't form for another 180 million years.

Вселенная началась со взрыва. Космологи предсказывают, что звезды не образуют еще 180 миллионов лет.
Кредит: От Shutterstock

Но, по крайней мере, эти астрономы могли видеть движение галактик в свои телескопы. Одним из самых сейсмических сдвигов космологии, говорит Фаррар, — это идея о том, что подавляющее большинство вещей там из чего-то еще, что-то совершенно невидимым. Материала мы видим, является не более, чем ошибка округления космические — только около 5% всего во Вселенной.

Первый обитатель остальные 95% Вселенной, что можно назвать «темного сектора», — поднял голову в 1970-х годах. Тогда астроном Вера Рубин понял, что галактики были кружащаяся вокруг так быстро они должны вращаться отдельно. Более трудн-к-видеть дело, Фаррар сказал, материалов учета галактик вместе должно быть чем-то абсолютно неизвестным для физиков, что-то, что — кроме его притяжения — полностью игнорирует обычная материя и свет. Позже сопоставление показало, что галактики, которые мы видим, просто ядра в центре колоссальной «темной материи» сферы. Нити из видимой материи, которые простираются через всю Вселенную повесить на темной раме, что перевешивает видимые частицы пять к одному.

Космический телескоп «Хаббл» затем раскрыл признаки неожиданной различные энергии, которые космологи сейчас говорить приходится оставшиеся 70% Вселенной с учетом темной материи (25%) и видимой материи (5%) — в 1990-х годах, когда он разгонял расширение Вселенной как ускорение, как Поезд-беглец. «Темная энергия», возможно, вид энергии, присущее само пространство, толкает вселенную быстрее, чем гравитация может рисовать вместе с космосом. В триллион лет, любой астрономы ушли в Млечный Путь найти себя в настоящий островок Вселенной, объятой мраком.

«Мы находимся в точке перехода в истории Вселенной, от которой он доминирует вопрос, где преобладает новый вид энергии», — говорит Стейнхардт. «Темная материя определена наших прошлых. Темная энергия и будет определять наше будущее».

Нынешняя космология пакеты таких эпохальных открытий в его венцом, Лямбда-CDM модель. Иногда называют стандартной моделью космологии, этот набор уравнений описывает Вселенную о своей первой второй и далее. Эта модель предполагает определенное количество темной энергии (лямбда, для его представления в общей теории относительности) и холодной темной материей (CDM) и аналогичные предположения о размере видимой материи, форму Вселенной и другие характеристики, все установлено опытами и наблюдениями.

Играть, что ребенок-Вселенная фильм вперед 13.8 миллиардов лет, и космологи сделать снимок, что «статистически есть все, что мы можем измерить до определенного момента», — говорит Стейнхардт. Данная модель представляет собой цель победить, как космологи подтолкнуть их описания Вселенной глубже в прошлое и в будущее.

Так же успешно, как Лямбда-CDM был, он все еще имеет множество перегибов, которые нуждаются в разработке. Космологи получают противоречивые результаты, когда они пытаются изучить нынешнее расширение Вселенной, в зависимости от того, могут ли они измерить его напрямую в ближайших галактиках или вывести его из СГМ. Эта модель ничего не говорит о составе темной материи или энергии, либо.

Потом это хлопотно первой секунды существования, когда Вселенная предположительно пошло от бесконечно малой точке в релятивистски хорошо себя пузырь. «Инфляция» — это популярная теория, которая пытается справиться с этим периодом, объясняя, как краткий миг, даже быстрее расширения взорвали мизер изначальной вариации в крупномасштабных неровностей сегодняшних галактик, а также как Лямбда-CDM входы есть свои ценности.

Никто не знает, как инфляция однако проработанная в деталях, или почему он остановился, где он предположительно совершил. Штейнгардт заявил, что инфляция должна иметь продолжение во многих регионах космоса, подразумевая, что наша Вселенная-всего лишь один кусочек «мультивселенной», содержащего все возможные физической реальности — идея непроверяема, что многие экспериментаторы найти беспокойство.

Чтобы добиться прогресса на подобные вопросы, космологи выглядеть в точности измерений с космических телескопов, таких как космический телескоп Хаббла и предстоящих Джеймс Уэбб космического телескопа, а также эксперименты в новой области гравитационно-волновой астрономии, такие, как Национальный научный фонд лазерный интерферометр гравитационно-волновой обсерватории. Космологи также присоединиться физики частиц и астрофизики в междисциплинарном гонки, чтобы обнаружить частицы темной материи.

Просто как космология не мог начаться, пока других областей физики созрел, он не сможет закончить раскрывающих историю Вселенной до других областях более полной.»Чтобы получить историю прямо, вы должны отработать практически все законы физики на всех энергетических масштабах и при любых условиях», — говорит Стейнхардт. «И изменение в любой из них может кардинально изменить космологическая история».

Фаррар сказал, что она не знает, что произойдет, но чудеса, что люди осознали сложность Вселенной так, как они есть. «Это удивительно, что человеческий мозг развился до такой степени, что эти вопросы, видимо, можно ответить», — сказала она. «Некоторые из них по крайней мере.»

Дополнительные ресурсы:

  • Космолог Шон Кэрролл исправляет распространенные заблуждения о Вселенной.
  • Прочитать о миссии НАСА, чтобы раскрыть темные сектора.
  • «Пространство время смотреть ПБС это» объяснить одного кризиса в стандартной модели космологии.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *