Empire
Antarë i Respektuar
Si universi ndalon së paturi kuptim?!
Po gabojmë me unniversin ?
Shiko fotografinë 1698139
Mund të jetë diçka e vogël: një çështje matjeje që i bën disa yje të duken më afër ose më larg sesa janë, diçka që astrofizikantët mund ta rregullojnë me disa ndryshime se si maten distancat nëpër hapësirë. Mund të jetë diçka e madhe: një gabim - ose seri gabimesh - në kozmologji, ose menyra të kuptuarit tonë të origjinës dhe evolucionit të universit. Nëse kjo është arsyeja , e gjithë historia jonë e hapësirës dhe kohës mund të shkatërrohet. Por, sido që të jetë çështja, janë duke u bërë vëzhgime kryesore të universit që nuk janë dakord me njëri-tjetrin: I matur në një mënyrë, universi duket se po zgjerohet me një shkallë të caktuar; matur një mënyrë tjetër, universi duket se po zgjerohet me një ritëm tjetër. Dhe, siç tregon një punim i ri, ato mospërputhje janë rritur më shumë vitet e fundit, edhe pse matjet janë bërë më të sakta.
"Ne mendojmë se nëse koncepti jonë për kozmologjinë është i saktë, atëherë të gjitha këto matje të ndryshme duhet të na japin përgjigjen e njëjtë," tha Katie Mack, një kozmolog teorik në Universitetin Shtetëror të Karolinës Veriore (NCSU) dhe bashkëautor i letrës së re .
Dy matjet më të famshme funksionojnë shumë ndryshe nga njëra-tjetra. E para mbështetet në Sfondin Kozmik të Mikrovalëve (CMB): mbetja nga rrezatimi i mikrovalëslve që nga momentet e para pas Big Bang. Kozmologët kanë ndërtuar modele teorike të të gjithë historisë së universit në një fondacion CMB - modele në të cilat janë shumë të sigurta, dhe kjo do të kërkonte një fizikë krejt të re për t'u thyer. Dhe të marra së bashku, tha Mack, ata prodhojnë një numër të arsyeshëm për konstanten e Hubble, ose H0, e cila rregullon se sa shpejt universi po zgjerohet.
Matja e dytë përdor supernovat dhe yjet e ndezur në galaktikat e afërta, të njohura si Cefheids. Duke vlerësuar se sa larg ato galaktika janë nga tonat, dhe sa shpejt po largohen nga ne, astronomët kanë marrë atë që besojnë se është një matje shumë e saktë e konstantës së Hubble. Dhe kjo metodë ofron një H0 të ndryshme.
"Nëse po marrim përgjigje të ndryshme, kjo do të thotë se ka diçka që ne nuk e dimë," tha Mack për Live Science. "Pra, kjo ka të bëjë me jo vetëm të kuptuarit e shkallës aktuale të zgjerimit të universit - që është diçka për të cilën ne jemi të interesuar - por të kuptuarit se si universi ka evoluar, si ka evoluar zgjerimi dhe çfarë hapësirë-kohë ka bërë gjithë kjo kohë. "
Weikang Lin, gjithashtu një kozmolog në NCSU dhe autor kryesor i gazetës, tha se për të zhvilluar një pamje të plotë të problemit, ekipi vendosi të rrumbullakojë të gjitha mënyrat e ndryshme të "kufizimit" të H0 në një vend. Punimi ende nuk është rishikuar ose botuar zyrtarisht nga kolegët, dhe është në dispozicion në serverin preprint arXiv.
Ja çfarë do të thotë "shtrënguese": Matjet në fizikë rrallë paraqesin përgjigje të sakta. Përkundrazi, ata vendosin kufij në gamën e përgjigjeve të mundshme. Dhe duke parë këto kufizime së bashku, mund të mësoni shumë për diçka që po studioni. Për shembull, duke parë një teleskop, mund të mësoni se një pikë dritë në hapësirë është e kuqe, e verdhë ose portokalli. Një tjetër mund të ju tregojë se është më e ndritshme se shumica e dritave të tjera në hapësirë, por më pak e ndritshme se dielli. Një tjetër mund të ju tregojë se po lëviz nëpër qiell po aq shpejt sa një planet. Asnjë nga këto kufizime nuk do t'ju tregonte shumë më vete, por të bashkuar ata sugjerojnë që ju po shikoni Marsin.
Lin, Mack dhe bashkautori i tyre i tretë, studenti i diplomuar i NCSU, Liqiang Hou, shikuan kufizimet në dy konstante: H0, dhe diçka që quhet "fraksioni masiv" i universit, i shënuar si Ωm, i cili ju tregon se sa është energjia e universit, dhe sa është materia. Shumë matje të H0 gjithashtu kufizojnë Ωm, tha Lin, kështu që është e dobishme t'i shikojmë ato së bashku.
Komploti qendror në letër tregon se shumica e matjeve të fraksionit konstant dhe masiv të Hubble tregojnë për një varg numrash, por matja Cepheid-supernova (shirit i verdhë) tregon në një gamë të ndryshme numrash.
WMAP me ovale të shtrënguar të magjisë është shtrirja e fraksioneve masive të mundshme dhe konstantave të Hubble që dikur ishin të mundshme bazuar në një studim të madh të kaluar në NASA mbi CMB, i njohur si Prova Anizotropike e Mikrovalës Wilkinson. Kolona e verdhë e etiketuar CV SN (e shkurtër për "Cepheid-Calibrated Type-Ia Supernovae") i referohet matjeve Cepheid-supernova, të cilat nuk kufizojnë fraksionin masiv të universit, por bëjnë kufizime H0. Shufra e kuqe e emërtuar SN P (short Pantheon Supernovae Type") është një pengesë kryesore në fraksionin masiv të universit.
Ju mund të shihni se skajet e WMAP dhe CV SN mbivendosen, kryesisht jashtë shiritit të kuq. Kjo ishte fotografia e mospërputhjes disa vjet më parë, Mack tha: është e rëndësishme për t'u shqetësuar që të dy matjet po ktheheshin në përgjigje të ndryshme, por jo aq domethënëse sa t'i bënin ato të papajtueshëme me pak lëvizje.
Por vitet e fundit ka pasur një matje të re të CMB nga një grup i quajtur Bashkëpunimi Planck. Bashkëpunimi Planck, i cili lëshoi të dhënat e tij të fundit në 2018, vendosi kufizime shumë të rrepta në fraksionin në masë dhe shkallën e zgjerimit të universit.
Tani, autorët shkruajnë, shfaqen dy fotografi të ndryshme të universit. Planck dhe WMAP - së bashku me një sërë qasjesh të tjera për kufizimin e H0 dhe Ωm - janë të gjitha pak a shumë të pajtueshme. Është një vend në komplot,një rreth tolerant , ku të gjithë lejojnë përgjigje të ngjashme për sa shpejt universi po zgjerohet dhe sa prej tij është bërë nga materia. Ju mund të shihni se pothuajse të gjitha format në komplot kalojnë nëpër atë rreth.
Shiko fotografinë 1698140
Por, matja më e drejtpërdrejtë, bazuar në studimin e faktit se sa larg janë gjërat në universin tonë lokal dhe sa shpejt po lëvizin, nuk pajtohet. Matja e Cepheid është rrugëdalje atje në të djathtë, dhe madje as shifrat e gabimit të tij (copat e verdha të zbehta, që tregojnë vargun e vlerave të mundshme) kalojnë nëpër rrethin. Dhe ky është një problem.
"Ka pasur shumë aktivitet në këtë fushë vetëm në disa muajt e fundit," tha Risa Wechsler, një kozmolog në Universitetin Stanford i cili nuk ishte i përfshirë në këtë punim. "Pra, është vërtet e bukur të shohësh gjithçka të përmbledhur. Kornizimi i tij në drejtim të H0 dhe Ωm, të cilët janë parametra themelorë [të universit], është vërtet sqaruese."
Prapëseprapë, Wechsler i tha Live Science, është e rëndësishme të mos hidheni në ndonjë përfundim.
"Njerëzit janë të ngazëllyer për këtë sepse kjo mund të nënkuptojë që ka fizikë të re, dhe kjo do të ishte vërtet emocionuese," tha ajo.
Është e mundur që modeli CMB është thjesht i gabuar në një farë mënyre, dhe kjo çon në një lloj gabimi sistematik në mënyrën sesi fizikanët po kuptojnë universin.
"Të gjithë do ta duan këtë. Fizikantët duan të thyejnë modelet e tyre," tha Wechsler. "Por ky model funksionon mjaft mirë deri më tani, kështu që përparimi im është që duhet të ketë prova mjaft të forta për të më bindur".
Studimi tregon se do të ishte e vështirë të përputhej matja e Cefidit nga universi lokal me të gjithë të tjerët duke prezantuar vetëm një pjesë të re të fizikës, tha Mack.
Është e mundur, tha Mack, që llogaritja e supernovave-Cefidit është thjesht e gabuar. Ndoshta fizikantët po matin distancat në universin tonë lokal gabim, dhe kjo çon në një llogaritje të gabuar. Është e vështirë të imagjinohet se çfarë do të ishte llogaritja e gabimeve, megjithatë, tha ajo. Shumë astrofizikanë kanë matur distancat lokale nga e para dhe kanë arritur me rezultate të ngjashme. Një mundësi që autorët ngritën është se ne jetojmë në një copë të çuditshme të universit ku ka më pak galaktika dhe më pak gravitet, kështu që fqinjësia jonë po zgjerohet më shpejt se universi në tërësi.
Përgjigja për problemin, tha ajo, mund të ishte pothuajse boshe. Por ka më shumë të ngjarë që të kalojnë vite ose dekada.
"Është diçka e re në univers ose është diçka që ne nuk e kuptojmë në lidhje me matjet tona," tha ajo.
Wechsler tha që ajo do të merrej me këtë të fundit - se ka gjasë diçka jo shumë të duhur në lidhje me shiritat e gabimit rreth disa prej matjeve të përfshira, dhe se pasi ato të zgjidhen, fotografia do të përshtatet më bukur.
Ardhja e matjeve mund të sqarojë kundërshtimin - ose ta shpjegoj atë ose ta kundërshtoj, duke sugjeruar një fushë të re të fizikës është e nevojshme. Teleskopi i Sondazhit të Synoptikut të Madh, i planifikuar të vijë në vitin 2020, duhet të gjejë qindra miliona supernova, të cilat duhet të përmirësojnë jashtëzakonisht shumë të dhënat, të cilat astrofizikët përdorin për të matur distancat midis galaktikave. Përfundimisht, tha Mack, studimet e valëve gravitacionale do të jenë mjaft të mira për të kufizuar edhe zgjerimin e universit, i cili duhet të shtojë një nivel tjetër precize në kozmologji. Sipas saj, fizikantët madje mund të zhvillojnë instrumente aq të ndjeshëm sa të shikojnë se objektet zgjerohen larg nga njëri-tjetri në kohë reale.
Por për momentin kozmologët janë ende duke pritur dhe pyesin pse matjet e tyre të universit nuk kanë kuptim së bashku.
Po gabojmë me unniversin ?
Shiko fotografinë 1698139
Mund të jetë diçka e vogël: një çështje matjeje që i bën disa yje të duken më afër ose më larg sesa janë, diçka që astrofizikantët mund ta rregullojnë me disa ndryshime se si maten distancat nëpër hapësirë. Mund të jetë diçka e madhe: një gabim - ose seri gabimesh - në kozmologji, ose menyra të kuptuarit tonë të origjinës dhe evolucionit të universit. Nëse kjo është arsyeja , e gjithë historia jonë e hapësirës dhe kohës mund të shkatërrohet. Por, sido që të jetë çështja, janë duke u bërë vëzhgime kryesore të universit që nuk janë dakord me njëri-tjetrin: I matur në një mënyrë, universi duket se po zgjerohet me një shkallë të caktuar; matur një mënyrë tjetër, universi duket se po zgjerohet me një ritëm tjetër. Dhe, siç tregon një punim i ri, ato mospërputhje janë rritur më shumë vitet e fundit, edhe pse matjet janë bërë më të sakta.
"Ne mendojmë se nëse koncepti jonë për kozmologjinë është i saktë, atëherë të gjitha këto matje të ndryshme duhet të na japin përgjigjen e njëjtë," tha Katie Mack, një kozmolog teorik në Universitetin Shtetëror të Karolinës Veriore (NCSU) dhe bashkëautor i letrës së re .
Dy matjet më të famshme funksionojnë shumë ndryshe nga njëra-tjetra. E para mbështetet në Sfondin Kozmik të Mikrovalëve (CMB): mbetja nga rrezatimi i mikrovalëslve që nga momentet e para pas Big Bang. Kozmologët kanë ndërtuar modele teorike të të gjithë historisë së universit në një fondacion CMB - modele në të cilat janë shumë të sigurta, dhe kjo do të kërkonte një fizikë krejt të re për t'u thyer. Dhe të marra së bashku, tha Mack, ata prodhojnë një numër të arsyeshëm për konstanten e Hubble, ose H0, e cila rregullon se sa shpejt universi po zgjerohet.
Matja e dytë përdor supernovat dhe yjet e ndezur në galaktikat e afërta, të njohura si Cefheids. Duke vlerësuar se sa larg ato galaktika janë nga tonat, dhe sa shpejt po largohen nga ne, astronomët kanë marrë atë që besojnë se është një matje shumë e saktë e konstantës së Hubble. Dhe kjo metodë ofron një H0 të ndryshme.
"Nëse po marrim përgjigje të ndryshme, kjo do të thotë se ka diçka që ne nuk e dimë," tha Mack për Live Science. "Pra, kjo ka të bëjë me jo vetëm të kuptuarit e shkallës aktuale të zgjerimit të universit - që është diçka për të cilën ne jemi të interesuar - por të kuptuarit se si universi ka evoluar, si ka evoluar zgjerimi dhe çfarë hapësirë-kohë ka bërë gjithë kjo kohë. "
Weikang Lin, gjithashtu një kozmolog në NCSU dhe autor kryesor i gazetës, tha se për të zhvilluar një pamje të plotë të problemit, ekipi vendosi të rrumbullakojë të gjitha mënyrat e ndryshme të "kufizimit" të H0 në një vend. Punimi ende nuk është rishikuar ose botuar zyrtarisht nga kolegët, dhe është në dispozicion në serverin preprint arXiv.
Ja çfarë do të thotë "shtrënguese": Matjet në fizikë rrallë paraqesin përgjigje të sakta. Përkundrazi, ata vendosin kufij në gamën e përgjigjeve të mundshme. Dhe duke parë këto kufizime së bashku, mund të mësoni shumë për diçka që po studioni. Për shembull, duke parë një teleskop, mund të mësoni se një pikë dritë në hapësirë është e kuqe, e verdhë ose portokalli. Një tjetër mund të ju tregojë se është më e ndritshme se shumica e dritave të tjera në hapësirë, por më pak e ndritshme se dielli. Një tjetër mund të ju tregojë se po lëviz nëpër qiell po aq shpejt sa një planet. Asnjë nga këto kufizime nuk do t'ju tregonte shumë më vete, por të bashkuar ata sugjerojnë që ju po shikoni Marsin.
Lin, Mack dhe bashkautori i tyre i tretë, studenti i diplomuar i NCSU, Liqiang Hou, shikuan kufizimet në dy konstante: H0, dhe diçka që quhet "fraksioni masiv" i universit, i shënuar si Ωm, i cili ju tregon se sa është energjia e universit, dhe sa është materia. Shumë matje të H0 gjithashtu kufizojnë Ωm, tha Lin, kështu që është e dobishme t'i shikojmë ato së bashku.
Komploti qendror në letër tregon se shumica e matjeve të fraksionit konstant dhe masiv të Hubble tregojnë për një varg numrash, por matja Cepheid-supernova (shirit i verdhë) tregon në një gamë të ndryshme numrash.
WMAP me ovale të shtrënguar të magjisë është shtrirja e fraksioneve masive të mundshme dhe konstantave të Hubble që dikur ishin të mundshme bazuar në një studim të madh të kaluar në NASA mbi CMB, i njohur si Prova Anizotropike e Mikrovalës Wilkinson. Kolona e verdhë e etiketuar CV SN (e shkurtër për "Cepheid-Calibrated Type-Ia Supernovae") i referohet matjeve Cepheid-supernova, të cilat nuk kufizojnë fraksionin masiv të universit, por bëjnë kufizime H0. Shufra e kuqe e emërtuar SN P (short Pantheon Supernovae Type") është një pengesë kryesore në fraksionin masiv të universit.
Ju mund të shihni se skajet e WMAP dhe CV SN mbivendosen, kryesisht jashtë shiritit të kuq. Kjo ishte fotografia e mospërputhjes disa vjet më parë, Mack tha: është e rëndësishme për t'u shqetësuar që të dy matjet po ktheheshin në përgjigje të ndryshme, por jo aq domethënëse sa t'i bënin ato të papajtueshëme me pak lëvizje.
Por vitet e fundit ka pasur një matje të re të CMB nga një grup i quajtur Bashkëpunimi Planck. Bashkëpunimi Planck, i cili lëshoi të dhënat e tij të fundit në 2018, vendosi kufizime shumë të rrepta në fraksionin në masë dhe shkallën e zgjerimit të universit.
Tani, autorët shkruajnë, shfaqen dy fotografi të ndryshme të universit. Planck dhe WMAP - së bashku me një sërë qasjesh të tjera për kufizimin e H0 dhe Ωm - janë të gjitha pak a shumë të pajtueshme. Është një vend në komplot,një rreth tolerant , ku të gjithë lejojnë përgjigje të ngjashme për sa shpejt universi po zgjerohet dhe sa prej tij është bërë nga materia. Ju mund të shihni se pothuajse të gjitha format në komplot kalojnë nëpër atë rreth.
Shiko fotografinë 1698140
Por, matja më e drejtpërdrejtë, bazuar në studimin e faktit se sa larg janë gjërat në universin tonë lokal dhe sa shpejt po lëvizin, nuk pajtohet. Matja e Cepheid është rrugëdalje atje në të djathtë, dhe madje as shifrat e gabimit të tij (copat e verdha të zbehta, që tregojnë vargun e vlerave të mundshme) kalojnë nëpër rrethin. Dhe ky është një problem.
"Ka pasur shumë aktivitet në këtë fushë vetëm në disa muajt e fundit," tha Risa Wechsler, një kozmolog në Universitetin Stanford i cili nuk ishte i përfshirë në këtë punim. "Pra, është vërtet e bukur të shohësh gjithçka të përmbledhur. Kornizimi i tij në drejtim të H0 dhe Ωm, të cilët janë parametra themelorë [të universit], është vërtet sqaruese."
Prapëseprapë, Wechsler i tha Live Science, është e rëndësishme të mos hidheni në ndonjë përfundim.
"Njerëzit janë të ngazëllyer për këtë sepse kjo mund të nënkuptojë që ka fizikë të re, dhe kjo do të ishte vërtet emocionuese," tha ajo.
Është e mundur që modeli CMB është thjesht i gabuar në një farë mënyre, dhe kjo çon në një lloj gabimi sistematik në mënyrën sesi fizikanët po kuptojnë universin.
"Të gjithë do ta duan këtë. Fizikantët duan të thyejnë modelet e tyre," tha Wechsler. "Por ky model funksionon mjaft mirë deri më tani, kështu që përparimi im është që duhet të ketë prova mjaft të forta për të më bindur".
Studimi tregon se do të ishte e vështirë të përputhej matja e Cefidit nga universi lokal me të gjithë të tjerët duke prezantuar vetëm një pjesë të re të fizikës, tha Mack.
Është e mundur, tha Mack, që llogaritja e supernovave-Cefidit është thjesht e gabuar. Ndoshta fizikantët po matin distancat në universin tonë lokal gabim, dhe kjo çon në një llogaritje të gabuar. Është e vështirë të imagjinohet se çfarë do të ishte llogaritja e gabimeve, megjithatë, tha ajo. Shumë astrofizikanë kanë matur distancat lokale nga e para dhe kanë arritur me rezultate të ngjashme. Një mundësi që autorët ngritën është se ne jetojmë në një copë të çuditshme të universit ku ka më pak galaktika dhe më pak gravitet, kështu që fqinjësia jonë po zgjerohet më shpejt se universi në tërësi.
Përgjigja për problemin, tha ajo, mund të ishte pothuajse boshe. Por ka më shumë të ngjarë që të kalojnë vite ose dekada.
"Është diçka e re në univers ose është diçka që ne nuk e kuptojmë në lidhje me matjet tona," tha ajo.
Wechsler tha që ajo do të merrej me këtë të fundit - se ka gjasë diçka jo shumë të duhur në lidhje me shiritat e gabimit rreth disa prej matjeve të përfshira, dhe se pasi ato të zgjidhen, fotografia do të përshtatet më bukur.
Ardhja e matjeve mund të sqarojë kundërshtimin - ose ta shpjegoj atë ose ta kundërshtoj, duke sugjeruar një fushë të re të fizikës është e nevojshme. Teleskopi i Sondazhit të Synoptikut të Madh, i planifikuar të vijë në vitin 2020, duhet të gjejë qindra miliona supernova, të cilat duhet të përmirësojnë jashtëzakonisht shumë të dhënat, të cilat astrofizikët përdorin për të matur distancat midis galaktikave. Përfundimisht, tha Mack, studimet e valëve gravitacionale do të jenë mjaft të mira për të kufizuar edhe zgjerimin e universit, i cili duhet të shtojë një nivel tjetër precize në kozmologji. Sipas saj, fizikantët madje mund të zhvillojnë instrumente aq të ndjeshëm sa të shikojnë se objektet zgjerohen larg nga njëri-tjetri në kohë reale.
Por për momentin kozmologët janë ende duke pritur dhe pyesin pse matjet e tyre të universit nuk kanë kuptim së bashku.