กาแล็กซีของเราอยู่ในฟองสบู่ขนาดใหญ่ที่มีสสารเล็กน้อย

2024 ผู้เขียน: Seth Attwood | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2023-12-16 16:18

เราอาจอยู่ในฟองสบู่ แต่นี่ไม่ใช่เรื่องแปลกที่สุดที่คุณเคยได้ยินเกี่ยวกับจักรวาลของเรา ตอนนี้ ท่ามกลางทฤษฎีและสมมติฐานมากมาย มีอีกเรื่องหนึ่งเกิดขึ้น การศึกษาครั้งใหม่นี้เป็นความพยายามที่จะไขความลึกลับที่ยากที่สุดอย่างหนึ่งของฟิสิกส์สมัยใหม่: เหตุใดการวัดอัตราการขยายตัวของเอกภพของเราจึงไม่สมเหตุสมผล

ตามที่ผู้เขียนบทความอธิบายไว้ คำอธิบายที่ง่ายที่สุดคือกาแลคซีของเราอยู่ในพื้นที่ความหนาแน่นต่ำของจักรวาล ซึ่งหมายความว่าพื้นที่ส่วนใหญ่ที่เรามองเห็นได้ชัดเจนผ่านกล้องโทรทรรศน์เป็นส่วนหนึ่งของฟองสบู่ขนาดยักษ์ และความผิดปกตินี้ที่นักวิจัยเขียนไว้ มีแนวโน้มที่จะรบกวนการวัดค่าคงที่ฮับเบิล ซึ่งเป็นค่าคงที่ที่ใช้อธิบายการขยายตัวของจักรวาล

จักรวาลพัฒนาได้อย่างไร?

ลองนึกภาพว่าฟองสบู่จะมีหน้าตาเป็นอย่างไรในระดับจักรวาล สิ่งนี้ค่อนข้างยาก เนื่องจากพื้นที่ส่วนใหญ่เป็นอวกาศ โดยมีกาแล็กซีและดวงดาวจำนวนหนึ่งกระจัดกระจายอยู่ในความว่างเปล่า แต่เช่นเดียวกับบริเวณต่างๆ ในเอกภพที่สังเกตได้ ซึ่งมีสสารกระจุกตัวหนาแน่นหรือตั้งอยู่ไกลกัน ดวงดาวและดาราจักรรวมตัวกันด้วยความหนาแน่นต่างกันในส่วนต่างๆ ของจักรวาล

การแผ่รังสีพื้นหลัง (หรือรังสีไมโครเวฟพื้นหลังของจักรวาล) - การแผ่รังสีความร้อนที่เกิดขึ้นในจักรวาลยุคแรกและเติมให้เท่ากัน - ช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สามารถตรวจสอบอุณหภูมิสม่ำเสมอของจักรวาลรอบตัวเราได้อย่างแม่นยำเกือบสมบูรณ์แบบ วันนี้เรารู้ว่าอุณหภูมินี้คือ 2.7K (เคลวินคือมาตราส่วนอุณหภูมิ โดยที่ 0 องศาเป็นศูนย์สัมบูรณ์) อย่างไรก็ตาม จากข้อมูลของ Space.com ในการตรวจสอบอย่างใกล้ชิด คุณสามารถเห็นความผันผวนเล็กน้อยในอุณหภูมินี้ แบบจำลองว่าเอกภพมีวิวัฒนาการอย่างไรเมื่อเวลาผ่านไป ชี้ให้เห็นว่าความไม่ลงรอยกันเล็กๆ น้อยๆ เหล่านี้จะทำให้เกิดพื้นที่หนาแน่นขึ้นหรือน้อยลงในที่สุด และพื้นที่ความหนาแน่นต่ำประเภทนี้ก็มากเกินพอที่จะบิดเบือนการวัดค่าคงที่ฮับเบิลในลักษณะที่มันเกิดขึ้นในขณะนี้

ศูนย์สัมบูรณ์เป็นคำที่หมายถึงการหยุดการเคลื่อนที่ของโมเลกุลโดยสมบูรณ์ ไม่สามารถเข้าถึงอุณหภูมิศูนย์สัมบูรณ์ ในปี 1995 Eric Cornell และ Carl Wiemann พยายามทำสิ่งนี้ แต่เมื่ออะตอมของรูบิเดียมเย็นลง พวกเขาไม่ประสบความสำเร็จ นั่นคือเหตุผลที่หน่วยของการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิในเคลวินไม่มีค่าลบ

ค่าคงที่ฮับเบิลวัดได้อย่างไร?

วันนี้ มีสองวิธีหลักในการวัดค่าคงที่ฮับเบิล หนึ่งอิงจากการวัด CMB ที่แม่นยำอย่างยิ่ง ซึ่งดูเหมือนจะสม่ำเสมอทั่วทั้งจักรวาลของเรา เพราะมันเกิดขึ้นไม่นานหลังจากบิกแบง อีกวิธีหนึ่งคืออาศัยมหานวดาราและดาวแปรผันที่เต้นเป็นจังหวะในกาแลคซีใกล้เคียงที่เรียกว่าเซเฟอิดส์ จำได้ว่าเซเฟอิดส์และซุปเปอร์โนวามีคุณสมบัติที่ทำให้สามารถระบุได้อย่างแม่นยำว่าพวกมันอยู่ห่างจากโลกมากแค่ไหนและพวกมันเคลื่อนที่ไปจากเราด้วยความเร็วเท่าใด นักดาราศาสตร์ใช้พวกมันเพื่อสร้าง “บันไดทางไกล” ไปยังสถานที่สำคัญต่างๆ ในจักรวาลที่สังเกตได้ นักวิทยาศาสตร์ใช้ "บันได" เดียวกันเพื่อหาค่าคงที่ฮับเบิล แต่เมื่อการวัด Cepheids และ CMB มีความแม่นยำมากขึ้นในช่วงทศวรรษที่ผ่านมา จึงเป็นที่ชัดเจนว่าข้อมูลไม่ได้มาบรรจบกัน และการมีอยู่ของคำตอบที่แตกต่างกันมักจะหมายความว่ามีบางสิ่งที่เราไม่รู้

ดังนั้น ที่จริงแล้ว ไม่ใช่แค่การทำความเข้าใจอัตราการขยายตัวของจักรวาลในปัจจุบันเท่านั้น แต่ยังเกี่ยวกับการทำความเข้าใจว่าจักรวาลพัฒนาและขยายตัวอย่างไร และเกิดอะไรขึ้นกับกาลอวกาศตลอดเวลานี้ด้วย

กาแล็กซี่ในฟองสบู่

นักฟิสิกส์บางคนเชื่อว่ามี "ฟิสิกส์ใหม่" บางประเภทที่กำหนดความไม่สมดุล - บางอย่างในจักรวาลที่เราไม่เข้าใจ และนั่นคือสาเหตุของพฤติกรรมที่คาดไม่ถึงของวัตถุในอวกาศ ตามที่ผู้เขียนศึกษา Lucas Lombrizer ฟิสิกส์ใหม่จะเป็นวิธีแก้ปัญหาที่น่าตื่นเต้นมากสำหรับค่าคงที่ฮับเบิล แต่มักจะบอกเป็นนัยถึงแบบจำลองที่ซับซ้อนมากขึ้นซึ่งต้องการหลักฐานที่ชัดเจนและต้องได้รับการสนับสนุนโดยการวัดอิสระ นักวิทยาศาสตร์คนอื่นเชื่อว่าปัญหาอยู่ในการคำนวณของเรา

แนวทางแก้ไขที่เสนอในบทความใหม่ที่จะตีพิมพ์ใน Physics Letters B ในเดือนเมษายน 2020 คือการสันนิษฐานว่ากาแลคซีทั้งหมดของเรา รวมทั้งกาแลคซีใกล้เคียงหลายพันแห่ง อยู่ในฟองสบู่ที่มีสสารเล็กน้อย - ดาว ก๊าซ และฝุ่น เมฆ ผู้เขียนรายงานการศึกษาระบุว่า ฟองอากาศที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 250 ล้านปีแสง ซึ่งมีความหนาแน่นประมาณครึ่งหนึ่งของส่วนที่เหลือของเอกภพ สามารถกระทบยอดตัวเลขต่างๆ สำหรับอัตราการขยายตัวของจักรวาล