En serie av tre vetenskapliga artiklar som beskriver historien om universums expansion berättar en förvirrande historia, med förutsägelser och mätningar som är något motstridiga. (Artiklarna kan nås här: a, av dem, Tre.) Även om denna oenighet inte anses vara ett ödesdigert vederläggande av modern kosmologi, kan det vara en antydan om att våra teorier behöver revideras.
Skapelseberättelser, både antika och moderna
Att förstå exakt hur världen omkring oss kom till är en fråga som har bekymrat mänskligheten i årtusenden. Människor över hela världen har hittat på berättelser – från den antika grekiska legenden om skapandet av jorden och andra ursprungliga kaos-väsen (som först registrerades av Hesiod) till Hopis skapelsemyt. (som beskriver en serie olika typer av varelser som skapas , så småningom att bli människa).
I modern tid finns det fortfarande konkurrerande skapelseberättelser, men det finns en som är grundad i empiri och den vetenskapliga metoden: tanken att universum för omkring 13,8 miljarder år sedan startade i ett mycket mindre och hetare komprimerat tillstånd, och det har har expanderat sedan dess. Denna idé kallas i dagligt tal “big bangäven om olika författare använder termen för att betyda lite olika saker. Vissa använder det för att referera till det exakta ögonblicket när universum föddes och började utvecklas, medan andra använder det för att referera till alla tider efter början. För dessa författare pågår Big Bang fortfarande, medan universums expansion fortsätter.
Det fina med denna vetenskapliga förklaring är att den kan testas. Astronomer förlitar sig på det faktum att ljus har en begränsad hastighet, vilket innebär att det tar tid för ljus att färdas genom kosmos. Till exempel, ljuset vi ser när solen skiner avgavs åtta minuter innan vi såg det. Ljus från närmaste stjärna tog ungefär fyra år att komma till jorden, och ljus från andra håll i kosmos kan ta miljarder år att komma fram.
Teleskopet som en tidsmaskin
I själva verket betyder detta att teleskop är tidsmaskiner. Genom att observera galaxer längre och längre bort kan astronomer se hur universum såg ut i det avlägsna förflutna. Genom att sammanfoga observationer av galaxer på olika avstånd från jorden kan astronomer reda ut utvecklingen av kosmos.
De senaste mätningarna använder två olika teleskop för att studera universums struktur vid olika kosmiska tidpunkter. En anläggning, kallad Sydpolen teleskop (SPT), undersöker det äldsta möjliga ljuset, som sänds ut bara 380 000 år efter universums början. Vid den tiden var universum 0,003% av sin nuvarande ålder. Med tanke på att det nuvarande kosmos motsvarar en 50-årig person, tittar SPT på universum när det bara var 12 timmar gammalt.
Den andra installationen kallas Dark Energy Investigation (AV). Detta är ett mycket kraftfullt teleskop som ligger på toppen av ett berg i Chile. Under åren har han undersökt omkring 1/8 av himlen och fotograferat mer än 300 miljoner galaxer, varav många är så mörka att de är ungefär en miljondel så ljusa som de mörkaste stjärnorna som är synliga för det mänskliga ögat. Detta teleskop kan avbilda galaxer från idag upp till åtta miljarder år sedan. För att fortsätta analogin med en 50-årig individ kan DES ta bilder av universum från 21 års ålder fram till idag. (Fullständigt avslöjande: forskare på Fermilabdär jag också arbetar, gjorde den här studien – men jag var inte involverad i denna forskning.)
När ljus från avlägsna galaxer färdas mot jorden kan det förvrängas av galaxer närmare oss. Med hjälp av dessa små förvrängningar har astronomer utvecklat en mycket exakt karta över materiens fördelning i kosmos. Denna karta inkluderar både vanlig materia, varav stjärnor och galaxer är de mest välbekanta exemplen, och svart materia, som är en hypotetisk form av materia som varken absorberar eller avger ljus. Mörk materia observeras endast genom dess gravitationseffekt på andra föremål och tros vara fem gånger vanligare än vanlig materia.
Är Big Bang ofullständig?
För att testa Big Bang kan astronomer använda mätningar som tagits av sydpolsteleskopet och använda teorin för att projicera sig själva till våra dagar. De kan sedan ta mätningar från Dark Energy Survey och jämföra dem. Om mätningarna är korrekta och teorin beskriver kosmos borde de vara okej.
Prenumerera för att få kontraintuitiva, överraskande och effektfulla berättelser levererade till din inkorg varje torsdag
Och på det stora hela gör de det – men inte helt. När astronomer undersöker hur “klustrad” materia i det nuvarande universum bör vara, enbart från SPT-mätningar och extrapolationer från teori, finner de att förutsägelserna är “mer klustrade” än nuvarande DES-mätningar.
Denna oenighet är potentiellt betydande och kan signalera att Big Bang-teorin är ofullständig. Dessutom är detta inte den första diskrepansen som astronomer har stött på när de projicerar mätningar av samma urljus som avbildats av SPT fram till idag. Olika forskargrupper, som använder olika teleskop, har funnit att det nuvarande universum expanderar snabbare än väntat från observationer av forntida ljus sett av SPT, kombinerat med Big Bang-teorin. Denna andra skillnad kallas Hubble spänninguppkallad efter den amerikanske astronomen Edwin Hubble, som var den första att inse att universum expanderade.
Även om den nya diskrepansen i förutsägelser och mätningar av universums aggregering är preliminära, kan det vara så att denna mätning och Hubble-stammen antyder att Big Bang-teorin kan behöva justeras. Lägg märke till att skillnaderna inte stiger till nivån för att helt överge teorin; det är emellertid den vetenskapliga metodens natur att justera teorier för att ta hänsyn till nya observationer.