จักรวาลของเรานั้นกว้างใหญ่อย่างไม่น่าเชื่อส่วนใหญ่ลึกลับและสับสนโดยทั่วไป เราถูกล้อมรอบด้วยคำถามที่น่าสงสัยในระดับที่ยอดเยี่ยมและขนาดเล็ก เรามีคำตอบบางอย่างเช่นแบบจำลองมาตรฐานของฟิสิกส์อนุภาคที่ช่วยให้เรา (อย่างน้อยนักฟิสิกส์) เข้าใจการโต้ตอบของอะตอมย่อยพื้นฐานและทฤษฎีของบิ๊กแบงว่าจักรวาลเริ่มต้นอย่างไรซึ่งสานต่อเรื่องราวของจักรวาลในอดีต 13.8 พันล้านปี
แต่ถึงแม้จะประสบความสำเร็จของโมเดลเหล่านี้เรายังมีงานอีกมากให้ทำ ตัวอย่างเช่นอะไรในโลกคือพลังงานมืดชื่อที่เรามอบให้กับแรงผลักดันที่อยู่เบื้องหลังการขยายตัวของเอกภพที่เร่งขึ้นอย่างสังเกต? และในฝั่งตรงข้ามของเครื่องชั่งสิ่งที่เป็นนิวตริโนอนุภาคเล็ก ๆ ที่น่ากลัวเหล่านั้นที่ซิปและซูมผ่านจักรวาลโดยไม่ต้องมีปฏิสัมพันธ์กับอะไรเลย?
เมื่อเห็นอย่างรวดเร็วคำถามสองข้อนี้ดูแตกต่างอย่างสิ้นเชิงในแง่ของขนาดและธรรมชาติและทุกอย่างที่เราอาจคิดว่าเราต้องตอบ
แต่อาจเป็นไปได้ว่าการทดลองเดี่ยวสามารถเปิดเผยคำตอบของทั้งคู่ได้ กล้องโทรทรรศน์ขององค์การอวกาศยุโรปตั้งค่าให้ทำแผนที่จักรวาลมืด - มองย้อนหลังไปราว 10 พันล้านปีเมื่อพลังงานมืดคิดว่าน่ากลัว มาขุดกัน
ไปใหญ่แล้วกลับบ้าน
ในการขุดเราจำเป็นต้องค้นหา ทางขึ้น. บนสเกลมากใหญ่กว่ากาแลคซีมาก (เรากำลังพูดถึงพันล้านปีแสงที่นี่คน) ซึ่งจักรวาลของเรามีลักษณะคล้ายใยแมงมุมขนาดใหญ่ที่เปล่งประกาย ยกเว้นใยแมงมุมนี้ไม่ได้ทำมาจากผ้าไหม แต่เป็นของกาแล็กซี่ กาแล็กซีที่มีความยาวและบางและเชื่อมโยงกันเป็นปมหนาแน่น โหนดเหล่านั้นเป็นกระจุกกาแลคซีเมืองที่คึกคักและก๊าซร้อนที่อุดมสมบูรณ์ - กำแพงอันกว้างใหญ่ที่กว้างใหญ่นับพันบนกาแลคซีนับพัน และระหว่างโครงสร้างเหล่านี้ซึ่งมีปริมาตรมากที่สุดในเอกภพก็คือช่องว่างของจักรวาลที่ยิ่งใหญ่ทะเลทรายแห่งท้องฟ้าที่เต็มไปด้วยอะไรมากมาย
มันเรียกว่าเว็บจักรวาลและเป็นสิ่งที่ใหญ่ที่สุดในจักรวาล
เว็บจักรวาลนี้สร้างขึ้นอย่างช้าๆเป็นเวลาหลายพันล้านปีโดยพลังที่อ่อนแอที่สุดในธรรมชาตินั่นคือแรงโน้มถ่วง ย้อนกลับไปเมื่อจักรวาลเป็นส่วนที่เล็กที่สุดของขนาดปัจจุบันมันเกือบจะเหมือนกันอย่างสมบูรณ์ แต่ "เกือบ" มีความสำคัญที่นี่: มีความหนาแน่นแตกต่างกันเล็กน้อยจากจุดหนึ่งไปยังอีกมุมหนึ่งของจักรวาลที่แออัดเล็กน้อยกว่าค่าเฉลี่ยเล็กน้อยและอื่น ๆ ก็น้อยลงเช่นกัน
ด้วยแรงโน้มถ่วงเวลาสามารถทำสิ่งมหัศจรรย์ ในกรณีของเว็บคอสมิคของเราพื้นที่ที่หนาแน่นสูงกว่าค่าเฉลี่ยเล็กน้อยนั้นมีแรงโน้มถ่วงที่ค่อนข้างแรงกว่าเล็กน้อยดึงดูดสภาพแวดล้อมรอบ ๆ พวกเขาซึ่งทำให้กลุ่มเหล่านั้นน่าดึงดูดยิ่งขึ้นซึ่งดึงดูดเพื่อนบ้านมากขึ้นเรื่อย ๆ เป็นต้น
ส่งต่อกระบวนการนี้อย่างรวดเร็วนับพันล้านปีและคุณได้พัฒนาเว็บคอสมิคของคุณเอง
สูตรสากล
นั่นคือภาพทั่วไป: ในการสร้างเว็บจักรวาลคุณต้องการ "สิ่งของ" และคุณต้องการแรงโน้มถ่วง แต่สิ่งที่น่าสนใจมากคือรายละเอียดโดยเฉพาะอย่างยิ่งรายละเอียดของสิ่งของ
สสารชนิดต่าง ๆ จะจับตัวเป็นก้อนและสร้างโครงสร้างต่างกัน สสารบางชนิดอาจยุ่งเหยิงกับตัวเองหรือต้องการเอาความร้อนส่วนเกินออกก่อนที่จะทำให้เป็นรอยในขณะที่คนอื่นอาจเข้าร่วมปาร์ตี้ที่ใกล้ที่สุด สสารบางประเภทเคลื่อนที่ช้าพอที่แรงโน้มถ่วงสามารถทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพในขณะที่สสารชนิดอื่นนั้นมีความรวดเร็วและว่องไวที่แรงโน้มถ่วงแทบจะไม่สามารถขยับมือที่อ่อนแอได้
ในระยะสั้นถ้าคุณเปลี่ยนส่วนผสมของจักรวาลคุณจะได้รับใยจักรวาลที่มีลักษณะแตกต่างกัน ในสถานการณ์สมมติหนึ่งอาจมีกลุ่มที่รวยกว่าและมีช่องว่างที่น้อยกว่าเมื่อเทียบกับอีกสถานการณ์หนึ่งซึ่งช่องว่างดังกล่าวมีอิทธิพลตั้งแต่ต้นในประวัติศาสตร์ของจักรวาลโดยไม่มีกลุ่มใดก่อตัวเลย
หนึ่งในส่วนผสมที่น่าสนใจคือนิวตริโนซึ่งเป็นอนุภาคผีที่กล่าวถึงข้างต้น เนื่องจากนิวตริโนมีน้ำหนักเบาจึงเดินทางด้วยความเร็วเกือบ สิ่งนี้มีผลกระทบของโครงสร้าง "ทำให้เรียบ" ในจักรวาล: แรงโน้มถ่วงไม่สามารถทำงานได้และดึงนิวตริโนลงในลูกบอลเล็กกระทัดรัด ดังนั้นถ้าคุณเพิ่มนิวตริโนมากเกินไปในเอกภพสิ่งต่าง ๆ เช่นกาแลคซีทั้งหมดก็จะไม่สามารถก่อตัวในเอกภพยุคแรกได้
ปัญหาเล็ก ๆ แก้ปัญหาใหญ่
ซึ่งหมายความว่าเราสามารถใช้เว็บจักรวาลเป็นห้องปฏิบัติการฟิสิกส์ขนาดใหญ่เพื่อศึกษานิวตริโน โดยการตรวจสอบโครงสร้างของเว็บและแบ่งมันออกเป็นส่วนต่าง ๆ ของมัน (กลุ่ม, ช่องว่างและอื่น ๆ ) เราสามารถจัดการนิวตริโนได้โดยตรงอย่างน่าประหลาดใจ
มีปัญหาเพียงอย่างเดียวที่ทำให้หงุดหงิด: Neutrinos ไม่ใช่ส่วนผสมในเอกภพเท่านั้น ปัจจัยหนึ่งที่ทำให้สับสนคือการมีพลังงานมืดพลังลึกลับที่ฉีกจักรวาลของเราออกจากกัน และอย่างที่คุณอาจสงสัยว่าสิ่งนี้มีผลต่อเว็บจักรวาลในลักษณะที่สำคัญ เป็นการยากที่จะสร้างโครงสร้างขนาดใหญ่ในจักรวาลที่ขยายตัวอย่างรวดเร็ว และถ้าคุณดูที่ส่วนหนึ่งของเว็บจักรวาล (เช่นกลุ่มกาแล็กซี่) คุณอาจมีข้อมูลไม่เพียงพอที่จะบอกความแตกต่างระหว่างนิวตริโนเอฟเฟกต์กับเอฟเฟกต์พลังงานมืด - ซึ่งทั้งสองอย่างนี้ สิ่งที่."
ในรายงานล่าสุดที่ตีพิมพ์ทางออนไลน์ในวารสาร preprint arXiv นักดาราศาสตร์อธิบายว่าการสำรวจกาแลคซีที่กำลังจะมาถึงเช่นภารกิจ Euclid ขององค์การอวกาศยุโรปจะช่วยเปิดเผยคุณสมบัติของพลังงานนิวตริโนและพลังงานมืดได้อย่างไร ดาวเทียมยูคลิดจะทำแผนที่ที่ตั้งของกาแลคซีนับล้านวาดภาพเหมือนของจักรวาลในวงกว้าง และภายในโครงสร้างนั้นบ่งบอกถึงประวัติศาสตร์ของจักรวาลของเราในอดีตที่ขึ้นอยู่กับส่วนผสมของมันเช่นนิวตริโนและพลังงานมืด
โดยการดูที่การรวมกันของสถานที่หนาแน่นที่สุดที่หนาแน่นที่สุดในจักรวาล (กระจุกกาแลคซี) และสถานที่ว่างเปล่าที่เปล่าเปลี่ยวที่สุดในจักรวาล (ช่องว่าง) เราอาจได้คำตอบทั้งธรรมชาติของพลังงานมืด (ซึ่งจะประกาศยุค ความรู้ฟิสิกส์ใหม่ล่าสุดและธรรมชาติของนิวตริโน (ซึ่งจะทำสิ่งเดียวกัน) ตัวอย่างเช่นเราอาจเรียนรู้พลังงานมืดนั้นแย่ลงหรือดีขึ้นหรืออาจจะเหมือนเดิม และเราอาจเรียนรู้ว่านิวตริโนขนาดใหญ่นั้นมีจำนวนเท่าใดหรือมีกี่ตัวที่กำลังหมุนรอบจักรวาล แต่ไม่ว่าอะไรจะยากที่จะบอกว่าเราจะได้อะไรจนกว่าเราจะมอง
Paul M. Sutter เป็นนักฟิสิกส์ดาราศาสตร์ที่ มหาวิทยาลัยแห่งรัฐโอไฮโอโฮสต์ของ ถามนักบินอวกาศ และ วิทยุอวกาศและผู้เขียนของ สถานที่ของคุณในจักรวาล.
