توضيح معدل الكون قد يؤدي إلى فيزياء جديدة

كان ذلك في أوائل عام 1990 المنشأ. كارنيجي المرصد في باسادينا, كاليفورنيا, كانت فارغة لقضاء عطلة عيد الميلاد. ويندي فريدمان واحد في المكتبة عملت على كبيرة وشائكة المشكلة: معدل توسع الكون. كارنيجي كان أرضا خصبة لمثل هذا العمل. كان هنا في عام 1929 ، إدوين هابل أول المجرات البعيدة تحلق بعيدا عن مجرة درب التبانة ، كذاب في موضوع خارجي من توسيع الفضاء. سرعة هذا التدفق كان يسمى هابل ثابتة.

تشغيل هادئ فريدمان سرعان ما توقف عندما المكتبة كانت مكسورة من قبل زملائه الفلكي ألان من Sendic العلمي خلفا هابل الذي عقود من القواعد المكررة هابل ثابتة على الدوام الدفاع عن بطء وتيرة التوسع. كان فريدمان واحدا من الماضي دافع عن معدلات أعلى ، Sandig رأيتها هرطقة البحث.

"كان غاضبا جدا," يقول فريدمان, يعمل الآن في جامعة شيكاغو في ولاية إلينوي "في تلك اللحظة أدركت أن كنا وحدنا في المبنى كله. أخذت خطوة إلى الوراء والتفكير في أننا لا أكثر ودية من مجالات العلم".

هذه المعارضة هدأت ، ولكن ليس تماما. Sendic توفي في عام 2010 ، وبحلول ذلك الوقت كان معظم الفلكيين اتفقوا على هابل المستمر في نطاق ضيق. ومع ذلك ، فإن أحدث البيانات ربما يود Sandigo تشير إلى حقيقة أن هابل ثابت 8% أقل من الدليل. ما يقرب من مائة سنة علماء الفلك قد حسبت ذلك ، بعناية قياس المسافة إلى أقرب جزء من الكون و نقل المزيد. لكن في الآونة الأخيرة علماء الفيزياء الفلكية قياس ثابتة في الخارج ، على أساس خرائط الخلفية الكونية من الموجات الميكروية (CMB) ، رصدت شفق الانفجار الكبير الذي أصبح خلفية الكون المرئي. مما يجعل افتراضات حول كيفية دفع tacica من الطاقة والمادة في الكون تغيرت وتيرة توسع الفضاء منذ شكلت الخلفية الكونية الميكروويف, علماء الفيزياء الفلكية أن تأخذ بطاقات وضبط هابل المستمر الحديثة الكون المحلي. الأرقام يجب أن تتطابق. لكنها ليست هي نفسها.

ربما واحدة من النهج هو شيء خاطئ. كلا الجانبين تبحث عن نقاط الضعف في الخاصة بهم وغيرها من الأساليب ، وكبار الشخصيات مثل فريدمان في عجلة من امرنا إلى تقديم اقتراحاتهم الخاصة. "نحن لا نعرف في أي اتجاه كل هذا سوف يؤدي" يقول فريدمان.

ولكن إذا لم يتم التوصل إلى اتفاق ، وسوف يكون الكراك في السماء من علم الكونيات الحديث. وهذا قد يعني أن النظريات القائمة في عداد المفقودين بعض المكونات التي تدخل بين الحاضر و الماضي القديم والنسيج في سلسلة من التفاعلات CMB مع الحاضر ثابت هابل. إذا كان الأمر كذلك, ثم التاريخ سوف تتكرر. في عام 1990 ، آدم ريس, الآن الفيزياء الفلكية في جامعة جونز هوبكنز في بالتيمور بولاية ماريلاند ، برئاسة إحدى المجموعات أن اكتشاف الطاقة المظلمة, قوة طاردة أن تسارع توسع الكون. هذا هو واحد من العوامل التي CMB الحسابات يجب أن تأخذ في الاعتبار.

الآن فريق من RISS يؤدي البحث عن ثابت هابل في الفضاء المجاورة ، وخارجها. والغرض من ذلك هو ليس فقط لتوضيح عدد ، ولكن أيضا للقبض على أنها لا تتغير بمرور الوقت ، حتى أن الطاقة المظلمة يمكن أن يفسر ذلك. إلا أنه يفهم القليل من ما قد يكون عاملا في عداد المفقودين. وهو يتساءل ما يحدث.

في عام 1927 ، هابل قد ذهب إلى أبعد من مجرة درب التبانة, المسلحة مع أكبر وقت مع تلسكوب في العالم 2.5 متر هوكر التلسكوب الذي كان يقف على جبل ويلسون فوق باسادينا. أخذ صورة دوامة من نقاط الضعف التي تعرف الآن باسم المجرات و قياس احمرار من ضوء التحول دوبلر تجاه طويلة من موجات الضوء. مقارنة الانزياح نحو الأحمر المجرات من السطوع ، هابل جاء إلى استنتاجات مثيرة للاهتمام: باهتة ، ويفترض كان بجوار galaxy أسرع إزالته. لذلك الكون آخذ في التوسع. وهكذا الكون محدود العمر ، العد التنازلي الذي بدأ مع الانفجار الكبير.

الكونية الجدل

مناقشة موضوع ثابت هابل و معدل توسع الكون بدأ اللعب مع متجددة. علماء الفلك قد تأتي إلى عدد معين ، وذلك باستخدام تقنية الكلاسيكية من "سلم المسافة" أو الملاحظات الفلكية الكون المحلي. ولكن هذه القيم الصراع مع الكوني التقديرات على أساس خرائط الكون في وقت مبكر وتعادل إلى يومنا هذا. من هذا النزاع ، ويترتب على ذلك نمو الكون يمكن أن تغذي العنصر المفقود.

لتحديد معدل التوسع المقابلة ثابت هابل حاجة حقيقية المسافة إلى المجرات ، وليس فقط النسبية على أساس واضح السطوع. حتى انه بدأ عملية شاقة من بناء البعيد سلم — من التبانة إلى المجرات القريبة وخارجها ، إلى حافة جدا من توسيع الفضاء. كل درجة من السلم يجب أن تكون محسوبة القياسية "الشموع": الأجسام التي تتحرك, خفق, فلاش أو تدوير في مثل هذه الطريقة التي من الممكن أن تحدد بالضبط كيف كان بعيدا.

الخطوة الأولى بدت قوية جدا: النجوم المتغيرة ، ودعا Cepheids ، زيادة و تقليل سطوع بعد بضعة أيام أو أسابيع. طول هذه الدورة إلى داخلي سطوع النجوم. مقارنة لوحظ سطوع Cepheids مع سطوع المنبثقة من تردد ، هابل يمكن حساب المسافة. التلسكوب في جبل ويلسونيمكن أن نرى العديد من Cepheids في المجرات القريبة. عن المجرات البعيدة, كان من المفترض أن ألمع النجوم في نفس الداخلية السطوع. حتى في أبعد المجرات ، هابل كان من المفترض أن يكون معيار الشموع مع الزي معان.

ومن الواضح أن هذه الافتراضات لم تكن أفضل. نشرت لأول مرة هابل ثابت 500 كيلومتر في الثانية في megaparsec — أن كل 3.25 مليون سنة ضوئية أنه كان يبحث في الفضاء, الكون الآخذ في الاتساع تدفع المجرات بسرعة 500 كيلومتر في الثانية أسرع. هذا العدد غير صحيحة يعني أن الكون فقط 2 مليار سنة ، ما يقرب من سبع مرات أقل مما هو عليه اليوم. ولكن هذا لم يكن سوى البداية.

في عام 1949 ، الانتهاء من بناء 5.1 متر تلسكوب في بالومار في كاليفورنيا الجنوبية — فقط إلى الوقت عندما هابل اشتعلت أزمة قلبية. سلم أكثر من عباءة Sandigo ، ترامب المراقبين ، الذي أمضى العقود التالية ، عرض لوحات التصوير الفوتوغرافي خلال الليل جلسات العمل مع عملاق كاميرا التلسكوب ، الارتعاش تحتاج إلى فواصل.

مع دقة أعلى ارتفاع بالومار svetomuzykalny القوة ، Sandig كان قادرا على الحصول على من Cepheids في المجرات البعيدة. كما أدرك أن النجوم الساطعة هي هابل كان, في الواقع, كل المجموعات. كانوا أكثر إشراقا من الطبيعة وبالتالي أبعد بكثير من هابل يعتقد أنه بالإضافة إلى تعديلات أخرى, يعني أقل بكثير هابل المستمر. في عام 1980 م إلى سنة Sendig توقفت عند قيمة 50 ، الذي دافع بشراسة. واحدة من أشهر المعارضين ، الفلكي الفرنسي جيرار دي العين المقترحة قيمة 50. واحدة من أهم المعايير في علم الكونيات ركض حرفيا مرتين.

في أواخر عام 1990 المنشأ فريدمان بعد أن ذهب من خلال الإساءة اللفظية من Candidia ، وقد وضعت هدفا في حل اللغز مع أداة جديدة ، كما لو خلقت عمدا العمل: تلسكوب الفضاء هابل. له واضح نظرة على الجزء العلوي من الغلاف الجوي يسمح الفريق فريدمان لتحديد الفردية Cepheid 10 مرات أكثر من Sandigo تمكن مع Palamara. في بعض الأحيان في هذه المجرات مثل Cepheids ومشرق منارات — Ia sne. هذه انفجار قزم أبيض النجوم مرئية من خلال الفضاء والخروج مع ثابتة أقصى سطوع. معايرة Cepheids ساكنة يمكن استخدامها من قبل أنفسهم إلى تحقيق أقصى يصل إلى الفضاء. في عام 2001, فريق فريدمان ضاقت هابل المستمر إلى 72 زائد أو ناقص 8 ، التي وضعت حدا للصراع Sandidge و دي wokulira. "لقد كان مرهقا". "ظننت أنني لن أعود إلى العمل على ثابت هابل".

إدوين هابل

ولكن بعد ذلك جاء الفيزيائي الذي وجد المستقل طريقة حساب هابل المستمر مع الأكثر بعدا وتحول إلى الجزء الأحمر من الطيف الميكروويف الخلفية. في 2003 ، مسبار WMAP نشر أول خريطة ، والتي أظهرت أطياف من تقلبات درجة الحرارة في أسواق المال. هذه الخريطة المقدمة ليست معيارا شمعة و المعيار: نمط البقع الساخنة والباردة في الابتدائي الحساء ، تتولد الموجات الصوتية التي هي تموجات اجتاحت الوليد الكون.

جعل بعض الافتراضات حول المكونات في هذا الحساء في شكل مألوف الجزيئات و الذرات و الفوتونات إضافية غير مرئية المواد مثل المادة المظلمة والطاقة المظلمة — WMAP الفريق قادرا على حساب الحجم المادي من هذه الأولية الموجات الصوتية. ويمكن مقارنة مع الظاهر حجم الموجات الصوتية المسجلة في أسواق المال البقع. هذه المقارنة أعطى المسافة إلى الميكروويف الخلفية و قيمة معدل توسع الكون في اللحظة الأولي. مما يجعل افتراضات حول كيفية العادية جزيئات الطاقة المظلمة و المادة المظلمة منذ ذلك الحين تغيرت التمديد ، WMAP فريق كان قادرا على إعطاء قيمة ثابتة وفقا الحالي معدل الزيادة. في البداية, أنها تستمد قيمتها 72, وفقا لما وجد فريدمان.

ولكن منذ قياسات فلكية ثابت هابل أظهرت أعلى القيم ، على الرغم من أن الخطأ انخفض. في المنشورات الأخيرة ريس ذهبت إلى الأمام باستخدام كاميرا الأشعة تحت الحمراء مثبتة في عام 2009 على تلسكوب الفضاء هابل ، والتي قد تحدد المسافات Cepheids في مجرة درب التبانة وإحالتهما إلى أبعد أكثر الأحمر الأقارب من بين أكثر النجوم الزرقاء التي تحيط بها عادي Cepheids. النتيجة الأخيرة ، مما أعطى الفريق RISSA — 73,24.

وفي الوقت نفسه ، فإن بعثة بلانك (ESA) ، والتي أظهرت CMB بدقة عالية و درجة حرارة عالية الدقة ، وسلط الضوء على أهمية 67.8. وفقا لقوانين الإحصاء ، هذين قيم مفصولة الفجوة 3.4 سيغما لا 5 سيغما التي في فيزياء الجسيمات الكلام من نتيجة كبيرة لكن تقريبا. "من الصعب شرح ذلك الخطأ الإحصائي" ، ويقول تشاك بينيت ، وهو عالم الفيزياء الفلكية في جامعة جونز هوبكنز ، الذي قاد WMAP الفريق.

كل طرف يشير إلى أخرى. جورج Efstathios ، الشركة الرائدة في مجال الكونيات في بلانك فريق من جامعة كامبريدج ، قال بلانك البيانات "بالتأكيد غير قابل للتغيير". الطازجة تحليل نتائج بلانك 2013 جعله يفكر. لقد قمت بتحميل البيانات من ريس و نشر تحليله مع أقل و أقل دقة من هابل المستمر. وقال انه يعتقد أن علماء الفلك اكتشفوا "القذرة" حتى سلم.

وردا على علماء الفلك يدعون أن تنتج البعد الفعلي الحديثة الكون ، كوسيلة قياس CMB يعتمد على العديد من الله من الافتراضات.إذا كانت لا توافق يقولون لماذا لا تغيير علم الكونيات? بدلا من ذلك ، "جورج Efstathios يخرج ويقول: أنا ذاهب إلى إعادة النظر في جميع البيانات الخاصة بك ،" باري Mador من جامعة شيكاغو ، الزوج و زميل فريدمان 1980 المنشأ. ماذا تفعل ؟ تحتاج إلى قطع العقدة المستعصية.

ويندي فريدمان يعتقد أنه كان دراسة من عام 2001 كشفت هابل ثابت ، ولكن المناقشة اندلعت مع قوة جديدة.

على جانب علماء الفلك ، هناك طريقة تسمى عدسة الجاذبية. حول المجرة الهائلة الجاذبية نفسها يشوه الفضاء ، وخلق عملاق العدسة التي قد تشوه ضوء قادم من بعيد ضوء المصدر ، مثل النجم الفلكي البعيد. إذا محاذاة العدسة النجم الفلكي البعيد سوف يكون واضح النور في حارة متعددة سوف يسارع إلى الأرض و خلق الكثير من الصور lentinula المجرة. إذا كنت محظوظا ، quasar سوف تختلف في السطوع ، أي الخفقان. كل الصورة المستنسخة سوف تومض أيضا ، ولكن ليس في نفس الوقت ، لأن أشعة الضوء من كل صورة ، اختر مسارات مختلفة من خلال هذه مشوهة الفضاء. التأخير بين يومض يشير إلى الفرق في أطوال مسارات; مواءمتها مع حجم المجرة ، الفلكيين يمكن استخدام المثلثات لحساب المطلق المسافة إلى lentinula المجرة. فقط ثلاثة من المجرات جرى قياس بعناية حتى وستة أخرى يتم دراستها في الوقت الراهن. في نهاية كانون الثاني / يناير الفيزياء الفلكية شيري يشق من معهد ماكس بلانك للفيزياء الفلكية في ألمانيا وزملاؤها نشر أفضل تقديرات ثابت هابل. "لدينا قياس يتسق مع نهج سلم المسافات" ، وقال كزة.

وفي الوقت نفسه ، علماء الكون أيضا الآس في الحفرة: باريون التذبذبات الصوتية (باو). حالما الكون ينضج ، نفس الموجات الصوتية التي تم مطبوع على CMB ، غادر كتل من المسألة التي نمت في المجرة مجموعات. موقع المجرات في السماء ، فإنه يحتاج إلى الحفاظ على نسبة من الموجات الصوتية ، كما كان من قبل ، مقارنة واضحة الصورة مع احتساب الحجم الفعلي يحدد المسافة. طريقة CMB ، باو الأسلوب يسمح لك لجعل الكونية الفرضية. ولكن السنوات القليلة الماضية ، كان يدعم قيم هابل المستمر في مستوى بلانك. الرابع التكرار من مسح سلون الرقمي السماء, مسح عالمي من السماء ، تشكل خريطة المجرة سوف تساعد على توضيح هذه القياسات.

هذا لا يعني أن فرق تقاتل من أجل سلم المسافات CMB ، فقط في انتظار المنازعات الأخرى الأساليب. إلى تعزيز أسس المسافة الخطوات مسافات Cepheids في مجرة درب التبانة البعثة غايا من وكالة الفضاء الأوروبية في محاولة لتحديد دقة المسافات إلى مليار مختلفة من النجوم القريبة ، بما في ذلك Cepheids. غايا ، والتي هي في مدار قريب من الشمس خارج الأرض ، ويستخدم الأكثر موثوقية التدابير: المنظر أو تشريد واضح من النجوم بالنسبة السماوية الخلفية عندما تكون المركبة الفضائية يصل إلى عكس نقطة من مداره. عندما في عام 2022 سيتم إصدار مجموعة كاملة من غايا البيانات ، فإنه سيتم توفير الأرض إضافية على الثقة من علماء الفلك. RISS وقد وجدت بالفعل تلميحات لصالح أعلى من هابل ثابت ، تستخدم عند النتائج الأولية من غايا.

علماء الكون نأمل أيضا إلى تعزيز قياس مع مساعدة من علم الكونيات التلسكوب في صحراء أتاكاما في شيلي و جنوب القطب التلسكوب ، والتي يمكن أن تفحص نتائج عالية الدقة بلانك. و إذا كانت النتائج رفضت أن تأتي معا ، ثم إلى سد الفجوة المنظرين محاولة. "حسنا, عندما نموذج مكسورة. تأكيد النموذج هو رتيبا".

على سبيل المثال ، يمكن أن تضيف إضافية الجسيمات في النموذج القياسي من الكون. CMB توفر تقدير إجمالي الطاقة الميزانية بعد وقت قصير من الانفجار الكبير ، عندما كانت مقسمة إلى المادة و الطاقة العالية الإشعاع. على النحو التالي من الصيغة الشهيرة من معادلة اينشتاين E = mc² ، الطاقة بمثابة المسألة ، إبطاء التوسع في الفضاء مع الجاذبية. ولكن المسألة هي أكثر فعالية الفرامل. مع مرور الوقت, الإشعاع الخفيفة الفوتونات وغيرها من جزيئات الضوء مثل النيوترينو — تبريد و الطاقة المفقودة ، تأثير الجاذبية الضعيفة.

في الوقت الراهن, هناك ثلاثة أنواع من النيوترونات. إذا كان هناك الرابعة ، كما اقترح بعض الكتاب على جانب من الإشعاع في الطاقة الأولية الميزانية الكون كان أكثر قليلا و ينتشر هذا الجزء بشكل أسرع. وهذا بدوره يعني أن الكون المبكر توسيع أسرع مما كان متوقعا من قبل قائمة المكونات من علم الكونيات الحديث. في المستقبل, هذا بالإضافة إلى ذلك يمكن التوفيق بين اثنين نتائج مختلفة. ولكن النيوترينو كشف حتى الآن لم تكشف عن أي تلميحات الرابع النيوترينو نوع ، وغيرها من القياسات حزام محدودة إجمالي كمية زائدة من الإشعاع.

خيار آخر -- ما يسمى الوهمية الطاقة المظلمة. الحقيقي الكونية نموذج يعني أن الطاقة المظلمة هي قوة ثابتة. إذا كانت الطاقة المظلمة يحصل على أقوى مع الوقت ، كانت يفسر الكون اليوم هو توسيع أسرع مما كنت أعتقد ، تبحث في الكون في وقت مبكر. ومع ذلك ، فإن متغير الطاقة المظلمة تبدو زائدة عن الحاجة تماما. علماء الكون والفيزياء الفلكية يميلون إلى الاعتقاد بأن بالأحرى المشاكل في الأساليب القائمة بدلا من الفيزياء الجديدة.

فريدمان يعتقد أن الحل الوحيد هو محاربة النار بالنار هو مراقبة جديدة من الكون. جنبا إلى جنب مع Madora انهم يستعدون لإجراء منفصلة قياس معايرة ليس فقط بالنسبة Cepheids ولكن أيضا للآخرينأنواع من النجوم المتغيرة مشرق الحمراء العملاقة. الأمثلة التالية يمكن دراستها بمساعدة التلسكوب الآلي مع عرض 30 بوصة, و الآن سوف تساعد على استكشاف الفضاء تلسكوبات هابل و سبيتزر. منذ أن كانت قادرة على التعامل مع الظلام و منظم من قبل Sandidge أنها على استعداد للرد على التحدي المتمثل في الفريق حزام RISSA.

"نحن على خطأ. حسنا, انظر," وقالت انها النكات.