สำหรับนักฟิสิกส์ผู้ยิ่งใหญ่ในอดีต ไอ. นิวตัน และ เอ. ไอน์สไตน์ จักรวาลดูเหมือนไม่เคลื่อนไหว นักฟิสิกส์ชาวโซเวียต A. Friedman ในปี 1924 ได้คิดค้นทฤษฎีกาแลคซี "กระเจิง" ฟรีดแมนทำนายการขยายตัวของเอกภพ นี่เป็นการปฏิวัติความเข้าใจทางกายภาพของโลกของเรา

นักดาราศาสตร์ชาวอเมริกัน เอ็ดวิน ฮับเบิล สำรวจเนบิวลาแอนโดรเมดา เมื่อถึงปี 1923 เขาสามารถเห็นได้ว่าบริเวณรอบนอกเต็มไปด้วยกระจุกดาวแต่ละดวง ฮับเบิลคำนวณระยะทางถึงเนบิวลา กลายเป็น 900,000 ปีแสง (ระยะทางที่คำนวณได้แม่นยำกว่าในปัจจุบันคือ 2.3 ล้านปีแสง) นั่นคือเนบิวลาตั้งอยู่ไกลจากทางช้างเผือก - กาแล็กซีของเรา หลังจากสังเกตเนบิวลานี้และเนบิวลาอื่นๆ แล้ว ฮับเบิลก็ได้ข้อสรุปเกี่ยวกับโครงสร้างของจักรวาล

จักรวาลประกอบด้วยกลุ่มดาวฤกษ์ขนาดมหึมา - กาแลคซี.

พวกมันคือผู้ที่ดูเหมือนเราเป็น "เมฆ" ที่เต็มไปด้วยหมอกบนท้องฟ้า เนื่องจากเราไม่สามารถมองเห็นดวงดาวแต่ละดวงในระยะไกลขนาดนั้น

E. ฮับเบิลสังเกตเห็นลักษณะสำคัญในข้อมูลที่ได้รับ ซึ่งนักดาราศาสตร์เคยสังเกตมาก่อน แต่พบว่าเป็นการยากที่จะตีความ กล่าวคือ ความยาวของคลื่นแสงสเปกตรัมที่สังเกตได้จากอะตอมของกาแลคซีไกลโพ้นนั้นยาวกว่าความยาวของคลื่นสเปกตรัมที่ปล่อยออกมาจากอะตอมเดียวกันในห้องปฏิบัติการภาคพื้นดินเล็กน้อย กล่าวคือ ในสเปกตรัมการแผ่รังสีของกาแลคซีใกล้เคียง ควอนตัมของแสงที่ปล่อยออกมาจากอะตอมเมื่ออิเล็กตรอนกระโดดจากวงโคจรหนึ่งไปอีกวงโคจรถูกเลื่อนความถี่ไปทางส่วนสีแดงของสเปกตรัม เมื่อเปรียบเทียบกับควอนตัมที่คล้ายกันที่ปล่อยออกมาจากอะตอมเดียวกันบนโลก . ฮับเบิลถือเสรีภาพในการตีความข้อสังเกตนี้ว่าเป็นการแสดงออกถึงปรากฏการณ์ดอปเปลอร์

กาแลคซีใกล้เคียงที่สังเกตได้ทั้งหมดกำลังเคลื่อนตัวออกจากโลก เนื่องจากวัตถุกาแลคซีเกือบทั้งหมดที่อยู่นอกทางช้างเผือกแสดงการเปลี่ยนแปลงสเปกตรัมสีแดงตามสัดส่วนความเร็วของการเคลื่อนตัวออกไป

สิ่งสำคัญที่สุดคือ ฮับเบิลสามารถเปรียบเทียบผลลัพธ์ของการวัดระยะทางกับกาแลคซีข้างเคียงกับการวัดอัตราการถดถอยของพวกมัน (ขึ้นอยู่กับเรดชิฟต์)

ในทางคณิตศาสตร์ กฎหมายมีการกำหนดไว้อย่างเรียบง่าย:

โดยที่ v คือความเร็วที่กาแลคซีเคลื่อนที่ไปจากเรา

r - ระยะทางถึงมัน

H คือค่าคงที่ฮับเบิล

และแม้ว่าฮับเบิลจะใช้กฎนี้ในตอนแรกอันเป็นผลมาจากการสังเกตกาแลคซีเพียงไม่กี่แห่งที่อยู่ใกล้เราที่สุด ไม่ใช่กาแลคซีแห่งใหม่ในจักรวาลที่มองเห็นได้ซึ่งถูกค้นพบนับแต่นั้นมา ซึ่งอยู่ห่างไกลจากทางช้างเผือกมากขึ้นเรื่อยๆ แต่กลับตกอยู่นอกกาแล็กซี ขอบเขตของกฎหมายนี้

ดังนั้น ผลที่ตามมาหลักของกฎของฮับเบิล:

จักรวาลกำลังขยายตัว

โครงสร้างของอวกาศโลกกำลังขยายตัว ผู้สังเกตการณ์ทุกคน (และคุณและฉันก็ไม่มีข้อยกเว้น) ถือว่าตนเองเป็นศูนย์กลางของจักรวาล

4. ทฤษฎีบิ๊กแบง

จากข้อเท็จจริงการทดลองเรื่องภาวะถดถอยของกาแลคซี อายุของจักรวาลถูกประมาณไว้ ปรากฎว่าเท่ากัน - ประมาณ 15 พันล้านปี! ยุคของจักรวาลวิทยาสมัยใหม่จึงเริ่มต้นขึ้น

คำถามเกิดขึ้นตามธรรมชาติ: เกิดอะไรขึ้นในตอนแรก? นักวิทยาศาสตร์ใช้เวลาประมาณ 20 ปีในการปฏิวัติความเข้าใจเกี่ยวกับจักรวาลอย่างสมบูรณ์

คำตอบนี้เสนอโดยนักฟิสิกส์ชื่อดัง G. Gamow (พ.ศ. 2447 - 2511) ในยุค 40 ประวัติศาสตร์โลกของเราเริ่มต้นด้วยบิ๊กแบง นี่คือสิ่งที่นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ส่วนใหญ่คิดในปัจจุบัน

บิ๊กแบงคือการลดลงอย่างรวดเร็วของความหนาแน่น อุณหภูมิ และความดันมหาศาลของสสารที่มีความเข้มข้นในปริมาตรที่น้อยมากของจักรวาล สสารทั้งหมดในจักรวาลถูกบีบอัดจนกลายเป็นก้อนสสารโปรโตสสารหนาแน่น ซึ่งบรรจุอยู่ในปริมาตรที่น้อยมากเมื่อเทียบกับขนาดปัจจุบันของจักรวาล

แนวคิดเรื่องจักรวาลเกิดจากกลุ่มสสารร้อนจัดที่มีความหนาแน่นสูงและขยายตัวและเย็นตัวลงอย่างต่อเนื่อง เรียกว่าทฤษฎีบิกแบง

ไม่มีแบบจำลองทางจักรวาลวิทยาที่ประสบความสำเร็จในการกำเนิดและวิวัฒนาการของจักรวาลในปัจจุบันอีกต่อไป

ตามทฤษฎีบิ๊กแบง เอกภพยุคแรกประกอบด้วยโฟตอน อิเล็กตรอน และอนุภาคอื่นๆ โฟตอนมีปฏิสัมพันธ์กับอนุภาคอื่นอย่างต่อเนื่อง เมื่อเอกภพขยายตัว มันก็เย็นลง และเมื่อถึงจุดหนึ่ง อิเล็กตรอนก็เริ่มรวมตัวกับนิวเคลียสของไฮโดรเจนและฮีเลียม และก่อตัวเป็นอะตอม สิ่งนี้เกิดขึ้นที่อุณหภูมิประมาณ 3,000 K และอายุประมาณ 400,000 ปีของจักรวาล นับจากนี้เป็นต้นไป โฟตอนสามารถเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระในอวกาศ โดยแทบไม่มีปฏิสัมพันธ์กับสสารเลย แต่เราเหลือเพียง "พยาน" ในยุคนั้น - สิ่งเหล่านี้คือโฟตอนที่ระลึก เชื่อกันว่ารังสีไมโครเวฟพื้นหลังของจักรวาลได้รับการเก็บรักษาไว้ตั้งแต่ระยะเริ่มแรกของการดำรงอยู่ของจักรวาลและเติมเต็มอย่างเท่าเทียมกัน เนื่องจากรังสีเย็นลง อุณหภูมิของมันจึงลดลงและตอนนี้อยู่ที่ประมาณ 3 เคลวิน

การมีอยู่ของรังสีไมโครเวฟพื้นหลังคอสมิกได้รับการคาดการณ์ตามทฤษฎีภายในกรอบของทฤษฎีบิ๊กแบง ถือเป็นหนึ่งในการยืนยันหลักของทฤษฎีบิ๊กแบง

ขั้นต่อไปในการจัดระเบียบสสารในจักรวาลคือกาแลคซี ตัวอย่างทั่วไปคือกาแล็กซีของเรา ซึ่งก็คือทางช้างเผือก ประกอบด้วยดวงดาวประมาณ 10 11 ดวง และมีรูปร่างเหมือนดิสก์บางๆ โดยมีความหนาอยู่ตรงกลาง
ในรูป รูปที่ 39 แสดงโครงสร้างของดาราจักรทางช้างเผือกตามแผนผังและระบุตำแหน่งของดวงอาทิตย์ในแขนกังหันข้างหนึ่งของดาราจักร

ข้าว. 39. โครงสร้างของดาราจักรทางช้างเผือก

ในรูป รูปที่ 40 แสดงการฉายภาพบนระนาบของเพื่อนบ้าน 16 ดวงที่ใกล้ที่สุดในกาแลคซีของเรา

ข้าว. 40. 16 เพื่อนบ้านที่ใกล้ที่สุดของกาแล็กซีของเรา ฉายบนเครื่องบิน LMC และ MMC - เมฆแมเจลแลนขนาดใหญ่และขนาดเล็ก

ดวงดาวในกาแล็กซีมีการกระจายไม่เท่ากัน
ขนาดของกาแลคซีแตกต่างกันไปตั้งแต่ 15 ถึง 800,000 ปีแสง มวลของกาแลคซีแตกต่างกันไปตั้งแต่ 10 7 ถึง 10 12 เท่าของมวลดวงอาทิตย์ ดาวฤกษ์และก๊าซเย็นส่วนใหญ่กระจุกตัวอยู่ในกาแลคซี ดาวฤกษ์ในกาแลคซีถูกยึดไว้ด้วยกันโดยสนามโน้มถ่วงรวมของกาแลคซีและสสารมืด
กาแลคซีทางช้างเผือกของเราเป็นระบบกังหันทั่วไป ดวงดาวในดาราจักรพร้อมกับการหมุนรอบดาราจักรโดยทั่วไปก็มีความเร็วของมันเองสัมพันธ์กับดาราจักรด้วย ความเร็ววงโคจรของดวงอาทิตย์ในกาแล็กซีของเราคือ 230 กม./วินาที ความเร็วของดวงอาทิตย์เองสัมพันธ์กับกาแล็กซีคือ
20 กม./วินาที

การค้นพบโลกแห่งกาแล็กซีเป็นของอี. ฮับเบิล ในปี พ.ศ. 2466-2467 จากการสังเกตการเปลี่ยนแปลงของความส่องสว่างของเซเฟอิดส์ที่อยู่ในเนบิวลาแต่ละดวง เขาแสดงให้เห็นว่าเนบิวลาที่เขาค้นพบนั้นเป็นกาแลคซีที่อยู่นอกกาแลคซีของเรา ซึ่งก็คือทางช้างเผือก โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เขาค้นพบว่าแอนโดรเมดาเนบิวลาเป็นระบบดาวอีกระบบหนึ่ง ซึ่งเป็นดาราจักรที่ไม่ได้เป็นส่วนหนึ่งของดาราจักรทางช้างเผือกของเรา Andromeda Nebula เป็นดาราจักรชนิดก้นหอยซึ่งมีระยะห่าง 520 kpc ขนาดตามขวางของเนบิวลาแอนโดรเมดาคือ 50 kpc
จากการศึกษาความเร็วในแนวรัศมีของกาแลคซีแต่ละแห่ง ฮับเบิลได้ค้นพบสิ่งที่น่าทึ่ง:

H = 73.8 ± 2.4 km วินาที -1 เมกะพาร์เซก -1 – พารามิเตอร์ฮับเบิล

ข้าว. 41. กราฟต้นฉบับของฮับเบิลจากงานปี 1929

ข้าว. 42. ความเร็วของการกำจัดกาแลคซีขึ้นอยู่กับระยะห่างจากโลก

ในรูป 42 ที่จุดกำเนิดของพิกัด สี่เหลี่ยมจัตุรัสจะแสดงขอบเขตของความเร็วและระยะทางของกาแลคซี โดยอิงจากความสัมพันธ์ของ E. Hubble (9)
การค้นพบของฮับเบิลมีเรื่องราวเบื้องหลัง ในปี พ.ศ. 2457 นักดาราศาสตร์ วี สลิเฟอร์ แสดงให้เห็นว่าเนบิวลาแอนโดรเมดาและเนบิวลาอื่นๆ อีกจำนวนหนึ่งเคลื่อนที่สัมพันธ์กับระบบสุริยะด้วยความเร็วประมาณ 1,000 กิโลเมตรต่อชั่วโมง E. Hubble ทำงานกับกล้องโทรทรรศน์ที่ใหญ่ที่สุดในโลกด้วยกระจกเงาหลักที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 2.5 ม. ที่หอดูดาว Mount Wilson ในแคลิฟอร์เนีย (สหรัฐอเมริกา) จัดการได้เป็นครั้งแรกในการแยกแยะดาวฤกษ์แต่ละดวงในเนบิวลาแอนโดรเมดา ในบรรดาดาวฤกษ์เหล่านี้ ได้แก่ ดาวเซเฟอิด ซึ่งทราบความสัมพันธ์ระหว่างคาบการเปลี่ยนแปลงความส่องสว่างและความส่องสว่าง
เมื่อทราบความส่องสว่างของดาวฤกษ์และความเร็วของดาวฤกษ์ อี. ฮับเบิลจึงอาศัยความเร็วในการดึงดาวฤกษ์ออกจากระบบสุริยะโดยขึ้นอยู่กับระยะทาง ในรูป ภาพที่ 41 แสดงกราฟจากงานต้นฉบับของอี. ฮับเบิล

ข้าว. 43. กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล

ผลกระทบดอปเปลอร์ เอฟเฟกต์ดอปเปลอร์คือการเปลี่ยนแปลงความถี่ที่เครื่องรับบันทึกเมื่อแหล่งกำเนิดหรือเครื่องรับเคลื่อนที่ ถ้าแหล่งกำเนิดที่เคลื่อนที่ปล่อยแสงออกมาด้วยความถี่ ω 0 ความถี่ของแสงที่เครื่องรับบันทึกไว้จะถูกกำหนดโดยความสัมพันธ์ c คือความเร็วแสงในสุญญากาศ v คือความเร็วการเคลื่อนที่ของแหล่งกำเนิดรังสีสัมพันธ์กับเครื่องรับรังสี θ คือมุมระหว่างทิศทางไปยังแหล่งกำเนิดและเวกเตอร์ความเร็วในกรอบอ้างอิงของเครื่องรับ θ = 0 สอดคล้องกับระยะทางในแนวรัศมีของแหล่งกำเนิดจากเครื่องรับ θ = π สอดคล้องกับระยะทางในแนวรัศมีของแหล่งกำเนิดไปยังเครื่องรับ

ความเร็วในแนวรัศมีการเคลื่อนที่ของวัตถุท้องฟ้า - ดวงดาวและกาแลคซี - ถูกกำหนดโดยการวัดการเปลี่ยนแปลงความถี่ของเส้นสเปกตรัม เมื่อแหล่งกำเนิดรังสีเคลื่อนออกจากผู้สังเกตการณ์ ความยาวคลื่นจะเปลี่ยนไปเป็นความยาวคลื่นที่ยาวขึ้น (การเลื่อนสีแดง) เมื่อแหล่งกำเนิดรังสีเข้าใกล้ผู้สังเกต ความยาวคลื่นจะเปลี่ยนไปเป็นความยาวคลื่นที่สั้นลง (การเลื่อนสีน้ำเงิน) ด้วยการเพิ่มความกว้างของการกระจายเส้นสเปกตรัม ทำให้สามารถกำหนดอุณหภูมิของวัตถุที่เปล่งแสงได้
ฮับเบิลแบ่งกาแลคซีตามลักษณะที่ปรากฏออกเป็น 3 ประเภทใหญ่ๆ ได้แก่

รูปไข่ (E)

เกลียว (S)

ไม่สม่ำเสมอ (Ir)

ข้าว. 44. ประเภทของกาแลคซี (ก้นหอย วงรี ไม่สม่ำเสมอ)

คุณลักษณะเฉพาะของกาแลคซีกังหันคือแขนกังหันที่ยื่นจากศูนย์กลางไปทั่วทั้งจานดาวฤกษ์
กาแลคซีทรงรีเป็นระบบไร้โครงสร้างที่มีรูปร่างเป็นวงรี
กาแลคซีที่ผิดปกติมีโครงสร้างภายนอกที่วุ่นวายและเป็นก้อน และไม่มีรูปร่างเฉพาะใดๆ
การจำแนกกาแลคซีประเภทนี้ไม่เพียงสะท้อนถึงรูปร่างภายนอกเท่านั้น แต่ยังสะท้อนถึงคุณสมบัติของดาวฤกษ์ที่อยู่ภายในด้วย
กาแลคซีทรงรีประกอบด้วยดาวอายุมากเป็นหลัก ในกาแลคซีไม่ปกติ การแผ่รังสีส่วนใหญ่มาจากดาวอายุน้อยกว่าดวงอาทิตย์ ดาวฤกษ์ทุกช่วงอายุพบได้ในกาแล็กซีกังหัน ดังนั้นความแตกต่างในลักษณะที่ปรากฏของกาแลคซีจึงถูกกำหนดโดยธรรมชาติของวิวัฒนาการของพวกมัน ในกาแลคซีทรงรี การก่อตัวดาวฤกษ์แทบจะหยุดนิ่งเมื่อหลายพันล้านปีก่อน ในกาแลคซีกังหัน การก่อตัวดาวฤกษ์ยังคงดำเนินต่อไป ในกาแลคซีที่ไม่ปกติ การก่อตัวดาวเกิดขึ้นอย่างเข้มข้นเช่นเดียวกับเมื่อหลายพันล้านปีก่อน ดาวฤกษ์เกือบทั้งหมดกระจุกอยู่ในจานกว้าง ซึ่งส่วนใหญ่เป็นก๊าซระหว่างดวงดาว
ตารางที่ 19 แสดงการเปรียบเทียบแบบสัมพัทธ์ของกาแลคซีทั้งสามประเภทนี้และการเปรียบเทียบคุณสมบัติโดยอาศัยการวิเคราะห์ของอี. ฮับเบิล

ตารางที่ 19

กาแลคซีประเภทหลักและคุณสมบัติของมัน (อ้างอิงจาก E. Hubble)
เกลียว	เครื่องเดินวงรี	ไม่สม่ำเสมอ
เปอร์เซ็นต์ในจักรวาล
รูปร่างและคุณสมบัติทางโครงสร้าง
จานดาวและก๊าซแบนที่มีแขนกังหันหนาไปทางศูนย์กลาง แกนกลางของดาวฤกษ์ที่มีอายุมากกว่าและรัศมีทรงกลมโดยประมาณ (ก๊าซระหว่างดวงดาว ดาวฤกษ์บางดวง และสนามแม่เหล็ก)

คุณนั่ง ยืน หรือนอนอ่านบทความนี้ และไม่รู้สึกว่าโลกกำลังหมุนอยู่บนแกนของมันด้วยความเร็วที่สูงมาก - ประมาณ 1,700 กม./ชม. ที่เส้นศูนย์สูตร อย่างไรก็ตาม ความเร็วในการหมุนดูเหมือนจะไม่เร็วนักเมื่อแปลงเป็นกม./วินาที ผลลัพธ์ที่ได้คือ 0.5 กม./วินาที ซึ่งเป็นการกะพริบของเรดาร์ที่แทบจะสังเกตไม่เห็นเมื่อเปรียบเทียบกับความเร็วอื่นๆ รอบตัวเรา

เช่นเดียวกับดาวเคราะห์อื่นๆ ในระบบสุริยะ โลกหมุนรอบดวงอาทิตย์ และเพื่อให้อยู่ในวงโคจร มันจะเคลื่อนที่ด้วยความเร็ว 30 กม./วินาที ดาวศุกร์และดาวพุธซึ่งอยู่ใกล้ดวงอาทิตย์มากกว่าจะเคลื่อนที่เร็วกว่า ส่วนดาวอังคารซึ่งมีวงโคจรผ่านหลังวงโคจรของโลกเคลื่อนที่ช้ากว่ามาก

แต่แม้แต่ดวงอาทิตย์ก็ไม่ได้ยืนอยู่ที่เดียว กาแล็กซีทางช้างเผือกของเรานั้นใหญ่โตมหึมาและเคลื่อนที่ได้! ดาวฤกษ์ ดาวเคราะห์ เมฆก๊าซ อนุภาคฝุ่น หลุมดำ สสารมืด ทั้งหมดนี้เคลื่อนที่สัมพันธ์กับจุดศูนย์กลางมวลร่วมกัน

ตามที่นักวิทยาศาสตร์ระบุว่า ดวงอาทิตย์อยู่ห่างจากใจกลางกาแลคซีของเราที่ระยะทาง 25,000 ปีแสง และเคลื่อนที่ในวงโคจรรูปวงรี ทำให้เกิดการปฏิวัติเต็มรูปแบบทุกๆ 220–250 ล้านปี ปรากฎว่าความเร็วของดวงอาทิตย์อยู่ที่ประมาณ 200–220 กม./วินาที ซึ่งสูงกว่าความเร็วของโลกรอบแกนของมันหลายร้อยเท่า และสูงกว่าความเร็วการเคลื่อนที่รอบดวงอาทิตย์หลายสิบเท่า นี่คือลักษณะการเคลื่อนที่ของระบบสุริยะของเรา

กาแล็กซีอยู่นิ่งหรือไม่? ไม่มีอีกครั้ง. วัตถุอวกาศขนาดยักษ์มีมวลมาก ดังนั้นจึงสร้างสนามโน้มถ่วงที่แข็งแกร่ง ให้เวลาจักรวาล (และเรามีมันมาประมาณ 13.8 พันล้านปี) แล้วทุกสิ่งจะเริ่มเคลื่อนที่ไปในทิศทางที่มีแรงโน้มถ่วงมากที่สุด นั่นคือสาเหตุที่จักรวาลไม่เป็นเนื้อเดียวกัน แต่ประกอบด้วยกาแลคซีและกลุ่มกาแลคซี

สิ่งนี้มีความหมายสำหรับเราอย่างไร?

ซึ่งหมายความว่าทางช้างเผือกถูกดึงดูดโดยกาแลคซีอื่นและกลุ่มกาแลคซีที่อยู่ใกล้เคียง ซึ่งหมายความว่าวัตถุขนาดใหญ่จะครอบงำกระบวนการนี้ และนี่หมายความว่าไม่เพียงแต่กาแล็กซีของเราเท่านั้น แต่ยังรวมถึงทุกคนที่อยู่รอบตัวเราด้วยที่ได้รับอิทธิพลจาก "รถแทรกเตอร์" เหล่านี้ เราใกล้จะเข้าใจสิ่งที่เกิดขึ้นกับเราในอวกาศมากขึ้นแล้ว แต่ยังขาดข้อเท็จจริง เช่น

• อะไรคือเงื่อนไขเริ่มต้นที่จักรวาลเริ่มต้นขึ้น
• มวลต่างๆ ในกาแลคซีเคลื่อนที่และเปลี่ยนแปลงอย่างไรเมื่อเวลาผ่านไป
• ทางช้างเผือกและกาแลคซีและกระจุกโดยรอบก่อตัวอย่างไร
• และตอนนี้มันเกิดขึ้นได้อย่างไร

อย่างไรก็ตามมีเคล็ดลับที่จะช่วยให้เราเข้าใจได้

จักรวาลเต็มไปด้วยรังสีไมโครเวฟพื้นหลังคอสมิกที่มีอุณหภูมิ 2.725 เคลวิน ซึ่งได้รับการอนุรักษ์ไว้ตั้งแต่บิ๊กแบง ที่นี่และมีการเบี่ยงเบนเล็กน้อย - ประมาณ 100 μK แต่พื้นหลังของอุณหภูมิโดยรวมจะคงที่

เนื่องจากจักรวาลก่อตัวขึ้นโดยบิ๊กแบงเมื่อ 13.8 พันล้านปีก่อน และยังคงขยายตัวและเย็นลง

380,000 ปีหลังจากบิ๊กแบง จักรวาลเย็นลงจนถึงอุณหภูมิที่ทำให้เกิดอะตอมไฮโดรเจนได้ ก่อนหน้านี้โฟตอนมีปฏิสัมพันธ์กับอนุภาคพลาสมาอื่น ๆ อย่างต่อเนื่อง: พวกมันชนกับพวกมันและแลกเปลี่ยนพลังงาน เมื่อจักรวาลเย็นลง ก็มีอนุภาคที่มีประจุน้อยลงและมีช่องว่างระหว่างพวกมันมากขึ้น โฟตอนสามารถเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระในอวกาศ รังสี CMB คือโฟตอนที่ถูกปล่อยออกมาจากพลาสมาไปยังตำแหน่งของโลกในอนาคต แต่หลุดรอดจากการกระเจิงเนื่องจากการรวมตัวกันใหม่ได้เริ่มขึ้นแล้ว พวกมันเข้าถึงโลกผ่านอวกาศของจักรวาลซึ่งยังคงขยายตัวต่อไป

คุณสามารถ "เห็น" รังสีนี้ด้วยตัวเอง การรบกวนที่เกิดขึ้นกับช่องทีวีเปล่าหากคุณใช้เสาอากาศธรรมดาที่ดูเหมือนหูกระต่ายนั้นเกิดจาก CMB 1%

อย่างไรก็ตาม อุณหภูมิของพื้นหลังวัตถุกลับไม่เท่ากันในทุกทิศทาง จากผลการวิจัยของภารกิจพลังค์อุณหภูมิจะแตกต่างกันเล็กน้อยในซีกโลกตรงข้ามของทรงกลมท้องฟ้า: สูงขึ้นเล็กน้อยในส่วนของท้องฟ้าทางใต้ของสุริยุปราคา - ประมาณ 2.728 K และต่ำกว่าในอีกครึ่งหนึ่ง - ประมาณ 2.722 ก.

แผนที่พื้นหลังไมโครเวฟที่สร้างด้วยกล้องโทรทรรศน์พลังค์

ความแตกต่างนี้ใหญ่กว่าความแปรผันของอุณหภูมิอื่นๆ ที่สังเกตได้ใน CMB เกือบ 100 เท่า และทำให้เข้าใจผิด ทำไมสิ่งนี้ถึงเกิดขึ้น? คำตอบนั้นชัดเจน - ความแตกต่างนี้ไม่ได้เกิดจากการผันผวนของรังสีไมโครเวฟพื้นหลังของจักรวาล แต่ปรากฏเนื่องจากมีการเคลื่อนไหว!

เมื่อคุณเข้าใกล้แหล่งกำเนิดแสงหรือเข้าใกล้คุณ เส้นสเปกตรัมในสเปกตรัมของแหล่งกำเนิดจะเปลี่ยนไปเป็นคลื่นสั้น (ชิฟต์สีม่วง) เมื่อคุณเคลื่อนออกห่างจากแหล่งกำเนิดแสงหรือมันเคลื่อนออกจากคุณ เส้นสเปกตรัมจะเปลี่ยนเป็นคลื่นยาว (ชิฟต์สีแดง ).

รังสี CMB ไม่สามารถมีพลังมากหรือน้อยได้ ซึ่งหมายความว่าเรากำลังเคลื่อนที่ผ่านอวกาศ ปรากฏการณ์ดอปเปลอร์ช่วยระบุได้ว่าระบบสุริยะของเราเคลื่อนที่สัมพันธ์กับ CMB ด้วยความเร็ว 368 ± 2 กม./วินาที และกลุ่มกาแลคซีในท้องถิ่น รวมทั้งทางช้างเผือก กาแล็กซีแอนโดรเมดา และกาแล็กซีสามเหลี่ยม กำลังเคลื่อนที่ที่ ความเร็ว 627 ± 22 กม./วินาที สัมพันธ์กับ CMB สิ่งเหล่านี้เรียกว่าความเร็วประหลาดของกาแลคซี ซึ่งมีค่าหลายร้อยกิโลเมตรต่อวินาที นอกเหนือจากนั้น ยังมีความเร็วของจักรวาลอันเนื่องมาจากการขยายตัวของเอกภพและคำนวณตามกฎของฮับเบิล

ต้องขอบคุณรังสีที่ตกค้างจากบิ๊กแบง เราสามารถสังเกตได้ว่าทุกสิ่งในจักรวาลเคลื่อนไหวและเปลี่ยนแปลงอยู่ตลอดเวลา และกาแลคซีของเราเป็นเพียงส่วนหนึ่งของกระบวนการนี้เท่านั้น

พิจารณากาแล็กซีสองแห่งที่อยู่ห่างจากกัน ลจากกันและเคลื่อนตัวออกจากกันอย่างรวดเร็ว วี- ค่าของการเคลื่อนไปทางสีแดงในสเปกตรัมของกาแลคซีดวงแรกซึ่งวัดโดยผู้สังเกตการณ์ที่อยู่ในกาแลคซีดวงที่สองเป็นเท่าใด

ดูเหมือนว่าคำตอบจะชัดเจน ค่าเรดชิฟต์ zเท่ากับ:

อย่างไรก็ตาม คาดว่าจะมีการเคลื่อนไปทางสีแดงขนาดนี้ในจักรวาลที่อยู่นิ่ง แต่จักรวาลของเรากำลังขยายตัว! ข้อเท็จจริงของการขยายตัวของเอกภพสามารถส่งผลต่อมูลค่าของเรดชิฟต์ได้หรือไม่?

มาเปลี่ยนสภาพของปัญหากันเถอะ ทีนี้ สมมติว่ากาแลคซีทั้งสองมีระยะห่างคงที่ ลจากกันและกัน (เช่น พวกมันหมุนช้าๆ รอบจุดศูนย์กลางมวลร่วม) ผู้สังเกตการณ์ที่อยู่ในกาแลคซีแห่งหนึ่งจะตรวจพบการเคลื่อนตัวของสีแดงในสเปกตรัมของอีกกาแลคซีหนึ่งอันเนื่องมาจากข้อเท็จจริงที่ว่าจักรวาลกำลังขยายตัวหรือไม่

เมื่อจักรวาลขยายตัว มันจะเอาชนะแรงดึงดูดระหว่างส่วนต่างๆ ของมัน ดังนั้นเมื่อจักรวาลขยายตัว อัตราการขยายตัวก็จะลดลง โฟตอนที่เคลื่อนที่จากกาแลคซีหนึ่งไปยังอีกกาแลคซีหนึ่ง เช่นเดียวกับวัตถุอื่นๆ ในจักรวาล มีปฏิกิริยาต่อแรงโน้มถ่วงกับสสารที่กำลังขยายตัว และด้วยเหตุนี้ จึงทำให้การขยายตัวของจักรวาล "ช้าลง" ดังนั้นพลังงานของโฟตอนที่เคลื่อนที่ในจักรวาลที่กำลังขยายตัวจึงต้องลดลง มาทำการประมาณเชิงปริมาณกันดีกว่า

เมื่อโฟตอนออกจากกาแลคซีแห่งหนึ่ง ศักยภาพความโน้มถ่วงภายในจักรวาลซึ่งสร้างขึ้นโดยสสารทั้งหมดในจักรวาลจะเท่ากับ F 1 เมื่อโฟตอนมาถึงกาแลคซีแห่งที่สอง ศักยภาพความโน้มถ่วงภายในจักรวาลเพิ่มขึ้นเนื่องจากการขยายตัวของจักรวาลและมีค่าเท่ากับ Ф 2 > Ф 1 (ในเวลาเดียวกัน | Ф 2 |< | Ф 1 |, так как гравитационный потенциал меньше нуля). То есть фотон, вылетев из области с более низким гравитационным потенциалом, прилетел в область с более высоким гравитационным потенциалом. В результате этого энергия фотона уменьшилась.

ดังนั้นค่าเรดชิฟต์ในสเปกตรัมการแผ่รังสีของกาแลคซีที่เคลื่อนตัวออกไปจากเราจะประกอบด้วยสองส่วน ส่วนแรกซึ่งเกิดขึ้นโดยตรงจากความเร็วที่กาแลคซีเคลื่อนที่ออกไป เรียกว่าปรากฏการณ์ดอปเปลอร์ คุณค่าของมันคือ:

ส่วนที่สองเกิดจากการที่เอกภพกำลังขยายตัว ดังนั้นศักยภาพความโน้มถ่วงภายในจึงเพิ่มขึ้น นี่คือสิ่งที่เรียกว่าการเปลี่ยนแปลงสีแดงโน้มถ่วง คุณค่าของมันคือ:

(8.9)

ที่นี่ F 1 คือศักย์โน้มถ่วงของจักรวาล ณ จุดที่โฟตอนจากไป ณ เวลาที่มันจากไป Ф 2 – ศักย์โน้มถ่วงของจักรวาล ณ ตำแหน่งที่มีการลงทะเบียนโฟตอน ในขณะที่มีการลงทะเบียน

เป็นผลให้ค่าเรดชิฟต์ในสเปกตรัมการปล่อยก๊าซของกาแลคซีที่เคลื่อนตัวออกไปจากเราจะเท่ากับ:

(8.10)

และเราก็มาถึงข้อสรุปที่สำคัญมาก เพียงส่วนหนึ่งของการเปลี่ยนแปลงทางจักรวาลวิทยาที่สังเกตได้ในสเปกตรัมการแผ่รังสีของกาแลคซีไกลโพ้นนั้นเกิดขึ้นโดยตรงจากระยะห่างของกาแลคซีเหล่านี้จากเรา อีกส่วนหนึ่งของการเลื่อนสีแดงเกิดจากการเพิ่มศักยภาพแรงโน้มถ่วงของจักรวาล ดังนั้นความเร็วที่กาแลคซีเคลื่อนที่ออกจากเราจึงเป็นความเร็ว น้อยมากกว่าที่สันนิษฐานไว้ในจักรวาลวิทยาสมัยใหม่และอายุของจักรวาลด้วยเหตุนี้ มากกว่า.

การคำนวณแสดงให้เห็นว่าถ้าความหนาแน่นของเอกภพใกล้วิกฤต (ข้อสรุปนี้มาจากการศึกษาการกระจายตัวของกาแลคซีในวงกว้าง) ดังนั้น:

นั่นคือเพียง 2/3 ของค่าการเปลี่ยนแปลงทางจักรวาลวิทยา z 0 ในสเปกตรัมของกาแลคซีไกลโพ้น (8.10) เกิดจากความเร็วที่กาแลคซีเคลื่อนที่ออกไป ดังนั้นค่าคงที่ของฮับเบิลจึงน้อยกว่าที่สันนิษฐานไว้ในจักรวาลวิทยาสมัยใหม่ 1.5 เท่า และอายุของจักรวาลนั้นมากกว่า 1.5 เท่า

คำถามเกี่ยวกับต้นกำเนิดของการเปลี่ยนแปลงสีแดงทางจักรวาลวิทยาได้รับการแก้ไขอย่างไรในทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป ลองพิจารณากาแลคซีสองแห่งที่มีส่วนร่วมในการขยายตัวทางจักรวาลวิทยาของจักรวาลและมีความเร็วที่แปลกประหลาดซึ่งมีขนาดเล็กมากจนสามารถละเลยได้ ให้ระยะห่างระหว่างกาแลคซีในขณะที่โฟตอนออกจากกาแลคซีแรกเท่ากับ ล- เมื่อโฟตอนมาถึงกาแลคซีที่สอง ระยะห่างระหว่างกาแลคซีทั้งสองจะเพิ่มขึ้นและเท่ากัน ล + ลง. ในทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป ปฏิกิริยาระหว่างแรงโน้มถ่วงจะลดลงจนเหลือเพียงเรขาคณิตเท่านั้น ตามทฤษฎีนี้ ปริมาณที่สำคัญที่สุดที่แสดงลักษณะของเอกภพที่กำลังขยายตัวคือสิ่งที่เรียกว่าตัวประกอบมาตราส่วน หากสามารถละเลยความเร็วเฉพาะของกาแลคซีสองแห่งที่อยู่ห่างไกลจากกันได้ สเกลแฟกเตอร์จะเปลี่ยนตามสัดส่วนการเปลี่ยนแปลงของระยะห่างระหว่างกาแลคซีเหล่านี้

ตามทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป ความยาวคลื่น l ของโฟตอนที่เคลื่อนที่ในจักรวาลที่กำลังขยายตัวจะเปลี่ยนแปลงตามสัดส่วนกับการเปลี่ยนแปลงของตัวประกอบสเกล และการเลื่อนสีแดงจึงเท่ากับ:

(8.12)

ถ้า วี– ความเร็วของกาแล็กซีเคลื่อนที่ออกจากกัน ทีคือเวลาบินของโฟตอน ดังนั้น:

เป็นผลให้เราได้รับ:

ดังนั้น ตามทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป การเลื่อนสีแดงของจักรวาลวิทยาไม่ได้ขึ้นอยู่กับความหนาแน่นของจักรวาลหรือความเร็วที่ศักย์โน้มถ่วงของจักรวาลเปลี่ยนแปลงไป แต่ขึ้นอยู่กับ เท่านั้นกับความเร็วสัมพัทธ์ของการถดถอยของกาแลคซี และตัวอย่างเช่น ถ้าเอกภพของเรากำลังขยายตัวด้วยความเร็วเดียวกับที่เป็นอยู่ตอนนี้ แต่ในขณะเดียวกันก็มีความหนาแน่นน้อยกว่าหลายเท่า ตามทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป ค่าของการเปลี่ยนแปลงสีแดงทางจักรวาลวิทยาในการแผ่รังสี สเปกตรัมของกาแลคซีก็จะเป็น เหมือน- ปรากฎว่าการมีอยู่ของมวลมหาศาลในจักรวาลซึ่งยับยั้งการขยายตัวของจักรวาลไม่ส่งผลกระทบใด ๆ ต่อพลังงานของโฟตอนที่กำลังเคลื่อนที่! ดูเหมือนว่าไม่น่าเป็นไปได้

บางทีนี่อาจเป็นเหตุผลว่าทำไมปัญหาร้ายแรงจึงเกิดขึ้นเมื่อพยายามอธิบายภายในกรอบของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป การพึ่งพาการเลื่อนสีแดงในสเปกตรัมของซูเปอร์โนวาที่อยู่ห่างไกลมากในระยะห่างจากพวกมัน และเพื่อที่จะ "รักษา" ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปไว้ ในตอนท้ายของศตวรรษที่ 20 นักจักรวาลวิทยาได้ตั้งสมมติฐานว่าจักรวาลของเรากำลังขยายตัวไม่ใช่ด้วยความชะลอตัว แต่ในทางกลับกันด้วยความเร่งซึ่งขัดต่อกฎแห่งสากล แรงโน้มถ่วง (หัวข้อนี้จะกล่าวถึงใน)

ในที่นี้เราจะไม่พูดถึงสมมติฐานของการขยายตัวด้วยความเร่งของจักรวาล (แม้ว่าในความเชื่อมั่นอย่างลึกซึ้งของฉัน ไม่เพียงแต่ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปเท่านั้น แต่ไม่มีทฤษฎีอื่นใดที่คุ้มค่าที่จะประหยัดด้วยความช่วยเหลือของสมมติฐานดังกล่าว) แต่เราจะพยายามแทน เพื่อถ่ายทอดปัญหานี้จากฟิสิกส์เชิงทฤษฎีภาคสนามไปสู่ภาคการทดลอง แท้จริงแล้วเหตุใดจึงต้องมีการถกเถียงทางทฤษฎีเกี่ยวกับที่มาของการเปลี่ยนแปลงทางจักรวาลวิทยาหากคุณสามารถได้รับคำตอบสำหรับคำถามนี้ในห้องปฏิบัติการทางกายภาพ

ให้เราตั้งคำถามที่สำคัญนี้อีกครั้ง มีการเคลื่อนไปทางสีแดงทางจักรวาลวิทยาที่ไม่ได้เกิดจากปรากฏการณ์ดอปเปลอร์ของกาแลคซีที่เคลื่อนตัวออกไป แต่จากข้อเท็จจริงที่ว่าเมื่อโฟตอนเคลื่อนที่ ศักยภาพความโน้มถ่วงของจักรวาลจะเพิ่มขึ้นหรือไม่

เพื่อตอบคำถามนี้ ก็เพียงพอที่จะทำการทดลองต่อไปนี้ (ดูรูปที่ 33)

ลำแสงเลเซอร์ถูกแบ่งออกเป็นสองลำแสงเพื่อให้ลำแสงหนึ่งพุ่งชนเครื่องตรวจจับทันที และลำแสงที่สองจะเคลื่อนที่ในช่วงระยะเวลาหนึ่งระหว่างกระจกสองบานที่ขนานกัน จากนั้นจึงชนเข้ากับเครื่องตรวจจับเท่านั้น ดังนั้นลำแสงที่สองจึงกระทบกับเครื่องตรวจจับด้วยการหน่วงเวลา t (หลายนาที) และเครื่องตรวจจับจะเปรียบเทียบความยาวคลื่นของรังสีสองดวงที่ปล่อยออกมาในช่วงเวลาหนึ่ง ที-Ti ที- ควรคาดหวังการเปลี่ยนแปลงความยาวคลื่นของลำแสงที่สองเมื่อเทียบกับลำแสงแรกเนื่องจากศักยภาพความโน้มถ่วงของจักรวาลเพิ่มขึ้นซึ่งเกิดจากการขยายตัวของมัน

การทดลองนี้มีการอภิปรายโดยละเอียด ดังนั้นตอนนี้เราจะพิจารณาเฉพาะข้อสรุปหลักที่สามารถสรุปได้หลังจากดำเนินการแล้ว

ข้าว. 33- แผนผังของการทดลองเพื่อวัดการเปลี่ยนแปลงทางจักรวาลวิทยาซึ่งไม่ได้เกิดจากปรากฏการณ์ดอปเปลอร์ แต่เกิดจาก การเปลี่ยนแปลงศักย์โน้มถ่วงภายในจักรวาล

ลำแสงเลเซอร์พุ่งตรงไปที่กระจกโปร่งแสง ในกรณีนี้ ส่วนหนึ่งของลำแสงจะผ่านกระจกและกระทบกับเครื่องตรวจจับตามเส้นทางที่สั้นที่สุด และส่วนที่สองของลำแสงที่สะท้อนจากกระจกและผ่านระบบกระจก 1, 2, 3 กระทบกับเครื่องตรวจจับด้วยการหน่วงเวลาระยะหนึ่ง ด้วยเหตุนี้ เครื่องตรวจจับจะเปรียบเทียบความยาวคลื่นของลำแสงสองลำที่ปล่อยออกมาในเวลาที่ต่างกัน

ประการแรก เราจะสามารถค้นหาได้ว่ามีการเคลื่อนตัวของสีแดงทางจักรวาลวิทยาหรือไม่ ซึ่งไม่ได้เกิดจากความเร็วของการกำจัดแหล่งกำเนิด แต่จากข้อเท็จจริงของการขยายตัวของจักรวาล กล่าวคือ การเพิ่มขึ้นของศักย์โน้มถ่วงภายใน จักรวาล.

ประการที่สอง หากตรวจพบการเปลี่ยนแปลงดังกล่าว (และมีเหตุผลทุกประการ) ดังนั้น เราจะพิสูจน์ข้อเท็จจริงของการขยายตัวของจักรวาลผ่านการทดลองในห้องปฏิบัติการ- ยิ่งไปกว่านั้น เราจะสามารถวัดอัตราศักย์โน้มถ่วงที่สร้างขึ้นโดยสสารทั้งหมดในจักรวาลเพิ่มขึ้นได้

ประการที่สาม ด้วยการลบออกจากค่าของการเลื่อนสีแดงในสเปกตรัมของกาแลคซีห่างไกลนั้นส่วนที่ไม่ได้เกิดจากความเร็วของการกำจัดพวกมัน แต่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงของศักย์โน้มถ่วง เราพบว่า จริงอัตราที่กาแลคซีกำลังเคลื่อนที่ออกไป จึงสามารถแก้ไขการประมาณอายุของจักรวาลในปัจจุบันได้

ขณะเดียวกันกลุ่มท้องถิ่นของเรากำลังเร่งมุ่งหน้าสู่ใจกลางกระจุกราศีกันย์ด้วยความเร็ว 150 ล้านกิโลเมตรต่อชั่วโมง

ทางช้างเผือกและแอนโดรเมดาซึ่งเป็นเพื่อนบ้าน พร้อมด้วยกาแลคซีขนาดเล็กกว่า 30 แห่ง และกาแลคซีราศีกันย์หลายพันแห่ง ล้วนถูกดึงดูดโดย Great Attractor เมื่อพิจารณาจากความเร็วในระดับนี้ มวลที่มองไม่เห็นซึ่งครอบครองช่องว่างระหว่างกาแลคซีและกระจุกกาแลคซีจะต้องมีมากกว่าสสารที่มองเห็นได้อย่างน้อยสิบเท่า

ถึงกระนั้นก็ตาม โดยการเพิ่มวัสดุที่มองไม่เห็นนี้ลงในวัสดุที่มองเห็นและรับมวลเฉลี่ยของจักรวาล เราจะได้ความหนาแน่นวิกฤตเพียง 10-30% เท่านั้นที่จำเป็นในการ "ปิด" จักรวาล ปรากฏการณ์นี้บ่งบอกว่าจักรวาล “เปิด” นักจักรวาลวิทยายังคงโต้เถียงในหัวข้อนี้ในลักษณะเดียวกับที่พวกเขาพยายามหรือ "สสารมืด"

เชื่อกันว่าเป็นตัวกำหนดโครงสร้างของจักรวาลในระดับมหาศาล สสารมืดมีปฏิกิริยาต่อแรงโน้มถ่วงกับสสารปกติ ซึ่งทำให้นักดาราศาสตร์สังเกตการก่อตัวของผนังบางและยาวของกระจุกกาแลคซียิ่งยวดได้

การตรวจวัดเมื่อเร็วๆ นี้ (โดยใช้กล้องโทรทรรศน์และยานอวกาศ) ของการกระจายมวลใน M31 ดาราจักรที่ใหญ่ที่สุดในบริเวณทางช้างเผือก และดาราจักรอื่นๆ นำไปสู่การรับรู้ว่าดาราจักรเต็มไปด้วยสสารมืด และได้แสดงให้เห็นว่ามีพลังลึกลับ กำลังเติมเต็มสุญญากาศแห่งพื้นที่ว่างเร่งการขยายตัวของจักรวาล

ขณะนี้นักดาราศาสตร์เข้าใจแล้วว่าชะตากรรมสุดท้ายของจักรวาลนั้นเชื่อมโยงกับการมีอยู่ของพลังงานมืดและสสารมืดอย่างแยกไม่ออก แบบจำลองมาตรฐานในปัจจุบันสำหรับจักรวาลวิทยาระบุว่าเอกภพประกอบด้วยพลังงานมืด 70% สสารมืด 25% และสสารปกติเพียง 5%

เราไม่รู้ว่าพลังงานมืดคืออะไรหรือทำไมจึงมีอยู่ ในทางกลับกัน ทฤษฎีอนุภาคเสนอว่าในระดับจุลภาค แม้แต่สุญญากาศที่สมบูรณ์แบบก็ยังเต็มไปด้วยอนุภาคควอนตัม ซึ่งเป็นแหล่งพลังงานมืดตามธรรมชาติ แต่การคำนวณเบื้องต้นแสดงให้เห็นว่าพลังงานมืดที่เกิดจากสุญญากาศนั้นมากกว่าที่เราสังเกตเห็นถึง 10,120 เท่า กระบวนการทางกายภาพที่ไม่รู้จักบางอย่างควรกำจัดพลังงานสุญญากาศส่วนใหญ่แต่ไม่ใช่ทั้งหมด เหลือไว้เพียงพอที่จะเร่งการขยายตัวของจักรวาล

ทฤษฎีใหม่ของอนุภาคมูลฐานจะต้องอธิบายกระบวนการทางกายภาพนี้ ทฤษฎีใหม่เกี่ยวกับ “ตัวดึงดูดความมืด” ซ่อนอยู่เบื้องหลังสิ่งที่เรียกว่าหลักการโคเปอร์นิคัส ซึ่งกล่าวว่าไม่น่าแปลกใจเลยที่ผู้สังเกตการณ์คิดว่าเอกภพมีความหลากหลาย ทฤษฎีทางเลือกดังกล่าวอธิบายการขยายตัวด้วยความเร่งของเอกภพที่สังเกตได้โดยไม่เกี่ยวข้องกับพลังงานมืด และเสนอแนะว่าเราอยู่ใกล้กับศูนย์กลางของความว่างเปล่า ซึ่งเกินกว่านั้นจะมีตัวดึงดูด "ความมืด" ที่หนาแน่นกว่ากำลังดึงเราเข้าหามัน

ในบทความที่ตีพิมพ์ใน จดหมายทบทวนทางกายภาพ, เผิงซี จาง จากหอดูดาวดาราศาสตร์เซี่ยงไฮ้ และอัลเบิร์ต สเต็บบินส์ แสดงที่นิทรรศการแฟร์มิแล็บว่าแบบจำลองโมฆะยอดนิยมและอื่นๆ อีกมากมายสามารถแทนที่พลังงานมืดได้เป็นอย่างดี โดยไม่ขัดแย้งกับการสังเกตการณ์ด้วยกล้องโทรทรรศน์

การสำรวจแสดงให้เห็นว่าจักรวาลมีความเป็นเนื้อเดียวกัน อย่างน้อยก็ในระดับสูงสุดถึงกิกะพาร์เซก จางและสเต็บบินส์แย้งว่าหากมีความผิดปกติขนาดใหญ่ ควรตรวจพบสิ่งเหล่านั้นจากการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิในพื้นหลังไมโครเวฟในจักรวาลของโฟตอนที่ถ่ายทอดออกมา 400,000 ปีหลังบิ๊กแบง สิ่งนี้เกิดขึ้นเนื่องจากการกระเจิงของอิเล็กตรอน-โฟตอน (สิ่งที่ตรงกันข้ามกับการกระเจิงของคอมป์ตัน)

นักวิทยาศาสตร์ได้มุ่งเน้นไปที่แบบจำลองความว่างเปล่าของฮับเบิลบับเบิ้ล โดยแสดงให้เห็นว่าในสถานการณ์เช่นนี้ บางพื้นที่ของเอกภพจะขยายตัวเร็วกว่าบริเวณอื่นๆ ส่งผลให้อุณหภูมิเปลี่ยนแปลงมากกว่าที่คาดไว้ แต่กล้องโทรทรรศน์ที่ศึกษา CMB ไม่เห็นการเปลี่ยนแปลงครั้งใหญ่เช่นนี้

ดังที่คาร์ล เซแกนกล่าวไว้ “คำกล่าวอ้างที่ไม่ธรรมดาจำเป็นต้องมีหลักฐานที่พิเศษ”