Ulimwengu uligeuka kuwa sio sawa

2024 Mwandishi: Seth Attwood | [email protected]. Mwisho uliobadilishwa: 2023-12-16 16:17

Wanacosmolojia wanakabiliwa na tatizo kubwa la kisayansi, ambalo linaonyesha kutokamilika kwa ujuzi wa binadamu kuhusu Ulimwengu. Utata huo unahusu jambo linaloonekana kuwa dogo kama kiwango cha upanuzi wa Ulimwengu. Ukweli ni kwamba njia tofauti zinaonyesha maana tofauti - na hadi sasa hakuna mtu anayeweza kuelezea tofauti ya ajabu.

Siri ya Cosmic

Hivi sasa, modeli ya kawaida ya ulimwengu "Lambda-CDM" (ΛCDM) inaelezea kwa usahihi zaidi mageuzi na muundo wa ulimwengu. Kulingana na modeli hii, ulimwengu una hali thabiti isiyo ya kawaida ya kikosmolojia (neno lambda) na kusababisha upanuzi wa kasi. Kwa kuongezea, ΛCDM inaelezea muundo unaozingatiwa wa CMB (msingi wa microwave), usambazaji wa galaksi katika Ulimwengu, wingi wa hidrojeni na atomi zingine za mwanga, na kasi ya upanuzi wa utupu. Hata hivyo, tofauti kubwa katika kiwango cha upanuzi inaweza kuonyesha haja ya mabadiliko makubwa katika mfano.

Mwanafizikia wa kinadharia Vivian Poulin wa Kituo cha Kitaifa cha Ufaransa cha Utafiti wa Kisayansi na Maabara ya Ulimwengu na Chembe huko Montpellier anasema kwamba hii inamaanisha yafuatayo: jambo muhimu limetokea katika ulimwengu mchanga ambalo bado hatujui kulihusu. Labda ilikuwa ni jambo linalohusishwa na aina isiyojulikana ya nishati ya giza au aina mpya ya chembe ndogo ndogo. Ikiwa mfano utazingatia, tofauti itatoweka.

Katika hatihati ya mgogoro

Mojawapo ya njia za kuamua kiwango cha upanuzi wa Ulimwengu ni kusoma asili ya microwave - mionzi ya mabaki ambayo iliibuka miaka elfu 380 baada ya Big Bang. ΛCDM inaweza kutumika kupata hali ya kudumu ya Hubble kwa kupima mabadiliko makubwa katika CMB. Ilibadilika kuwa sawa na 67, kilomita 4 kwa sekunde kwa kila megaparsec, au karibu miaka milioni tatu ya mwanga (kwa kasi kama hiyo, vitu hutofautiana kutoka kwa kila mmoja kwa umbali unaofaa). Katika kesi hii, kosa ni kilomita 0.5 tu kwa sekunde kwa megaparsec.

Ikiwa tunapata kuhusu thamani sawa kwa kutumia njia tofauti, basi hii itathibitisha uhalali wa mfano wa kawaida wa cosmological. Wanasayansi walipima mwangaza unaoonekana wa mishumaa ya kawaida - vitu ambavyo mwangaza wake unajulikana kila wakati. Vitu kama hivyo ni, kwa mfano, aina ya Ia supernovae - vibete vyeupe ambavyo haviwezi tena kunyonya vitu kutoka kwa nyota kubwa sahaba na kulipuka. Kwa mwangaza unaoonekana wa mishumaa ya kawaida, unaweza kuamua umbali kwao. Kwa sambamba, unaweza kupima redshift ya supernovae, yaani, kuhama kwa urefu wa mawimbi ya mwanga hadi eneo nyekundu la wigo. Ubadilishaji mkubwa zaidi, kasi kubwa zaidi ambayo kitu kinatolewa kutoka kwa mwangalizi.

Kwa hivyo, inakuwa inawezekana kuamua kiwango cha upanuzi wa Ulimwengu, ambayo katika kesi hii inageuka kuwa sawa na kilomita 74 kwa pili kwa kila megaparsec. Hii hailingani na thamani zilizopatikana kutoka kwa ΛCDM. Walakini, hakuna uwezekano kwamba hitilafu ya kipimo inaweza kuelezea tofauti.

Kulingana na David Gross wa Taasisi ya Kavli ya Fizikia ya Nadharia katika Chuo Kikuu cha California, Santa Barbara, katika fizikia ya chembe, tofauti kama hiyo haitaitwa shida, lakini shida. Walakini, wanasayansi kadhaa hawakukubaliana na tathmini hii. Hali ilikuwa ngumu na njia nyingine, ambayo pia inategemea uchunguzi wa Ulimwengu wa mapema, yaani, oscillations ya baryonic acoustic - oscillations katika msongamano wa vitu vinavyoonekana vinavyojaza Ulimwengu wa mapema. Mitetemo hii husababishwa na mawimbi ya acoustic ya plasma na daima ni ya vipimo vinavyojulikana, na kuifanya kuonekana kama mishumaa ya kawaida. Kwa kuunganishwa na vipimo vingine, huipa Hubble sawia na ΛCDM.

Muundo mpya

Kuna uwezekano kwamba wanasayansi walifanya makosa wakati wa kutumia aina ya Ia supernovae. Kuamua umbali wa kitu cha mbali, unahitaji kujenga ngazi ya umbali.

Ngazi ya kwanza ya ngazi hii ni Cepheids - nyota zinazobadilika na uhusiano sahihi wa kipindi-mwangaza. Cepheids inaweza kutumika kuamua umbali wa aina ya karibu ya Ia supernovae. Katika moja ya masomo, badala ya Cepheids, makubwa nyekundu yalitumiwa, ambayo katika hatua fulani ya maisha hufikia mwangaza wa juu - ni sawa kwa makubwa yote nyekundu.

Kama matokeo, mara kwa mara ya Hubble iligeuka kuwa kilomita 69.8 kwa sekunde kwa megaparsec. Hakuna mgogoro, anasema Wendy Freedman wa Chuo Kikuu cha Chicago, mmoja wa waandishi wa karatasi hiyo.

Lakini kauli hii pia ilitiliwa shaka. Ushirikiano wa H0LiCOW ulipima Hubble mara kwa mara kwa kutumia lenzi ya mvuto, athari ambayo hutokea wakati mwili mkubwa unapokunja miale kutoka kwa kitu kilicho mbali nyuma yake. Mwisho unaweza kuwa quasars - viini vya galaksi hai zinazolishwa na shimo nyeusi kubwa. Kutokana na lenses za mvuto, picha kadhaa za quasar moja zinaweza kuonekana mara moja. Kwa kupima kumeta kwa picha hizi, wanasayansi wameunda toleo jipya la Hubble la kilomita 73.3 kwa sekunde kwa megaparseki. Wakati huo huo, wanasayansi hadi mwisho hawakujua matokeo iwezekanavyo, ambayo haijumuishi uwezekano wa udanganyifu.

Matokeo ya kupima mara kwa mara ya Hubble kutoka kwa vidhibiti vya asili vilivyoundwa wakati gesi inazunguka kuzunguka shimo nyeusi iligeuka kuwa kilomita 74 kwa sekunde kwa megaparsec. Njia zingine zilitoa kilomita 76.5 na 73.6 kwa sekunde kwa megaparsec. Matatizo pia hutokea katika kupima usambazaji wa mada katika Ulimwengu, kwa kuwa lenzi ya mvuto inatoa thamani tofauti ikilinganishwa na vipimo vya usuli wa microwave.

Ikiwa inageuka kuwa kutofautiana sio kutokana na makosa ya kipimo, basi nadharia mpya itahitajika kuelezea data zote zilizopo sasa. Suluhisho moja linalowezekana ni kubadilisha kiasi cha nishati ya giza na kusababisha upanuzi wa kasi wa ulimwengu. Ingawa wanasayansi wengi wanapendelea kufanya bila kusasisha fizikia, tatizo bado halijatatuliwa.