Größten Geheimnisse: Wie begann das Universum?

Anmerkung der Redaktion: Wir mehrere Wissenschaftler aus verschiedenen Bereichen gefragt, was sie dachten, waren die größten Mysterien heute, und dann haben wir ein paar hinzugefügt wurden, die auch in unseren Köpfen. Dieser Artikel ist eine von 15 in LiveSciences "Greatest Mysteries" Serie läuft jeden Wochentag.

Wie ist das Universum entstanden?

Es ist vielleicht das größte Mysterium und die Wurzel aller anderen. Der Rest der Menschheit große Fragen – wie begann Leben? Was ist Bewusstsein? Was ist dunkle Materie, dunkle Energie, Schwerkraft? — ergeben sich daraus.

"Alle anderen Geheimnisse hinter dieser Frage liegen", sagte Ann Druyan, Autorin und Witwe des Astronomen Carl Sagan. "Es ist mir wichtig weil ich ein Mensch bin und weiß nicht, wie nicht zu wissen."

Selbst als die Theorien, die versuchen, dieses Rätsel zu lösen komplexer wachsen, werden Wissenschaftler heimgesucht, durch die Möglichkeit, dass einige der wichtigsten Glieder ihre Argumentation ist falsch.

Grundlegenden Geheimnisse

Gemäß dem Standardmodell der Urknall entstand das Universum während einer Periode der Inflation, die vor etwa 13,7 Milliarden Jahren begann. Wie ein stark expandierenden Ballon schwoll es ab einer Größe kleiner als ein Elektron auf fast seine heutige Größe in einen winzigen Bruchteil einer Sekunde.

Zunächst war das Universum nur durch Energie durchdrungen. Ein Teil dieser Energie erstarrt in Teilchen, die in leichte Atome wie Wasserstoff und Helium zusammengebaut. Diese Atome verklumpten zuerst in Galaxien und Sternen, innerhalb deren feurige, die Öfen alle anderen Elemente geschmiedet wurden.

Dies ist das Bild im allgemeinen vereinbarten der Ursprung des Universums, wie Wissenschaftler dargestellt. Es ist ein leistungsfähiges Modell, das viele der Dinge Wissenschaftler erklärt, sehen, wenn sie nach oben in den Himmel, wie die bemerkenswerte Laufruhe der Raumzeit auf großen Skalen und die gleichmäßige Verteilung der Galaxien auf gegenüberliegenden Seiten des Universums.

Aber es gibt Dinge, die einige Wissenschaftler unruhig machen. Für den Anfang, die Idee, dass das Universum eine Zeit starker Inflation schon früh in seiner Geschichte erlebte nicht direkt getestet werden, und es stützt sich auf die Existenz einer geheimnisvollen Form der Energie des Universums Anfang, die längst verschwunden ist.

"Inflation ist eine extrem leistungsfähige Theorie, und doch noch haben wir keine Ahnung was verursacht Inflation – oder ob es auch die richtige Theorie, obwohl es sehr gut funktioniert", sagte Eric Agol, Astrophysiker an der University of Washington.

Für einige Wissenschaftler ist die Inflation eine klobig neben der Urknall-Modell, eine notwendige Komplexität angehängt, um es mit Beobachtungen passen. Noch war es die letzte solche Bereicherung.

"Wir haben auch gelernt, muss es dunkle Materie im Universum, und jetzt dunkle Energie", sagte Paul Steinhardt, ein theoretischer Physiker an der Princeton University. "So funktioniert das Modell heute also Sie sagen:"OK, Sie nehmen einige Big Bang, Sie nehmen einige Inflation, Sie optimieren, um die folgenden Eigenschaften haben, dann Sie hinzufügen eine gewisse dunkle Materie und dunkle Energie." Diese Dinge sind nicht in eine kohärente Theorie verbunden."

"Beunruhigend ist wenn Sie eine Theorie haben und Sie eine neue Beobachtung machen, Sie haben neue Komponenten hinzufügen" hinzugefügt, Steinhardt. "Und sie sind nicht verbunden... Es gibt keinen Grund, um sie hinzuzufügen und ohne besonderen Grund in dieser bestimmten Höhe, mit Ausnahme der Beobachtungen hinzufügen. Die Frage ist, wie viel Sie zu erklären sind und wie viel Sie ein Modell engineering sind. Und wir nicht "noch nicht kennen."

Eine zeitlose Universum

In den letzten Jahren hat Steinhardt mit Kollege Neil Turok an der Universität Cambridge auf eine radikale Alternative zu den standard-Urknall-Modell gearbeitet.

Nach ihrer Idee, genannt die ekpyrotischen Universum Theorie das Universum nicht nur einmal, sondern mehrere Male in endlosen Zyklen von feurigen Tod und Wiedergeburt geboren. Enorme folienartigen "Branen," repräsentieren verschiedene Teile unseres Universums, kollidieren etwa einmal alle Billionen Jahre, Auslösung Urknall-wie Explosionen, die Materie und Energie in das Universum wieder zu injizieren.

Das Paar behauptet, dass ihre Ekpyrotic oder "zyklisch", Theorie erklären würde, nicht nur die Inflation, sondern anderen kosmischen Geheimnisse, einschließlich dunkle Materie, dunkle Energie und warum das Universum erscheint, auf eine immer rasantere Clip zu erweitern.

Zwar umstritten, wirft die Ekpyrotic Theorie die Möglichkeit, dass das Universum selbst erneuernde und zeitlos ist. Es ist eine Perspektive, die vielleicht sogar noch mehr Ehrfurcht als ein Universum mit einen definierten Anfang und Ende, denn es bedeuten würde, dass die Sterne am Himmel, sogar die ältesten, wie kurzlebig Glühwürmchen in den großen Plan der Dinge.

"Ähneln das Universum eines der physikalischen Modelle, was wir daraus machen? Ich hoffe, dass die Anstrengung Gesellschaft gießt in die wissenschaftliche Forschung ist uns immer näher an grundlegenden Wahrheiten, und nicht nur eine Möglichkeit, nützliche Tools, machen möchte", sagte Caltech Astronom Richard Massey. "Aber ich bin ebenso entsetzt, um herauszufinden, dass alles, was ich weiß, falsch ist, und hoffen insgeheim, dass ich nicht."

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