Ultra-kauge vaade Universumile näitab galaktikaid, mis liiguvad meist eemale äärmise kiirusega. Neil vahemaadel paistab galaktikaid arvukalt, väiksemaid, vähem arenenud ja taandub lähedalasuvatega võrreldes suure punase nihkega. Pildikrediit: NASA, ESA, R. Windhorst ja H. Yan.

5 küsimust, mille kohta teil oli laienevast universumist liiga piinlik küsida

Alates selle laienemisest kuni selleni, kas asjad liiguvad kiiremini kui valgus, see kustutab mõned meie suurimad väärarusaamad.

"Mida selgemalt suudame oma tähelepanu suunata universumi imedele ja tegelikkusele meie kohta, seda vähem on meil hävitamise maitset." -Rachel Carson

Kui vaatame kaugele Universumile, näeme galaktikaid igal pool, igas suunas, miljonite ja isegi miljardite valgusaastate jooksul. Arvestades, et inimkonna jaoks on vaadeldavad kaks triljonit galaktikat, on seal toimuv kokku suurem ja suurejoonelisem, kui enamik meist võib loota. Üks mõistatuslikumaid fakte on see, et kõigist galaktikatest, mida me kunagi oleme täheldanud, järgivad nad (keskmiselt) ühte ja sama reeglit: mida kaugemal nad meist on, seda kiiremini näivad nad meist eemalduvat. See avastus, mille tegid Edwin Hubble ja tema kaastöötajad juba 1920. aastatel, viisid meid laieneva Universumi pildile. Mida aga tähendab, et Universum laieneb? Teadus teab ja nüüd saate ka!

Mida kaugemale me vaatame, seda kaugemale ajas tagasi vähem arenenud Universumisse, mida näeme. Kuid ainult siis, kui üldine relatiivsus kehtib ja see reguleerib laienevat universumit. Pildikrediit: Vikipeedia kasutaja Pablo Carlos Budassi.

1.) Milleks laieneb universum? See on üks neist küsimustest, mis kõlab nii mõistlikult, sest kõik muu, mis laieneb, on tehtud mateeriast ja eksisteerib Universumi ruumis ja ajas. Kuid Universum ise on lihtsalt ruum ja aeg ning sisaldab kogu selles olevat ainet ja energiat. Kui me ütleme, et “Universum laieneb”, peame silmas seda, et avarus laieneb ka ruum ise, mis paneb meid nägema üksikuid galaktikaid ja galaktikate kobaraid, mis kõik üksteisest eemalduvad. Parim visuaal, mida ma kunagi näinud olen, on pildistada taignapalli koos rosinatega ahjus küpsetades.

Laieneva universumi 'rosinaleiva' mudel, kus ruumi (taina) laienedes suhtelised vahemaad suurenevad. Kujutise krediit: NASA / WMAP Science Team.

Taigen on kosmosekangas, rosinad on seotud struktuurid (nagu galaktikad või galaktikate rühmad / klastrid) ning iga rosina seisukohast liiguvad kõik muud rosinad sellest eemale, kaugemate rosinatega eemaldub kiiremini. Ainult Universumi puhul pole ahju ja väljaspool tainast pole õhku; seal on ainult tainas (tühik) ja rosinad (mateeria).

Punast nihet ei põhjusta lihtsalt see, et galaktikad meist kaugenevad, vaid pigem see, et meie ja galaktika vaheline ruum nihutab valgust oma teekonnal sellest kaugemast punktist meie silmadesse. Pildikrediit: Larry McNish RASC Calgary keskusest.

2.) Kuidas me teame, et laienev kosmosekangas ja mitte ainult erineva kiirusega liikuvad galaktikad? Kui näete, et objektid eemalduvad kõigist suundadest, võib see olla nii, et teie ja nende objektide vaheline ruum laieneb; see on üks võimalus. Kuid tundub ka mõistlik, et võite asuda plahvatuse keskpunkti lähedal ning paljud objektid asuvad lihtsalt kaugemal ja liiguvad täna kiiremini, kuna nad said plahvatuses rohkem energiat. Kui see viimane asi oleks tõsi, siis paistaks silma kaks tõendit:

  1. Suurtel vahemaadel ja suurtel kiirustel oleks vähem galaktikaid, kuna aja möödudes leviksid nad ruumi hõlpsamini.
  2. Punase nihke / kauguse suhe kuuletuks suurtele vahemaadele väga konkreetsele kujule, mis erineks olukorrast, kus see laienes ruumi kangana.
Ainult liikumisel põhineva punanihke / vahemaade (punktiirjoone) seletuste ja laieneva universumi vahemaade üldrelatiivsuste (kindlate) prognooside erinevused. Lõplikult vastavad ainult GRi ennustused sellele, mida me jälgime. Kujutise krediit: Wikimedia Commonsi kasutaja Redshiftimprove.

Suurte vahemaade vaatamisel leiame, et kaugemas Universumis on galaktikate tihedus tegelikult suurem kui läheduses. See on kooskõlas pildiga, kus ruum laieneb, kuna kaugele vaatamine on sama mis minevikku vaatamine, kus laienemist on toimunud vähem. Samuti leiame, et kaugetel galaktikatel on punane nihe ja kaugus kooskõlas laieneva kosmose kangaga ja väga mitte siis, kui galaktikad liiguvad meist lihtsalt kiiresti. See on küsimus, millele teadus saab vastata kahel väga erineval viisil, ja mõlemad vastused toetavad laienevat universumit.

Nähtava paisumiskiiruse (y-telg) ja vahemaa (x-telg) graafik on kooskõlas Universumiga, mis varem laienes kiiremini, kuid laieneb tänapäevalgi. See on kaasaegne versioon Hubble'i originaalteosest tuhandeid kordi kaugemale. Pange tähele asjaolu, et punktid ei moodusta sirgjoont, mis näitab laienemiskiiruse muutust aja jooksul. Pildikrediit: Ned Wright, mis põhineb Betoule jt värskeimatel andmetel. (2014).

3.) Kas Universum on alati laienenud sama kiirusega? Me nimetame seda Hubble'i konstandiks, kuid see on konstant ainult kõikjal ruumis, mitte igal ajahetkel. Universum laieneb sel ajahetkel aeglasemalt, kui ta kunagi varem on teinud. Kui räägime laienemiskiirusest, siis on see kiirus ühiku kohta: täna umbes 70 km / s / Mpc. („Mpc” on megaparsec ehk umbes 3 260 000 valgusaastat.) Kuid paisumiskiirus sõltub kõigi Universumi erinevate asjade, sealhulgas mateeria ja kiirguse tihedusest. Universumi laienedes muutuvad mateeria ja kiirgus selles vähem tihedaks ning aine ja kiirguse tihedus väheneb, samuti laienemise kiirus. Universum laienes minevikus kiiremini ja on alates kuumast Suurest Paugust aeglustunud. Hubble'i konstant on eksitav; seda tuleks nimetada Hubble'i parameetriks.

Universumi kauged saatused pakuvad mitmeid võimalusi, kuid kui tume energia on tõepoolest konstant, nagu andmed näitavad, järgib see endiselt punast kõverat. Kujutise krediit: NASA / GSFC.

4.) Kas Universum laieneb igaveseks, peatub see kunagi või taastub uuesti? Põlvkondade vältel oli see üks kosmoloogia ja astrofüüsika pühadest graaliküsimustest ning sellele sai vastata ainult siis, kui määrati kindlaks, kui kiiresti Universum laienes ja millised olid kõik selles esinevad erinevad energialiigid (ja kogused). Nüüd oleme edukalt mõõtnud, kui palju on normaalset ainet, kiirgust, neutriine, tumeainet ja tumedat energiat, samuti Universumi paisumiskiirust. Füüsikaseadustest ja minevikus toimunust lähtuvalt näib väga, et Universum laieneb igavesti. Kuigi see pole 100% kindel; kui midagi tumeda energia taolist käitub tulevikus erinevalt sellest, kuidas käituti minevikus ja olevikus, tuleb kõik meie järeldused üle vaadata.

5.) Kas on galaktikaid, mis liiguvad valguse kiirusest kiiremini, ja kas see pole keelatud? Meie seisukohast avardub meie ja mis tahes kaugema koha vaheline ruum. Mida kaugemal midagi on, seda kiiremini näib ta meist eemalduvat. Isegi kui paisumiskiirus oleks väike, ületaks piisavalt kaugel olev objekt lõpuks igasuguse lõpliku kiiruse läve, kuna laienemiskiirus (vahemaa kiirus), mis on korrutatud piisavalt suure vahemaaga, annab teile sama kiire kiiruse kui teie tahavad. Kuid see on üldises relatiivsuses sobiv! Seadus, et miski ei saa liikuda kiiremini kui valguse kiirus, kehtib ainult objekti liikumise kohta ruumis, mitte kosmose enda laienemisele. Tegelikkuses liiguvad galaktikad ise ainult kiirusel, mis on sadu või tuhandeid km / s, mis on palju madalam kui valguse kiiruse seatud kiirusepiirang 300 000 km / s. See langus ja punanihke põhjustab Universumi laienemine, mitte tõeline galaktiline liikumine.

Vaatlevas universumis (kollane ring) on ​​umbes 2 triljonit galaktikat. Galaktikaid, mis asuvad enam kui umbes kolmandiku kaugusel sellest, mida me võime jälgida, ei saa Universumi laienemise tõttu kunagi jõuda, jättes inimese uurimiseks avatuks vaid 3% Universumi mahust. Pildikrediit: Wikimedia Commonsi kasutajad Azcolvin 429 ja Frédéric MICHEL / E. Siegel.

Universumi laienemine on vajalik tagajärg, kui mateeria ja energia täidavad ruumiperioodi, mis järgib üldise relatiivsustegevuse seadusi. Nii kaua kui on asja, on olemas ka gravitatsiooniline külgetõmme, nii et kas gravitatsioon võidab ja kõik kordub uuesti, või gravitatsioon kaotab ja paisumine võidab. Laienemisel pole keskpunkti ega ka midagi väljaspool kosmoset, millesse Universum laieneb; Universumi kangas on see, mis laieneb, igal pool ja kogu aeg. Kõige hullem on see, et isegi kui me lahkuksime Maalt täna valguse kiirusel, on kunagi ainult 3% vaadeldava universumi galaktikatest juurdepääsetav; Neist 97% on juba väljaspool meie käsku. Universum võib olla keeruline koht, kuid vähemalt teate nüüd vastuseid viiele selle kõige sagedamini valesti mõistetud küsimusele!

Starts With A Bang on nüüd Forbesil ja tänu meie Patreoni toetajatele uuesti keskkonnas avaldatud. Ethan on kirjutanud kaks raamatut "Beyond The Galaxy" ja "Treknology: The Star of Treki teadus Tricordersist Warp Drive'i".