Великомасштабна структура Всесвіту сьогодні добре моделюється за допомогою притягання пилу, що утворюється відповідно до різної густини енергії. За фактом, матеріальний світ - це дитя мікрохвильових фонових флуктуацій. Науковці не мають будь-яких даних на користь грубого фазового переходу.
Якби був грубий фазовий перехід, тоді навряд чи було б так багато галактичних бульбашок. Якщо ж це перехід першого порядку, тоді ми мали б справу з двома вселенськими бульбашками, які неодмінно зіткнулися між собою. За таким сценарієм мають з'явитися листки вселенського масштабу.
Але дослідники спостерігають лише ниткоподібну структуру. Скоріш за все, вона виринула з колапсу водню і гелію, які народилися завдяки Великому вибуху під дією гравітації. Тут необхідно вказати, що на початку часів не існувало особливої різниці між “всесвітом” та “простором”, - матері розміщувалася де могла. Сьогодні ж ми говоримо виключно про локальний простір, який ми можемо бачити. І такий простір нам відомий як “всесвіт”.
Фазові переходи прадавньої епохи були популярною темою наприкінці 1970-х та на початку 1980-х років. Результатом тих дискусій стало усвідомлення, що інфляція відбувалася через плавне розрідження інфляційного поля. Підхід нібито узгоджувався з наявними спостереженнями.
Зараз, коли домінує модель Великого вибуху, ми не можемо відмежовуватися від реальності фазових переходів у ранньому всесвіті. Перехід до електрослабкого розриву - теж фазовий перехід, який, ймовірно, відбувався плавно (другий порядок), оскільки поле Хіггса осідало поступово, а його потенціал набував свого мінімуму.
За такою логікою бульбашка не утворюється, але у великій кількості виникають флуктуації Гіґґса, які зрештою розпадаються на стандартну, баріонну матерію.
Такий фазовий перехід - прихований за своєю суттю. Найраніше, що ми можемо побачити зі стандартної матерії - дещо віком 3 хвилини після початку, коли нуклеосинтез призвів до появи електронів, протонів та нейтронів. А потім вже зірки, галактики, скупчення.
Теоретично ми бачимо їх у великомасштабних дослідженнях. Зображення нижче взято з цифрового огляду неба SLOAN і показує розподіл галактик за часом:
Все починається зі спостережень. Цей графік взято з одного з останніх досліджень червоного зсуву галактик, з 12-го випуску даних спектроскопічного дослідження баріонних коливань (BOSS) Sloan Digital Sky Survey (SDSS):
Ліва частина і верхній клин - це дані спостережень. Спочатку ми фотографуємо небо, щоб визначити, де знаходяться галактики. Це дає нам, по суті, дві кутові координати у сферичній системі координат.
Потім ми знімаємо спектр світла галактики, тобто вимірюємо інтенсивність світла в різних довжинах хвиль. Ці спектри можна проаналізувати та знайти особливості, які пов'язані з певними елементами (водень, гелій, кисень тощо). А на основі того, наскільки ці особливості зміщені від довжин хвиль, де вони повинні бути згідно з лабораторними вимірюваннями, можна виміряти їхнє червоне зміщення.
Ми також можемо співвіднести червоне зміщення з відстанню і розробити 3D-карту галактик у певному регіоні Всесвіту.
На малюнку презентована двомірна картинка. Якщо придивитися уважніше, то побачимо, що галактики утворюють скупчення і струноподібні структури, з помітними ділянками, де зірок взагалі немає. Отже, існують спостережні докази існування скупчень, надскупчень, ниток і порожнеч.
Звичайно, ми також можемо провести більш суворі тести, щоб проаналізувати структуру в 3D, і де знайдемо скупчення галактик, скупчення скупчень, нитки галактик між скупченнями й області, які є надзвичайно розрідженими.
Проблема в тому, що Всесвіт виглядає так, як ми пояснюємо, чому він виглядає саме так. І тут в гру вступають симуляції, з трохи більшою кількістю даних і статистикою спостережень.
Наразі ми маємо переконливі докази того, що у Всесвіті існує більше матерії, ніж у вигляді зірок і галактик. Але говорити, що це темна матерія, буде перебільшенням. Наявні докази походять з кривих обертання галактик і викривлення світла навколо скупчень галактик.
Коли ми вимірюємо, як швидко зорі рухаються навколо центрів своїх галактик, ми очікуємо, що вони будуть рухатися все повільніше і повільніше, чим далі від центру вони знаходяться.
Натомість ми спостерігаємо, що їх швидкість досягає пікового значення, а потім вирівнюється. Тобто в галактиках набагато більше матерії, ніж фіксують телескопи.
Крім того, коли ми дивимось на скупчення галактик, ми бачимо лінзові галактики, що знаходяться позаду скупчення.
Такого роду світлові дуги - це галактики, доступність (для телескопів) яких спотворені матерією в скупченні. Але знову ж таки, щоб отримати велику кількість спотворень, необхідно ще більше матерії. Простих зоряних систем недостатньо.
Додайте до цього спостереження наднові типу Ia та прискорене розширення - і ми вимушені обирати між незнанням та знанням. Звісно, ми обираємо знання й отримуємо докази існування і темної матерії, і темної енергії.
Потім всі ці дані - вигадані та реально існуючі - програмуються в комп'ютерних симуляціях, де фахівці граються в експерименти з різними кількостями темної енергії, темної матерії, баріонної матерії та випромінювання (фотонів, не альфа/бета-частинок). Якщо модель добре збігається з наявним світом, то це говорить про існування можливої цифрової моделі нашого Всесвіту.
Погоджуюсь, спрощена картина, але вона працює. Ми впевнені: широкомасштабна структура походить із загальної теорії відносності. Щоправда, Ейнштейн власноруч додав космологічну сталу, щоб уможливити існування статичного всесвіту. Бо він не знав про вселенське розширення.
Після відкриття Едвіна Габбла космологічна стала набрала іншого сенсу і дозволила моделі описувати всесвіт, що розширюється.
Зараз ми пов'язуємо дивний коефіцієнт з темною енергією, хоча багато експериментів намагаються обмежити вимірювані параметри від гравітаційної динаміки темної енергії.
Питання астрономам: якщо дійсно прибрати космологічну сталу (темну енергію, темну матерію) з математичних моделей, на скільки серйозними можуть бути перерахунки та зміни в нашому світогляді, “щоб все зійшлось”?
