Graden av expansion av Universum är en stor fråga. Varför fysik kan inte hantera det?

Nästa gång du äter en muffins med bär, tänka på vad som hände med blåbär i smeten som att baka sötsaker. Blåbär var på samma ställe, men i och med utbyggnaden av scones bär började att röra sig bort från varandra. Om du kan stå på ett berry, du skulle se hur alla andra har tagits bort från dig, men det skulle samma vara sant för alla andra bär som du väljer. I den meningen galaxy liknar bär i muffin.

Sedan Big Bang, att universum ständigt expanderar. Märkligt faktum är att det är inte den enda plats som universum expanderar — snarare alla galaxer (i genomsnitt) bort från andra. Från vår synvinkel i vintergatan verkar som att de flesta galaxer rör sig bort från oss, som om vi är mitt i vårt universum blockoptions. Men titta från någon annan galax, och vyn kommer att vara exakt samma.

För att ytterligare förvirra dig, en ny studie visar att expansionen av Universum kan vara olika beroende på hur långt tillbaka i tiden du tittar. Nya data som publiceras i Astrophysical Journal, visar att det är dags att se över vår förståelse av kosmos.

Mysteriet med Hubble

Kosmologer beskriva Universums expansion och en enkel lag — lagen om Hubble (uppkallad efter Edwin Hubble). Hubbles lag är observationen att mer avlägsna galaxer rör sig snabbare. Detta innebär att nära galaxer rör sig relativt långsamt.

Relationen mellan hastighet och avstånd till galaxy bestäms av "Hubbles konstant" — 70 km/s/MPC. Detta betyder att galaxy går till cirka 90 000 km per timme för varje miljoner ljusårs avstånd från oss.

Denna expansion av Universum, när de närmaste galaxer rör sig långsammare avlägsna galaxer, det är som förväntas av ett enhetligt expanderande utrymme och mörk energi (osynlig kraft som accelererar Universums expansion) och mörk materia (osynlig och okänd form av materia, vilket är fem gånger mer än vanligt). Det kan ses och cheesecake med bär.

Den historia av mätningen av Hubbles konstant är full av svårigheter och oväntade avslöjanden. 1929, Hubble trodde att dess värde måste vara cirka 600 000 miles per timme per miljoner ljusår — ungefär tio gånger större än mätt nu. Försök att noggrant mäta Hubble konstant under många år har lett till oavsiktliga upptäckten av mörk energi. Hitta information om denna mystiska typ av energi, som står för 70% av energin i Universum, har inspirerat lanseringen av de bästa space telescope i världen (just nu), namngiven för att hedra Hubble.

Fångsten är att resultaten av de två mest exakta mätningar är inte konsekvent och är inte relaterade. Så snart som kosmologiska mätningar blev så exakt som visade värdet på Hubbles konstant, har det blivit tydligt att det inte är vettigt. Istället för att vi har två motstridiga resultat.

å ena sidan har vi en ny korrekt mätning av den kosmiska bakgrundsstrålningen – efterglöden av Big Bang – gjort av uppdraget "Planck", som mätte Hubble konstant som 67.4 km/c/MPC.

På den andra sidan har vi en ny mätning av pulserande stjärnor i närliggande galaxer också otroligt exakt, som mäts permanent Habla hur 73,4 km/s/MPC. De är närmare oss i tid.

Både mätningar anspråk på dina resultat så korrekt och mycket exakt. Variansen av mätningar är av storleksordningen 500 km per timme per miljoner ljusår, så kosmologer kallar den "spänning" mellan två mätningar – de verkar sträcka statistik i olika riktningar, och hon behöver någonstans att kollapsa.

Nytt fysik?

När hon kollapsar? Just nu är det ingen som vet. Kanske vår kosmologiska modell är felaktiga. Det är sett att universum expanderar snabbare närmare oss än vi kunde förvänta sig, med början från mer avlägset avstånd. Mätningar av den kosmiska bakgrundsstrålningen som inte mäter den lokala anknytning, och gör detta med hjälp av den modell som vår kosmologiska modellen. Hon var mycket framgångsrik i att förutsäga och beskriva många av de observerade data i Universum.

Därför, även om denna modell kan vara felaktiga, ingen som kom upp med en enkel, övertygande modell kunna förklara på en gång, och allt som vi ser. Vi skulle till exempel kunna försöka förklara denna nya teori om gravitationen, men då andra observationer som inte passar. Eller att det skulle vara möjligt att förklara den här nya teorin om mörk materia eller mörk energi, men sedan andra observationer som inte passar och så vidare. Därför, om denna spänning på grund av nya fysik, bör det vara komplexa och okända.

Mindre intressant, förklaring kommer att "okända okända" i de uppgifter som orsakas av systematiska effekter, och en mer grundlig analys kommer en dag avslöjar en subtil effekt som missat. Eller det kan vara bara en statistisk Fluke som kommer att försvinna när mer data samlas in.

Det är för närvarande oklart vilken kombination av nya fysik, systematiska effekter eller nya uppgifter kommer att lösa denna spänning, men något är definitivt klart. Bild universum som expanderar cupcake skulle vara fel, och innan kosmologer har en svår uppgift att välja en annan bild. Om att förklara de nya måtten kommer att kräva nya fysik, då resultatet kommer att ändra vår uppfattning om rymden.