Toimittajan huomautus: Artikkeli “Universumi voi olla 250 kertaa suurempi kuin mitä on havaittavissa” herätti lukijoiden keskuudessa valtavan keskustelun. Useat ehdottivat, että UT: lla tulisi olla kosmologia-artikkelisarja - Cosmology 101, jos haluat. Uusin kirjailijamme, Vanessa D’Amico, joka kirjoitti edellä mainitun artikkelin, aloittaa Cosmology 101 -sarjan tänään, alusta alkaen.
Kuinka maailmankaikkeus sai alkunsa? Se on yksi kosmologian kiireellisimmistä kysymyksistä ja todennäköisesti kysymys, joka tulee olemaan jonkin aikaa. Aloitan selittämällä, mitä tutkijat luulevat tietävänsä maailmankaikkeuden ensimmäisistä muodostuneista sekunneista. Enemmän kuin todennäköistä, tarina ei ole aivan sitä, mitä saatat ajatella.
Alussa oli… no, emme oikeasti tiedä. Yksi kosmologian yleisimmistä väärinkäsityksistä on, että maailmankaikkeus alkoi uskomattoman pienenä, käsittämättömän tiheänä materiaalikokoelmana, joka yhtäkkiä räjähti ja antoi avaruuden sellaisena kuin me sen tunnemme. Tähän ajatukseen liittyy joukko ongelmia, etenkin olettamusta, joka implisiittisesti tapahtuu suureksi bangiksi kutsuttuun tapahtumaan. Itse asiassa mikään "ei räjähtää". Räjähdyksen käsite tuo mieleen laajentuvan materiaalivirran, joka vähitellen täyttää tilan ympärillään; universumimme syntyessä ei kuitenkaan ollut tilaa. Ei ollut myöskään aikaa. Ei ollut tyhjiötä. Siellä oli kirjaimellisesti ei mitään.
Sitten maailmankaikkeus syntyi. Erittäin korkeat energiat ensimmäisen 10 aikana-43 Sekunnit elämästään tekevät tutkijoille erittäin vaikeaksi määrittää kaiken lopullisen kosmisen alkuperästä. Tietenkin, jos kosmologit ovat oikeassa sen suhteen, mitä heidän mielestään on tapahtunut seuraavaksi, sillä ei ole paljon merkitystä. Inflaatioteorian mukaan noin 10-36 sekunnissa, maailmankaikkeus lähti eksponentiaalisesti laajentumaan. Muutamassa tuhannesosassa sekunnissa avaruus täyttyy kertoimella 1078, erotti nopeasti aikaisemmin vierekkäiset alueet käsittämättömillä etäisyyksillä ja räjäytti pienet kvanttivaihtelut avaruuden ajan kankaassa.
Inflaatio on houkutteleva teoria monista syistä. Ensinnäkin se selittää miksi havaitsemme maailmankaikkeuden olevan homogeeninen ja isotrooppinen suurissa mittakaavoissa - eli se näyttää samalta kaikkiin suuntiin ja kaikille tarkkailijoille. Se selittää myös miksi maailmankaikkeus näyttää visuaalisesti olevan litteä eikä kaareva. Ilman inflaatiota tasainen maailmankaikkeus vaatii erittäin hienosäädettyjä lähtöolosuhteita; inflaatio muuttaa tämän hienosäädön kuitenkin mittakaavaksi. Tunnettu analogia: jalkojemme alla oleva maa näyttää olevan tasainen (vaikka tiedämmekin, että elämme pallomaisella planeetalla), koska me ihmiset olemme paljon maata pienempiä. Samoin paisunut maailmankaikkeus on niin valtava verrattuna paikalliseen näkökenttään, että se näyttää olevan tilallisesti tasainen.
Teorian edetessä inflaation loppuminen antoi tietä universumille, joka näytti hiukan samankaltaiselta kuin tänään. Inflaatiota kiihdyttänyt tyhjiöenergia muuttui yhtäkkiä erilaiseksi energiaksi - sellaiseksi, joka voisi luoda alkuainehiukkasia. Tässä vaiheessa (vain 10-32 sekuntia maailmankaikkeuden syntymän jälkeen), ympäristön lämpötila oli vielä aivan liian kuuma rakentamaan atomeja tai molekyylejä näistä hiukkasista; mutta sekuntien kuluessa tila laajeni ja jäähtyi pisteeseen, jossa kvarkit voisivat koota yhteen ja muodostaa protoneja ja neutroneja. Korkean energian fotonit pyörivat edelleen, jatkuvasti silmiinpistäviä ja jännittäviä varautuneita protoneja ja elektroneja.
Joten mitä seuraavaksi tapahtui? Kuinka tästä kaoottisesta aine- ja säteilykeitosta tuli valtava organisoidun rakenteen laajuus, jonka näemme tänään? Mitä tulevaisuuden maailmankaikkeudelle tapahtuu? Ja mistä tiedämme, että tarina eteni tällä tavalla? Muista tutustua kosmologian 101 seuraavaan erään saadaksesi vastauksia näihin kysymyksiin ja enemmän!
