Nästa gång du äter en bärmuffin, tänk på vad som hände med blåbär i degen när sötma bakades. Blåbären låg på ett ställe, men när bulle växte ut började bären att röra sig från varandra. Om du kunde stå på ett bär, skulle du se alla andra flytta från dig, men detsamma gäller för alla andra bär du väljer. I detta avseende är galaxer som bär i en muffin.
Sedan Big Bang har universum expanderat obevekligt. Det konstiga faktum är att det inte finns en enda plats från vilken universum expanderar - snarare flyttar alla galaxer (i genomsnitt) bort från andra. Från vår utsiktspunkt i Vintergalaxen verkar det som om de flesta galaxer rör sig bort från oss - som om vi är mitten av vårt bulleliknande universum. Men titta från någon annan galax och vyn kommer att vara exakt densamma.
För att ytterligare förvirra dig tyder ny forskning på att hastigheten med vilken universum expanderar kan variera beroende på hur långt tillbaka i tiden du ser. Nya data, publicerade i Astrophysical Journal, indikerar att det är dags att ompröva vår förståelse av rymden.
Hubble mysterium
Kosmologer kännetecknar universums expansion genom en enkel lag - Hubble-lagen (uppkallad efter Edwin Hubble). Hubbles lag är iakttagelsen att mer avlägsna galaxer försvinner snabbare. Detta innebär att närliggande galaxer rör sig relativt långsamt.
Förhållandet mellan hastighet och avstånd till galaxen bestäms av "Hubble-konstanten" - 70 km / s / Mpc. Det betyder att galaxen rör sig cirka 90 000 km per timme för varje miljon ljusår bort från oss.
Denna expansion av universum, med närliggande galaxer som rör sig långsammare än avlägsna galaxer, förväntas från ett enhetligt expanderande utrymme med mörk energi (en osynlig kraft som påskyndar universums expansion) och mörk materia (en okänd och osynlig form av materia, som är fem gånger större än vanligt). Detsamma kan observeras i en muffin med bär.
Kampanjvideo:
Historien om att mäta Hubble-konstanten är full av svårigheter och oväntade avslöjanden. 1929 trodde Hubble själv att dess värde borde vara i storleksordningen 600 000 km per timme per miljon ljusår - ungefär tio gånger mer än vad som för närvarande mäts. Försök att noggrant mäta Hubble-konstanten under åren har lett till en oavsiktlig upptäckt av mörk energi. Att hitta information om denna mystiska typ av energi, som står för 70% av energin i universum, inspirerade lanseringen av världens bästa rymdteleskop (hittills), uppkallad efter Hubble.
Fångsten är att resultaten från de två mest exakta mätningarna inte håller med och inte korrelerar med varandra. När de kosmologiska mätningarna blev så exakta att de visade värdet på Hubble-konstanten, blev det uppenbart att det inte var vettigt. Istället för ett har vi två motstridiga resultat.
Å ena sidan har vi nya exakta mätningar av den kosmiska mikrovågsbakgrunden - Big Bang-efterglödet - gjorda av Planck-uppdraget, som mätte Hubble-konstanten som 67,4 km / s / Mpc.
Å andra sidan har vi nya mätningar av pulserande stjärnor i närliggande galaxer, också otroligt noggranna, som mätte Hubble-konstanten som 73,4 km / s / Mpc. De är närmare oss i tiden.
Båda dessa mätningar påstår sig vara korrekta och mycket exakta. Skillnaden mellan mätningarna är ungefär 500 km per timme per miljon ljusår, så kosmologer kallar det "spänning" mellan två dimensioner - de sträcker ut statistiken i olika riktningar, och den måste kollapsa någonstans.
Ny fysik?
Hur kommer det att kollapsa? Ingen vet för tillfället. Kanske är vår kosmologiska modell fel. Det kan ses att universum expanderar snabbare närmare oss än vi skulle förvänta oss, med början från mer avlägsna dimensioner. Mätningar av den kosmiska mikrovågsbakgrunden mäter inte lokal expansion, utan gör det genom en modell - vår kosmologiska modell. Hon har varit extremt framgångsrik med att förutsäga och beskriva många av de observerbara data i universum.
Därför, även om denna modell kan vara fel, har ingen kommit fram till en enkel övertygande modell som kan förklara både detta och allt vi observerar. Vi kan till exempel försöka förklara detta med en ny tyngdkraftteori, men då passar andra observationer inte. Eller det kan förklaras med den nya teorin om mörk materia eller mörk energi, men då kommer andra observationer inte att fungera - och så vidare. Därför, om denna "spänning" är förknippad med ny fysik, måste den vara komplex och okänd.
En mindre intressant förklaring skulle vara "okända okända" i data orsakade av systematiska effekter, och närmare analyser kommer en dag att avslöja en subtil effekt som har missats. Eller det kan bara vara en statistisk fluke som försvinner när mer data samlas in.
Det är för närvarande oklart vilken kombination av ny fysik, systematiska effekter eller nya data som löser dessa spänningar, men något kommer säkert att bli tydligt. Bilden av universum som en expanderande tårta kan vara fel, och kosmologer utmanas att komma med en annan bild. Om ny fysik behövs för att förklara de nya dimensionerna, kommer resultatet att förändra vår förståelse av rymden.
Ilya Khel