ด้วยการสังเกตแสงจากยุคต่างๆ ในประวัติศาสตร์ของจักรวาล เว็บตรงนักจักรวาลวิทยาสามารถคำนวณคุณสมบัติของเอกภพได้ เช่น อายุและอัตราการขยายตัว แต่ในการทำเช่นนี้ นักวิจัยจำเป็นต้องมีแบบจำลองหรือกรอบการทำงานที่อธิบายเนื้อหาของจักรวาลและวิธีการที่ส่วนผสมเหล่านั้นมีวิวัฒนาการเมื่อเวลาผ่านไป การใช้กรอบนี้ นักจักรวาลวิทยาสามารถทำการจำลองด้วยคอมพิวเตอร์ของจักรวาลเพื่อทำการคาดคะเนที่สามารถเปรียบเทียบกับการสังเกตที่เกิดขึ้นจริงได้
COSMIC WEB กระจุกตัวและเส้นใยของสสารผ่านจักรวาลจำลอง 2 พันล้านปีแสง
การจำลองนี้รวมเอาบางแง่มุมของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ เพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่มีรายละเอียดในขณะที่หลีกเลี่ยงความยุ่งยากของทฤษฎีที่เต็มเปี่ยม
JULIAN ADAMEK
หลังจากที่ไอน์สไตน์แนะนำทฤษฎีของเขาในปี 1915 นักฟิสิกส์ก็เริ่มหาวิธีใช้ทฤษฎีนี้เพื่ออธิบายจักรวาล มันไม่ง่ายเลย ต้องขอบคุณชุดสมการที่เทอะทะและแก้ยากของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป ในขณะเดียวกัน การสังเกตที่เกิดขึ้นในปี ค.ศ. 1920 ระบุว่าจักรวาลไม่คงที่ตามที่คาดไว้ก่อนหน้านี้ มันกำลังขยายตัว ในที่สุด นักวิจัยได้รวมเอาคำตอบของสมการของไอน์สไตน์ที่เรียกว่าเมตริก Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker เมตริก FLRW ตั้งชื่อตามผู้ค้นพบ อธิบายเอกภพแบบง่ายที่เป็นเอกพันธ์และเป็นไอโซโทรปิก ซึ่งหมายความว่าจักรวาลจะมีลักษณะเหมือนกันทุกจุดในจักรวาลและในทุกทิศทาง ในจักรวาลในอุดมคตินี้ สสารจะถูกกระจายอย่างเท่าเทียมกัน ไม่มีกระจุกตัว จักรวาลที่ราบรื่นเช่นนี้จะขยายตัวหรือหดตัวเมื่อเวลาผ่านไป
การประมาณจักรวาลที่ราบรื่นนั้นสมเหตุสมผล เพราะเมื่อเรามองภาพรวม โดยเฉลี่ยเหนือโครงสร้างของกระจุกดาราจักรและช่องว่าง จักรวาลจะมีความสม่ำเสมออย่างน่าทึ่ง คล้ายกับวิธีที่ซุป minestrone หนึ่งช้อนเต็มอาจเป็นน้ำซุปหรือส่วนใหญ่เป็นถั่ว แต่อัตราส่วนระหว่างถั่วกับน้ำซุปโดยรวมจะตรงกันจากชามหนึ่งชาม
ในปีพ.ศ. 2541 นักจักรวาลวิทยาเปิดเผยว่าไม่เพียงแต่จักรวาลขยายตัวเท่านั้น
แต่ยังขยายตัวอย่างรวดเร็วอีกด้วย ( SN: 2/2/08, p. 74 ) การสังเกตการณ์ดาวระเบิดที่อยู่ห่างไกลหรือซุปเปอร์โนวา ระบุว่าช่องว่างระหว่างเรากับพวกมันกำลังขยายตัวขึ้นเรื่อยๆ แต่แรงโน้มถ่วงควรชะลอการขยายตัวของเอกภพซึ่งเต็มไปด้วยสสารอย่างสม่ำเสมอ เพื่ออธิบายความเร่งที่สังเกตได้ นักวิทยาศาสตร์ต้องการส่วนผสมอื่น ซึ่งจะช่วยเร่งการขยายตัว ดังนั้นพวกเขาจึงเพิ่มพลังงานมืดลงในโครงร่างจักรวาลที่ราบรื่น
ตอนนี้ นักจักรวาลวิทยาหลายคนทำตามสูตรพื้นฐานในการจำลองจักรวาล โดยปฏิบัติต่อจักรวาลราวกับว่ามันวิ่งผ่านเครื่องปั่นในจินตนาการเพื่อทำให้ก้อนของมันเรียบ เติมพลังงานมืด และคำนวณการขยายตัวผ่านทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป ที่ด้านบนของสารละลายที่ขยายตัว นักวิทยาศาสตร์เพิ่มกระจุกและติดตามการเติบโตของพวกมันโดยใช้การประมาณ เช่น ความโน้มถ่วงของนิวตัน ซึ่งทำให้การคำนวณง่ายขึ้น
ในสถานการณ์ส่วนใหญ่ แรงโน้มถ่วงของนิวตันและทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปจะใกล้เคียงกัน ขว้างลูกบอลขณะยืนอยู่บนพื้นผิวโลก และไม่สำคัญว่าคุณจะใช้ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปหรือกลไกของนิวตันในการคำนวณว่าลูกบอลจะตกลงไปที่ใด คุณจะได้คำตอบแบบเดียวกัน แต่มีความแตกต่างที่ลึกซึ้ง ในแรงโน้มถ่วงของนิวตัน สสารดึงดูดสสารอื่นโดยตรง ในทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป แรงโน้มถ่วงเป็นผลมาจากสสารและพลังงานแปรปรวนกาลอวกาศทำให้เกิดเส้นโค้งที่เปลี่ยนแปลงการเคลื่อนที่ของวัตถุ ( SN: 10/17/15, p. 16 ) ทฤษฎีทั้งสองมีความแตกต่างกันในสภาพแวดล้อมที่มีแรงโน้มถ่วงสูง ในทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป ตัวอย่างเช่น หลุมดำขนาดใหญ่จะทำให้เกิดหลุมที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ซึ่งหมุนวนในแสงและสสาร ( SN: 5/31/14, p. 16). คำถามก็คือว่าความแตกต่างระหว่างสองทฤษฎีนี้มีผลกระทบต่อการจำลองจักรวาลเป็นก้อนหรือไม่
นักจักรวาลวิทยาส่วนใหญ่พอใจกับการจำลองสถานการณ์ที่เป็นอยู่เพราะการสังเกตท้องฟ้าดูเหมือนจะเข้ากันได้ดีเหมือนจิ๊กซอว์ที่เชื่อมต่อกัน การคาดคะเนตามกรอบมาตรฐานนั้นเข้า กันได้เป็น อย่างดีกับการสังเกตพื้นหลังไมโครเวฟในจักรวาล ซึ่งเป็นแสงโบราณที่ปล่อยออกมาเมื่อเอกภพมีอายุเพียง 380,000 ปี ( SN: 3/21/15, p. 7 ) และการวัดค่าพารามิเตอร์ทางจักรวาลวิทยา เช่น เศษส่วนของพลังงานมืดและสสารนั้น โดยทั่วไปจะมีความสอดคล้องกัน ไม่ว่าจะสร้างขึ้นโดยใช้แสงจากกาแลคซี่หรือพื้นหลังไมโครเวฟในจักรวาล
อย่างไรก็ตาม การพึ่งพาทฤษฎีที่ล้าสมัยของนิวตันทำให้นักจักรวาลวิทยาบางคนไม่พอใจ ทำให้เกิดความสงสัยว่าการประมาณนั้นก่อให้เกิดปัญหาที่ไม่มีใครทราบ และเครื่องหมายคำถามเกี่ยวกับจักรวาลบางส่วนยังคงอยู่ นักฟิสิกส์ยังคงไขปริศนาเกี่ยวกับสิ่งที่ประกอบขึ้นเป็นพลังงานมืด พร้อมด้วยสสารมืดอีกประเภทหนึ่งซึ่งอธิบายไม่ได้ของจักรวาล มวลเพิ่มเติมประเภทหนึ่งที่ต้องมีเพื่ออธิบายการสังเกตการณ์ว่าดาราจักรและกระจุกดาราจักรหมุนไปอย่างไร “ทั้งพลังงานมืดและสสารมืดเป็นความลำบากใจเล็กน้อยสำหรับนักจักรวาลวิทยา เพราะพวกเขาไม่รู้ว่ามันคืออะไร” นักจักรวาลวิทยา Nick Kaiser จาก École Normale Supérieure ในปารีสกล่าวเว็บตรง / บาคาร่าเว็บตรง
