Paul Sutterเป็นนักวิชาการที่มาเยี่ยมศูนย์แห่งมหาวิทยาลัยโอไฮโอสเตทเพื่อจักรวาลวิทยาและฟิสิกส์ Astroparticle (AstroparticleCCAPP- ซัทเทอร์ยังเป็นโฮสต์ของพอดคาสต์ถามคนยานอวกาศและlemepaceและซีรี่ส์ YouTubeพื้นที่บนใบหน้าของคุณ- เขามีส่วนร่วมในบทความนี้เพื่อเสียงผู้เชี่ยวชาญของ Space.com: op-ed & Insights-
ในตอนแรกมีเครื่องหมายคำถาม ทุกอย่างตามมา จุดจบ
เราทุกคนเคยได้ยินทฤษฎีบิ๊กแบง (ฉันกำลังพูดถึงโมเดลจักรวาลไม่ใช่รายการทีวี) แต่มันสำคัญที่จะต้องเข้าใจว่าทฤษฎีนั้นคืออะไรและมันไม่ได้เป็นอย่างไร ให้ฉันใช้โอกาสนี้อย่างแม่นยำล้ำลึกอย่างน่าพิศวงและน่าอัศจรรย์อย่างน่าอัศจรรย์: ทฤษฎีบิ๊กแบงไม่ใช่ทฤษฎีของการสร้างของจักรวาล หยุดเต็ม. เสร็จแล้ว. เรียกมันว่า เผาประโยคนั้นเข้าไปในสมองของคุณ พูดก่อนเข้านอนและสิ่งแรกเมื่อคุณตื่นขึ้นมา
ทฤษฎีบิ๊กแบงเป็นแบบอย่างของประวัติศาสตร์ของจักรวาลการติดตามวิวัฒนาการของจักรวาลในช่วงเวลาที่เร็วที่สุด และนั่นคือ อย่าพยายามทำสิ่งอื่นลงในกรอบนั้น แค่หยุด. คุณสามารถรักษาไฟล์เมตาห่างจากไฟล์ฟิสิกส์, ขอบคุณมาก.
ฉันเน้นเรื่องนี้เพราะมีความสับสนมากมายจากทุกด้านและเป็นการดีที่สุดที่จะทำให้มันง่าย ทฤษฎีบิ๊กแบงเป็นแบบจำลองทางวิทยาศาสตร์เช่นเดียวกับแบบจำลองทางวิทยาศาสตร์อื่น ๆ เราเชื่อว่าทฤษฎีอยู่ในเส้นทางที่ถูกต้องเพราะมันคือ - อ้าปากค้าง - ได้รับการสนับสนุนจากหลักฐานที่กว้างขวาง
คุณไม่ต้องใช้คำพูดของฉัน เนื่องจากความคิดนั้นได้รับการปรุงเป็นครั้งแรกทฤษฎีบิ๊กแบงได้รอดชีวิตมานานหลายทศวรรษของนักวิทยาศาสตร์ที่ต่อสู้การเกาการแทงหลังการวิพากษ์วิจารณ์การบ่อนทำลายการทะเลาะวิวาทการโต้เถียงและแม้แต่การเรียกชื่อทั้งหมดในความพยายามที่จะบดขยี้คู่แข่งของพวกเขา ทำไม เพราะใครก็ตามที่ลงกระบวนทัศน์ทางวิทยาศาสตร์ที่สำคัญจะได้รับการเดินทางไปสตอกโฮล์มฟรี
และในตอนท้ายของมันทั้งหมดมีหลักฐาน คุณรู้ไหมว่าจักรวาลที่แท้จริงที่เราพยายามเข้าใจ การสังเกตใหม่ใด ๆ คือ Thunderdome ทางวิทยาศาสตร์ สองทฤษฎีอาจเข้ามา แต่มีเพียงหนึ่งเดียวเท่านั้นที่สามารถจากไปได้ และสิ่งที่เหลือหลังจากหลักฐานมานานหลายทศวรรษ? นี่คือคำใบ้: มันใหญ่
หลักฐานเริ่มต้นด้วยบันทึกของเอ็ดวินฮับเบิลว่ากาแลคซีทุกแห่งโดยเฉลี่ยบินออกไปจากกาแลคซีอื่น ๆ ทุกแห่งจักรวาลกำลังขยายตัว- นั่นเป็นเรื่องใหญ่ สำหรับพันปีการตั้งสมมติฐานเริ่มต้น (คุณสามารถตำหนิใครได้หรือไม่?) ในขณะที่สิ่งต่าง ๆ เปลี่ยนแปลงที่นี่บนโลกขึ้นไปบนสวรรค์อันไกลโพ้นสิ่งต่าง ๆ เพียงแค่ ...เป็น- ใช่ดวงดาวอาจระเบิดหรือกาแลคซีอาจชนกัน แต่โดยรวมแล้วจักรวาลจากสัปดาห์ที่แล้วดูเหมือนจักรวาลในวันนี้ ตรวจสอบอีกครั้งในหนึ่งเดือน? ใช่จักรวาลเดียวกัน อย่างน้อยนั่นคือสิ่งที่ผู้คนคิด
แต่ไม่ใช่จักรวาลวันนี้แตกต่างจากเมื่อวานนี้และมันจะแตกต่างกันในวันพรุ่งนี้ และไม่ใช่แค่ในระดับท้องถิ่น Shindig ทั้งหมดเปลี่ยนตัวละครในวันหนึ่งไปยังอีก -Evolution of the Universe เปิดเผยโดยการจำลองด้วยคอมพิวเตอร์ (แกลเลอรี่)-
และถ้าคุณสังเกตเห็นว่าทุกวันจักรวาลเริ่มใหญ่ขึ้นคุณสามารถก้าวกระโดดของตรรกะที่ยิ่งใหญ่เพื่อสรุปว่าเมื่อนานมาแล้วจักรวาลก็เล็กลง? อาจจะ? ฉันเดา? เช่นเดียวกับนักวิทยาศาสตร์ที่ดีทันทีที่คุณปรุงแนวคิดที่ไร้สาระและไร้สาระแบบนี้คุณเริ่มคิดว่าผลที่ตามมาจะเป็นอย่างไรและคุณจะทดสอบได้อย่างไร - ฉันรู้ว่าแนวคิดที่รุนแรง
นี่คือส่วนสำคัญ: เรื่องราวของ 14 พันล้านปีที่ผ่านมาเป็นเรื่องราวของความหนาแน่น จักรวาลทำจากสิ่งต่าง ๆ มากมาย: ไฮโดรเจน, ฮีเลียม, Aardvarks, สสารมืด, gristle, โฟตอน, เฟอร์ริสล้อ, นิวตริโน, ฯลฯ ทุกสิ่งนี้มีพฤติกรรมแตกต่างกันในความหนาแน่นที่แตกต่างกันดังนั้นเมื่อจักรวาลมีขนาดเล็กลง
ตัวอย่างเช่นทุกวันนี้จักรวาลส่วนใหญ่เป็นพลังงานมืด(ไม่ว่าจะเป็นอะไรก็ตาม) และพฤติกรรมของมันคือการปกครองจักรวาล - ในกรณีนี้การผลักดันช่วงเวลาของการขยายตัวแบบเร่ง แต่ไม่กี่พันล้านปีที่ผ่านมาจักรวาลก็เล็กลงและทุกเรื่องก็เต็มไปด้วยกันอย่างแน่นหนา และด้วยความหนาแน่นของความหนาแน่นของมันก็คือผู้ปกครองของ Roost พลังงานมืดที่ท่วมท้นซึ่งเป็นเพียงพื้นหลังที่น่าสนใจมากกว่าโรงไฟฟ้าที่ตอนนี้เป็นอยู่
(หมายเหตุด้านข้าง: การครอบครองพลังงานมืดเกิดขึ้นในเวลาเดียวกันของเราระบบสุริยจักรวาลกำลังรวมตัวกันและในเวลานั้นจักรวาลก็มีขนาดประมาณครึ่งหนึ่ง)
การกำเนิดของยุคพลังงานมืดอาจดูเหมือนไม่น่าทึ่ง แต่ยิ่งย้อนกลับไปในเวลา - และยิ่งคุณสร้างจักรวาลให้เล็กลง - คนแปลกหน้าได้รับ ผลักดันกลับมานานกว่า 13 พันล้านปีเมื่อจักรวาลเป็นเพียงหนึ่งในพันของขอบเขตปัจจุบันและเรื่องที่วันหนึ่งจะประกอบไปด้วยกาแลคซีทั้งหมดถูกอัดแน่นไปด้วยกันอย่างแน่นหนาจนอะตอมไม่สามารถเกิดขึ้นได้ มันหนาแน่นมากที่ทุกครั้งที่นิวเคลียสเชือกในอิเล็กตรอนโฟตอนพลังงานสูงที่ประมาทก็กระแทกเข้ามาแล้วฉีกอิเล็กตรอนออกไป นี่คือพลาสมาและในครั้งเดียวทั้งจักรวาลมีชีวิตเช่นนี้
กรอไปข้างหน้าจนถึงปัจจุบันและแสงที่เหลือจากยุคเมื่อจักรวาลเย็นลงและขยายออกไปพอเพียงเพื่อให้อะตอมแรกเกิดขึ้นต่อไปล้างเราในขณะนี้ แต่จักรวาลนั้นเก่ากว่าและเย็นกว่าและรังสีแกมม่าพลังงานสูงเหล่านั้นตอนนี้เป็นไมโครเวฟที่ไม่มีชื่อสร้างพื้นหลังที่ซึมผ่านจักรวาล-พื้นหลังไมโครเวฟจักรวาลหรือ CMB ถ้าคุณต้องการ
CMB ไม่เพียง แต่เป็นหนึ่งในหลักฐานสำคัญสำหรับบิ๊กแบง (มันเป็นภาพเด็กของจักรวาล ... คุณจะขออะไรได้อีก?) แต่มันก็เป็นหน้าต่างสำหรับครั้งก่อนหน้านี้ เราอาจไม่สามารถรับรู้ถึงจักรวาลก่อนการก่อตัวของ CMB แต่ฟิสิกส์ที่มีการประทับในสนามรังสีนั้น มันสำคัญมาก
ยิ่งเราย้อนเวลากลับไปคนแปลกหน้าจักรวาลได้รับ - ใช่แม้กระทั่งคนแปลกหน้ากว่าพลาสมา ผลักดันกลับไปอีกและนิวเคลียสที่มั่นคงไม่สามารถเกิดขึ้นได้ กลับไปไกลกว่านี้และโปรตอนและนิวตรอนไม่สามารถทนความกดดันและเสื่อมสภาพลงในส่วนประกอบของพวกเขา: ควาร์กและกลูออน ผลักดันกลับไปอีกและมันก็ซับซ้อน
ทฤษฎีบิ๊กแบงสามารถสรุปได้เช่นนี้: ในครั้งเดียวจักรวาลทั้งหมด-ทุกสิ่งที่คุณรู้และชื่นชอบทุกอย่างบนโลกและในสวรรค์-ถูกบดขยี้เป็นลูกบอลหนึ่งล้านล้านเคลวินเกี่ยวกับขนาดของลูกพีช หรือแอปเปิ้ล หรือส้มโอขนาดเล็ก จริง ๆ แล้วผลไม้ไม่สำคัญที่นี่โอเค?
คำแถลงนั้นฟังดูไร้สาระอย่างแน่นอนและถ้าคุณพูดเมื่อไม่กี่ร้อยปีก่อน…ดีฉันหวังว่าคุณจะชอบบาร์บีคิวเพราะคุณกำลังจะถูกเผาที่เดิมพัน แต่อย่างบ้าคลั่งเช่นเดียวกับแนวคิดนี้เราสามารถเข้าใจยุคนี้ด้วยความรู้ของเราเกี่ยวกับฟิสิกส์พลังงานสูง เราสามารถสร้างแบบจำลองฟิสิกส์ของจักรวาลในระยะแรกนี้และหาผลที่ตามมาในยุคสุดท้าย เราสามารถคาดการณ์ได้เราสามารถทำวิทยาศาสตร์ได้-
ยิ่งจักรวาลได้รับมากเท่าไหร่ภาพของเราก็ยิ่งชัดเจนขึ้น แต่ก็เกือบจะน่ากลัวที่จะพิจารณาว่าสมองลิงที่น่าสงสารของเรายังคงไตร่ตรองยุคแรก ๆ ในจักรวาลใน "ยุคพีช" จักรวาลเป็นเพียงส่วนเล็ก ๆ ที่สอง ในความเป็นจริงมันก็ยิ่งใหญ่กว่าเศษส่วนเล็ก ๆ-10^-36 วินาทีหรือที่นั่น จากนั้นเรามีภาพที่ดีเกี่ยวกับวิธีการทำงานของจักรวาล แน่นอนว่าคำถามบางอย่างยังคงเปิดอยู่ แต่โดยทั่วไปเรามีความเข้าใจที่คลุมเครืออย่างน้อย
แม้ว่าก่อนหน้านี้แม้กระทั่งครั้งก่อน ๆ ความเข้าใจของเราเกี่ยวกับจักรวาลได้รับ ... ฟัซซี่ กองกำลังพลังงานความหนาแน่นและอุณหภูมิสูงเกินไปและความรู้เกี่ยวกับฟิสิกส์ที่เราได้รวมตัวกันมานานหลายศตวรรษไม่ได้ขึ้นอยู่กับงาน ในแรงโน้มถ่วงของจักรวาลในยุคแรก ๆ เริ่มมีความสำคัญมากในระดับเล็ก ๆ และนี่คือขอบเขตของแรงโน้มถ่วงควอนตัมซึ่งเป็นปริศนาที่ยังไม่ได้รับการแก้ไขของฟิสิกส์สมัยใหม่ เราเพิ่งแบนไม่มีความเข้าใจเกี่ยวกับแรงโน้มถ่วงที่แข็งแกร่งในระดับเล็ก ๆ
เรา. แค่. อย่า.
เร็วกว่า 10^-36 วินาทีเราก็ไม่เข้าใจธรรมชาติของจักรวาล ทฤษฎีบิ๊กแบงนั้นยอดเยี่ยมในการอธิบายทุกอย่างหลังจากแต่ก่อนหน้านี้เราหลงทางไปหน่อย รับสิ่งนี้: ที่ขนาดเล็กพอเราไม่รู้ด้วยซ้ำว่าคำว่า "ก่อน" แม้จะสมเหตุสมผล! ที่เกล็ดเล็ก ๆ อย่างไม่น่าเชื่อ (และฉันกำลังพูดถึงสิ่งที่เล็กกว่าสิ่งที่น้อยที่สุดที่คุณสามารถจินตนาการได้) ธรรมชาติควอนตัมของความเป็นจริงกลับมาเป็นส่วนหัวที่น่าเกลียดด้วยความแข็งแกร่งเต็มไปด้วยความเรียบร้อยของเรา แนวคิดเกี่ยวกับช่วงเวลาหรือพื้นที่ไม่ได้ใช้ในระดับเหล่านั้น ใครจะรู้ว่าเกิดอะไรขึ้น?
แน่นอนว่ามีความคิดบางอย่างที่นั่น - แบบจำลองที่พยายามอธิบายสิ่งที่ "ติดไฟ" หรือ "เมล็ดพันธุ์" บิ๊กแบง แต่ในขั้นตอนนี้พวกเขาเป็นการเก็งกำไรที่บริสุทธิ์ หากความคิดเหล่านี้สามารถให้เบาะแสเชิงสังเกตการณ์ - ตัวอย่างเช่นสำนักพิมพ์พิเศษบน CMB จากนั้น Hooray - เราสามารถทำวิทยาศาสตร์ได้!
ถ้าไม่พวกเขาเป็นเพียงแค่นอนหลับ
เรียนรู้เพิ่มเติมด้วยการฟังตอน“อะไรกระแทกบิ๊กแบง?” ในพอดคาสต์ Ask A Spaceman มีให้บริการiTunesและบนเว็บที่https://www.askaspaceman.com- ขอบคุณ Rafael Ribeiro สำหรับคำถามที่นำไปสู่งานชิ้นนี้! ถามคำถามของคุณเองบน Twitter โดยใช้ #Askaspaceman หรือทำตาม Paul@paulmatsutterและfacebook.com/paulmattsutter-
ติดตามปัญหาเสียงและการอภิปรายทั้งหมดของผู้เชี่ยวชาญ - และกลายเป็นส่วนหนึ่งของการสนทนา - บนFacebook-TwitterและGoogle+- มุมมองที่แสดงเป็นของผู้เขียนและไม่จำเป็นต้องสะท้อนมุมมองของผู้จัดพิมพ์ บทความฉบับนี้ได้รับการเผยแพร่ครั้งแรกเมื่อSpace.com
