SPACE.com 私たちの八部シリーズの天の謎を見てください：歴史&宇宙の未来。 これはそのシリーズの第5部です。 私たちの宇宙は約137億年前に、巨大な風船のように宇宙を爆破した大規模な拡張で生まれました。それは一言で言えば、事実上すべての宇宙学者と理論物理学者が支持するビッグバン理論です。
それは事実上すべての宇宙学者と理論物理学者が支持するビッグバン理論です。
それは事実上すべての このアイデアを支持する証拠は広範で説得力があります。 私たちは、例えば、宇宙は今でも加速する速度でまだ拡大していることを知っています。
科学者たちはまた、ビッグバン、宇宙に浸透する宇宙マイクロ波背景放射の予測された熱インプリントを発見しました。 そして、私たちは明らかに137億年よりも古い物体を見ていません、私たちの宇宙はその時の周りに生まれたことを示唆しています。
“これらのことのすべては、非常に強固な基盤の上にビッグバンを置く、”カリフォルニア大学バークレー校の天体物理学者アレックスFilippenkoは述べています。 “ビッグバンは非常に成功した理論です。”
だから、この理論は私たちに何を教えていますか？ 私たちの宇宙の誕生時に本当に何が起こったのか、そしてそれは今日私たちが観察する形をどのように取ったのですか？
始まり
伝統的なビッグバン理論は、私たちの宇宙は特異点—無限の密度と温度の点で始まったと仮定しています。 しかし、特異点の考え方はアインシュタインの一般相対性理論に基づいているため、これは現実を正確に反映していない可能性があると研究者は言Caltechの理論物理学者であるSean Carrollは、「問題は、その体制で一般相対性理論を信じる理由は何もないということです」と述べています。 「それは量子力学を考慮していないので、間違っているでしょう。 そして、あなたが宇宙の歴史の中でその場所に到達したら、量子力学は確かに重要になるだろう。”
だから、宇宙の始まりはかなり暗いままです。 科学者たちは、ビッグバンの後、約10からマイナス36秒—1兆分の1兆分の1秒—で物語を拾うことができると考えています。
その時点で、彼らは信じて、宇宙は光の速度よりも速く拡大し、インフレの非常に短いと劇的な期間を受けました。 それはおそらく100倍以上の大きさで、すべて数秒の小さな分数のスパン内に倍増しました。
（インフレは特殊相対性理論に違反しているように見えるかもしれませんが、そうではありません、科学者たちは言います。 特殊相対性理論では、光の速度よりも速く空間内の2つの点の間に情報や物質を運ぶことはできないと考えられています。 しかし、インフレは空間そのものの拡大でした。）
“インフレはビッグバンの”強打”だった”とフィリペンコは語ったSPACE.com “インフレの前に、ほんの少しのものがあった、おそらく、ほんの少しだけ拡大していた。 私たちは宇宙を大きくするためにインフレのようなものが必要でした。”
この急速に拡大する宇宙は、物質のかなり空だったが、それはダークエネルギーの膨大な量を保有し、理論は行きます。 ダークエネルギーは、科学者が宇宙の現在の加速膨張を推進していると考えている神秘的な力です。
インフレの間、ダークエネルギーは宇宙を滑らかにし、加速させました。 しかし、それは長い間固執しませんでした。
“それは単なる一時的なダークエネルギーだった”とキャロルは語ったSPACE.com”それは再加熱と呼ばれるプロセスを通じて通常の物質と放射線に変換されました。 宇宙は、すべてのダークエネルギーが消え去った時に、インフレの間に冷たくなってから、再び熱くなっていきました。”
科学者はインフレに拍車をかけたかもしれないものを知らない。 それはビッグバン宇宙論の重要な質問の1つである、とフィリペンコは言った。
別のアイデア
ほとんどの宇宙学者は、インフレを宇宙の特性を説明するための主要な理論とみなしています。
証拠の様々なラインは、現実であるインフレに向かってポイント、カリフォルニア大学デイビスの理論物理学者アンディ*アルブレヒトは述べています。
“彼らはすべてインフレの絵とかなりうまく一緒にハングアップし、”アルブレヒト、インフレ理論の建築家の一人は言いました。 “インフレは信じられないほどよく行っています。”
しかし、インフレは宇宙の構造を説明しようとする唯一のアイデアではありません。 理論家は、ekpyrotic宇宙と呼ばれる以前の概念に基づいている循環モデルと呼ばれる別のものを考え出しました。この考えは、私たちの宇宙は単一の点、またはそれのようなものから出てこなかったということを保持しています。
むしろ、それは収縮していた既存の宇宙から、インフレ理論が予測するよりもはるかに落ち着いたペースで、膨張に”跳ね返った”。 この理論が正しければ、私たちの宇宙は”強打”と”クランチ”の無限の連続を受けている可能性があります。”
“私たちの宇宙の始まりは素敵で有限だったでしょう”とペンシルバニア大学のバート-オヴルートは言いました。
循環モデルは、私たちの宇宙は11の次元で構成されており、そのうちの4つ（空間の3つと時間の1つ）しか観察できないと仮定しています。 宇宙の私たちの4次元の部分は、ブレーン（膜の略）と呼ばれています。
11次元空間には他のブレーンが潜んでいる可能性があります。 二つのブレーンの間の衝突は、私たちが今日の証拠を見るビッグバンに拍車をかけ、収縮から膨張への宇宙を揺さぶっている可能性があります。
重力波を探している
すぐに、科学者たちは、インフレまたは循環モデルが現実のより良い表現である理論を確実に知るかもしれません。
例えば、インフレは、ekpyrotic”バウンス”よりもはるかに強い重力波を生成する可能性が高い、とFilippenkoは述べています。 したがって、研究者は、これらの理論的な時空の歪みの兆候を探していますが、これはまだ観察されていません。
2009年に打ち上げられた欧州宇宙機関のプランク衛星は、とらえどころのない重力波を見つけることができます。 それはまた、いずれかの方法で鱗を傾けることができる他の証拠を集めるかもしれない、とOvrutは言った。
“これらは、今後10年以内に議論され、うまくいけば決定されるものです”とOvrutは語ったSPACE.com…..
私たちが知っている宇宙は形を取る
宇宙学者は、宇宙を支配する四つの力—重力、電磁気学、弱い核力と強い核力—が宇宙の誕生時に単一の力に統一され、極端な温度と密度のために一緒に押しつぶされたと考えている。しかし、宇宙が拡大し、冷却されるにつれて、物事は変わりました。
インフレの頃には、強い力はおそらく分離しました。 そして、ビッグバンの10兆分の1秒後には、電磁気力と弱い力も明確になりました。
インフレーションの直後、宇宙は高温で高密度のプラズマで満たされていた可能性が高い。 しかし、約1マイクロ秒（10-マイナス6秒）ほどで、最初の陽子と中性子が形成されるのに十分に冷却されていたと研究者は考えています。
ビッグバン後の最初の3分で、これらの陽子と中性子が融合し始め、重水素（重水素としても知られている）が形成されました。
ビッグバン後の最初の3分で、これらの陽子と中性子は一緒に融合し始めました。 その後、重水素原子は互いに結合してヘリウム4を形成した。
再結合：宇宙は透明になる
宇宙はまだ電子の捕獲を支持するには暑すぎたしかし、それはビッグバンの約380,000年後に変化しました。
再結合として知られている時代に、水素とヘリウムイオンは電子を捕捉し始め、電気的に中性の原子を形成し始めた。 光は自由電子と陽子からかなり散乱しますが、中性原子からははるかに散乱しません。 だから光子は今や宇宙をはるかに自由に巡航することができました。
再結合は宇宙の外観を劇的に変えました。 私たちが今日観測している宇宙マイクロ波背景放射は、この時代からのものです。
しかし、それでも、宇宙は再結合後長い間かなり暗く、ビッグバンの約300万年後に最初の星が輝き始めたときにのみ真に点灯しました。 彼らは組換えが達成したことの多くを元に戻すのを助けました。 これらの初期の星—そしておそらくいくつかの他の謎の源—は、宇宙の水素の大部分をその構成陽子と電子に戻すのに十分な放射線を投げました。
再イオン化として知られるこのプロセスは、ビッグバンから約1億年後までにその過程を実行しているようです。 それはそんなに拡大しているので、宇宙は、それが再結合前にあったように、今日は不透明ではありません。 宇宙の物質は非常に希薄であり、光子散乱相互作用は比較的まれであると科学者は言う。
時間の経過とともに、星が一緒に引き寄せられて銀河を形成し、宇宙ではますます大規模な構造につながります。 惑星は、私たち自身の太陽を含むいくつかの新しく形成された星の周りに合体しました。 そして38億年前、生命は地球に根を下ろしました。
ビッグバンの前に？
宇宙の最初のいくつかの瞬間についての多くは投機的なままですが、ビッグバンに先行するものの問題はさらに神秘的で取り組みにくいです。まず、質問自体は無意味かもしれません。
まず第一に、質問自体は無意味かもしれません。 宇宙が何もないから来た場合、いくつかの理論家が信じているように、ビッグバンは時間自体が始まった瞬間をマークします。 その場合、”前”のようなものはないだろう、とキャロルは言いました。しかし、宇宙の誕生のいくつかの概念は、可能な答えを提案することができます。
しかし、宇宙の誕生のいくつかの概念は、可能な 例えば、循環モデルは、収縮する宇宙が私たちの拡大する宇宙の前にあることを示唆しています。 キャロルは、同様に、ビッグバンの前に存在する何かを想像することができます。
“それはちょうど私たちのビッグバンが起こる前に存在していた空の空間である可能性があり、その後、いくつかの量子ゆらぎは私たちのような宇宙を生みました”と彼は言いました。 “あなたは、変動によってピンチオフ宇宙の小さなバブルを想像することができ、その後、我々はインフレを通して見る宇宙に成長することができ、エネル”
Filippenkoはまた、それらの線に沿って何かが真実かもしれないと疑っています。
“私たちの宇宙の時間はビッグバンから始まったと思いますが、私たちは前身である母なる宇宙からの変動だと思います”とFilippenkoは言いました。私たちは今まで知っていますか？
宇宙学者や物理学者は、彼らの理論を洗練し、よりシャープでシャープな焦点に宇宙の初期の瞬間をもたらすために懸命に働いています。
しかし、彼らは今まで本当にビッグバンで何が起こったか知っていますか？
特に研究者が13.7億年の除去で働いているので、それは困難な挑戦です。 しかし、科学を数えないでください、キャロルは言いました。 結局のところ、100年前、人々は宇宙についてほとんど理解していませんでした。 例えば、一般相対性理論や量子力学については知りませんでした。 私たちは宇宙が拡大していることを知りませんでした、そして私たちはビッグバンについて知りませんでした。
“私たちは今、これらすべてのことを知っています”とキャロルは言いました。 “進歩のペースは実際には驚くほど速いので、私は悲観論に屈することはありません。 宇宙論と物理学の最近の歴史の中で、ビッグバンを理解するための私たちの見通しについて悲観的である理由はありません。”
アルブレヒトは、ビッグバンの前に何が存在していたのかをいつか理解するかもしれないと言って、同様の楽観主義を表明した。”私は宇宙論がとても成功しているという事実に私の希望を基づかせています”と彼は語ったSPACE.com”それは自然が私たちに私たちが本当に宇宙で科学を行うことができます明確なメッセージを送ってきたようです。”
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