Redaktörens anmärkning: Artikeln "Universum kunde vara 250 gånger större än vad som är observerbart" utlöste en betydande diskussion bland våra läsare, med flera som föreslog att UT borde ha en serie artiklar om kosmologi - en kosmologi 101, om du kommer. Vår senaste författare, Vanessa D’Amico, som skrev den nämnda artikeln, börjar Cosmology 101-serien idag, från början.
Hur fick universum sin början? Det är en av de mest pressande frågorna inom kosmologin och troligtvis en som kommer att finnas kvar ett tag. Här börjar jag med att förklara vad forskare tror att de vet om de första formativa sekunderna i universumets liv. Mer än troligt är historien inte riktigt vad du kanske tror.
I början var det ... ja, vi vet inte riktigt. En av de vanligaste missuppfattningarna i kosmologin är att universum började som en oerhört liten, otänkbart tät samling av material som plötsligt exploderade och gav upphov till rymden som vi känner till det. Det finns ett antal problem med den här idén, inte minst av alla antaganden som är implicita i en händelse som kallas den stora "bang". I själva verket "inget". Uppfattningen om en explosion tänker på ett expanderande tidvatten av material som gradvis fyller utrymmet runt det; Men när vårt universum föddes fanns det inget utrymme. Det fanns ingen tid heller. Det fanns inget vakuum. Det fanns bokstavligen ingenting.
Då föddes universum. Extremt höga energier under de första 10-43 sekunder av sitt liv gör det mycket svårt för forskare att bestämma något avgörande om kosmos ursprung. Om kosmologer är korrekta om vad de tror kan ha hänt nästan spelar det naturligtvis inte så mycket. Enligt teorin om inflationen, cirka 10-36 sekunder genomgick universum en period av exponentiell expansion. På några tusendels sekund uppblåsade utrymmet med en faktor på cirka 1078, snabbt separera vad som en gång var angränsande regioner med ofattbara avstånd och sprängde små kvantfluktuationer i tyget i rymdtiden.
Inflation är en tilltalande teori av flera orsaker. Först och främst förklarar det varför vi ser universum vara homogent och isotropiskt på stora skalor - det vill säga det ser lika ut i alla riktningar och för alla observatörer. Det förklarar också varför universum visuellt verkar vara platt, snarare än krökt. Utan inflation kräver ett platt universum en extremt finjusterad uppsättning initiala villkor; inflationen förvandlar emellertid denna finjustering till ett mått. En bekant analogi: marken under våra fötter verkar vara platt (även om vi vet att vi lever på en sfärisk planet) eftersom vi människor är så mycket mindre än jorden. Likaså är det uppblåsta universum så enormt jämfört med vårt lokala synfält att det verkar vara rumsligt platt.
I takt med att teorin går, gav slutet på inflationen plats för ett universum som liknade något mer som det vi observerar idag. Vakuumenergin som drev inflationen förvandlades plötsligt till en annan typ av energi - den typ som kunde skapa elementära partiklar. Vid denna punkt (endast 10-32 sekunder efter universums födelse) var omgivningstemperaturen fortfarande alldeles för varm för att bygga atomer eller molekyler från dessa partiklar; men när sekunderna tog på sig expanderade rymden och kyldes till den punkt där kvarkarna kunde samlas och bilda protoner och neutroner. Högenergi-fotoner fortsatte att hålla sig runt och slog ständigt och spännande laddade protoner och elektroner.
Så vad hände sedan? Hur blev denna kaotiska soppa av materia och strålning den stora vidsträckningen av den organiserade strukturen som vi ser idag? Vad kommer att hända med universum i framtiden? Och hur vet vi att det är så historien utvecklas? Se till att kolla in de närmaste delarna av Cosmology 101 för att få svar på dessa frågor och mer!
