Въведение
Преди около 13,8 милиарда години Вселената, както знаем, е започнала. Този момент, известен като Големия взрив, е когато самото пространство бързо започва да се разширява. По времето на Големия взрив наблюдаваната вселена (включително материалите за поне 2 трилиона галактики) се вписва в пространство, по-малко от сантиметър. Сега наблюдаваната Вселена е на 93 милиарда светлинни години и продължава да се разширява.
Има много въпроси за Големия взрив, по-специално за това, което се е случило преди него (ако има нещо друго). Но учените знаят някои неща. Прочетете за някои от най-извиващите умовете открития за началото на всичко.
Вселената се разширява
До 1929 г. произходът на Вселената е обвит изцяло в мит и теория. Но същата година предприемчив астроном на име Едвин Хъбъл откри нещо много важно за Вселената, нещо, което би отворило нови начини за разбиране на миналото й: Цялото нещо се разширява.
Хъбъл направи своето откритие чрез измерване на нещо, наречено червено изместване, което е изместване към по-дълги, червени дължини на вълната на светлината, наблюдавани в много далечни галактики. (Колкото по-далече е обектът, толкова по-изразено е червеното изместване.) Хъбъл откри, че червеното изместване се увеличава линейно с разстояние в далечни галактики, което показва, че Вселената не е неподвижна. Разширява се навсякъде, всичко наведнъж.
Хъбъл успя да изчисли скоростта на това разширение, цифра, известна като Константата на Хъбъл, според НАСА. Именно това откритие позволи на учените да екстраполират обратно и да теоретизират, че вселената някога е била натъпкана в малка точка. Те нарекоха първия момент от неговото разширяване Големия взрив.
Космическо микровълново фоново лъчение
През май 1964 г. Арно Пензиас и Робърт Уилсън, изследователи от Bell Telephone Laboratories, работят върху изграждането на нов радиоприемник в Ню Джърси. Тяхната антена продължаваше да вдига странно бръмчене, което сякаш идваше отвсякъде, през цялото време. Те смятаха, че може да са гълъби в оборудването, но премахването на гнездата не направи нищо. Нито другите им опити да намалят намесата. Накрая разбраха, че вдигат нещо истинско.
Оказа се, че те откриха първата светлина на Вселената: космическото микровълново фоново лъчение. Тази радиация датира от около 380 000 години след Големия взрив, когато Вселената най-накрая се охлади достатъчно, за да могат фотоните (вълнообразните частици, съставляващи светлина) да пътуват свободно. Откритието подкрепи теорията за Големия взрив и идеята, че Вселената се разширява по-бързо от скоростта на светлината в първия си миг. (Това е така, защото космическият фон е доста равномерен, което предполага плавно разширяване на всичко наведнъж от малка точка.)
Карта на небето
Откриването на космическия микровълнов фон отвори прозорец към произхода на Вселената. През 1989 г. НАСА пусна сателит, наречен Cosmic Background Explorer (COBE), който измерва малки изменения във фоновото лъчение. Резултатът беше "бебешка снимка" на Вселената, според НАСА, която показва някои от първите вариации на плътността в разширяващата се Вселена. Тези минимални вариации вероятно са породили модела на галактиките и празното пространство, известен като космическата мрежа на галактиките, който виждаме във вселената днес.
Пряко доказателство за инфлацията
Космическият микровълнов фон също даде възможност на изследователите да намерят "пушенето за пушене" за инфлация - онова масово, по-бързо от светлината разширение, което се случи при Големия взрив. (Въпреки че теорията на Айнщайн за специална относителност твърди, че нищо не върви по-бързо от светлината през пространството, това не е нарушение; самото пространство се разширява.) През 2016 г. физиците обявиха, че са открили определен вид поляризация или насоченост в някои от космическият микровълнов фон. Тази поляризация е известна като "B-режими." Поляризацията в режим B е първото в историята пряко доказателство за гравитационни вълни от Големия взрив. Гравитационните вълни се създават, когато масивните предмети в космоса се ускоряват или забавят (първите, които някога са били открити, идват от сблъсъка на две черни дупки). B-режимите предоставят нов начин за директно изследване на ранното разширяване на Вселената - и може би да разберем какво го е довело.
Без допълнителни размери досега
Едно от последствията от откриването на гравитационната вълна беше, че позволява на учените да търсят допълнителни измерения, извън обичайните три. Според теоретиците гравитационните вълни трябва да могат да преминават в неизвестни измерения, ако тези измерения съществуват. През октомври 2017 г. учените откриха гравитационни вълни от сблъсъка на две неутронни звезди. Те измериха времето, необходимо на вълните за пътуване от звездите до Земята, и не намериха никакви доказателства за извънгабаритни течове.
Резултатите, публикувани през юли 2018 г. в Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, предполагат, че ако има някакви други измерения навън, те са мънички - те биха засегнали области от Вселената с размер по-малък от 1 мили (1,6 километра). Това означава, че теорията на струните, която твърди, че Вселената е направена от малки вибриращи струни и предвижда поне 10 тензионни измерения, все още може да бъде вярна.
Разширяването се ускорява ...
Едно от най-странните открития във физиката е, че Вселената не само се разширява, а се разширява с ускоряваща се скорост.
Откритието е от 1998 г., когато физиците обявяват резултатите от няколко дългогодишни проекта, които измерват особено тежки свръхнови, наречени свръхнови тип Ia. Резултатите (спечелили изследователите Саул Перлмутер, Брайън П. Шмит и Адам Г. Рейс Нобелова награда през 2011 г.) разкриха по-слаба от очакваната светлина от най-далечната от тези свръхнови. Тази слаба светлина показа, че самото пространство се разширява: Всичко във Вселената постепенно се отдалечава от всичко останало.
Учените наричат двигателя на това разширение „тъмна енергия“, мистериозен двигател, който би могъл да представлява около 68% от енергията във Вселената. Тази тъмна енергия изглежда е от решаващо значение за превръщането на теориите за началото на Вселената в подходящи наблюдения, които се провеждат сега, като тези, направени от Уилкинсона анизотропична сонда на Уилкинсън (WMAP), инструмент, който е произвел най-точната карта на космическата микровълнов фон все още.
... Дори по-бързо от очакваното
Новите резултати от телескопа Хъбъл, публикуван през април 2019 г., задълбочиха пъзела на разширяващата се вселена. Измерванията от космическия телескоп показват, че разширяването на Вселената е с 9% по-бързо от очакваното от предишни наблюдения. За галактиките разстоянието на всеки 3,3 милиона светлинни години от Земята се превръща в допълнителни 46 мили в секунда (74 км в секунда) по-бързо от предвидените по-ранни изчисления, според НАСА.
Защо това има значение за произхода на Вселената? Защото на физиците трябва да липсва нещо. Според НАСА може да е имало три отделни „изблици“ на тъмна енергия по време на Големия взрив и малко след това. Тези изблици поставят основата на това, което виждаме днес. Първият може би е започнал първоначалното разширяване; секунда може да се е случила много по-бързо, действайки като тежък крак, натиснат на педала за газ на Вселената, което кара Вселената да се разширява по-бързо, отколкото се смяташе досега. Крайният срив на тъмната енергия може да обясни ускоряващото се разширяване на Вселената днес.
Нищо от това не е доказано - все още. Но учените търсят. Изследователи от Тексаския университет в обсерваторията Остин Макдоналд използват наскоро модернизиран инструмент - телескоп Хоби-Еберли, за да търсят директно тъмна енергия. Проектът, експериментът с телесен телескоп „Хоби-Еберли“ (HETDEX), измерва слабата светлина от галактики до 11 милиарда светлинни години, което ще позволи на изследователите да видят всякакви промени в ускорението на Вселената във времето. Те също ще изучават ехото на смущения в 400 000-годишната вселена, създадена в гъстата супа от частици, съставяща всичко веднага след Големия взрив. Това също ще разкрие мистериите на разширяването и ще обясни тъмната енергия, която го подтикваше.
