Introducere
În urmă cu aproximativ 13,8 miliarde de ani, universul așa cum îl știm a început. Acest moment, cunoscut sub numele de Big Bang, este momentul în care spațiul în sine a început rapid să se extindă. În momentul Big Bang-ului, universul observabil (inclusiv materialele pentru cel puțin 2 trilioane de galaxii) se încadrează într-un spațiu mai puțin de un centimetru de-a lungul. Acum, universul observabil are 93 de miliarde de ani-lumină și încă se extinde.
Există multe întrebări despre Big Bang, în special despre ce a apărut înainte (dacă există). Dar oamenii de știință știu unele lucruri. Citiți mai departe pentru unele dintre cele mai ascunse descoperiri despre începutul tuturor.
Universul se extinde
Până în 1929, originile universului au fost învăluite în întregime în mit și teorie. Dar în acel an, un astronom întreprinzător pe nume Edwin Hubble a descoperit ceva foarte important în privința universului, ceva care ar deschide noi modalități de înțelegere a trecutului său: Totul se extinde.
Hubble și-a făcut descoperirea măsurând ceva numit redshift, care este trecerea către lungimi de undă roșii mai lungi, văzute în galaxiile foarte îndepărtate. (Cu cât este mai departe obiectul, cu atât este mai pronunțat redshift-ul.) Hubble a constatat că redshift-ul a crescut liniar cu distanța în galaxiile îndepărtate, ceea ce indică faptul că universul nu este staționar. Se extinde, peste tot, deodată.
Hubble a putut calcula rata acestei extinderi, cifră cunoscută sub numele de Constant Hubble, conform NASA. Această descoperire a permis oamenilor de știință să extrapoleze înapoi și să teoretizeze că universul a fost odată împachetat într-un punct minuscul. Ei au numit primul moment al expansiunii sale Big Bang.
Radiație cosmică de fundal cu microunde
În mai 1964, Arno Penzias și Robert Wilson, cercetători la Bell Telephone Laboratories, lucrau la construirea unui nou receptor radio în New Jersey. Antena lor continua să ridice un zâmbet ciudat care părea să vină de pretutindeni, tot timpul. Au crezut că ar putea fi porumbei în echipament, dar înlăturarea cuiburilor nu a făcut nimic. Nici celelalte încercări ale acestora de a reduce interferențele. În cele din urmă, și-au dat seama că aleg ceva real.
S-a dovedit că ceea ce au detectat a fost prima lumină a universului: radiații cosmice de microunde de fond. Această radiație datează de la aproximativ 380.000 de ani după Big Bang, când universul s-a răcit în sfârșit suficient pentru ca fotonii (particulele de undă care formează lumina) să călătorească liber. Descoperirea a sprijinit teoria Big Bang și ideea că universul s-a extins mai repede decât viteza luminii în prima sa clipă. (Acest lucru se datorează faptului că fondul cosmic este destul de uniform, ceea ce sugerează o expansiune lină a tuturor dintr-o dată dintr-un punct mic.)
Harta cerului
Descoperirea fundalului cosmic cu microunde a deschis o fereastră către originile universului. În 1989, NASA a lansat un satelit numit Cosmic Background Explorer (COBE), care a măsurat mici variații ale radiațiilor de fond. Rezultatul a fost o „imagine pentru bebeluși” a universului, conform NASA, care arată unele dintre primele variații de densitate din universul în expansiune. Aceste variații minuscule au dat naștere probabil tiparului galaxiilor și spațiului gol, cunoscut sub numele de pânza cosmică a galaxiilor, pe care le vedem în universul de astăzi.
Dovada directă a inflației
Fundalul cosmic cu microunde a permis, de asemenea, cercetătorilor să găsească „arma de fumat” pentru inflație - acea expansiune masivă, mai rapidă decât lumina, care a avut loc la Big Bang. (Deși teoria Einstein a relativității speciale susține că nimic nu merge mai repede decât lumina prin spațiu, aceasta nu a fost o încălcare; spațiul în sine s-a extins.) În 2016, fizicienii au anunțat că au detectat un anumit tip de polarizare sau direcționalitate, în unele dintre fondul microundelor cosmice. Această polarizare este cunoscută sub numele de "moduri B". Polarizarea în modul B a fost prima dovadă directă a undelor gravitaționale din Big Bang. Valurile gravitaționale sunt create atunci când obiectele masive din spațiu se accelerează sau încetinesc (primele care au fost descoperite vreodată au venit din coliziunea a două găuri negre). Modurile B oferă o nouă modalitate de a sonda direct extinderea universului timpuriu - și poate de a afla ce a condus-o.
Până acum nu există dimensiuni suplimentare
O consecință a descoperirii undelor gravitaționale a fost că a permis oamenilor de știință să caute dimensiuni suplimentare, dincolo de cele trei obișnuite. Potrivit teoreticienilor, undele gravitaționale ar trebui să poată traversa dimensiuni necunoscute, dacă există aceste dimensiuni. În octombrie 2017, oamenii de știință au detectat unde gravitaționale din coliziunea a două stele de neutroni. Ei au măsurat timpul necesar valurilor pentru a călători de la stele pe Pământ și nu au găsit nicio dovadă a vreunei scurgeri extra-dimensionale.
Rezultatele, publicate în iulie 2018 în Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, sugerează că, dacă există alte dimensiuni acolo, sunt minuscule - ar afecta zonele universului cu o dimensiune mai mică de 1 mile (1,6 kilometri). Asta înseamnă că teoria cu șiruri, care presupune că universul este format din șiruri vibrante minuscule și prezice cel puțin 10 dimensiuni teensy, ar putea fi încă adevărat.
Accelerarea expansiunii ...
Una dintre cele mai ciudate descoperiri în fizică este că universul nu numai că se extinde, ci se extinde într-un ritm accelerat.
Descoperirea datează din 1998, când fizicienii au anunțat rezultatele mai multor proiecte de lungă durată care au măsurat supernovele deosebit de grele numite supernovele de tip Ia. Rezultatele (care au câștigat cercetătorii Saul Perlmutter, Brian P. Schmidt și Adam G. Reiss un premiu Nobel în 2011), au scos la iveală o lumină mai slabă decât era de așteptat de la cele mai îndepărtate dintre aceste supernove. Această lumină slabă a arătat că spațiul în sine se extinde: Totul în univers se îndepărtează treptat mai departe de orice altceva.
Oamenii de știință numesc șoferul acestei expansiuni „energie întunecată”, un motor misterios care ar putea constitui aproximativ 68% din energia din univers. Această energie întunecată pare a fi crucială pentru ca teoriile începutului universului să se potrivească observațiilor care se desfășoară acum, cum ar fi cele realizate de Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) de la NASA, un instrument care a produs harta cea mai precisă a cosmicului fundal cu microunde încă.
... Chiar mai repede decât se aștepta
Noile rezultate ale Telescopului Hubble, lansate în aprilie 2019, au adâncit puzzle-ul universului în expansiune. Măsurătorile telescopului spațial arată că expansiunea universului este cu 9% mai rapidă decât se aștepta din observațiile anterioare. Pentru galaxii, fiecare distanță de 3,3 milioane de ani-lumină față de Pământ se traduce cu 46 km suplimentar pe secundă (74 km pe secundă) mai repede decât au estimat anterior calculele, potrivit NASA.
De ce contează asta pentru originile universului? Pentru că fizicienilor trebuie să lipsească ceva. Potrivit NASA, este posibil să fi existat trei „explozii” de energie întunecată separate în timpul Big Bang-ului și la scurt timp după aceea. Aceste explozii au pregătit scena pentru ceea ce vedem astăzi. Primul ar fi putut începe extinderea inițială; o secundă s-a putut întâmpla mult mai repede, acționând ca un picior greu apăsat pe pedala de gaz a universului, determinând universul să se extindă mai repede decât se credea anterior. O explozie finală de energie întunecată poate explica expansiunea accelerată a universului de astăzi.
Nimic din toate acestea nu este dovedit - încă. Dar oamenii de știință se uită. Cercetătorii de la Universitatea din Texas de la Austin McDonald Observatory folosesc un instrument recent modernizat, Telescopul Hobby-Eberly, pentru a căuta direct energia întunecată. Proiectul, Hobby-Eberly Telescope Dark Energy Experiment (HETDEX), măsoară lumina slabă de la galaxii până la 11 miliarde de ani-lumină, ceea ce va permite cercetătorilor să observe orice schimbări în accelerarea universului în timp. De asemenea, vor studia ecourile tulburărilor din universul vechi de 400.000 de ani, creat în supa densă de particule care a format totul imediat după Big Bang. Acest lucru va dezvălui și misterele expansiunii și va explica energia întunecată care a condus-o.
