Terdapat bukti bahwa Alam Semesta mulai mengembang 10 - 15 miliar tahun yang lalu. Pada awal abad kedua puluh, astronom Amerika V. M. Slifer, berdasarkan penelitiannya, menunjukkan bahwa dalam spektrum beberapa galaksi redup, yang disebutnya nebula, terjadi pergeseran garis ke arah ujung merah. Jika kita berasumsi bahwa pergeseran merah ini disebabkan oleh kecepatan resesi radial, maka Slipher menyimpulkan bahwa beberapa nebulanya bergerak menjauhi Matahari dengan kecepatan melebihi 1000 km/s. Pada awal tahun 1930-an, ketika menjadi jelas bahwa nebula Slipher tidak lebih dari sebuah galaksi, Hubble dan Humason memperluas pengukuran Slipher ke galaksi-galaksi yang lebih redup. Karena mereka mampu menentukan perkiraan jarak ke galaksi-galaksi ini, mereka mampu menetapkan universalitas hubungan pergeseran merah-jarak yang dihasilkan dari penelitian ini.
Sejak Hubble dan Humason melakukan penelitian penting mereka, perubahan signifikan telah dilakukan pada skala jarak galaksi. Studi Allan Sandage, terutama berdasarkan data yang diperoleh dengan reflektor Hale 200 inci, menunjukkan sifat linier yang sangat dekat dari hubungan pergeseran merah-jarak. Jika kita berasumsi bahwa pergeseran merah menunjukkan jarak sepanjang garis pandang, maka hubungan pergeseran merah-jarak menjadi hukum dasar yang menghubungkan kecepatan perpindahan dan jarak.
Pada kecepatan berapa alam semesta mengembang?
Seluruh alam semesta yang dapat diamati tampak mengembang, dan laju perluasan ini ditentukan oleh fakta bahwa dua galaksi yang terletak pada jarak 10 juta pc satu sama lain bergerak menjauh satu sama lain dengan kecepatan sekitar 550 km/s. Untuk galaksi biasa, pergeseran merah diamati sesuai dengan gerakan setengah kecepatan cahaya, sedangkan untuk galaksi jauh, pergeseran merah menunjukkan penurunan kecepatan melebihi 0,8 kecepatan cahaya. Atas dasar ini kita dapat mengatakan bahwa dalam skala besar, perluasan alam semesta secara umum merupakan fakta yang sudah pasti. Jika kita berasumsi bahwa laju perluasan Alam Semesta di atas tidak banyak berubah di masa lalu, maka perhitungan yang sangat sederhana membawa kita pada kesimpulan berikut: 17 miliar tahun yang lalu, semua pihak yang terlibat dalam perluasan alam semesta berada berdekatan. “Zaman” ini cocok untuk para astronom yang mempelajari Galaksi kita dengan cukup baik.
beras. Kemungkinan skenario perluasan alam semesta
Perluasan alam semesta tidak harus seragam. Misalnya, sangat mungkin bahwa permulaan alam semesta terjadi melalui proses ledakan yang sangat besar dan laju ekspansi yang awalnya sangat tinggi secara bertahap mulai menurun. Tentu saja, waktu yang berlalu sejak awal perluasan, yang dihitung dari laju perluasan yang diamati saat ini, akan kurang dari nilai 17 miliar tahun yang disebutkan di atas. Sangat mungkin juga bahwa Alam Semesta kita adalah sistem yang berdenyut, yang saat ini sedang dalam proses perluasan, dan kemudian akan mulai berkontraksi.
Banyak pengamatan yang mendukung hipotesis alam semesta yang mengembang. Ini hampir pasti adalah galaksi-galaksi yang kita amati sejak lima miliar tahun yang lalu atau lebih. Jumlah mereka yang diamati dalam jarak yang sangat jauh menunjukkan betapa lebih aktifnya alam semesta 5-10 miliar tahun yang lalu dibandingkan saat ini. Konfirmasi lain atas hipotesis bahwa ledakan kosmik kolosal terjadi sekitar 10 miliar tahun yang lalu diperoleh berkat pengamatan Penzias dan Wilson yang ditafsirkan oleh Dicke. Sebagai hasil dari pengamatan ini, peninggalan energi yang awalnya terkait dengan permulaan ekspansi eksplosif terdeteksi dalam bentuk radiasi latar gelombang mikro dengan suhu efektif 3 K, yang menembus seluruh Alam Semesta. Pengamatan modern yang paling akurat memungkinkan pencatatan galaksi dan quasar jauh pada jarak hingga 8 - 10 miliar tahun cahaya, atau sekitar 3 miliar pc. Pengamatan ini memberi kita kesempatan untuk melihat ke masa lalu dan melihat benda-benda langit seperti apa adanya 8 - 10 miliar tahun yang lalu.
Bagaimana Galaksi kita terbentuk?
Jawaban atas pertanyaan ini dapat diberikan jika kita mengingat bahwa bintang-bintang tertua dan paling terisolasi terletak pada jarak yang jauh dari bidang pusat Bima Sakti. Ini mungkin berarti bahwa tak lama setelah ledakan awal ekspansi, Galaksi kita tampak seperti gumpalan gas raksasa yang hampir berbentuk bola. Proses awal kondensasi gas menjadi bintang dan gugus bintang tampaknya telah menyebar ke seluruh awan. Seiring waktu, gas tersebut semakin terkonsentrasi menuju bidang pusat Galaksi, yang kemudian memperoleh rotasinya saat ini. Bintang-bintang dan gugus-gugus yang lebih muda terbentuk ketika gumpalan gas asli sebagian besar terkompresi, dan pada tahap ini awan gas (dan debu) di pusatnya sangat tipis.
beras. Distribusi bintang di Galaksi
Kelahiran bintang kini tampaknya sepenuhnya terbatas pada wilayah gas dan debu antarbintang yang berjarak beberapa ratus parsec dari bidang pusat Bima Sakti. Berdasarkan gambaran menarik ini, gugus bola dan gugus terbuka tertua terbentuk terlebih dahulu. Di Korona Galaksi kita dan gugusannya, hal ini sudah lama berhenti. Namun, kita dapat menganggap diri kita beruntung, karena proses ini berlanjut di dekat bidang pusat Galaksi, dengan Matahari dan Bumi terletak, di satu sisi, dekat bidang ini, dan di sisi lain, di pinggiran Galaksi, yaitu, di mana semuanya masih berjalan lancar. Kuali evolusi sedang mendidih!
Seratus tahun yang lalu, para ilmuwan menemukan bahwa alam semesta kita bertambah besar dengan cepat.
Seratus tahun yang lalu, gagasan tentang Alam Semesta didasarkan pada mekanika Newton dan geometri Euclidean. Bahkan beberapa ilmuwan, seperti Lobachevsky dan Gauss, yang menerima (hanya sebagai hipotesis!) realitas fisik geometri non-Euclidean, menganggap ruang angkasa abadi dan tidak berubah.
Alexei Levin
Pada tahun 1870, ahli matematika Inggris William Clifford mendapatkan gagasan yang sangat mendalam bahwa ruang dapat melengkung, dan tidak merata pada titik-titik yang berbeda, dan seiring waktu kelengkungannya dapat berubah. Ia bahkan mengakui bahwa perubahan tersebut ada hubungannya dengan pergerakan materi. Kedua gagasan ini, bertahun-tahun kemudian, menjadi dasar teori relativitas umum. Clifford sendiri tidak bisa hidup untuk melihat hal ini - dia meninggal karena TBC pada usia 34, 11 hari sebelum Albert Einstein lahir.
Pergeseran merah
Informasi pertama tentang perluasan Alam Semesta diberikan oleh astrospektrografi. Pada tahun 1886, astronom Inggris William Huggins memperhatikan bahwa panjang gelombang cahaya bintang sedikit bergeser dibandingkan dengan spektrum terestrial dari unsur yang sama. Berdasarkan rumus efek Doppler versi optik, yang diturunkan pada tahun 1848 oleh fisikawan Prancis Armand Fizeau, kecepatan radial sebuah bintang dapat dihitung. Pengamatan semacam itu memungkinkan untuk melacak pergerakan suatu benda luar angkasa.
Seratus tahun yang lalu, gagasan tentang Alam Semesta didasarkan pada mekanika Newton dan geometri Euclidean. Bahkan beberapa ilmuwan, seperti Lobachevsky dan Gauss, yang berasumsi (hanya sebagai hipotesis!) realitas fisik geometri non-Euclidean, menganggap ruang angkasa abadi dan tidak berubah. Karena perluasan Alam Semesta, tidak mudah untuk menilai jarak galaksi-galaksi jauh. Cahaya yang datang 13 miliar tahun kemudian dari galaksi A1689-zD1, yang berjarak 3,35 miliar tahun cahaya (A), “memerah” dan melemah saat bergerak melalui ruang yang semakin luas, dan galaksi itu sendiri menjauh (B). Ini akan membawa informasi tentang jarak dalam pergeseran merah (13 miliar tahun cahaya), dalam ukuran sudut (3,5 miliar tahun cahaya), dalam intensitas (263 miliar tahun cahaya), sedangkan jarak sebenarnya adalah 30 miliar tahun cahaya. bertahun-tahun.
Seperempat abad kemudian, kesempatan ini dimanfaatkan dengan cara baru oleh Vesto Slifer, seorang pegawai observatorium di Flagstaff di Arizona, yang sejak tahun 1912 telah mempelajari spektrum nebula spiral dengan teleskop 24 inci dengan a spektograf yang baik. Untuk mendapatkan gambar berkualitas tinggi, pelat fotografi yang sama diekspos selama beberapa malam, sehingga proyek berjalan lambat. Dari September hingga Desember 1913, Slipher mempelajari nebula Andromeda dan, dengan menggunakan rumus Doppler-Fizeau, sampai pada kesimpulan bahwa nebula tersebut mendekati Bumi sejauh 300 km setiap detik.
Pada tahun 1917, ia menerbitkan data tentang kecepatan radial 25 nebula, yang menunjukkan asimetri arah yang signifikan. Hanya empat nebula yang mendekati Matahari, sisanya lari (dan beberapa sangat cepat).
Slifer tidak mencari ketenaran dan tidak mempromosikan hasilnya. Oleh karena itu, mereka baru dikenal di kalangan astronomi ketika astrofisikawan terkenal Inggris Arthur Eddington menarik perhatian mereka.
Pada tahun 1924, ia menerbitkan monografi tentang teori relativitas, yang memuat daftar kecepatan radial 41 nebula yang ditemukan oleh Slipher. Empat nebula pergeseran biru yang sama terdapat di sana, sedangkan 37 nebula sisanya memiliki garis spektrum pergeseran merah. Kecepatan radialnya bervariasi antara 150 dan 1800 km/s dan rata-rata 25 kali lebih tinggi daripada kecepatan bintang Bima Sakti yang diketahui pada saat itu. Hal ini menunjukkan bahwa nebula berpartisipasi dalam gerakan yang berbeda dari tokoh-tokoh “klasik”.
Pulau Luar Angkasa
Pada awal tahun 1920-an, sebagian besar astronom percaya bahwa nebula spiral terletak di pinggiran Bima Sakti, dan di luarnya tidak ada apa pun selain ruang kosong dan gelap. Benar, pada abad ke-18, beberapa ilmuwan melihat gugus bintang raksasa di nebula (Immanuel Kant menyebutnya pulau alam semesta). Namun, hipotesis ini tidak populer, karena tidak mungkin menentukan jarak ke nebula secara andal.
Masalah ini dipecahkan oleh Edwin Hubble, yang mengerjakan teleskop pemantul 100 inci di Observatorium Mount Wilson, California. Pada tahun 1923-1924, ia menemukan bahwa nebula Andromeda terdiri dari banyak objek bercahaya, termasuk bintang variabel dari keluarga Cepheid. Saat itu telah diketahui bahwa periode perubahan kecerahan tampak berhubungan dengan luminositas absolut, dan oleh karena itu Cepheid cocok untuk mengkalibrasi jarak kosmik. Dengan bantuan mereka, Hubble memperkirakan jarak ke Andromeda sebesar 285.000 parsec (menurut data modern, 800.000 parsec). Diameter Bima Sakti kemudian diyakini kira-kira 100.000 parsec (pada kenyataannya tiga kali lebih kecil). Oleh karena itu, Andromeda dan Bima Sakti harus dianggap sebagai gugus bintang yang independen. Hubble segera mengidentifikasi dua galaksi independen lagi, yang akhirnya mengkonfirmasi hipotesis “pulau alam semesta”.
Agar adil, perlu dicatat bahwa dua tahun sebelum Hubble, jarak ke Andromeda dihitung oleh astronom Estonia Ernst Opik, yang hasilnya - 450.000 parsec - lebih mendekati nilai yang benar. Namun, ia menggunakan sejumlah pertimbangan teoritis yang tidak meyakinkan seperti pengamatan langsung Hubble.
Pada tahun 1926, Hubble telah melakukan analisis statistik terhadap pengamatan empat ratus “nebula ekstragalaktik” (istilah yang ia gunakan sejak lama, menghindari menyebut mereka galaksi) dan mengusulkan rumus untuk menghubungkan jarak nebula dengan kecerahannya. Terlepas dari kesalahan besar dalam metode ini, data baru menegaskan bahwa nebula tersebar kurang lebih merata di ruang angkasa dan terletak jauh di luar batas Bima Sakti. Kini tidak ada keraguan lagi bahwa ruang angkasa tidak terbatas pada Galaksi kita dan tetangga terdekatnya.
Perancang busana luar angkasa
Eddington menjadi tertarik dengan hasil Slipher bahkan sebelum sifat nebula spiral akhirnya diklarifikasi. Pada saat ini, model kosmologis sudah ada, yang dalam arti tertentu memperkirakan efek yang diidentifikasi oleh Slipher. Eddington banyak memikirkan hal ini dan, tentu saja, tidak melewatkan kesempatan untuk memberikan pengamatan kosmologis kepada astronom Arizona.
Kosmologi teoretis modern dimulai pada tahun 1917 dengan dua makalah revolusioner yang menyajikan model alam semesta berdasarkan relativitas umum. Salah satunya ditulis oleh Einstein sendiri, yang lainnya oleh astronom Belanda Willem de Sitter.
hukum Hubble
Edwin Hubble secara empiris menemukan perkiraan proporsionalitas pergeseran merah dan jarak galaksi, yang ia ubah menjadi proporsionalitas antara kecepatan dan jarak menggunakan rumus Doppler-Fizeau. Jadi kita menghadapi dua pola berbeda di sini.
Hubble tidak mengetahui bagaimana keterkaitannya satu sama lain, namun apa yang dikatakan sains saat ini mengenai hal tersebut?
Seperti yang juga ditunjukkan Lemaître, korelasi linear antara pergeseran merah kosmologis (yang disebabkan oleh perluasan Alam Semesta) dan jarak tidaklah mutlak. Dalam praktiknya, hal ini hanya diamati dengan baik untuk perpindahan kurang dari 0,1. Jadi hukum empiris Hubble bukanlah hukum eksak, melainkan perkiraan, dan rumus Doppler-Fizeau hanya berlaku untuk pergeseran kecil dalam spektrum.
Namun hukum teoretis yang menghubungkan kecepatan radial benda jauh dengan jarak ke benda tersebut (dengan koefisien proporsionalitas dalam bentuk parameter Hubble V=Hd) berlaku untuk pergeseran merah apa pun. Namun, kecepatan V yang muncul di dalamnya sama sekali bukan kecepatan sinyal fisik atau benda nyata di ruang fisik. Ini adalah laju pertambahan jarak antar galaksi dan gugus galaksi yang disebabkan oleh perluasan Alam Semesta. Kita akan dapat mengukurnya hanya jika kita mampu menghentikan perluasan Alam Semesta, secara instan merentangkan pita pengukur antar galaksi, membaca jarak antar galaksi, dan membaginya menjadi interval waktu antar pengukuran. Secara alami, hukum fisika tidak mengizinkan hal ini. Oleh karena itu, para kosmolog lebih suka menggunakan parameter Hubble H dalam rumus lain, yang mencakup faktor skala Alam Semesta, yang secara tepat menggambarkan tingkat perluasannya dalam berbagai zaman kosmik (karena parameter ini berubah seiring waktu, nilai modernnya dilambangkan dengan H0 ). Alam semesta kini mengembang dengan kecepatan yang semakin cepat, sehingga nilai parameter Hubble pun semakin meningkat.
Dengan mengukur pergeseran merah kosmologis, kita memperoleh informasi tentang sejauh mana perluasan ruang. Cahaya galaksi, yang datang kepada kita dengan pergeseran merah kosmologis z, meninggalkannya ketika semua jarak kosmologis 1+z kali lebih kecil dibandingkan pada zaman kita. Informasi tambahan tentang galaksi ini, seperti jaraknya saat ini atau kecepatan perpindahannya dari Bima Sakti, hanya dapat diperoleh dengan menggunakan model kosmologis tertentu. Misalnya, dalam model Einstein-de Sitter, sebuah galaksi dengan z = 5 bergerak menjauhi kita dengan kecepatan 1,1 s (kecepatan cahaya). Namun jika Anda melakukan kesalahan umum dan hanya menyamakan V/c dan z, maka kecepatan ini akan menjadi lima kali lebih besar dari kecepatan cahaya. Perbedaannya, seperti yang kita lihat, sangat serius.
Ketergantungan kecepatan benda jauh pada pergeseran merah menurut STR, GTR (tergantung model dan waktu, kurva menunjukkan waktu sekarang dan model saat ini). Pada perpindahan kecil, ketergantungannya linier.
Einstein, dalam semangat zaman, percaya bahwa Alam Semesta secara keseluruhan adalah statis (ia mencoba menjadikannya tak terbatas di ruang angkasa, tetapi tidak dapat menemukan kondisi batas yang tepat untuk persamaannya). Hasilnya, ia membangun model Alam Semesta tertutup, yang ruangnya memiliki kelengkungan positif yang konstan (dan karenanya memiliki radius berhingga yang konstan). Sebaliknya, waktu di Alam Semesta ini mengalir seperti Newton, dalam satu arah dan dengan kecepatan yang sama. Ruang-waktu model ini melengkung karena adanya komponen spasial, sedangkan komponen waktu tidak mengalami deformasi sedikitpun. Sifat statis dunia ini memberikan “sisipan” khusus ke dalam persamaan utama, yang mencegah keruntuhan gravitasi dan dengan demikian bertindak sebagai medan anti-gravitasi yang ada di mana-mana. Intensitasnya sebanding dengan konstanta khusus, yang disebut Einstein sebagai konstanta universal (sekarang disebut konstanta kosmologis).
Model kosmologis Lemaître tentang perluasan Alam Semesta jauh lebih maju dari zamannya. Alam semesta Lemaître dimulai dengan Big Bang, setelah itu perluasannya mula-mula melambat dan kemudian mulai bertambah cepat.
Model Einstein memungkinkan untuk menghitung ukuran Alam Semesta, jumlah total materi, dan bahkan nilai konstanta kosmologis. Untuk melakukan ini, kita hanya memerlukan kepadatan rata-rata materi kosmik, yang pada prinsipnya dapat ditentukan dari pengamatan. Bukan suatu kebetulan jika Eddington mengagumi model ini dan menggunakannya dalam praktik oleh Hubble. Namun, ia dihancurkan oleh ketidakstabilan, yang tidak disadari oleh Einstein: dengan penyimpangan sekecil apa pun dari radius dari nilai keseimbangan, dunia Einstein akan mengembang atau mengalami keruntuhan gravitasi. Oleh karena itu, model ini tidak ada hubungannya dengan Alam Semesta yang sebenarnya.
Dunia kosong
De Sitter juga membangun, seperti yang diyakininya sendiri, dunia statis dengan kelengkungan konstan, tetapi tidak positif, tetapi negatif. Ia mengandung konstanta kosmologis Einstein, namun sama sekali tidak memiliki materi. Ketika partikel uji bermassa kecil dimasukkan, mereka berhamburan dan pergi hingga tak terhingga. Selain itu, waktu mengalir lebih lambat di pinggiran alam semesta de Sitter dibandingkan di pusatnya. Oleh karena itu, gelombang cahaya dari jarak jauh tiba dengan pergeseran merah, meskipun sumbernya tidak bergerak relatif terhadap pengamat. Jadi pada tahun 1920-an, Eddington dan astronom lainnya bertanya-tanya apakah model de Sitter memiliki kesamaan dengan kenyataan yang tercermin dalam pengamatan Slipher.
Kecurigaan ini terbukti, meski dengan cara yang berbeda. Sifat statis alam semesta de Sitter ternyata hanya khayalan, karena dikaitkan dengan pilihan sistem koordinat yang gagal. Setelah memperbaiki kesalahan ini, ruang de Sitter menjadi datar, Euclidean, tetapi non-statis. Berkat konstanta kosmologis antigravitasi, ia mengembang sambil mempertahankan kelengkungan nol. Karena pemuaian ini, panjang gelombang foton meningkat, yang menyebabkan pergeseran garis spektrum yang diprediksi oleh de Sitter. Perlu dicatat bahwa inilah penjelasan pergeseran merah kosmologis galaksi-galaksi jauh saat ini.
Dari statistik hingga dinamika
Sejarah teori kosmologi non-statis terbuka dimulai dengan dua makalah oleh fisikawan Soviet Alexander Friedman, yang diterbitkan dalam jurnal Jerman Zeitschrift fur Physik pada tahun 1922 dan 1924. Friedman menghitung model alam semesta dengan kelengkungan positif dan negatif yang bervariasi terhadap waktu, yang menjadi dana emas kosmologi teoretis. Namun, orang-orang sezaman hampir tidak memperhatikan karya-karya ini (Einstein pada awalnya bahkan menganggap makalah pertama Friedman salah secara matematis). Friedman sendiri percaya bahwa astronomi belum memiliki segudang observasi yang memungkinkan seseorang memutuskan model kosmologis mana yang lebih konsisten dengan kenyataan, dan oleh karena itu membatasi dirinya pada matematika murni. Mungkin dia akan bertindak berbeda jika dia membaca hasil Slifer, tapi ini tidak terjadi.
Kosmolog terbesar pada paruh pertama abad ke-20, Georges Lemaitre, berpendapat berbeda. Di rumahnya, di Belgia, ia mempertahankan disertasinya di bidang matematika, dan kemudian pada pertengahan 1920-an ia belajar astronomi - di Cambridge di bawah arahan Eddington dan di Observatorium Harvard di bawah Harlow Shapley (saat berada di AS, tempat ia mempersiapkan makalah kedua). disertasinya di MIT, ia bertemu Slifer dan Hubble). Pada tahun 1925, Lemaître adalah orang pertama yang menunjukkan bahwa sifat statis model de Sitter adalah khayalan. Sekembalinya ke tanah air sebagai profesor di Universitas Louvain, Lemaitre membangun model pertama alam semesta yang mengembang dengan dasar astronomi yang jelas. Tanpa berlebihan, karya ini merupakan terobosan revolusioner dalam ilmu luar angkasa.
Revolusi universal
Dalam modelnya, Lemaitre mempertahankan konstanta kosmologis dengan nilai numerik Einstein. Oleh karena itu, alam semestanya dimulai dalam keadaan statis, namun seiring berjalannya waktu, karena fluktuasi, ia memulai jalur perluasan yang konstan dengan kecepatan yang meningkat. Pada tahap ini ia mempertahankan kelengkungan positif, yang berkurang seiring bertambahnya jari-jari. Lemaitre tidak hanya memasukkan materi ke dalam alam semestanya, tetapi juga radiasi elektromagnetik. Baik Einstein maupun de Sitter, yang karyanya dikenal oleh Lemaitre, maupun Friedman, yang pada saat itu tidak ia ketahui sama sekali, tidak melakukan hal ini.
Koordinat terkait
Dalam perhitungan kosmologis, akan lebih mudah untuk menggunakan sistem koordinat yang menyertainya, yang mengembang seiring dengan perluasan Alam Semesta. Dalam model ideal, ketika galaksi dan gugus galaksi tidak ikut serta dalam gerakan normal apa pun, koordinat yang menyertainya tidak berubah. Tetapi jarak antara dua benda pada suatu waktu tertentu sama dengan jarak konstan kedua benda tersebut dalam koordinat yang menyertainya, dikalikan dengan nilai faktor skala momen tersebut. Situasi ini dapat dengan mudah diilustrasikan pada bola bumi yang dapat ditiup: garis lintang dan bujur setiap titik tidak berubah, dan jarak antara pasangan titik mana pun bertambah seiring bertambahnya radius.
Menggunakan koordinat bergerak membantu kita memahami perbedaan besar antara kosmologi alam semesta mengembang, relativitas khusus, dan fisika Newton. Jadi, dalam mekanika Newton, semua gerak bersifat relatif, dan imobilitas absolut tidak memiliki arti fisik. Sebaliknya, dalam kosmologi, imobilitas dalam perpindahan koordinat adalah mutlak dan, pada prinsipnya, dapat dikonfirmasi melalui observasi. Teori relativitas khusus menjelaskan proses dalam ruang-waktu, yang darinya komponen spasial dan temporal dapat diisolasi dalam banyak cara menggunakan transformasi Lorentz. Sebaliknya, ruang-waktu kosmologis secara alami terpecah menjadi ruang melengkung yang meluas dan satu waktu kosmik. Dalam hal ini, kecepatan mundurnya galaksi jauh bisa berkali-kali lipat lebih tinggi daripada kecepatan cahaya.
Lemaitre, di AS, menyatakan bahwa pergeseran merah galaksi-galaksi jauh muncul karena perluasan ruang angkasa, yang “meregangkan” gelombang cahaya. Sekarang dia telah membuktikannya secara matematis. Ia juga mendemonstrasikan bahwa pergeseran merah yang kecil (dalam satuan yang jauh lebih kecil) sebanding dengan jarak ke sumber cahaya, dan koefisien proporsionalitas hanya bergantung pada waktu dan membawa informasi tentang laju perluasan Alam Semesta saat ini. Karena rumus Doppler-Fizeau menyiratkan bahwa kecepatan radial sebuah galaksi sebanding dengan pergeseran merahnya, Lemaître menyimpulkan bahwa kecepatan ini juga sebanding dengan jaraknya. Setelah menganalisis kecepatan dan jarak 42 galaksi dari daftar Hubble dan memperhitungkan kecepatan intragalaksi Matahari, ia menetapkan nilai koefisien proporsionalitas.
Pekerjaan tanpa tanda jasa
Lemaitre menerbitkan karyanya pada tahun 1927 dalam bahasa Prancis di jurnal yang jarang dibaca Annals of the Brussels Scientific Society. Hal ini diyakini bahwa ini adalah alasan utama mengapa dia awalnya luput dari perhatian (bahkan oleh gurunya Eddington). Benar, pada musim gugur tahun yang sama, Lemaitre dapat mendiskusikan temuannya dengan Einstein dan belajar darinya tentang hasil Friedman. Pencipta Relativitas Umum tidak memiliki keberatan teknis, namun ia dengan tegas tidak percaya pada realitas fisik model Lemetre (sama seperti ia sebelumnya tidak menerima kesimpulan Friedman).
Grafik Hubble
Sementara itu, pada akhir tahun 1920-an, Hubble dan Humason menemukan korelasi linier antara jarak 24 galaksi dan kecepatan radialnya, yang dihitung (kebanyakan oleh Slipher) dari pergeseran merah. Dari sini Hubble menyimpulkan bahwa kecepatan radial suatu galaksi berbanding lurus dengan jaraknya. Koefisien proporsionalitas ini sekarang dilambangkan dengan H0 dan disebut parameter Hubble (menurut data terbaru, nilainya sedikit melebihi 70 (km/s)/megaparsec).
Makalah Hubble yang menggambarkan hubungan linier antara kecepatan dan jarak galaksi diterbitkan pada awal tahun 1929. Setahun sebelumnya, matematikawan muda Amerika Howard Robertson, mengikuti Lemaitre, memperoleh ketergantungan ini dari model Alam Semesta yang mengembang, yang mungkin telah diketahui oleh Hubble. Namun artikelnya yang terkenal tidak menyebutkan model ini baik secara langsung maupun tidak langsung. Hubble kemudian mengungkapkan keraguannya bahwa kecepatan yang muncul dalam rumusnya sebenarnya menggambarkan pergerakan galaksi di luar angkasa, namun ia selalu menahan diri dari interpretasi spesifiknya. Dia melihat arti dari penemuannya dalam menunjukkan proporsionalitas jarak galaksi dan pergeseran merah, menyerahkan sisanya kepada para ahli teori. Oleh karena itu, dengan segala hormat kepada Hubble, tidak ada alasan untuk menganggapnya sebagai penemu perluasan Alam Semesta.
Namun hal itu terus berkembang!
Meskipun demikian, Hubble membuka jalan bagi pengakuan perluasan Alam Semesta dan model Lemaître. Sudah pada tahun 1930, para ahli kosmologi seperti Eddington dan de Sitter memberikan penghormatan kepadanya; Beberapa saat kemudian, para ilmuwan memperhatikan dan menghargai karya Friedman. Pada tahun 1931, atas dorongan Eddington, Lemaitre menerjemahkan artikelnya ke dalam bahasa Inggris (dengan potongan kecil) untuk Berita Bulanan Royal Astronomical Society. Pada tahun yang sama, Einstein setuju dengan kesimpulan Lemaître, dan setahun kemudian, bersama de Sitter, dia membangun model Alam Semesta yang mengembang dengan ruang datar dan waktu melengkung. Model ini, karena kesederhanaannya, telah lama populer di kalangan kosmolog.
Pada tahun 1931 yang sama, Lemaitre menerbitkan deskripsi singkat (dan tanpa matematika apa pun) tentang model Alam Semesta lain, yang menggabungkan kosmologi dan mekanika kuantum. Dalam model ini, momen awalnya adalah ledakan atom primer (Lemaitre disebut juga kuantum), yang memunculkan ruang dan waktu. Karena gravitasi memperlambat perluasan alam semesta yang baru lahir, kecepatannya menurun - mungkin hampir nol. Lemaitre kemudian memperkenalkan konstanta kosmologis ke dalam modelnya, yang memaksa Alam Semesta pada akhirnya memasuki rezim percepatan ekspansi yang stabil. Jadi dia mengantisipasi gagasan Big Bang dan model kosmologis modern yang memperhitungkan keberadaan energi gelap. Dan pada tahun 1933, dia mengidentifikasi konstanta kosmologis dengan kepadatan energi ruang hampa, yang belum pernah terpikirkan oleh siapa pun sebelumnya. Sungguh menakjubkan betapa majunya ilmuwan ini, yang tentunya layak menyandang gelar penemu perluasan Alam Semesta!
Untuk pertanyaan: Bagaimana perluasan Alam Semesta dikonfirmasi? diberikan oleh penulis Alena Sokolovskaya jawaban terbaiknya adalah Hal ini diyakini dikonfirmasi oleh pergeseran garis spektrum benda jauh ke panjang gelombang panjang sesuai dengan efek Doppler. (Di bawah nomor satu)
Sekelompok ilmuwan internasional yang dipimpin oleh Alexei Vikhlinin dari Institut Penelitian Luar Angkasa Akademi Ilmu Pengetahuan Rusia secara eksperimental mengkonfirmasi percepatan perluasan Alam Semesta dengan metode independen baru dan memulihkan gambaran perkembangannya dari waktu ke waktu.
Alexei Vikhlinin, berbicara pada konferensi “Astrofisika Energi Tinggi Saat Ini dan Masa Depan”, yang diadakan di Institut Penelitian Luar Angkasa Akademi Ilmu Pengetahuan Rusia, mengatakan bahwa pada abad terakhir, pengamatan supernova jauh menunjukkan bahwa Alam Semesta kita mengembang dengan kecepatan yang semakin cepat. kecepatan.
Untuk menjelaskan percepatan ini, konsep “energi gelap” (“energi tak terlihat”) diperkenalkan. Sifat-sifatnya ternyata sangat tidak biasa - misalnya, energi gelap harus memiliki tekanan negatif untuk “mendorong” Alam Semesta.
Pekerjaan tim ilmuwan internasional didasarkan pada studi tentang distribusi gugus galaksi masif di ruang angkasa - elemen utama dari struktur skala besar Alam Semesta. (Struktur berskala besar dapat dianggap sebagai gugusan galaksi yang dihubungkan oleh filamen.
Gugus galaksi Abel85 yang terletak sekitar 740 juta tahun cahaya dari Bumi terdeteksi oleh Observatorium Sinar-X Chandra. Cahaya ungu adalah gas yang dipanaskan hingga beberapa juta derajat.
Ilustrasi model pertumbuhan struktur kosmik Alam Semesta. Tiga usia Alam Semesta digambarkan: 0,9 miliar, 3,2 miliar, dan 13,7 miliar tahun (keadaan saat ini).
86 gugus galaksi paling masif di Alam Semesta, yang terletak pada jarak beberapa ratus juta hingga beberapa miliar tahun cahaya dari Bima Sakti, telah ditemukan secara eksperimental dan dipelajari secara mendetail.
Berdasarkan hasil yang diperoleh, para astrofisikawan merekonstruksi gambaran perkembangan Alam Semesta mulai dari kira-kira 2/3 umurnya hingga saat ini, yaitu selama 5,5 miliar tahun terakhir (yang kira-kira setara dengan umur Matahari). Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa pertumbuhan struktur skala besar melambat secara signifikan selama ini.
Kekuatan yang digunakan energi gelap untuk “mendorong” materi dijelaskan oleh parameter persamaan keadaan energi gelap, yang memiliki arti fisik mirip dengan kekakuan pegas.
Ahli astrofisika percaya bahwa mempelajari sifat energi gelap akan menciptakan teori vakum baru, yang dapat diperluas ke fenomena fisik lainnya. Bisa jadi dalam kerangka teori baru tersebut ternyata ruang kita bukan memiliki empat, melainkan lima dimensi.
Wikipedia (tidak selalu benar))) mengatakan:
Sumber: tautan
Jawaban dari 22 jawaban[guru]
Halo! Berikut pilihan topik beserta jawaban atas pertanyaan Anda: Bagaimana perluasan Alam Semesta dikonfirmasi?
Jawaban dari keramahan[guru]
semua ini adalah konsekuensi dari satu teori saja 🙂 yang mereka ajarkan di sekolah.
ada teori yang lebih dapat diandalkan, dengan “bukti” yang lebih menarik dan jujur.
Jawaban dari Mikhail Levin[guru]
3. - omong kosong, kepadatan tidak diketahui bahkan pada tingkat pesanan. Kini setelah materi gelap ditemukan, kepadatannya diperkirakan setidaknya sepuluh kali lebih besar
4. justru sebaliknya - tidak ada bau homogenitas atau isotropi.
Namun tanda-tanda yang paling penting telah hilang. Misalnya saja tidak adanya bintang bermassa 0,7-0,8 massa matahari pada tahap perkembangan selanjutnya.
Jawaban dari Sakit saraf[guru]
Alam semesta yang mengembang dibuktikan dengan pergeseran merah pada panjang gelombang cahaya yang dipancarkan galaksi karena jaraknya dari pengamat, menurut efek Doppler.
Orang pertama yang menyadari hal ini adalah V. M. Slifer dan E. P. Hubble (astronom Amerika). Mereka
mempelajari kecepatan pergerakan galaksi (dari beberapa ratus hingga ribuan km/s).
Namun semua fenomena lain yang Anda sebutkan juga secara tidak langsung mengkonfirmasi hipotesis tersebut
"Dentuman Besar"
Jawaban dari Membuang[guru]
pergeseran luminositas ke sisi merah spektrum.
Jawaban dari OOO ALIANSI[anak baru]
“Pergeseran Doppler” menunjukkan kepada kita bagaimana objek-objek (galaksi, gugus galaksi, dll.) bergerak menjauh (tidak menjauh pada waktu tertentu) dari kita di masa lalu, dan sekarang objek-objek tersebut melambat, dan mungkin telah bergerak untuk waktu yang lama bagi kami!
Model Alam Semesta panas non-stasioner isotropik homogen yang mengembang, dibangun berdasarkan teori relativitas umum dan teori gravitasi relativistik yang diciptakan oleh A. Einstein pada tahun 1916, saat ini diterima sebagai model utama dalam kosmologi. Model ini didasarkan pada dua asumsi: sifat-sifat Alam Semesta adalah sama di semua titik (homogenitas) dan arahnya (isotropi); Deskripsi medan gravitasi yang paling terkenal adalah persamaan Einstein. Dari sini muncul apa yang disebut kelengkungan ruang dan hubungan antara kelengkungan dan kepadatan massa (energi). Kosmologi berdasarkan postulat ini adalah relativistik.
Ciri penting model ini adalah nonstasioneritasnya. Hal ini ditentukan oleh dua postulat teori relativitas: 1) prinsip relativitas, yang menyatakan bahwa dalam semua sistem inersia semua hukum dipertahankan terlepas dari kecepatan pergerakan sistem ini secara seragam dan lurus relatif satu sama lain; 2) keteguhan kecepatan cahaya yang dikonfirmasi secara eksperimental.
Dari teori relativitas dapat disimpulkan bahwa ruang lengkung tidak bisa diam: ia harus mengembang atau menyusut. Hal ini pertama kali diperhatikan oleh fisikawan dan matematikawan St. Petersburg A. A. Friedman pada tahun 1922. Pada tahun 1922-1924. ia mengajukan hipotesis perluasan Alam Semesta. Konfirmasi empiris atas hipotesis ini adalah penemuan apa yang disebut oleh astronom Amerika E. Hubble pada tahun 1929. pergeseran merah.
Para astronom mempelajari benda langit berdasarkan radiasi yang mereka terima darinya. Radiasi ini dipisahkan dengan bantuan prisma khusus, sehingga diperoleh apa yang disebut spektrum, yang terdiri dari tujuh warna primer. Terkadang kita melihat spektrum alami di langit – pelangi. Hal ini muncul karena tetesan air membagi sinar matahari menjadi komponen-komponennya. Para ilmuwan memperoleh spektrum secara artifisial. Setiap benda memiliki spektrum khusus masing-masing, yaitu. hubungan tertentu antar warna. Dengan mempelajarinya kita dapat menarik kesimpulan tentang komposisi benda, kecepatan dan arah geraknya.
Pergeseran merah adalah penurunan frekuensi radiasi elektromagnetik: di bagian spektrum yang terlihat, garis-garis bergeser ke arah ujung merahnya. Menurut efek Doppler yang ditemukan sebelumnya, ketika sumber osilasi menjauh dari kita, frekuensi osilasi yang dirasakan berkurang, dan panjang gelombang pun meningkat. Ketika disinari, terjadi “kemerahan”, yaitu. garis spektrum bergeser ke arah panjang gelombang merah yang lebih panjang.
Deteksi pergeseran merah difasilitasi oleh fakta bahwa cahaya yang melewati suatu medium diserap oleh unsur-unsur kimia medium tersebut. Karena tingkat energi di mana elektron-elektron penyusun unsur kimia berada berbeda-beda, setiap unsur kimia menyerap bagian khusus dari cahaya, meninggalkan garis-garis gelap pada spektrum sinar yang melewatinya. Dari bagian spektrum yang diserap, seseorang dapat menentukan komposisi medium yang dilalui cahaya, serta kecepatan gerak benda yang memancarkan cahaya. Garis-garis gelap bergeser saat objek menjauh dari kita menuju bagian spektrum merah.
Jadi, untuk semua sumber cahaya jauh, pergeseran merah dicatat, dan semakin jauh letak sumbernya, semakin besar derajatnya. Pergeseran merah ternyata sebanding dengan jarak ke sumbernya, yang membenarkan hipotesis bahwa mereka menjauh, yaitu. tentang perluasan Metagalaxy bagian alam semesta yang terlihat. Penemuan pergeseran merah memungkinkan kita menyimpulkan bahwa galaksi-galaksi bergerak menjauh dan Alam Semesta mengembang. Pergeseran merah secara andal menegaskan kesimpulan teoretis tentang sifat non-stasioner Alam Semesta kita.
Jika Alam Semesta mengembang, berarti ia muncul pada suatu titik waktu tertentu. Bagaimana ini bisa terjadi? Bagian integral dari model alam semesta yang mengembang adalah gagasan Big Bang yang terjadi sekitar 13,7 plus atau minus 0,2 miliar tahun yang lalu. Penulis model Big Bang adalah G. A. Gamov, murid A. A. Friedman, dan istilah “Big Bang” sendiri milik astronom Inggris F. Hoyle. “Awalnya ada ledakan. Bukan jenis ledakan yang kita kenal di Bumi, yang dimulai dari pusat tertentu dan kemudian menyebar, merebut lebih banyak ruang, melainkan ledakan yang terjadi di mana-mana secara bersamaan, memenuhi seluruh ruang sejak awal, dengan setiap partikel materi. bergegas menjauh dari setiap partikel lainnya."
Keadaan awal Alam Semesta (yang disebut titik singularitas- dari bahasa Inggris, "tunggal" - satu-satunya) dicirikan oleh sifat-sifat berikut: kepadatan massa tak terbatas, ruang berbentuk titik dan ekspansi eksplosif 1
renium Model Big Bang dikonfirmasi oleh penemuannya pada tahun 1965. radiasi latar gelombang mikro kosmik foton dan neutrino terbentuk pada tahap awal perluasan Alam Semesta. Prediksi radiasi latar gelombang mikro kosmik merupakan konsekuensi dari model Big Bang dan perluasan Alam Semesta, dan penemuannya merupakan konfirmasi atas konsekuensi ini. Kata “peninggalan” bukanlah suatu kebetulan di sini - hewan peninggalan juga disebut spesies yang muncul pada zaman dahulu dan masih ada hingga saat ini.
Timbul pertanyaan: dari manakah alam semesta terbentuk? Alkitab menyatakan bahwa Allah menciptakan “segala sesuatu dari ketiadaan”. Setelah hukum kekekalan materi dan energi dirumuskan dalam ilmu pengetahuan klasik, beberapa filsuf berasumsi bahwa “tidak ada” berarti kekacauan material asli yang diperintahkan oleh Tuhan.
Anehnya, ilmu pengetahuan modern mengakui bahwa segala sesuatu bisa saja diciptakan dari ketiadaan. “Tidak ada” dalam terminologi ilmiah disebut kekosongan. Vakum, yaitu fisika abad ke-19. dianggap sebagai kekosongan, menurut konsep ilmiah modern, ia adalah suatu bentuk materi yang unik, yang dalam kondisi tertentu mampu “melahirkan” bentuk-bentuk lainnya. Mekanika kuantum memungkinkan ruang hampa memasuki "keadaan tereksitasi", sebagai akibatnya sebuah medan dapat terbentuk di dalamnya, dan materi (yang dikonfirmasi oleh eksperimen fisik modern) dapat terbentuk di dalamnya.
Kelahiran Alam Semesta dari “ketiadaan” berarti, dari sudut pandang ilmiah modern, kemunculannya secara spontan dari ruang hampa, ketika tanpa adanya partikel, potensi energi muncul secara spontan, yaitu. bidang sebagai salah satu jenis materi fisik. Kekuatan medan tidak memiliki nilai yang pasti (menurut “prinsip ketidakpastian Heisenberg”): medan terus-menerus mengalami fluktuasi, meskipun nilai kekuatan rata-rata (yang diamati) adalah nol.
Berkat fluktuasinya, ruang hampa memperoleh sifat khusus. Dalam ruang hampa, “partikel terus-menerus tercipta dari ketiadaan sebagai fluktuasi energi, dan kemudian dihancurkan lagi, namun menghilang begitu cepat sehingga tidak pernah dapat diamati secara langsung. Partikel seperti itu disebut maya” 1 .
Fluktuasi merepresentasikan kemunculan partikel maya yang terus menerus lahir dan segera musnah, namun juga ikut berinteraksi seperti partikel nyata. “Kita dapat mengatakan bahwa setiap partikel yang bertabrakan dikelilingi oleh awan partikel virtual. Ketika partikel saling bersentuhan dengan tepi awannya, partikel virtual berubah menjadi partikel nyata.”
Jadi, Alam Semesta bisa saja terbentuk dari “ketiadaan”, yaitu. dari "kekosongan yang bersemangat". Hipotesis seperti itu, tentu saja, tidak membenarkan penciptaan dunia secara artifisial. Semua ini bisa terjadi sesuai dengan hukum fisika secara alami, tanpa campur tangan pihak luar dari entitas ideal mana pun. Dan dalam hal ini, hipotesis ilmiah tidak membenarkan atau menyangkal dogma-dogma agama, yang terletak di sisi lain dari ilmu pengetahuan alam yang dikonfirmasi dan disangkal secara empiris.
Hal menakjubkan dalam fisika modern tidak berakhir di situ. Menanggapi permintaan seorang jurnalis untuk menguraikan esensi teori relativitas dalam satu kalimat, A. Einstein mengatakan: “Dulu diyakini bahwa jika semua materi lenyap dari Alam Semesta, maka ruang dan waktu akan tetap ada; Teori relativitas menyatakan bahwa bersama materi, ruang dan waktu juga akan lenyap.” Dengan mentransfer kesimpulan ini ke model Alam Semesta yang mengembang, kita dapat menyimpulkan bahwa sebelum terbentuknya Alam Semesta (jika Alam Semesta kita unik) tidak ada ruang maupun waktu.
Perhatikan bahwa teori relativitas berhubungan dengan dua jenis model Alam Semesta yang mengembang. Yang pertama, kelengkungan ruang-waktu bernilai negatif atau dalam batas sama dengan nol; dalam opsi ini, semua jarak bertambah tanpa batas seiring waktu. Pada model versi kedua, kelengkungannya positif, ruangnya terbatas, dan dalam hal ini, pemuaian seiring waktu digantikan oleh kompresi. Dalam kedua versi tersebut, teori relativitas konsisten dengan perluasan Alam Semesta yang dikonfirmasi secara empiris saat ini.
Pikiran manusia pasti mengajukan pertanyaan: apa yang ada ketika tidak ada apa-apa, dan apa yang tidak dapat diperluas. Pertanyaan pertama jelas kontradiktif, pertanyaan kedua melampaui cakupan ilmu pengetahuan tertentu.
Seorang astronom mungkin berkata bahwa sebagai ilmuwan dia tidak berhak menjawab pertanyaan seperti itu. Namun karena jawaban-jawaban tersebut masih muncul, kemungkinan pembenaran atas jawaban-jawaban tersebut dirumuskan, yang tidak bersifat ilmiah melainkan bersifat filosofis-alami.
Oleh karena itu, ada perbedaan antara istilah “tak terbatas” dan “tak terbatas”. Contoh ketidakterbatasan yang tidak terbatas adalah permukaan bumi: kita dapat berjalan di atasnya tanpa batas waktu, namun dibatasi oleh atmosfer di atas dan kerak bumi di bawah. Alam semesta juga bisa tidak terbatas, namun terbatas. Di sisi lain, ada sudut pandang terkenal yang menyatakan bahwa tidak ada sesuatu pun yang tidak terbatas di dunia material, karena ia berkembang dalam bentuk sistem berhingga dengan putaran umpan balik yang melaluinya sistem ini diciptakan dalam proses transformasi. lingkungan. Mari kita serahkan pertimbangan ini pada filsafat alam, karena dalam ilmu pengetahuan alam, pada akhirnya, kriteria kebenaran bukanlah pemikiran abstrak, tetapi pengujian hipotesis secara empiris.
Apa yang terjadi pada tahap awal evolusi Alam Semesta yang disebut Big Bang? Hipotesis dominan dalam kosmologi adalah evolusi bertahap materi fisik dan pembentukan kekuatan fisik yang ada dari kekuatan super tunggal yang asli. Tahapan Big Bang berikut ini dibedakan: bersifat inflasi, superstring, tahap penyatuan besar, elektrolemah, quark, tahap nukleosintesis.
Ketika usia Alam Semesta kurang dari 10~43 detik, terjadi ekspansi intensif (inflasi), yang disebut inflasi (kata terkenal yang digunakan di sini dalam arti yang sangat spesifik). “Inflasi menawarkan mekanisme alami untuk menciptakan dimensi spasial yang besar di Alam Semesta” 1.
Apa yang mengembang jika tidak ada materi di ruang angkasa? Ruang sendiri yaitu tiga dimensi spasial (umumnya dimensi spasial pada tahap awal evolusi Alam Semesta dan saat ini berjumlah hingga 10). Ini tahap inflasi.“Ketika inflasi berakhir, terjadi transfer energi dalam jumlah besar. Energi yang mendorong ekspansi inflasi diubah menjadi partikel elementer dan radiasi, yang mengakibatkan peningkatan suhu alam semesta secara dramatis." 1
Ketika usia Alam Semesta mencapai 10 -43 detik, muncullah benda material pertama yang disebut superstring, karena jika dianalogikan dengan string biasa, benda tersebut memiliki panjang dan sifat bergetar. Senarnya tidak memiliki ketebalan, dan panjangnya sekitar 10-33 cm tahap superstring. Diasumsikan bahwa getaran string mampu menghasilkan semua kemungkinan partikel dan medan fisik. Pada saat yang sama, partikel “biasa” dan medan fisik hanya hidup di dunia nyata dengan jumlah dimensi 3+1 (tiga dimensi spasial ditambah waktu). “Fitur menarik dari gambaran seperti itu adalah memungkinkan kita untuk menganggap semua partikel sebagai objek fundamental yang sama - sebuah superstring... Karakteristik superstring, seperti energi regangan dan getaran, dapat bervariasi, dan variasi ini muncul sebagai partikel dengan sifat berbeda... Ciri menarik lainnya dari teori superstring adalah bahwa interaksi partikel secara alami dijelaskan dengan putusnya string atau bergabungnya bagian-bagian yang terpisah menjadi satu.”
Pada setiap tahap berikutnya, seiring dengan mengembangnya Alam Semesta, suhu secara bertahap menurun, menentukan proses fisik yang sedang berlangsung. Tahap selanjutnya diberi nama tahap penyatuan besar, karena satu negara adidaya pada awalnya terpecah menjadi gaya gravitasi dan kekuatan unifikasi besar. Pada tahap ini, hanya tiga dimensi spasial, yang kita kenal sebagai panjang, lebar, dan tinggi, yang terus berkembang. Penurunan suhu menyebabkan string berkontraksi, dan mereka mulai menyerupai objek berbentuk titik, yang sekarang dikenal sebagai partikel elementer dan antipartikel. Selama periode ini, partikel-partikel elementer bertukar partikel yang bertanggung jawab untuk mentransfer kekuatan penyatuan besar dan tidak dapat dibedakan satu sama lain.
Pada usia Alam Semesta 10 35 detik, gaya penyatuan besar terpecah menjadi gaya kuat dan gaya elektrolemah. Telah mulai tahap elektrolemah. Partikel-partikel dasar kehilangan kemampuan untuk berinteraksi satu sama lain melalui gaya penyatuan besar dan terpecah menjadi quark dan lepton, namun berkat gaya elektrolemah mereka berinteraksi dengan radiasi dan tidak dapat dibedakan darinya.
Pada umur Alam Semesta K) -10 s, terjadi pemecahan gaya elektrolemah menjadi gaya lemah dan gaya elektromagnetik. Telah mulai tahap kuark. Pada awalnya, dengan tidak adanya gaya elektrolemah, gaya kuat menjadi lebih berpengaruh, yang menyatukan quark menjadi proton dan neutron.
Pada usia Alam Semesta 10 4 s pada suhu satu miliar derajat, proses pembentukan inti atom hidrogen dan helium (nukleosintesis) dimulai. Oleh karena itu, ini panggung mendapat namanya nukleosintesis. Proses ini selesai sepenuhnya dalam waktu kurang lebih tiga menit.
Selama 300.000 tahun berikutnya, Alam Semesta terus mengembang dan suhu turun hingga 3.000 derajat. Atom mulai terbentuk dari inti atom dan elektron dan dimulai era materi. Kemunculan atom dapat dilihat sebagai akhir dari Big Bang.
Pada tahap kemunculan materi, Alam Semesta terdiri dari campuran padat partikel-partikel elementer yang berada dalam wujud plasma (antara wujud padat dan cair). Plasma semakin meluas di bawah pengaruh gelombang ledakan. Oleh karena itu, suhunya turun, dan akibatnya, komposisi zatnya berubah: “... ketika suhu di atas 1 miliar derajat, radiasi elektromagnetik memiliki energi yang cukup untuk menghancurkan inti apa pun yang mungkin muncul. Demikian pula, jika sebuah atom berhasil terbentuk ketika suhunya lebih dari tiga ribu derajat, radiasi akan segera bertabrakan dengannya dan melumpuhkan elektron, sehingga elektron tersebut bebas. Di bawah suhu ini, energi radiasi tidak lagi cukup untuk melepaskan elektron, dan oleh karena itu atom-atom tetap bertahan”1.
0,01 detik setelah dimulainya Big Bang, campuran inti ringan (/3 hidrogen dan */3 helium) muncul di Alam Semesta. Dilihat dari komposisi kimianya, Alam Semesta masih lebih dari 90% terdiri dari hidrogen dan helium.
“Karena tidak ada partikel bermuatan bebas yang mampu berinteraksi dengan sebagian besar radiasi, partikel tersebut pada dasarnya tidak terdistorsi selama perluasan alam semesta lebih lanjut.” Karena atom bersifat netral dan foton yang membentuk radiasi bermuatan negatif, radiasi terpisah dari materi ketika atom terbentuk. Penemuan radiasi ini, yang disebut radiasi relik, merupakan konfirmasi yang menentukan model Big Bang.
Disana. Hal.67.
Setiap anak sekolah mengetahui bahwa Alam Semesta terbentuk akibat Big Bang. Dan setiap siswa mengetahui bahwa Alam Semesta mengembang seperti balon yang mengembang. Galaksi-galaksi menjauh satu sama lain, sebagaimana dibuktikan oleh efek fisik yang paling sederhana.
Ada fenomena dalam fisika yang disebut efek Doppler. Setiap orang rata-rata pernah mengalaminya: ketika ambulans melewati seorang pengamat dengan sinyal suara menyala, mula-mula suaranya tampak lebih tinggi, dan saat kendaraan menjauh, suaranya menjadi semakin pelan (frekuensi suara berubah). Ada penjelasan sederhana untuk ini: suara adalah gelombang yang menempuh jalur tertentu sampai ke telinga manusia. Dengan bertambahnya jalur, parameter sinyal yang masuk juga berubah.
Ahli astrofisika juga mengandalkan efek Doppler saat melihat Alam Semesta melalui teleskop. Pada tahun 1920-an, Georges Lemaître dan Edwin Hubble memperhatikan bahwa semua galaksi memiliki warna kemerahan, dan semakin jauh jarak galaksi, semakin terlihat penurunan frekuensi radiasi yang masuk (yang disebut pergeseran merah).
Cahaya juga dapat direpresentasikan sebagai gelombang, yang berarti efek Doppler juga berlaku padanya. Tanpa dijelaskan secara rinci, benda yang menjauhi pengamat akan tampak berwarna kemerahan (pergeseran merah), dan benda yang mendekat akan tampak kebiruan (bergeser biru). Dari sinilah lahirlah teori bahwa Alam Semesta mengembang.
Sejak itu, hipotesis ilmiah lainnya telah dikemukakan berkali-kali, namun tidak satupun yang mendapat konfirmasi yang masuk akal.
Saat ini, fisikawan teoretis Jerman Christof Wetterich dari Universitas Heidelberg mengusulkan untuk melihat kembali warna kemerahan galaksi jauh dan melupakan efek Doppler untuk sementara waktu.
Atom-atom yang menyusun semua benda langit (dan bukan hanya benda langit) memancarkan cahaya yang khas, bergantung pada massa partikel elementer yang menyusun atom, dan lebih khusus lagi, elektron. Jika massa suatu atom bertambah, maka foton yang dipancarkannya akan mempunyai energi yang lebih tinggi. Energi tinggi berhubungan dengan frekuensi tinggi, dan panjang gelombang terpendek (dan frekuensi tertinggi) ditemukan pada cahaya ungu dan biru. Partikel yang bertambah massanya akan berwarna kebiruan, dan partikel yang massanya berkurang akan berwarna kemerahan.
Namun hal ini tidak berarti semua galaksi di alam semesta kehilangan massanya. Karena kecepatan cahaya, meskipun tidak dapat dicapai, terbatas (sekitar 300 ribu kilometer per detik dalam ruang hampa), semakin jauh kita melihat, semakin jauh pula peristiwa yang kita lihat. Misalnya, jika para astronom mengatakan bahwa sebuah bintang berjarak 20 ribu tahun cahaya dari Bumi, berarti kita melihatnya seperti 20 ribu tahun yang lalu.
Jika semua benda sebelumnya memiliki massa yang lebih kecil dibandingkan masa kini, dan terus-menerus menjadi “lebih berat”, maka semua galaksi akan tampak kemerahan dibandingkan sekarang, dan derajat pergeseran merah ini akan sebanding dengan jarak galaksi. galaksi dari bumi. Faktanya, inilah yang kita lihat saat ini.
Jika Anda melihat luar angkasa dari sudut pandang ini, semuanya akan terlihat berbeda. Hipotesis Wetterich tidak sepenuhnya mengecualikan keberadaan Big Bang dan perluasan Alam Semesta. Pada awal sejarahnya terdapat periode singkat, yang dijelaskan oleh model inflasi, ketika partikel-partikel elementer terbentuk. Namun sebelumnya, menurut Wetterich, Big Bang tidak memiliki singularitas - kepadatan alam semesta yang tak terbatas. Sebaliknya, Big Bang berlangsung tanpa batas waktu di masa lalu. Dan saat ini ruang angkasa sudah statis atau bahkan runtuh.
Hipotesis kecil ini hanya mempunyai satu kelemahan besar: hipotesis ini tidak dapat diverifikasi secara eksperimental. Ketika kita berbicara tentang “bobot” konstan semua benda di Alam Semesta, kita harus memperhitungkan bahwa massa adalah besaran dimensional, yang berarti massa hanya dapat diukur relatif terhadap sesuatu. Dan jika massa standar kilogram yang disimpan di Biro Berat dan Ukuran Internasional bertambah, lalu dengan apa kita membandingkan massa bintang dan galaksi?
Wetterich dapat membaca hipotesisnya di situs pracetak arXiv.org. Dan meski masih memerlukan penilaian ahli, sejauh ini para ahli astrofisika secara umum merespons positif gagasan tersebut. Menurut rekan-rekan Wetterich, hipotesisnya, setidaknya, akan membantu fisikawan menghindari pemikiran sepihak.
"Semua kosmologi saat ini didasarkan pada Model Standar, teori Big Bang, dan perluasan Alam Semesta. Saya percaya bahwa sebelum masuk ke dalam kerangka teori ilmiah yang nyaman, perlu mempertimbangkan semua penjelasan alternatif atas fenomena fisik," komentarnya. Arjun Berera, fisikawan yang terlibat dalam penelitian ini, dan Profesor di Universitas Edinburgh.
Wetterich sendiri tidak menganggap hipotesisnya sebagai satu-satunya penjelasan yang benar atas semua proses di Alam Semesta. Ia mengatakan bahwa dengan bantuan modelnya, beberapa fenomena dapat dilihat secara berbeda. Misalnya, fisikawan telah menggunakan penafsiran mekanika kuantum yang berbeda-beda, yang masing-masing penafsirannya dapat dijelaskan secara matematis. Bagaimanapun, tidak adanya singularitas Big Bang membuat pemahaman tentang asal usul alam semesta menjadi lebih mudah.
