Binlerce yıldır insanlar yıldızları izledi ve evrenin nasıl olduğunu merak etti. Ancak araştırmacılar, bu büyük soruları kesin bir çalışma alanına dönüştürmek için ilk gözlem araçlarını ve teorik araçları geliştirdiler: I. Dünya Savaşı yıllarına kadar.
Princeton Üniversitesi'nde zamanın başlangıcı olup olmadığını inceleyen bir kozmolog Paul Steinhardt, "Kozmolojiyi insan ilgisinin en eski konularından biri ama en yeni bilimlerden biri olarak düşünüyorum" dedi.
Kozmoloji, kısaca, kozmosu, onu dolduran yıldızları, kara delikleri ve galaksileri ayrı ayrı analiz etmek yerine tek bir varlık olarak inceler. Bu alan büyük sorular soruyor: Evren nereden geldi? Neden yıldızları, galaksileri ve galaksi kümeleri var? Bundan sonra ne olacak? New York Üniversitesi'nde parçacık fizikçisi Glennys Farrar, "Kozmoloji, evrenin doğası hakkında çok büyük bir resim yapmaya çalışıyor." Dedi.
Bu disiplin, vakumdaki parçacıklardan uzay ve zamanın dokusuna kadar birçok fenomenle boğuştuğundan, kozmoloji, astronomi, astrofizik ve gittikçe artan bir şekilde parçacık fiziği dahil olmak üzere birçok alanda yoğunlaşır.
Steinhardt, "Kozmoloji'nin tamamen fizikte olan kısımları, tamamen astrofizikte olan kısımları ve ileri geri giden kısımları var." Dedi. "Bu heyecanın bir parçası."
Evren tarihinin tarihi
Alanın disiplinler arası doğası, nispeten geç başlangıcını açıklamaya yardımcı olur. Evrenin modern resmimiz ancak 1920'lerde, Albert Einstein'ın genel görelilik teorisini geliştirmesinden kısa bir süre sonra, yerçekimi ve zamanın bükülmesinin bir sonucu olarak yer alan matematiksel bir çerçeve geliştirmeye başladı.
Steinhardt, "Yerçekiminin doğasını anlamadan önce, şeylerin neden böyle olduklarına dair bir teori oluşturamazsınız." Dedi. Diğer kuvvetlerin parçacıklar üzerinde daha büyük etkileri vardır, ancak yerçekimi gezegenlerin, yıldızların ve galaksilerin arenasında en önemli oyuncudur. Isaac Newton'un yerçekimi açıklaması genellikle bu alanda da çalışır, ancak alanı (ve zamanı), olayları ölçmek için katı ve değişmez bir zemin olarak ele alır. Einstein'ın çalışması, uzayın kendisinin genişleyebileceğini ve büzüşebileceğini, evreni sahneden aktöre kaydırıp dinamik bir nesne olarak onu yıpranmaya sokabileceğini gösterdi.
1920'lerin ortalarında, gökbilimci Edwin Hubble, Kaliforniya'daki Wilson Dağı Gözlemevi'nde yeni inşa edilen 100 inçlik (254 santimetre) Hooker teleskopundan gözlemler yaptı. Gökbilimcilerin görebileceği belirli bulutların uzaydaki yeri hakkında bir tartışma başlatmaya çalışıyordu. Hubble, bu "bulutsular" ın küçük, yerel bulutlar olmadığını, bunun yerine kendi Samanyolu'muza benzeyen geniş, uzak yıldız kümeleri olduğunu kanıtladı. Bugün onlara galaksiler diyoruz ve trilyonlarda sayılandıklarını biliyoruz.
Kozmik perspektifte en büyük ayaklanmalar henüz gelmedi. Hubble'ın 1920'lerin sonlarındaki çalışmaları, her yöndeki galaksilerin bizden uzaklaştıklarını ve on yıllarca sürecek daha fazla tartışmayı tetiklediğini ileri sürdü. Kozmik mikrodalga arka planın (CMB) nihai ölçümleri - evrenin ilk yıllarından kalan ve mikrodalgalara kadar uzanan ışık - 1960'larda gerçekliğin genel görelilik tarafından önerilen olasılıklardan biriyle eşleştiğini kanıtladı: Küçük ve sıcak başlayarak, evren o zamandan beri büyüyor ve soğuyor. Kavram, Big Bang teorisi olarak biliniyordu ve kozmologları sarstı çünkü evrenin bile bir başlangıca ve bir sona sahip olabileceğini ima etti.
Ama en azından bu gökbilimciler galaksilerin hareketlerini teleskoplarında görebiliyorlardı. Kozmolojinin en sismik değişimlerinden biri olan Farrar, oradaki şeylerin büyük çoğunluğunun tamamen görünmez bir şeyden başka bir şeyden oluştuğu fikridir. Görebildiğimiz materyal, kozmik bir yuvarlama hatasından biraz daha fazlasıdır - evrendeki her şeyin sadece yaklaşık% 5'i.
Evrenin diğer% 95'inin ilk denizcisi olan "karanlık sektör" denilen şey 1970'lerde başını dikti. O zamanlar gökbilimci Vera Rubin, galaksilerin o kadar hızlı fırladığını fark ettiler. Görülmesi zor bir maddeden daha fazlası, Farrar, galaksileri bir arada tutan şeylerin fizikçiler tarafından tamamen bilinmeyen bir şey olması gerektiğini söyledi - yerçekimi çekmesi dışında - sıradan madde ve ışığı tamamen görmezden geliyordu. Daha sonraki haritalama, gördüğümüz galaksilerin sadece muazzam “karanlık madde” kürelerinin merkezinde çekirdekler olduğunu ortaya koydu. Evren boyunca uzanan görünür maddenin filamanları, beşe bir görünür parçacıklara ağır basan karanlık bir çerçeveye asılır.
Hubble Uzay Teleskobu daha sonra, kozmologların şimdi karanlık maddeyi (% 25) ve görünür maddeyi (% 5) hesapladıktan sonra evrenin kalan% 70'ini açıkladığını söyleyen beklenmedik bir enerji çeşitliliğinin belirtilerini ortaya çıkardı. evrenin genişlemesini kaçak bir tren gibi hızlandırdı. Muhtemelen uzayın kendisine özgü bir tür enerji olan "karanlık enerji", evrimi yerçekiminin kozmosu bir araya getirebileceğinden daha hızlı itiyor. Bir trilyon yıl içinde Samanyolu'nda kalan herhangi bir gökbilimci, kendilerini karanlıkla kaplı gerçek bir ada evreninde bulacaklar.
Steinhardt, "Evrenin tarihinde, maddenin egemen olduğu yerden yeni bir enerji biçiminin egemen olduğu yere geçiş noktasındayız." Dedi. "Karanlık madde geçmişimizi belirledi. Karanlık enerji geleceğimizi belirleyecek."
Modern ve gelecekteki kozmoloji
Mevcut kozmoloji, bu dönüm noktası keşiflerini şaşırtıcı başarısı olan Lambda-CDM modelinde paketliyor. Bazen standart kozmolojinin modeli olarak adlandırılan bu denklem paketi, evreni ilk saniyeden itibaren açıklar. Model belirli miktarda karanlık enerji (genel görelilikte temsili için lambda) ve soğuk karanlık maddeyi (CDM) varsayar ve hepsi deneyler tarafından belirlenen görünür madde miktarı, evrenin şekli ve diğer özellikler hakkında benzer tahminler yapar ve gözlemler.
Steinhardt, bu bebek evren filmini 13.8 milyar yıl ileri oynayın ve kozmologlar "istatistiksel olarak belirli bir noktaya kadar ölçebileceğimiz her şeye sahip" bir enstantane elde etti. Bu model, kozmologlar evrenle ilgili açıklamalarını geçmişe ve geleceğe doğru ittikçe yenme hedefini temsil ediyor.
Lambda-CDM kadar başarılı olsa da, hala çalışması gereken çok sayıda bükülme var. Kozmologlar, doğrudan yakındaki galaksilerde ölçtüklerine veya SPK'dan çıkardıklarına bağlı olarak, evrenin mevcut genişlemesini incelemeye çalıştıklarında çelişkili sonuçlar alırlar. Bu model de karanlık maddenin veya enerjinin makyajı hakkında hiçbir şey söylemiyor.
Sonra, evrenin muhtemelen sonsuz küçük benekten göreceli olarak iyi davranmış baloncuklara geçtiği zaman, varlığın zahmetli ilk saniyesi var. "Enflasyon", bu dönemi ele almaya çalışan popüler bir teoridir ve kısa bir daha hızlı genişleme anının günümüzün galaksilerinin büyük ölçekli düzgünsüzlüğünde küçük boyutlu değişkenliklerin nasıl patladığını ve Lambda-CDM girişlerinin değerlerini nasıl aldığını açıklamaktadır. .
Bununla birlikte, hiç kimse enflasyonun nasıl ayrıntılı bir şekilde çalıştığını veya muhtemelen çalıştığı yerde durduğunu bilmiyor. Steinhardt, enflasyonun uzayın birçok bölgesinde devam etmesi gerektiğini, evrenimizin mümkün olan her fiziksel gerçekliği içeren bir "çoklu evren" dilimi olduğunu ve birçok deneycinin rahatsız edici bulduğu tartışılmaz bir fikir olduğunu söyledi.
Bu gibi sorularda ilerleme sağlamak için kozmologlar, Hubble Uzay Teleskobu ve yaklaşan James Webb Uzay Teleskobu gibi uzay tabanlı teleskopların yanı sıra Ulusal Bilim Vakfı'nın ortaya çıkan yerçekimi dalgası astronomi alanındaki deneylere hassas ölçümlere bakıyorlar. Lazer İnterferometre Yerçekimi Dalgası Gözlemevi. Kozmologlar ayrıca karanlık madde parçacıklarını tespit etmek için disiplinler arası bir yarışta parçacık fizikçilerine ve astrofizikçilere katılırlar.
Kozmolojinin diğer fizik dalları olgunlaşana kadar başlayamadığı gibi, diğer alanlar daha tamamlanana kadar evrenin tarihini açığa çıkarmayı başaramayacak. "Hikayeyi düzleştirmek için, esasen tüm enerji ölçeklerinde ve her koşulda fizik yasaları "diyor Steinhardt. "Ve bunlardan herhangi birindeki bir değişiklik kozmolojik hikayeyi kökten değiştirebilir."
Farrar bunun gerçekleşip gerçekleşmeyeceğini bilmediğini, ancak insanların evrenin karmaşıklıklarını olduğu kadar kavradığını hayretler içinde söyledi. “İnsan beyninin bu soruların açıkça cevaplanabileceği noktaya gelmesi şaşırtıcı” dedi. "En azından bazıları."
Ek kaynaklar:
