MOSCOW, Enero 26 - RIA Novosti. Kinumpirma ng isang independiyenteng pangkat ng mga siyentipiko na ang uniberso ay talagang lumalawak sa mas mabilis na bilis ngayon kaysa sa mga kalkulasyon batay sa mga obserbasyon sa mga "echoes" ng Big Bang na ipinakita, ayon sa isang serye ng limang artikulong tinanggap para sa publikasyon sa journal Monthly Notice ng Royal Astronomical Society.
"Ang mga pagkakaiba sa pagitan ng kasalukuyang rate ng pagpapalawak ng uniberso at kung ano ang ipinapakita ng mga obserbasyon ng Big Bang ay hindi lamang nakumpirma, ngunit pinalaki din ng bagong data kung paano lumiliko ang liwanag ng malalayong kalawakan. Ang mga pagkakaibang ito ay maaaring mabuo ng" bagong pisika " sa labas ng Standard Model of cosmology , sa partikular, ilang iba pang anyo ng dark energy," sabi ni Frederic Coubrin mula sa Federal Polytechnic School sa Lausanne (Switzerland).
Madilim na kapanganakan ng sansinukob
Noong 1929, pinatunayan ng sikat na astronomer na si Edwin Hubble na ang ating Uniberso ay hindi tumitigil, ngunit unti-unting lumalawak, na nagmamasid sa paggalaw ng mga kalawakan na malayo sa atin. Sa pagtatapos ng ika-20 siglo, natuklasan ng mga astrophysicist sa pamamagitan ng pag-obserba ng Type 1 supernovae na ito ay lumalawak hindi sa pare-parehong bilis, ngunit sa isang pabilis na bilis. Ang dahilan nito, tulad ng pinaniniwalaan ng mga siyentipiko ngayon, ay madilim na enerhiya - isang misteryosong sangkap na kumikilos sa bagay bilang isang uri ng "anti-gravity".
Noong nakaraang Hunyo, ang Nobel laureate na si Adam Reiss at ang kanyang mga kasamahan na nakatuklas sa hindi pangkaraniwang bagay na ito ay kinakalkula ang eksaktong rate ng pagpapalawak ng uniberso ngayon gamit ang Cepheid variable na mga bituin sa kalapit na mga kalawakan, na ang distansya ay maaaring kalkulahin nang may napakataas na katumpakan.
Ang pagpipino na ito ay nagbigay ng isang hindi inaasahang resulta - lumabas na ang dalawang kalawakan, na pinaghihiwalay ng layo na halos 3 milyong light years, ay lumipad sa bilis na halos 73 kilometro bawat segundo. Ang nasabing figure ay mas mataas kaysa sa data na nakuha gamit ang WMAP at Planck orbiting telescopes - 69 kilometro bawat segundo, at hindi ito maipaliwanag gamit ang aming mga ideya tungkol sa likas na katangian ng madilim na enerhiya at ang mekanismo ng pagsilang ng Uniberso.
Iminungkahi ni Riess at ng kanyang mga kasamahan na mayroon ding ikatlong "madilim" na sangkap - "madilim na radiation" (madilim na radiation), na naging dahilan upang mapabilis ito nang mas mabilis kaysa sa mga hula sa teoretikal sa mga unang araw ng buhay ng Uniberso. Ang nasabing pahayag ay hindi napapansin, at ang pakikipagtulungan ng H0LiCOW, na kinabibilangan ng dose-dosenang mga astronomo mula sa lahat ng kontinente ng planeta, ay nagsimulang subukan ang hypothesis na ito sa pamamagitan ng pag-obserba sa mga quasar, ang aktibong nuclei ng malalayong kalawakan.
Laro ng mga cosmic na kandila at lente
Ang mga Quasar, salamat sa isang higanteng black hole sa kanilang gitna, ay yumuko sa istraktura ng space-time sa isang espesyal na paraan, na pinalalakas ang liwanag na dumadaan sa paligid nito, tulad ng isang higanteng lens.
Kung ang dalawang quasar ay matatagpuan sa likod ng isa para sa mga tagamasid sa Earth, isang kawili-wiling bagay ang lumitaw - ang liwanag ng mas malayong quasar ay mahahati kapag dumaan sa gravitational lens ng unang galactic nucleus. Dahil dito, hindi dalawa ang makikita natin, kundi limang quasar, kung saan ang apat ay magiging magaan na "mga kopya" ng isang mas malayong bagay. Pinakamahalaga, ang bawat kopya ay magiging isang "larawan" ng quasar sa iba't ibang oras ng buhay nito, dahil sa katotohanan na ang kanilang liwanag ay tumagal ng ibang tagal ng oras upang lumabas sa gravitational lens.
Ang tagal ng oras na ito, tulad ng ipinaliwanag ng mga siyentipiko, ay nakasalalay sa rate ng pagpapalawak ng Uniberso, na ginagawang posible upang makalkula ito sa pamamagitan ng pagmamasid sa isang malaking bilang ng mga malalayong quasar. Ito mismo ang ginagawa ng mga kalahok ng H0LiCOW, naghahanap ng mga katulad na "double" na quasar at nagmamasid sa kanilang "mga kopya".
Sa kabuuan, natagpuan ni Kubrin at ng kanyang mga kasamahan ang tatlong katulad na quasar na "matryoshkas" at pinag-aralan ang mga ito nang detalyado gamit ang Hubble at Spitzer orbital telescope at ilang mga ground-based na teleskopyo sa Hawaiian Islands at Chile. Ang mga sukat na ito, ayon sa mga mananaliksik, ay nagpapahintulot sa kanila na sukatin ang Hubble constant sa "average" cosmological distance na may antas ng error na 3.8%, na ilang beses na mas mahusay kaysa sa naunang nakuhang mga resulta.
Ang mga kalkulasyong ito ay nagpakita na ang Uniberso ay lumalawak sa bilis na humigit-kumulang 71.9 kilometro bawat segundo, na sa pangkalahatan ay tumutugma sa resulta na nakuha ni Riess at ng kanyang mga kasamahan sa "malapit" na mga distansyang kosmolohiya, at nagsasalita pabor sa pagkakaroon ng ilang ikatlong "madilim" sangkap na nagpabilis sa uniberso noong kabataan nito. Ang isa pang paraan upang ipaliwanag ang mga pagkakaiba sa data ay ang Uniberso ay talagang hindi patag, ngunit kahawig ng isang globo o "accordion". Bilang karagdagan, posible na ang dami o katangian ng madilim na bagay ay nagbago sa nakalipas na 13 bilyong taon, dahil sa kung saan ang Uniberso ay nagsimulang lumago nang mas mabilis.
Sa anumang kaso, plano ng mga siyentipiko na pag-aralan ang tungkol sa isang daang higit pang mga quasar upang mapatunayan ang pagiging maaasahan ng kanilang data at maunawaan kung paano maipaliwanag ang gayong hindi pangkaraniwang pag-uugali ng Uniberso, na hindi umaangkop sa mga karaniwang teorya ng kosmolohiya.
Isang daang taon lamang ang nakalipas, natuklasan ng mga siyentipiko na ang ating Uniberso ay mabilis na lumalaki sa laki.
Isang daang taon na ang nakalilipas, ang mga ideya tungkol sa uniberso ay batay sa Newtonian mechanics at Euclidean geometry. Kahit na ang ilang mga siyentipiko, tulad ni Lobachevsky at Gauss, na umamin (bilang isang hypothesis lamang!) Ang pisikal na realidad ng di-Euclidean geometry, ay itinuturing na outer space na walang hanggan at hindi nagbabago.
Alexey Levin
Noong 1870, ang English mathematician na si William Clifford ay nagkaroon ng napakalalim na ideya na ang espasyo ay maaaring hubog, at hindi pareho sa iba't ibang mga punto, at ang kurbada nito ay maaaring magbago sa paglipas ng panahon. Inamin pa niya na ang mga pagbabagong ito ay konektado sa paggalaw ng bagay. Ang parehong mga ideyang ito sa kalaunan ay naging batayan ng pangkalahatang teorya ng relativity pagkalipas ng maraming taon. Si Clifford mismo ay hindi nabuhay upang makita ito - namatay siya sa tuberculosis sa edad na 34, 11 araw bago ang kapanganakan ni Albert Einstein.
Redshift
Ang unang impormasyon tungkol sa pagpapalawak ng Uniberso ay ibinigay ng astrospectrography. Noong 1886, napansin ng English astronomer na si William Huggins na ang mga wavelength ng starlight ay bahagyang nabago kumpara sa terrestrial spectra ng parehong mga elemento. Batay sa formula para sa optical na bersyon ng Doppler effect, na hinango noong 1848 ng French physicist na si Armand Fizeau, maaaring kalkulahin ng isa ang radial velocity ng isang bituin. Ginagawang posible ng gayong mga obserbasyon na subaybayan ang paggalaw ng isang bagay sa kalawakan.
Isang daang taon na ang nakalilipas, ang mga ideya tungkol sa uniberso ay batay sa Newtonian mechanics at Euclidean geometry. Kahit na ang ilang mga siyentipiko, tulad ng Lobachevsky at Gauss, na inamin (bilang isang hypothesis lamang!) ang pisikal na katotohanan ng di-Euclidean geometry, ay itinuturing na ang kalawakan ay walang hanggan at hindi nagbabago. Dahil sa paglawak ng uniberso, hindi madaling hatulan ang distansya sa malalayong kalawakan. Ang liwanag na umabot pagkalipas ng 13 bilyong taon mula sa kalawakan na A1689-zD1, 3.35 bilyong light years ang layo (A), "namumula" at humihina habang nalalampasan nito ang lumalawak na espasyo, at ang kalawakan mismo ay lumalayo (B). Magdadala ito ng impormasyon tungkol sa distansya sa redshift (13 billion light years), sa angular size (3.5 billion light years), sa intensity (263 billion light years), habang ang totoong distansya ay 30 billion light years. taon.
Pagkalipas ng isang-kapat ng isang siglo, ginamit ni Westo Slifer, isang empleyado ng Flagstaff Observatory sa Arizona, ang pagkakataong ito sa isang bagong paraan, na mula noong 1912 ay pinag-aralan ang spectra ng spiral nebulae na may 24-pulgadang teleskopyo na may magandang spectrograph. Upang makakuha ng de-kalidad na imahe, ang parehong photographic plate ay nalantad sa loob ng ilang gabi, kaya ang proyekto ay mabagal na gumalaw. Mula Setyembre hanggang Disyembre 1913, pinag-aralan ni Slifer ang Andromeda nebula at, gamit ang formula ng Doppler-Fizo, dumating sa konklusyon na ito ay papalapit sa Earth ng 300 km bawat segundo.
Noong 1917 naglathala siya ng data sa mga radial velocities ng 25 nebulae, na nagpakita ng isang makabuluhang kawalaan ng simetrya sa kanilang mga direksyon. Apat na nebula lamang ang papalapit sa Araw, ang iba ay tumatakbo palayo (at ang ilan ay napakabilis).
Si Slipher ay hindi naghangad ng katanyagan o nagpahayag ng kanyang mga resulta. Samakatuwid, sila ay naging kilala sa astronomical circles lamang nang ang sikat na British astrophysicist na si Arthur Eddington ay nagbigay pansin sa kanila.
Noong 1924, naglathala siya ng isang monograp sa teorya ng relativity, na kasama ang isang listahan ng mga radial velocities ng 41 nebulae na natagpuan ni Slifer. Ang parehong apat na blueshift nebulae ay naroroon, habang ang iba pang 37 ay nagkaroon ng kanilang mga parang multo na linya na redshifted. Ang kanilang radial velocities ay nag-iiba-iba sa hanay na 150-1800 km/s at, sa karaniwan, ay 25 beses na mas mataas kaysa sa mga bilis ng Milky Way na mga bituin na kilala noong panahong iyon. Iminungkahi nito na ang nebulae ay kasangkot sa iba pang mga paggalaw kaysa sa "klasikal" na mga luminaries.
mga isla sa kalawakan
Noong unang bahagi ng 1920s, naniniwala ang karamihan sa mga astronomo na ang spiral nebulae ay matatagpuan sa periphery ng Milky Way, at sa kabila nito ay walang iba kundi ang walang laman na madilim na espasyo. Totoo, noong ika-18 siglo, nakita ng ilang siyentipiko ang higanteng mga kumpol ng bituin sa nebulae (tinawag sila ni Immanuel Kant na mga islang uniberso). Gayunpaman, ang hypothesis na ito ay hindi popular, dahil imposibleng mapagkakatiwalaan na matukoy ang mga distansya sa nebulae.
Ang problemang ito ay nalutas ni Edwin Hubble, na nagtrabaho sa isang 100-pulgada na sumasalamin na teleskopyo sa Mount Wilson Observatory ng California. Noong 1923-1924, natuklasan niya na ang Andromeda Nebula ay binubuo ng maraming mga makinang na bagay, kung saan mayroong mga variable na bituin ng pamilyang Cepheid. Pagkatapos ay nalaman na na ang panahon ng pagbabago sa kanilang maliwanag na ningning ay nauugnay sa ganap na ningning, at samakatuwid ang mga Cepheid ay angkop para sa pag-calibrate ng mga cosmic na distansya. Sa tulong nila, tinantya ng Hubble ang distansya sa Andromeda sa 285,000 parsec (ayon sa modernong data, ito ay 800,000 parsec). Ang diameter ng Milky Way noon ay pinaniniwalaang humigit-kumulang katumbas ng 100,000 parsec (sa katunayan, ito ay tatlong beses na mas maliit). Kasunod nito na ang Andromeda at ang Milky Way ay dapat ituring na independiyenteng mga kumpol ng bituin. Di-nagtagal, nakilala ni Hubble ang dalawa pang independiyenteng kalawakan, na sa wakas ay nakumpirma ang hypothesis ng "mga uniberso ng isla".
In fairness, dapat tandaan na dalawang taon bago ang Hubble, ang distansya sa Andromeda ay kinakalkula ng Estonian astronomer na si Ernst Opik, na ang resulta - 450,000 parsec - ay mas malapit sa tama. Gayunpaman, gumamit siya ng ilang mga teoretikal na pagsasaalang-alang na hindi kasingkumbinsi ng mga direktang obserbasyon ni Hubble.
Noong 1926, si Hubble ay gumawa ng istatistikal na pagsusuri ng mga obserbasyon ng apat na raang "extra-galactic nebulae" (ginamit niya ang terminong ito sa mahabang panahon, iniiwasan ang pagtawag sa kanila na mga kalawakan) at nagmungkahi ng isang pormula upang maiugnay ang distansya sa isang nebula sa maliwanag na ningning nito. . Sa kabila ng malalaking pagkakamali ng pamamaraang ito, kinumpirma ng bagong data na ang nebulae ay higit pa o hindi gaanong pantay na ipinamamahagi sa kalawakan at matatagpuan malayo sa mga hangganan ng Milky Way. Ngayon ay wala nang anumang pagdududa na ang espasyo ay hindi limitado sa ating Galaxy at sa pinakamalapit na kapitbahay nito.
Mga taga-disenyo ng fashion sa kalawakan
Naging interesado si Eddington sa mga resulta ni Slipher bago pa man ang huling paglilinaw ng kalikasan ng spiral nebulae. Sa oras na ito, mayroon nang isang modelong kosmolohikal na, sa isang tiyak na kahulugan, hinulaan ang epekto na kinilala ni Slifer. Maraming naisip si Eddington tungkol dito at, siyempre, hindi pinalampas ang pagkakataon na bigyan ang mga obserbasyon ng Arizona astronomer ng isang kosmological na tunog.
Ang modernong teoretikal na kosmolohiya ay nagsimula noong 1917 na may dalawang rebolusyonaryong papel na nagpapakita ng mga modelo ng uniberso batay sa pangkalahatang relativity. Ang isa sa mga ito ay isinulat mismo ni Einstein, ang isa pa ng Dutch astronomer na si Willem de Sitter.
Mga batas ng Hubble
Empirikal na natagpuan ni Edwin Hubble ang tinatayang proporsyonalidad sa pagitan ng mga redshift at galactic na distansya, na ginawa niyang proporsyonalidad sa pagitan ng mga bilis at distansya gamit ang formula ng Doppler-Fizeau. Kaya nakikitungo kami sa dalawang magkaibang pattern dito.
Hindi alam ni Hubble kung paano sila nauugnay sa isa't isa, ngunit ano ang sinasabi ng agham ngayon?
Gaya ng ipinakita ni Lemaitre, ang linear na ugnayan sa pagitan ng cosmological (sanhi ng pagpapalawak ng Uniberso) redshift at mga distansya ay hindi nangangahulugang ganap. Sa pagsasagawa, ito ay mahusay na sinusunod lamang para sa mga offset na mas mababa sa 0.1. Kaya ang Hubble empirical law ay hindi eksakto, ngunit tinatayang, at ang Doppler-Fizo formula ay valid lamang para sa maliliit na pagbabago ng spectrum.
Ngunit ang teoretikal na batas na nauugnay sa radial velocity ng malalayong bagay sa distansya sa kanila (na may proportionality coefficient sa anyo ng Hubble parameter V=Hd) ay may bisa para sa anumang redshifts. Gayunpaman, ang bilis ng V na lumilitaw dito ay hindi lahat ng bilis ng mga pisikal na signal o tunay na katawan sa pisikal na espasyo. Ito ang rate ng pagtaas ng mga distansya sa pagitan ng mga kalawakan at mga kumpol ng kalawakan, na dahil sa paglawak ng uniberso. Masusukat lamang natin ito kung napigilan natin ang paglawak ng Uniberso, agad na iunat ang mga teyp sa pagsukat sa pagitan ng mga kalawakan, basahin ang mga distansya sa pagitan ng mga ito at hatiin ang mga ito sa mga agwat ng oras sa pagitan ng mga sukat. Naturally, hindi pinapayagan ito ng mga batas ng pisika. Samakatuwid, ginusto ng mga cosmologist na gamitin ang Hubble parameter H sa isa pang formula, kung saan lumilitaw ang scale factor ng Universe, na naglalarawan lamang ng antas ng pagpapalawak nito sa iba't ibang panahon ng espasyo (dahil ang parameter na ito ay nagbabago sa paglipas ng panahon, ang modernong halaga nito ay tinutukoy ng H0 ). Ang uniberso ay lumalawak na ngayon sa isang mabilis na bilis, kaya ang halaga ng parameter ng Hubble ay tumataas.
Sa pamamagitan ng pagsukat ng mga cosmological redshift, nakakakuha kami ng impormasyon tungkol sa antas ng pagpapalawak ng espasyo. Ang liwanag ng kalawakan, na dumating sa amin na may cosmological redshift z, ay umalis dito noong ang lahat ng cosmological na distansya ay 1+z beses na mas maliit kaysa sa ating panahon. Upang makakuha ng karagdagang impormasyon tungkol sa kalawakan na ito, tulad ng kasalukuyang distansya nito o ang bilis ng pag-alis nito mula sa Milky Way, ay posible lamang sa tulong ng isang partikular na modelo ng kosmolohiya. Halimbawa, sa modelong Einstein-de Sitter, ang isang kalawakan na may z = 5 ay lumalayo sa atin sa bilis na katumbas ng 1.1 s (ang bilis ng liwanag). Ngunit kung nakagawa ka ng isang karaniwang pagkakamali at i-equalize lamang ang V / c at z, ang bilis na ito ay magiging limang beses ang bilis ng liwanag. Ang pagkakaiba, tulad ng nakikita natin, ay seryoso.
Ang pag-asa ng bilis ng malalayong bagay sa redshift ayon sa SRT, GR (depende sa modelo at oras, ipinapakita ng curve ang kasalukuyang oras at ang kasalukuyang modelo). Sa maliliit na displacement, linear ang dependence.
Si Einstein, sa diwa ng panahon, ay naniniwala na ang Uniberso sa kabuuan ay static (sinubukan niyang gawin din itong walang katapusan sa kalawakan, ngunit hindi mahanap ang tamang mga kondisyon ng hangganan para sa kanyang mga equation). Bilang isang resulta, nagtayo siya ng isang modelo ng isang saradong uniberso, ang espasyo kung saan ay may palaging positibong kurbada (at samakatuwid ito ay may pare-parehong may hangganan na radius). Ang oras sa sansinukob na ito, sa kabaligtaran, ay dumadaloy sa paraang Newtonian, sa parehong direksyon at sa parehong bilis. Ang space-time ng modelong ito ay curved dahil sa spatial component, habang ang temporal ay hindi deformed sa anumang paraan. Ang static na kalikasan ng mundong ito ay nagbibigay ng isang espesyal na "insert" sa pangunahing equation na pumipigil sa gravitational collapse at sa gayon ay gumaganap bilang isang omnipresent antigravitational field. Ang intensity nito ay proporsyonal sa isang espesyal na pare-pareho, na tinawag ni Einstein na unibersal na pare-pareho (tinatawag na ngayong cosmological constant).
Ang modelong kosmolohikal ni Lemaitre na naglalarawan sa pagpapalawak ng Uniberso ay nauna sa panahon nito. Nagsisimula ang uniberso ni Lemaitre sa Big Bang, pagkatapos nito ay bumagal muna ang pagpapalawak at pagkatapos ay nagsimulang bumilis.
Ginawang posible ng modelo ni Einstein na kalkulahin ang laki ng uniberso, ang kabuuang dami ng bagay, at maging ang halaga ng cosmological constant. Para dito, kailangan lamang ang average na density ng cosmic matter, na, sa prinsipyo, ay maaaring matukoy mula sa mga obserbasyon. Ito ay hindi nagkataon na ang modelong ito ay hinangaan ni Eddington at ginamit sa pagsasanay ni Hubble. Gayunpaman, ito ay nasira ng kawalang-tatag, na hindi napansin ni Einstein: sa pinakamaliit na paglihis ng radius mula sa halaga ng ekwilibriyo, ang mundo ng Einstein ay maaaring lumawak o sumasailalim sa isang gravitational collapse. Samakatuwid, ang gayong modelo ay walang kinalaman sa tunay na Uniberso.
walang laman na mundo
Si De Sitter ay nagtayo rin, tulad ng kanyang paniniwala, isang static na mundo ng patuloy na kurbada, ngunit hindi positibo, ngunit negatibo. Ang cosmological constant ni Einstein ay naroroon dito, ngunit ang bagay ay ganap na wala. Kapag ang mga particle ng pagsubok ng arbitraryong maliit na masa ay ipinakilala, sila ay nagkakalat at napupunta sa kawalang-hanggan. Bilang karagdagan, ang oras sa paligid ng uniberso ng de Sitter ay dumadaloy nang mas mabagal kaysa sa gitna nito. Dahil dito, mula sa malalayong distansya, ang mga magagaan na alon ay dumarating nang may redshift, kahit na ang pinagmulan nito ay nakatigil na may kaugnayan sa nagmamasid. Kaya noong 1920s, nagtaka si Eddington at iba pang mga astronomo kung ang modelo ni de Sitter ay may kinalaman sa realidad na makikita sa mga obserbasyon ni Slifer.
Ang mga hinalang ito ay nakumpirma, kahit na sa ibang paraan. Ang static na kalikasan ng uniberso ng de Sitter ay naging haka-haka, dahil nauugnay ito sa isang kapus-palad na pagpili ng sistema ng coordinate. Matapos iwasto ang error na ito, ang puwang ng de Sitter ay naging flat, Euclidean, ngunit hindi static. Salamat sa anti-gravitational cosmological constant, lumalawak ito habang pinapanatili ang zero curvature. Dahil sa pagpapalawak na ito, ang mga wavelength ng mga photon ay tumataas, na nangangailangan ng paglilipat ng mga parang multo na linya na hinulaang ni de Sitter. Ito ay nagkakahalaga ng pagpuna na ito ay kung paano ipinaliwanag ang cosmological redshift ng malalayong galaxy ngayon.
Mula sa mga istatistika hanggang sa dinamika
Ang kasaysayan ng hayagang di-static na cosmological theories ay nagsisimula sa dalawang papel ng Soviet physicist na si Alexander Fridman na inilathala sa German journal na Zeitschrift fur Physik noong 1922 at 1924. Kinakalkula ni Friedman ang mga modelo ng mga uniberso na may positibo at negatibong curvature na nagbabago sa oras, na naging gintong pondo ng teoretikal na kosmolohiya. Gayunpaman, ang mga gawaing ito ay halos hindi napansin ng mga kontemporaryo (Einstein noong una ay itinuturing na ang unang artikulo ni Friedman ay mathematically erroneous). Si Friedman mismo ay naniniwala na ang astronomiya ay wala pang arsenal ng mga obserbasyon upang magpasya kung alin sa mga modelong kosmolohikal ang mas pare-pareho sa realidad, at samakatuwid ay limitado ang kanyang sarili sa purong matematika. Marahil ay iba ang ikinilos niya kung nabasa niya ang mga resulta ni Slipher, ngunit hindi ito nangyari.
Si Georges Lemaitre, ang pinakadakilang cosmologist ng unang kalahati ng ika-20 siglo, ay nag-iisip nang iba. Sa bahay, sa Belgium, ipinagtanggol niya ang kanyang tesis sa matematika, at pagkatapos noong kalagitnaan ng 1920 ay nag-aral ng astronomiya - sa Cambridge sa ilalim ng Eddington at sa Harvard Observatory kasama si Harlow Shapley (sa panahon ng pananatili sa USA, kung saan naghanda siya ng pangalawang disertasyon sa MIT, nakilala niya si Slipher at Hubble). Noong 1925, si Lemaitre ang unang nagpakita na ang static na katangian ng modelo ng de Sitter ay haka-haka. Sa pagbabalik sa kanyang tinubuang-bayan bilang isang propesor sa Unibersidad ng Louvain, itinayo ni Lemaitre ang unang modelo ng isang lumalawak na uniberso na may malinaw na katwiran sa astronomiya. Nang walang pagmamalabis, ang gawaing ito ay naging isang rebolusyonaryong tagumpay sa agham sa kalawakan.
unibersal na rebolusyon
Sa kanyang modelo, pinanatili ni Lemaitre ang cosmological constant na may Einstein numerical value. Samakatuwid, ang kanyang uniberso ay nagsisimula sa isang static na estado, ngunit sa paglipas ng panahon, dahil sa pagbabagu-bago, pumapasok sa landas ng patuloy na pagpapalawak na may pagtaas ng bilis. Sa yugtong ito, nananatili itong positibong curvature, na bumababa habang tumataas ang radius. Kasama ni Lemaitre sa kanyang uniberso hindi lamang bagay, kundi pati na rin ang electromagnetic radiation. Hindi ito ginawa ni Einstein o ni de Sitter, na alam ni Lemaitre, o ni Friedmann, na wala siyang alam noon.
Mga kaugnay na coordinate
Sa mga kalkulasyon ng kosmolohikal, maginhawang gumamit ng mga comoving coordinate system na lumalawak kasabay ng pagpapalawak ng Uniberso. Sa idealized na modelo, kung saan ang mga kalawakan at mga kumpol ng kalawakan ay hindi nakikilahok sa anumang mga tamang galaw, ang kanilang mga comoving coordinate ay hindi nagbabago. Ngunit ang distansya sa pagitan ng dalawang bagay sa isang naibigay na punto sa oras ay katumbas ng kanilang pare-parehong distansya sa mga cooving na coordinate, na pinarami ng magnitude ng scale factor para sa sandaling iyon. Ang sitwasyong ito ay madaling mailarawan sa isang inflatable na globo: ang latitude at longitude ng bawat punto ay hindi nagbabago, at ang distansya sa pagitan ng anumang pares ng mga punto ay tumataas sa pagtaas ng radius.
Ang paggamit ng comoving coordinates ay nakakatulong upang maunawaan ang malalim na pagkakaiba sa pagitan ng kosmolohiya ng isang lumalawak na uniberso, espesyal na relativity, at Newtonian physics. Kaya, sa Newtonian mechanics, ang lahat ng mga galaw ay kamag-anak, at ang ganap na kawalang-kilos ay walang pisikal na kahulugan. Sa kabaligtaran, sa kosmolohiya ang immobility sa comoving coordinate ay ganap at sa prinsipyo ay maaaring kumpirmahin ng mga obserbasyon. Ang espesyal na teorya ng relativity ay naglalarawan ng mga proseso sa espasyo-oras, kung saan posible na ihiwalay ang spatial at temporal na mga bahagi gamit ang mga pagbabagong Lorentz sa walang katapusang bilang ng mga paraan. Ang cosmological space-time, sa kabaligtaran, ay natural na nahahati sa isang hubog na lumalawak na espasyo at isang solong cosmic time. Sa kasong ito, ang bilis ng pag-urong ng malalayong kalawakan ay maaaring maraming beses na lumampas sa bilis ng liwanag.
Iminungkahi ni Lemaitre, pabalik sa US, na ang mga redshift ng malalayong galaxy ay lumitaw dahil sa paglawak ng espasyo, na "nag-uunat" ng mga light wave. Ngayon ay napatunayan na niya ito sa matematika. Ipinakita rin niya na ang maliliit (mas maliit na unit) na mga redshift ay proporsyonal sa mga distansya sa pinagmumulan ng liwanag, at ang proporsyonalidad na kadahilanan ay nakasalalay lamang sa oras at nagdadala ng impormasyon tungkol sa kasalukuyang rate ng pagpapalawak ng Uniberso. Dahil sinundan ito mula sa formula ng Doppler-Fizeau na ang radial velocity ng isang galaxy ay proporsyonal sa redshift nito, napagpasyahan ni Lemaitre na ang bilis na ito ay proporsyonal din sa distansya nito. Matapos suriin ang mga bilis at distansya ng 42 na kalawakan mula sa listahan ng Hubble at isinasaalang-alang ang intragalactic na bilis ng Araw, itinatag niya ang mga halaga ng proportionality coefficients.
Hindi nakikitang trabaho
Inilathala ni Lemaitre ang kanyang trabaho noong 1927 sa Pranses sa maliit na nabasang journal na Annals ng Brussels Scientific Society. Ito ay pinaniniwalaan na ito ang pangunahing dahilan kung saan siya sa una ay halos hindi napapansin (kahit ng kanyang guro na si Eddington). Totoo, sa taglagas ng taong iyon, nagawang talakayin ni Lemaitre ang kanyang mga natuklasan kay Einstein at natutunan mula sa kanya ang tungkol sa mga resulta ni Friedmann. Ang lumikha ng pangkalahatang relativity ay walang teknikal na pagtutol, ngunit determinado siyang hindi naniniwala sa pisikal na katotohanan ng modelo ni Lemaître (tulad ng hindi niya tinanggap ang mga konklusyon ni Friedmann kanina).
Mga chart ng Hubble
Samantala, noong huling bahagi ng 1920s, natuklasan nina Hubble at Humason ang isang linear na ugnayan sa pagitan ng mga distansya na hanggang 24 na mga kalawakan at ang kanilang radial velocities na kinakalkula (karamihan ay sa pamamagitan ng Slifer) mula sa mga redshift. Napagpasyahan ni Hubble mula dito na ang radial velocity ng isang kalawakan ay direktang proporsyonal sa distansya nito. Ang koepisyent ng proporsyonalidad na ito ay itinalaga ngayon na H0 at tinatawag na Hubble parameter (ayon sa pinakabagong data, ito ay bahagyang mas mataas sa 70 (km / s) / megaparsec).
Ang papel ni Hubble na may linear na relasyon sa pagitan ng galactic velocities at mga distansya ay nai-publish noong unang bahagi ng 1929. Isang taon bago nito, isang batang Amerikanong matematiko, si Howard Robertson, ang sumunod kay Lemaitre sa pagkuha ng pagtitiwala na ito mula sa isang modelo ng isang lumalawak na uniberso, na maaaring kilala ni Hubble. Gayunpaman, ang modelong ito ay hindi direktang binanggit o hindi direkta sa kanyang sikat na artikulo. Nang maglaon, nagpahayag si Hubble ng mga pagdududa na ang mga bilis na lumilitaw sa kanyang pormula ay aktwal na naglalarawan sa mga paggalaw ng mga kalawakan sa kalawakan, ngunit palagi niyang pinipigilan ang kanilang partikular na interpretasyon. Nakita niya ang kahulugan ng kanyang pagtuklas sa pagpapakita ng proporsyonalidad ng mga galactic distance at redshift, na iniiwan ang iba sa mga theoreticians. Samakatuwid, sa lahat ng nararapat na paggalang kay Hubble, walang dahilan upang ituring siyang ang nakatuklas ng pagpapalawak ng Uniberso.
At gayon pa man ito ay lumalawak!
Gayunpaman, ang Hubble ay nagbigay daan para sa pagkilala sa pagpapalawak ng uniberso at ang modelo ng Lemaitre. Noong 1930, ang mga masters ng cosmology gaya nina Eddington at de Sitter ay nagbigay pugay sa kanya; ilang sandali pa, napansin at pinahahalagahan ng mga siyentipiko ang gawain ni Friedman. Noong 1931, sa mungkahi ni Eddington, isinalin ni Lemaitre sa Ingles ang kanyang artikulo (na may maliliit na pagbawas) para sa Buwanang Newsletter ng Royal Astronomical Society. Sa parehong taon, sumang-ayon si Einstein sa mga konklusyon ni Lemaitre, at makalipas ang isang taon, kasama si de Sitter, nagtayo siya ng isang modelo ng isang lumalawak na uniberso na may patag na espasyo at curved time. Ang modelong ito, dahil sa pagiging simple nito, ay matagal nang napakapopular sa mga cosmologist.
Sa parehong 1931, inilathala ni Lemaitre ang isang maikling (at walang anumang matematika) na paglalarawan ng isa pang modelo ng uniberso na pinagsama ang cosmology at quantum mechanics. Sa modelong ito, ang paunang sandali ay ang pagsabog ng pangunahing atom (tinawag din ito ni Lemaitre na quantum), na nagbunga ng parehong espasyo at oras. Dahil ang gravity ay nagpapabagal sa pagpapalawak ng bagong panganak na Uniberso, ang bilis nito ay bumababa - posible na halos sa zero. Kalaunan ay ipinakilala ni Lemaitre ang isang cosmological constant sa kanyang modelo, na naging sanhi ng uniberso na pumunta sa isang matatag na estado ng pagpapabilis ng pagpapalawak sa paglipas ng panahon. Kaya't inaasahan niya ang parehong ideya ng Big Bang at modernong mga modelo ng kosmolohikal na isinasaalang-alang ang pagkakaroon ng madilim na enerhiya. At noong 1933, nakilala niya ang cosmological constant na may vacuum energy density, na hindi naisip ng sinuman noon. Nakapagtataka lang kung gaano ang siyentipikong ito, na tiyak na karapat-dapat sa titulong tumuklas ng pagpapalawak ng Uniberso, ay nauna sa kanyang panahon!
Materyal mula sa Uncyclopedia
Sinusuri ang mga resulta ng mga obserbasyon ng mga kalawakan at relic radiation, ang mga astronomo ay dumating sa konklusyon na ang pamamahagi ng bagay sa Uniberso (ang rehiyon ng pinag-aralan na espasyo ay lumampas sa 100 Mpc ang lapad) ay pare-pareho at isotropic, ibig sabihin ay hindi nakasalalay sa posisyon at direksyon sa kalawakan (tingnan ang Cosmology) . At ang gayong mga pag-aari ng espasyo, ayon sa teorya ng relativity, ay hindi maiiwasang magsasangkot ng pagbabago sa paglipas ng panahon sa mga distansya sa pagitan ng mga katawan na pumupuno sa Uniberso, ibig sabihin, ang Uniberso ay dapat lumawak o magkontrata, at ang mga obserbasyon ay nagpapahiwatig ng pagpapalawak.
Ang pagpapalawak ng Uniberso ay makabuluhang naiiba sa karaniwang pagpapalawak ng bagay, halimbawa, mula sa pagpapalawak ng gas sa isang silindro. Ang gas, na lumalawak, ay nagbabago sa posisyon ng piston sa silindro, ngunit ang silindro ay nananatiling hindi nagbabago. Sa Uniberso mayroong pagpapalawak ng lahat ng espasyo sa kabuuan. Samakatuwid, ang tanong kung saang direksyon nagaganap ang pagpapalawak ay nawawala ang kahulugan nito sa Uniberso. Ang pagpapalawak na ito ay nagaganap sa napakalaking sukat. Sa loob ng mga stellar system, galaxy, cluster at supercluster ng mga galaxy, hindi nangyayari ang expansion. Ang mga ganitong sistemang nakagapos sa gravitational ay nakahiwalay sa pangkalahatang pagpapalawak ng Uniberso.
Ang konklusyon na ang Uniberso ay lumalawak ay sinusuportahan ng mga obserbasyon ng redshift sa spectra ng mga galaxy.
Hayaang magpadala ng mga liwanag na signal mula sa ilang mga punto sa kalawakan sa dalawang sandali, na sinusunod sa isa pang punto sa kalawakan.
Dahil sa pagbabago sa sukat ng Uniberso, ibig sabihin, ang pagtaas ng distansya sa pagitan ng mga punto ng paglabas at pagmamasid ng liwanag, ang pangalawang signal ay dapat maglakbay ng mas malaking distansya kaysa sa una. At dahil ang bilis ng liwanag ay pare-pareho, ang pangalawang signal ay naantala; ang agwat sa pagitan ng mga signal sa punto ng pagmamasid ay magiging mas malaki kaysa sa punto ng kanilang pag-alis. Ang pagkaantala ay mas malaki, mas malaki ang distansya sa pagitan ng pinagmulan at ng tagamasid. Ang natural na pamantayan ng dalas ay ang dalas ng radiation sa panahon ng mga electromagnetic transition sa mga atomo. Dahil sa inilarawan na epekto ng pagpapalawak ng Uniberso, bumababa ang dalas na ito. Kaya, kapag inoobserbahan ang radiation spectrum ng ilang malayong kalawakan, ang lahat ng mga linya nito ay dapat lumabas na redshifted kumpara sa laboratory spectra. Ang redshift phenomenon na ito ay ang Doppler effect (tingnan ang Radial Velocity) mula sa magkaparehong "retreat" ng mga galaxy at naoobserbahan sa realidad.
Ang halaga ng redshift ay sinusukat sa pamamagitan ng ratio ng binagong dalas ng radiation sa orihinal. Ang pagbabago sa dalas ay mas malaki, mas malaki ang distansya sa naobserbahang kalawakan.
Kaya, sa pamamagitan ng pagsukat ng redshift mula sa spectra, lumalabas na posible upang matukoy ang mga bilis v ng mga kalawakan kung saan sila lumalayo mula sa nagmamasid. Ang mga bilis na ito ay nauugnay sa mga distansya r sa tagamasid sa pamamagitan ng batas ng Hubble v = Hr; ang halaga ng H ay tinatawag na Hubble constant.
Ang eksaktong pagpapasiya ng halaga ng H ay nauugnay sa malalaking paghihirap. Batay sa mga pangmatagalang obserbasyon, kasalukuyang tinatanggap ang halaga H ≈ (0.5÷1) 10 -10 taon -1.
Ang halagang ito ng H ay tumutugma sa pagtaas ng bilis ng recession ng mga kalawakan, katumbas ng humigit-kumulang 50-100 km/s para sa bawat megaparsec ng distansya.
Ginagawang posible ng batas ng Hubble na matantya ang mga distansya sa mga kalawakan na malayo sa malalayong distansya mula sa mga redshift ng mga linya na sinusukat sa kanilang spectra.
Ang batas ng umuurong na mga kalawakan ay nagmula sa mga obserbasyon mula sa Earth (o, maaaring sabihin ng isa, mula sa ating Galaxy), at sa gayon ay inilalarawan nito ang pag-alis ng mga kalawakan mula sa Earth (ang ating Galaxy). Gayunpaman, hindi maaaring tapusin ng isa mula dito na ang Earth (aming Galaxy) ang nasa sentro ng pagpapalawak ng Uniberso. Ang mga simpleng geometric na konstruksyon ay nakakumbinsi sa atin na ang batas ng Hubble ay wasto para sa isang tagamasid na matatagpuan sa alinman sa mga kalawakan na kalahok sa recession.
Ang batas ng pagpapalawak ng Hubble ay nagpapahiwatig na sa sandaling ang bagay sa Uniberso ay nasa mga kondisyon ng napakataas na densidad. Ang oras na naghihiwalay sa atin mula sa estadong ito ay maaaring tawaging may kondisyon na edad ng Uniberso. Ito ay tinutukoy ng halaga
t V ~ 1/H ≈ (10÷20) 10 9 taon.
Dahil ang bilis ng liwanag ay may hangganan, ang may hangganang edad ng Uniberso ay tumutugma sa may hangganang rehiyon ng Uniberso na maaari nating obserbahan sa kasalukuyang panahon. Sa kasong ito, ang pinakamalayo na nakikitang bahagi ng Uniberso ay tumutugma sa mga pinakaunang sandali ng ebolusyon nito. Sa mga sandaling ito, maaaring ipanganak at makihalubilo sa Uniberso ang magkakaibang mga elementarya. Pagsusuri sa mga prosesong naganap sa paglahok ng naturang mga particle sa unang segundo ng pagpapalawak ng Uniberso, ang teoretikal na kosmolohiya, batay sa teorya ng mga elementarya, ay nakakahanap ng mga sagot sa mga tanong kung bakit walang antimatter sa Uniberso at kahit na bakit ang Uniberso ay lumalawak.
Maraming mga hula ng teorya tungkol sa mga pisikal na proseso ng elementarya na mga particle ay tumutukoy sa rehiyon ng enerhiya, na hindi maabot sa modernong mga kondisyon ng laboratoryo sa terrestrial, halimbawa, sa mga accelerator. Gayunpaman, sa panahon hanggang sa unang segundo ng pagpapalawak ng Uniberso, ang mga particle na may tulad na enerhiya ay dapat na umiral. Samakatuwid, isinasaalang-alang ng mga pisiko ang lumalawak na Uniberso bilang isang natural na laboratoryo ng mga elementarya na particle.
Sa laboratoryo na ito, ang isa ay maaaring magsagawa ng "mga eksperimento sa pag-iisip", pag-aralan kung paano makakaapekto ang pagkakaroon ng isang partikular na particle sa mga pisikal na proseso sa Uniberso, kung paano ang isa o isa pang hula ng teorya ay magpapakita mismo sa mga obserbasyon sa astronomiya.
Ang teorya ng elementarya na mga particle ay kasangkot sa pagpapaliwanag ng "nakatagong masa" ng Uniberso. Upang ipaliwanag kung paano nabuo ang mga kalawakan, kung paano sila gumagalaw sa mga kumpol ng mga kalawakan, at maraming iba pang mga tampok ng pamamahagi ng nakikitang bagay, lumalabas na kinakailangan upang ipagpalagay na higit sa 80% ng masa ng Uniberso ay nakatago sa anyo ng hindi nakikita, mahinang nakikipag-ugnayan na mga particle. Kaugnay nito, ang mga neutrino na may nonzero rest mass, gayundin ang mga bagong hypothetical na particle, ay malawakang tinatalakay sa kosmolohiya.
Kahit na ang mga astronomo ay hindi palaging nakakakuha ng tama sa pagpapalawak ng uniberso. Ang nagpapalaki na lobo ay isang luma ngunit magandang pagkakatulad para sa pagpapalawak ng uniberso. Ang mga galaxy na matatagpuan sa ibabaw ng bola ay hindi gumagalaw, ngunit habang ang Uniberso ay lumalawak, ang distansya sa pagitan ng mga ito ay tumataas, at ang mga sukat ng mga kalawakan mismo ay hindi tumataas.
Noong Hulyo 1965, inihayag ng mga siyentipiko ang pagtuklas ng malinaw na mga palatandaan ng pagpapalawak ng uniberso mula sa isang mas mainit at mas siksik na paunang estado. Natagpuan nila ang lumalamig na afterglow ng Big Bang - ang CMB. Mula sa sandaling iyon, ang pagpapalawak at paglamig ng Uniberso ay naging batayan ng kosmolohiya. Ang pagpapalawak ng kosmolohiya ay nagbibigay-daan sa amin na maunawaan kung paano nabuo ang mga simpleng istruktura at kung paano sila unti-unting nabuo sa mga kumplikado. 75 taon pagkatapos matuklasan ang paglawak ng sansinukob, maraming mga siyentipiko ang hindi maarok ang tunay na kahulugan nito. James Peebles, isang cosmologist sa Princeton University na nag-aaral ng CMB, ay sumulat noong 1993: "Tila sa akin na kahit na ang mga eksperto ay hindi alam kung ano ang kahalagahan at mga posibilidad ng mainit na modelo ng Big Bang."
Ang mga sikat na physicist, mga may-akda ng mga aklat-aralin sa astronomiya, at mga popularizer ng agham kung minsan ay nagbibigay ng hindi tama o baluktot na interpretasyon ng pagpapalawak ng Uniberso, na naging batayan ng modelo ng Big Bang. Ano ang ibig sabihin kapag sinabi nating lumalawak ang uniberso? Walang alinlangan, ang pangyayari na pinag-uusapan nila ngayon tungkol sa pagpapabilis ng pagpapalawak ay nakalilito, at ito ay palaisipan sa amin.
PANGKALAHATANG-IDEYA: ISANG COSMIC MISTAKE
* Ang pagpapalawak ng Uniberso, isa sa mga pangunahing konsepto ng modernong agham, ay iba pa rin ang interpretasyon.
* Ang terminong "Big Bang" ay hindi dapat kunin nang literal. Hindi siya bomba na sumabog sa gitna ng uniberso. Ito ay isang pagsabog ng kalawakan mismo, na naganap sa lahat ng dako, tulad ng paglawak ng ibabaw ng isang napalaki na lobo.
* Ang pag-unawa sa pagkakaiba sa pagitan ng pagpapalawak ng espasyo at pagpapalawak ng espasyo ay kritikal sa pag-unawa sa laki ng uniberso, ang bilis ng pag-urong ng mga kalawakan, pati na rin ang mga posibilidad ng mga obserbasyon sa astronomiya, at ang likas na katangian ng pagpapabilis ng pagpapalawak na malamang na maranasan ng uniberso. .
* Ang modelo ng Big Bang ay naglalarawan lamang kung ano ang nangyari pagkatapos nito.
Ano ang extension?
Kapag ang isang bagay na pamilyar ay lumawak, tulad ng isang basang lugar o ang Roman Empire, sila ay nagiging mas malaki, ang kanilang mga hangganan ay naghihiwalay, at sila ay nagsimulang sumakop sa isang mas malaking volume sa kalawakan. Ngunit ang uniberso ay tila walang pisikal na limitasyon, at wala itong magagalaw. Ang pagpapalawak ng ating uniberso ay parang pagpapalaki ng lobo. Ang mga distansya sa malalayong kalawakan ay tumataas. Karaniwang sinasabi ng mga astronomo na ang mga kalawakan ay umuurong o tumatakbo palayo sa atin, ngunit hindi sila gumagalaw sa kalawakan tulad ng mga fragment ng isang "Big Bang bomb". Sa katotohanan, ang espasyo sa pagitan natin at ng mga kalawakan ay lumalawak, na gumagalaw nang magulo sa loob ng halos hindi kumikibo na mga kumpol. Pinupuno ng CMB ang uniberso at nagsisilbing reference frame, tulad ng rubber surface ng isang balloon, kung saan masusukat ang paggalaw.
Sa pagiging nasa labas ng bola, nakikita natin na ang pagpapalawak ng curved two-dimensional na ibabaw nito ay posible lamang dahil ito ay nasa three-dimensional na espasyo. Sa ikatlong dimensyon, ang gitna ng bola ay matatagpuan, at ang ibabaw nito ay lumalawak sa dami na nakapalibot dito. Batay dito, maaari nating tapusin na ang pagpapalawak ng ating tatlong-dimensional na mundo ay nangangailangan ng pagkakaroon ng ikaapat na dimensyon sa kalawakan. Ngunit ayon sa pangkalahatang teorya ng relativity ni Einstein, ang espasyo ay pabago-bago: maaari itong lumawak, pumikit, at yumuko.
Trapik
Ang sansinukob ay sapat sa sarili. Hindi ito nangangailangan ng isang sentro upang palawakin mula dito, o libreng espasyo sa labas (kung nasaan man ito) upang palawakin doon. Totoo na ang ilan sa mga mas bagong teorya, gaya ng string theory, ay nag-postulate ng mga karagdagang dimensyon, ngunit hindi ito kailangan habang lumalawak ang ating three-dimensional na uniberso.
Sa ating uniberso, tulad ng sa ibabaw ng isang lobo, ang bawat bagay ay lumalayo sa lahat ng iba pa. Kaya, ang Big Bang ay hindi isang pagsabog sa kalawakan, ngunit sa halip ay isang pagsabog ng kalawakan mismo na hindi nangyari sa isang tiyak na lokasyon at pagkatapos ay lumawak sa nakapalibot na walang laman. Nangyari ito sa lahat ng dako sa parehong oras.
KUNG ANO ANG BIG BANG?
MALI: Ang sansinukob ay ipinanganak nang ang bagay, tulad ng isang bomba, ay sumabog sa isang tiyak na lugar. Ang presyon ay mataas sa gitna at mababa sa nakapalibot na walang laman, na naging sanhi ng paglaki ng bagay.
TAMA: Ito ay isang pagsabog ng kalawakan mismo na nagpapakilos ng bagay. Ang aming espasyo at oras ay nagmula sa Big Bang at nagsimulang lumawak. Walang sentro kahit saan, dahil ang mga kondisyon ay pareho sa lahat ng dako, walang pressure drop na katangian ng isang ordinaryong pagsabog.
Kung akala natin na pinapatakbo natin ang pelikula sa reverse order, makikita natin kung paano na-compress ang lahat ng rehiyon ng uniberso, at ang mga galaxy ay nagtatagpo hanggang sa magbanggaan silang lahat sa isang Big Bang, tulad ng mga sasakyan sa isang traffic jam. Ngunit ang paghahambing ay hindi kumpleto. Kung ito ay isang aksidente, maaari mong maiwasan ang masikip na trapiko sa pamamagitan ng pagdinig ng mga ulat tungkol dito sa radyo. Ngunit ang Big Bang ay isang sakuna na hindi maiiwasan. Para bang ang ibabaw ng Earth at ang lahat ng mga kalsada dito ay gusot, ngunit ang mga sasakyan ay nanatiling pareho ang laki. Sa kalaunan ay magbanggaan ang mga sasakyan, at walang anumang komunikasyon sa radyo ang maaaring pumigil dito. Gayundin ang Big Bang: nangyari ito sa lahat ng dako, hindi tulad ng pagsabog ng bomba, na nangyayari sa isang tiyak na punto, at ang mga fragment ay nakakalat sa lahat ng direksyon.
Ang teorya ng Big Bang ay hindi nagbibigay sa atin ng impormasyon tungkol sa laki ng uniberso, o kahit na ito ay may hangganan o walang katapusan. Inilalarawan ng teorya ng relativity kung paano lumalawak ang bawat rehiyon ng espasyo, ngunit walang sinasabi tungkol sa laki o hugis. Minsan sinasabi ng mga cosmologist na ang uniberso ay dating hindi mas malaki kaysa sa isang suha, ngunit ang ibig nilang sabihin ay ang bahagi lamang nito na maaari na nating obserbahan.
Ang mga naninirahan sa Andromeda Nebula o iba pang mga kalawakan ay may kani-kaniyang nakikitang uniberso. Ang mga tagamasid sa Andromeda ay nakakakita ng mga kalawakan na hindi naa-access sa atin, dahil lang sa medyo malapit sila sa kanila; ngunit hindi nila maisip ang mga itinuturing natin. Ang kanilang nakikitang uniberso ay kasing laki din ng isang suha. Maaaring isipin ng isang tao na ang unang bahagi ng uniberso ay tulad ng isang bungkos ng mga prutas na ito, na lumalawak nang walang katiyakan sa lahat ng direksyon. Kaya mali ang paniwala na "maliit" ang Big Bang. Ang espasyo ng uniberso ay walang limitasyon. At kahit paano mo i-compress ito, mananatili itong ganoon.
mas mabilis kaysa sa liwanag
Ang mga maling akala ay nauugnay din sa isang dami ng paglalarawan ng extension. Ang bilis kung saan ang mga distansya sa pagitan ng mga kalawakan ay tumataas ay sumusunod sa isang simpleng pattern na tinukoy ng Amerikanong astronomo na si Edwin Hubble noong 1929: ang pababang bilis ng isang kalawakan v ay direktang proporsyonal sa layo nito mula sa amin d, o v = Hd. Ang koepisyent ng proporsyonalidad H ay tinatawag na Hubble constant at tinutukoy ang bilis ng pagpapalawak ng espasyo kapwa sa paligid natin at sa paligid ng sinumang tagamasid sa Uniberso.
Ang ilan ay nalilito sa katotohanang hindi lahat ng mga kalawakan ay sumusunod sa batas ng Hubble. Ang pinakamalapit na malaking kalawakan sa atin (Andromeda) ay karaniwang gumagalaw patungo sa atin, at hindi palayo sa atin. Mayroong gayong mga pagbubukod, dahil ang batas ni Hubble ay naglalarawan lamang ng karaniwang pag-uugali ng mga kalawakan. Ngunit ang bawat isa sa kanila ay maaari ding magkaroon ng sarili nitong maliit na galaw, dahil ang gravitational influence ng mga galaxy sa isa't isa, tulad ng ating Galaxy at Andromeda, halimbawa. Ang malalayong galaxy ay mayroon ding maliliit na magulong tulin, ngunit sa isang malaking distansya mula sa amin (para sa isang malaking halaga ng d), ang mga random na tulin na ito ay hindi gaanong maliit laban sa background ng malalaking pag-urong na tulin (v). Samakatuwid, para sa malalayong kalawakan, ang batas ng Hubble ay natutupad nang may mataas na katumpakan.
Ayon sa batas ni Hubble, ang uniberso ay hindi lumalawak sa pare-parehong bilis. Ang ilang mga kalawakan ay lumalayo sa amin sa bilis na 1 libong km / s, ang iba ay dalawang beses na mas malayo sa bilis na 2 libong km / s, atbp. Kaya, ang batas ng Hubble ay nagpapahiwatig na, simula sa isang tiyak na distansya, na tinatawag na distansya ng Hubble, ang mga kalawakan ay lumalayo sa isang superluminal na bilis. Para sa sinusukat na halaga ng Hubble constant, ang distansyang ito ay humigit-kumulang 14 bilyong light years.
Ngunit hindi ba't ang teorya ng espesyal na relativity ni Einstein ay nagsasabi na walang bagay na maaaring maglakbay nang mas mabilis kaysa sa bilis ng liwanag? Ang tanong na ito ay nagpagulo sa maraming henerasyon ng mga mag-aaral. At ang sagot ay ang espesyal na teorya ng relativity ay naaangkop lamang sa "normal" na mga bilis - sa paggalaw sa kalawakan. Ang batas ni Hubble ay tungkol sa bilis ng pag-alis na dulot ng mismong pagpapalawak ng espasyo, hindi sa paggalaw sa kalawakan. Ang epektong ito ng pangkalahatang teorya ng relativity ay hindi napapailalim sa espesyal na teorya ng relativity. Ang pagkakaroon ng bilis ng pag-alis sa itaas ng bilis ng liwanag ay hindi sa anumang paraan lumalabag sa pribadong teorya ng relativity. Totoo pa rin na walang makakahabol sa isang sinag ng liwanag.
MAAARING MAGRETIRE ANG MGA GALAXIES SA BILIS NA MAS MATAAS PA SA BILIS NG LIWANAG?
MALI: Ipinagbabawal ito ng espesyal na teorya ng relativity ni Einstein. Isaalang-alang ang isang rehiyon ng kalawakan na naglalaman ng ilang mga kalawakan. Dahil sa pagpapalawak nito, ang mga kalawakan ay lumalayo sa atin. Kung mas malayo ang kalawakan, mas malaki ang bilis nito (mga pulang arrow). Kung ang bilis ng liwanag ay ang limitasyon, ang bilis ng pag-alis ay dapat na tuluyang maging pare-pareho.
TAMA: Syempre kaya nila. Ang pribadong teorya ng relativity ay hindi isinasaalang-alang ang bilis ng pag-alis. Ang bilis ng pag-alis ay tumataas nang walang hanggan sa distansya. Higit pa sa isang tiyak na distansya, na tinatawag na distansya ng Hubble, lumampas ito sa bilis ng liwanag. Ito ay hindi isang paglabag sa teorya ng relativity, dahil ang pag-alis ay hindi sanhi ng paggalaw sa espasyo, ngunit sa pamamagitan ng pagpapalawak ng espasyo mismo.
POSIBLE BA NA MAKITA ANG MGA GALAXIES NA BUMABABA NG MAS MABILIS KAYSA SA LIWANAG?
MALI: Syempre hindi. Ang liwanag mula sa gayong mga kalawakan ay naglalakbay kasama nila. Hayaang ang kalawakan ay nasa labas ng Hubble distance (sphere), i.e. mas mabilis ang paglayo sa atin kaysa bilis ng liwanag. Nagpapalabas ito ng photon (minarkahan ng dilaw). Habang lumilipad ang photon sa kalawakan, lumalawak ang espasyo mismo. Ang distansya sa Earth ay tumataas nang mas mabilis kaysa sa paglalakbay ng photon. Hinding hindi niya tayo maaabot.
TAMA: Siyempre maaari mo, dahil nagbabago ang rate ng pagpapalawak sa paglipas ng panahon. Sa una, ang photon ay talagang tinatangay ng hangin sa pamamagitan ng pagpapalawak. Gayunpaman, ang distansya ng Hubble ay hindi pare-pareho: tumataas ito, at kalaunan ay maaaring mahulog ang photon sa Hubble sphere. Kapag nangyari ito, ang photon ay maglalakbay nang mas mabilis kaysa sa pag-alis ng Earth, at maaabot tayo nito.
Photon na lumalawak
Ang mga unang obserbasyon na nagpapakita na ang uniberso ay lumalawak ay ginawa sa pagitan ng 1910 at 1930. Sa laboratoryo, ang mga atomo ay naglalabas at sumisipsip ng liwanag palagi sa ilang mga wavelength. Ang parehong ay sinusunod sa spectra ng malalayong kalawakan, ngunit may paglipat sa mahabang wavelength na rehiyon. Sinasabi ng mga astronomo na ang radiation ng galaxy ay redshifted. Ang paliwanag ay simple: habang lumalawak ang espasyo, ang liwanag na alon ay umaabot at samakatuwid ay humihina. Kung sa panahon na ang liwanag na alon ay umabot sa amin, ang Uniberso ay dumoble, ang haba ng daluyong ay dumoble, at ang enerhiya nito ay humina ng kalahati.
PAGPAPAHALAGA HYPOTHESIS
Sa tuwing maglalathala ng artikulo ang Scientific American tungkol sa kosmolohiya, maraming mambabasa ang sumusulat sa atin na sa tingin nila ay hindi talaga lumalayo sa atin ang mga kalawakan at ang pagpapalawak ng espasyo ay isang ilusyon. Naniniwala sila na ang redshift sa spectra ng mga kalawakan ay sanhi ng isang bagay tulad ng "pagkapagod" mula sa isang mahabang paglalakbay. Ang ilang hindi kilalang proseso ay nagiging sanhi ng pagkawala ng enerhiya ng liwanag, na dumadaloy sa espasyo, at samakatuwid ay nagiging pula.
Ang hypothesis na ito ay higit sa kalahating siglo na ang edad, at sa unang tingin ay mukhang makatwiran. Ngunit ito ay ganap na hindi naaayon sa mga obserbasyon. Halimbawa, kapag ang isang bituin ay sumabog bilang isang supernova, ito ay sumiklab at pagkatapos ay lumalabo. Ang buong proseso ay tumatagal ng humigit-kumulang dalawang linggo para sa isang supernova ng uri na ginagamit ng mga astronomo upang matukoy ang mga distansya sa mga kalawakan. Sa panahong ito, ang supernova ay naglalabas ng isang stream ng mga photon. Sinasabi ng light fatigue hypothesis na ang mga photon ay mawawalan ng enerhiya sa panahon ng paglalakbay, ngunit ang tagamasid ay makakatanggap pa rin ng isang stream ng mga photon na tumatagal ng dalawang linggo.
Gayunpaman, sa pagpapalawak ng espasyo, hindi lamang ang mga photon mismo ay nakaunat (at samakatuwid ay nawawalan ng enerhiya), ngunit ang kanilang stream ay nakaunat din. Samakatuwid, ito ay tumatagal ng higit sa dalawang linggo para sa lahat ng mga photon upang maabot ang Earth. Kinumpirma ng mga obserbasyon ang epektong ito. Ang pagsabog ng supernova sa isang kalawakan na may redshift na 0.5 ay sinusunod sa loob ng tatlong linggo, at sa isang kalawakan na may redshift na 1 - isang buwan.
Ang hypothesis ng light fatigue ay sumasalungat din sa mga obserbasyon ng CMB spectrum at mga sukat ng liwanag ng ibabaw ng malalayong galaxy. Oras na para ipahinga ang "pagod na liwanag" (Charles Lineweaver at Tamara Davis).
Ang mga supernova, tulad nito sa Virgo cluster ng mga kalawakan, ay tumutulong sa pagsukat ng cosmic expansion. Ang kanilang mga nakikitang katangian ay nag-aalis ng mga alternatibong teoryang kosmolohikal kung saan ang espasyo ay hindi lumalawak.
Ang proseso ay maaaring inilarawan sa mga tuntunin ng temperatura. Ang mga photon na ibinubuga ng isang katawan ay may pamamahagi ng enerhiya na karaniwang nailalarawan sa pamamagitan ng isang temperatura na nagpapahiwatig kung gaano kainit ang katawan. Habang gumagalaw ang mga photon sa lumalawak na espasyo, nawawalan sila ng enerhiya at bumababa ang kanilang temperatura. Kaya, ang uniberso ay lumalamig habang ito ay lumalawak, tulad ng naka-compress na hangin na tumatakas mula sa lobo ng scuba diver. Halimbawa, ang CMB ay mayroon na ngayong temperatura na humigit-kumulang 3 K, habang ito ay ipinanganak sa temperatura na humigit-kumulang 3000 K. Ngunit mula noon, ang Uniberso ay tumaas sa laki ng isang kadahilanan ng 1000, at ang temperatura ng mga photon ay bumaba. sa pamamagitan ng parehong kadahilanan. Sa pamamagitan ng pagmamasid sa gas sa malalayong kalawakan, direktang sinusukat ng mga astronomo ang temperatura ng radiation na ito sa malayong nakaraan. Ang mga sukat ay nagpapatunay na ang uniberso ay lumalamig sa paglipas ng panahon.
Mayroon ding ilang mga kontrobersya sa relasyon sa pagitan ng redshift at bilis. Ang redshift na dulot ng pagpapalawak ay kadalasang nalilito sa mas pamilyar na redshift na dulot ng Doppler effect, na karaniwang nagpapahaba ng sound waves kung aalisin ang pinagmumulan ng tunog. Totoo rin ito para sa mga magagaan na alon, na humahaba habang lumalayo ang pinagmumulan ng liwanag sa kalawakan.
Ang Doppler redshift at cosmological redshift ay ganap na magkaibang mga bagay at inilalarawan ng magkakaibang mga formula. Ang una ay sumusunod mula sa espesyal na teorya ng relativity, na hindi isinasaalang-alang ang pagpapalawak ng espasyo, at ang pangalawa ay sumusunod mula sa pangkalahatang teorya ng relativity. Ang dalawang formula na ito ay halos pareho para sa mga kalapit na kalawakan, ngunit magkaiba para sa mga malalayong galaxy.
Ayon sa formula ng Doppler, kung ang bilis ng isang bagay sa kalawakan ay lumalapit sa bilis ng liwanag, kung gayon ang redshift nito ay may posibilidad na infinity, at ang wavelength ay nagiging masyadong malaki at samakatuwid ay hindi mapapansin. Kung totoo ito para sa mga kalawakan, kung gayon ang pinakamalayong nakikitang mga bagay sa kalangitan ay uurong sa bilis na kapansin-pansing mas mababa kaysa sa bilis ng liwanag. Ngunit ang cosmological formula para sa redshift ay humahantong sa ibang konklusyon. Sa balangkas ng karaniwang cosmological model, ang mga galaxy na may redshift na humigit-kumulang 1.5 (ibig sabihin, ang natanggap na wavelength ng kanilang radiation ay 50% na mas malaki kaysa sa halaga ng laboratoryo) ay lumalayo sa bilis ng liwanag. Natuklasan na ng mga astronomo ang humigit-kumulang 1000 kalawakan na may redshift na higit sa 1.5. Kaya, alam natin ang tungkol sa 1000 mga bagay na lumalayo nang mas mabilis kaysa sa bilis ng liwanag. Ang CMB ay nagmumula sa mas malayong distansya at may redshift na humigit-kumulang 1000. Nang ang mainit na plasma ng batang Uniberso ay naglabas ng radiation na natatanggap natin ngayon, lumayo ito sa atin sa halos 50 beses na bilis ng liwanag.
Tumatakbo sa pwesto
Mahirap paniwalaan na nakikita natin ang mga galaxy na gumagalaw nang mas mabilis kaysa sa bilis ng liwanag, ngunit posible ito dahil sa pagbabago sa rate ng pagpapalawak. Isipin ang isang sinag ng liwanag na dumarating patungo sa amin mula sa isang distansya na mas malaki kaysa sa distansya ng Hubble (14 bilyong light years). Ito ay gumagalaw patungo sa amin sa bilis ng liwanag na may kaugnayan sa lokasyon nito, ngunit ito ay lumalayo sa amin nang mas mabilis kaysa sa bilis ng liwanag. Bagama't ang liwanag ay nagmamadali patungo sa amin sa pinakamataas na posibleng bilis, hindi ito makakasabay sa paglawak ng espasyo. Para itong bata na sumusubok na tumakbo pabalik sa escalator. Ang mga photon sa layo ng Hubble ay gumagalaw sa kanilang pinakamataas na bilis upang manatili sa parehong lugar.
Maaaring isipin ng isa na ang liwanag mula sa mga rehiyong mas malayo kaysa sa distansya ng Hubble ay hinding-hindi makakarating sa amin at hinding-hindi namin ito makikita. Ngunit ang distansya ng Hubble ay hindi nananatiling pareho, dahil ang Hubble constant, kung saan ito nakasalalay, ay nagbabago sa paglipas ng panahon. Ang halagang ito ay proporsyonal sa bilis ng pag-urong ng dalawang kalawakan na hinati sa distansya sa pagitan ng mga ito. (Anumang dalawang kalawakan ay maaaring gamitin para sa pagkalkula.) Sa mga modelo ng uniberso na naaayon sa astronomical na mga obserbasyon, ang denominator ay tumataas nang mas mabilis kaysa sa numerator, kaya ang Hubble constant ay bumababa. Samakatuwid, ang distansya ng Hubble ay tumataas. At kung gayon, ang liwanag na hindi unang nakarating sa amin ay maaaring nasa loob ng distansya ng Hubble. Pagkatapos ay makikita ng mga photon ang kanilang mga sarili sa isang rehiyon na lumalayo nang mas mabagal kaysa sa bilis ng liwanag, pagkatapos nito ay makakarating sila sa atin.
DOPPLER SHIFT BA TALAGA ANG COSMIC REDSHIFT?
MALI: Oo, dahil ang mga umuurong na kalawakan ay gumagalaw sa kalawakan. Sa epekto ng Doppler, ang mga magagaan na alon ay umaabot (nagiging mas pula) habang lumalayo ang pinagmulan nito mula sa nagmamasid. Ang wavelength ng liwanag ay hindi nagbabago habang ito ay naglalakbay sa kalawakan. Ang nagmamasid ay tumatanggap ng liwanag, sinusukat ang redshift nito, at kinakalkula ang bilis ng kalawakan.
TAMA A: Hindi, walang kinalaman ang redshift sa Doppler effect. Ang kalawakan ay halos nakatigil sa kalawakan, kaya naglalabas ito ng liwanag ng parehong wavelength sa lahat ng direksyon. Sa tagal ng paglalakbay, humahaba ang wavelength habang lumalawak ang espasyo. Samakatuwid, ang ilaw ay unti-unting nagiging pula. Ang nagmamasid ay tumatanggap ng liwanag, sinusukat ang redshift nito, at kinakalkula ang bilis ng kalawakan. Ang cosmic redshift ay naiiba sa Doppler shift, na kinumpirma ng mga obserbasyon.
Gayunpaman, ang kalawakan na nagpadala ng liwanag ay maaaring magpatuloy na lumayo sa superluminal na bilis. Kaya, maaari nating obserbahan ang liwanag mula sa mga kalawakan, na, tulad ng dati, ay palaging lalayo nang mas mabilis kaysa sa bilis ng liwanag. Sa madaling salita, ang distansya ng Hubble ay hindi naayos at hindi nagsasaad sa atin ng mga hangganan ng nakikitang uniberso.
At ano ang tunay na nagmamarka sa hangganan ng nakikitang espasyo? Dito, masyadong, mayroong ilang pagkalito. Kung ang espasyo ay hindi lumawak, kung gayon maaari nating obserbahan ang pinakamalayong bagay ngayon sa layo na halos 14 bilyong light years mula sa atin, i.e. ang distansyang nalakbay ng liwanag sa loob ng 14 na bilyong taon mula noong Big Bang. Ngunit habang lumalawak ang uniberso, lumawak ang espasyong dinadaanan ng photon sa paglalakbay nito. Samakatuwid, ang kasalukuyang distansya sa pinakamalayo sa mga naobserbahang bagay ay humigit-kumulang tatlong beses na mas malaki - mga 46 bilyong light years.
Iniisip ng mga kosmologist noon na nakatira tayo sa isang bumagal na uniberso at samakatuwid ay maaari nating obserbahan ang mas maraming mga kalawakan. Gayunpaman, sa accelerating Universe, tayo ay nabakuran ng isang hangganan kung saan hindi na natin makikita ang mga kaganapang nagaganap - ito ang cosmic event horizon. Kung ang liwanag mula sa mga kalawakan ay umuurong nang mas mabilis kaysa sa bilis ng liwanag na umabot sa atin, kung gayon ang distansya ng Hubble ay tataas. Ngunit sa isang accelerating universe, ang pagtaas nito ay ipinagbabawal. Ang isang malayong kaganapan ay maaaring magpadala ng sinag ng liwanag sa ating direksyon, ngunit ang liwanag na ito ay mananatili magpakailanman sa labas ng distansya ng Hubble dahil sa pagbilis ng pagpapalawak.
Tulad ng nakikita mo, ang accelerating Universe ay kahawig ng isang black hole, na mayroon ding event horizon, mula sa labas kung saan hindi kami nakakatanggap ng mga signal. Ang kasalukuyang distansya sa ating cosmic event horizon (16 bilyong light years) ay nasa loob ng ating nakikitang rehiyon. Ang liwanag na ibinubuga ng mga kalawakan na ngayon ay lampas sa cosmic event horizon ay hinding-hindi makakarating sa atin, dahil. ang distansya, na ngayon ay tumutugma sa 16 bilyong light years, ay lalawak nang masyadong mabilis. Makikita natin ang mga pangyayaring naganap sa mga kalawakan bago sila tumawid sa abot-tanaw, ngunit hindi natin malalaman ang mga susunod na kaganapan.
Ang lahat ba sa uniberso ay lumalawak?
Madalas iniisip ng mga tao na kung lalawak ang espasyo, lalawak din ang lahat ng nasa loob nito. Ngunit hindi ito totoo. Ang pagpapalawak tulad nito (i.e. sa pamamagitan ng inertia, nang walang acceleration o deceleration) ay hindi gumagawa ng anumang puwersa. Ang haba ng daluyong ng isang photon ay tumataas kasama ng paglaki ng Uniberso, dahil, hindi katulad ng mga atomo at planeta, ang mga photon ay hindi konektadong mga bagay, ang mga sukat nito ay tinutukoy ng balanse ng mga puwersa. Ang pagbabago ng rate ng pagpapalawak ay nagpapakilala ng isang bagong puwersa sa ekwilibriyo, ngunit hindi ito maaaring maging sanhi ng paglawak o pagkunot ng mga bagay.
Halimbawa, kung lumakas ang gravity, ang iyong spinal cord ay lumiliit hanggang sa ang mga electron sa iyong gulugod ay umabot sa isang bagong posisyon ng equilibrium, na medyo magkalapit. Ang iyong taas ay bababa ng kaunti, ngunit ang pag-urong ay titigil doon. Katulad nito, kung nakatira tayo sa isang uniberso na pinangungunahan ng gravitational, tulad ng pinaniniwalaan ng karamihan sa mga cosmologist ilang taon na ang nakalilipas, kung gayon ang paglawak ay bumagal, at ang lahat ng mga katawan ay sasailalim sa isang bahagyang pag-urong, na pinipilit silang maabot ang isang mas maliit na sukat ng balanse. Ngunit, nang maabot ito, hindi na sila uurong.
GAANO KA LAKI ANG OBSERVABLE UNIVERSE?
MALI: Ang Uniberso ay 14 bilyong taong gulang, kaya ang nakikitang bahagi nito ay dapat magkaroon ng radius na 14 bilyong light years. Isaalang-alang ang pinakamalayo sa mga naobserbahang kalawakan - ang isa na ang mga photon ay naglalabas kaagad pagkatapos ng Big Bang ay ngayon lang nakarating sa atin. Ang isang light year ay ang distansya na nilakbay ng isang photon sa isang taon. Nangangahulugan ito na ang photon ay nagtagumpay sa 14 bilyong light years
TAMA: Habang lumalawak ang espasyo, ang nakikitang rehiyon ay may radius na higit sa 14 bilyong light years. Habang naglalakbay ang photon, lumalawak ang espasyong dinadaanan nito. Sa oras na umabot ito sa amin, ang distansya sa kalawakan na naglalabas nito ay nagiging higit pa sa kalkulasyon mula sa oras ng paglipad - humigit-kumulang tatlong beses na higit pa
Sa katunayan, ang pagpapalawak ay bumibilis, na sanhi ng mahinang puwersa na "nagpapalaki" sa lahat ng katawan. Samakatuwid, ang mga nakagapos na bagay ay bahagyang mas malaki kaysa sa hindi bumibilis na uniberso, dahil ang balanse ng mga puwersa ay nakakamit sa kanila sa bahagyang mas malaking sukat. Sa ibabaw ng Earth, ang panlabas na acceleration mula sa gitna ng planeta ay isang maliit na bahagi ($10^(–30)$) ng normal na gravitational acceleration patungo sa gitna. Kung pare-pareho ang acceleration na ito, hindi ito magiging sanhi ng paglawak ng Earth. Kaya lang na ang planeta ay kumukuha ng bahagyang mas malaking sukat kaysa sa kung wala ang puwersang salungat.
Ngunit magbabago ang mga bagay kung ang acceleration ay hindi pare-pareho, gaya ng pinaniniwalaan ng ilang cosmologist. Kung tumaas ang repulsion, maaaring magdulot ito ng pagkasira sa lahat ng mga istraktura at humantong sa isang "Big Rip", na hindi dahil sa expansion o acceleration per se, ngunit dahil ang acceleration ay magiging accelerating.
LUMAlawak DIN BA ANG MGA BAGAY SA UNIVERSE?
MALI: Oo. Ang pagpapalawak ay nagiging sanhi ng paglawak ng uniberso at lahat ng bagay dito. Isaalang-alang ang isang kumpol ng mga kalawakan bilang isang bagay. Habang lumalaki ang uniberso, lumalaki din ang kumpol. Lumalawak ang hangganan ng kumpol (dilaw na linya).
TAMA: Hindi. Ang uniberso ay lumalawak, ngunit ang mga kaugnay na bagay sa loob nito ay hindi. Ang mga kalapit na kalawakan ay unang lumayo, ngunit sa kalaunan ay dinaig ng kanilang magkaparehong atraksyon ang pagpapalawak. Ang isang kumpol ay nabuo ng ganoong sukat na tumutugma sa estado ng ekwilibriyo nito.
Dahil ang mga bagong tumpak na sukat ay nakakatulong sa mga kosmologist na mas maunawaan ang pagpapalawak at pagbilis, maaaring nagtatanong sila ng higit pang mga pangunahing tanong tungkol sa mga pinakamaagang sandali at pinakamalaking sukat ng uniberso. Ano ang sanhi ng pagpapalawak? Maraming mga kosmologist ang naniniwala na ang isang proseso na tinatawag na "inflation" (bloat), isang espesyal na uri ng accelerating expansion, ay dapat sisihin. Ngunit marahil ito ay bahagyang sagot lamang: para makapagsimula, tila lumalawak na ang Uniberso. At ano ang tungkol sa pinakamalaking kaliskis na lampas sa aming mga obserbasyon? Iba-iba ba ang pagpapalawak ng iba't ibang bahagi ng uniberso, kung kaya't ang ating uniberso ay isa lamang katamtamang inflationary bubble sa isang higanteng superuniverse? Walang na kakaalam. Ngunit umaasa kami na sa paglipas ng panahon ay mauunawaan natin ang proseso ng pagpapalawak ng Uniberso.
TUNGKOL SA MGA MAY-AKDA:
Sina Charles H. Lineweaver at Tamara M. Davis ay mga astronomo sa Mount Stromlo Observatory ng Australia. Noong unang bahagi ng 1990s Sa Unibersidad ng California sa Berkeley, ang Lineweaver ay bahagi ng isang pangkat ng mga siyentipiko na nakatuklas ng mga pagbabago sa CMB gamit ang COBE satellite. Ipinagtanggol niya ang kanyang disertasyon hindi lamang sa astrophysics, kundi pati na rin sa kasaysayan at panitikang Ingles. Si Davis ay nagtatrabaho sa pagbuo ng Supernova/Acceleration Probe space observatory.
REMARKS SA ARTIKULO na "PARADOXES OF THE BIG BANG"
Propesor Zasov Anatoly Vladimirovich, phys. Faculty ng Moscow State University: Ang lahat ng mga hindi pagkakaunawaan na pinagtatalunan ng mga may-akda ng artikulo ay nauugnay sa katotohanan na, para sa kalinawan, madalas nilang isinasaalang-alang ang pagpapalawak ng isang limitadong dami ng Uniberso sa isang mahigpit na frame ng sanggunian (bukod dito, ang pagpapalawak ng isang maliit na sapat na lugar na hindi isinasaalang-alang ang pagkakaiba sa takbo ng oras sa Earth at sa malalayong galaxy sa frame of reference ng Earth). Kaya ang ideya ng parehong pagsabog at isang Doppler shift, at isang malawakang pagkalito sa bilis ng paggalaw. Ang mga may-akda, sa kabilang banda, ay sumulat, at sumulat ng tama, kung paano ang lahat ng bagay ay nakikita sa isang non-inertial (comoving) coordinate system kung saan ang mga cosmologist ay karaniwang gumagana, bagaman ang artikulo ay hindi direktang nagsasabi nito (sa prinsipyo, ang lahat ng mga distansya at bilis ay nakasalalay sa pagpili ng frame ng sanggunian, at dito palaging mayroong ilang arbitrariness). Ang tanging bagay na hindi malinaw na nakasulat ay hindi ito tinukoy kung ano ang ibig sabihin ng distansya sa lumalawak na Uniberso. Una, sinabi ng mga may-akda na ito ang bilis ng liwanag na pinarami ng oras ng pagpapalaganap, at pagkatapos ay sinabi na kailangan ding isaalang-alang ang pagpapalawak, na nag-alis ng kalawakan kahit na habang ang liwanag ay nasa daan. Kaya ang distansya ay nauunawaan na bilang ang bilis ng liwanag na pinarami ng oras ng pagpapalaganap na aabutin kung ang kalawakan ay tumigil sa pag-urong at naglalabas ng liwanag ngayon. Sa katotohanan, ang lahat ay mas kumplikado. Ang distansya ay isang dami na umaasa sa modelo at hindi maaaring makuha nang direkta mula sa mga obserbasyon, kaya ayos lang ang mga cosmologist kung wala ito, na pinapalitan ito ng redshift. Ngunit marahil ang isang mas mahigpit na diskarte ay hindi naaangkop dito.
Ang ilan sa mga kabalintunaan ng kalikasan ay ang pinaka-masaganang anyo ng enerhiya sa uniberso ay ang pinaka misteryoso. Matapos ang nakamamanghang pagtuklas ng pinabilis na pagpapalawak ng uniberso, mabilis na lumitaw ang isang consensus na larawan na nagpapahiwatig na ang 2/3 ng cosmos ay "ginawa" ng "dark energy" - isang uri ng gravitationally repulsive material. Ngunit sapat ba ang katibayan upang suportahan ang kakaibang mga bagong batas ng kalikasan? Siguro may mga mas simpleng astrophysical na paliwanag para sa mga resultang ito?
Ang prototype ng tala na ito ay nai-publish kamakailan sa sikat na seksyon ng agham ng Habr, kahit na sa ilalim ng lock at key, kaya marahil hindi lahat ng interesado ay nakuha ito. Sa bersyong ito, medyo makabuluhang mga pagdaragdag ang ginawa, na dapat maging interesado sa lahat.
Nagsimula ang kasaysayan ng dark energy noong 1998, nang ang dalawang independyenteng koponan ay nag-iimbestiga sa malalayong supernovae. upang makita ang bilis ng pagbabawas ng paglawak ng uniberso. Ang isa sa kanila, ang Supernova Cosmology Project, ay nagsimulang magtrabaho noong 1988 at pinamunuan ni Saul Perlmutter. Ang isa pa, na pinamumunuan ni Brian Schmidt High-z Supernova Search Team, ay sumali sa pananaliksik noong 1994. Ang resulta ay nagulat sa kanila: ang Uniberso ay nasa mode ng pinabilis na pagpapalawak sa loob ng mahabang panahon.
Tulad ng mga detective, ang mga cosmologist sa buong mundo ay nangongolekta ng mga dossier sa mga akusado na responsable para sa pagbilis. Ang mga espesyal na tampok nito: gravitationally repulsive, pinipigilan ang pagbuo ng mga kalawakan (clustering of matter into galaxies), manifests mismo sa kahabaan ng space-time. Ang palayaw ng nasasakdal ay "dark energy". Maraming mga teorista ang nag-akala na ang akusado ay isang kosmolohikal na pare-pareho. Tiyak na akma ito sa pinabilis na senaryo ng pagpapalawak. Ngunit mayroon bang sapat na katibayan upang ganap na makilala ang madilim na enerhiya sa cosmological constant?
Ang pagkakaroon ng gravitationally repulsive dark energy ay magkakaroon ng mga dramatikong implikasyon para sa pangunahing pisika. Ang pinakakonserbatibong palagay ay ang Uniberso ay puno ng isang homogenous na dagat ng zero-point quantum energy o isang condensate ng mga bagong particle na ang mass ay $((10)^(39))$ beses na mas mababa kaysa sa isang electron. Iminungkahi din ng ilang mananaliksik ang pangangailangang baguhin ang pangkalahatang teorya ng relativity, lalo na, ang mga bagong long-range na pwersa na nagpapahina sa epekto ng gravity. Ngunit kahit na ang pinakakonserbatibong mga panukala ay may malubhang pagkukulang. Halimbawa, ang density ng enerhiya ng mga zero-point oscillations ay naging 120 hindi malamang na mga order ng magnitude na mas mababa kaysa sa mga teoretikal na hula. Mula sa pananaw ng mga matinding pagpapalagay na ito, tila mas natural na maghanap ng solusyon sa loob ng balangkas ng tradisyonal na mga konsepto ng astropisiko: intergalactic dust (pagkalat ng mga photon dito at ang nagresultang pagpapahina ng photon flux) o ang pagkakaiba sa pagitan ng bago at lumang supernovae. Ang posibilidad na ito ay suportado ng maraming cosmologist na gising sa gabi.
Ang mga obserbasyon ng supernovae at ang kanilang pagsusuri na isinagawa ni S. Perlmutter, B. Schmidt at A. Riess ay nilinaw na ang pagbaba sa kanilang liwanag na may distansya ay mas mabilis kaysa sa dapat na inaasahan, ayon sa mga modelong kosmolohikal na tinanggap noong panahong iyon. Kamakailan lamang, ang pagtuklas na ito ay nabanggit. Ang karagdagang pagkupas na ito ay nangangahulugan na ang ilang epektibong pagdaragdag ng distansya ay tumutugma sa isang ibinigay na redshift. Ngunit ito, sa turn, ay posible lamang kapag ang cosmological expansion ay nangyayari sa acceleration, i.e. ang bilis kung saan ang pinagmumulan ng liwanag ay lumalayo sa atin ay hindi bumababa, ngunit tumataas sa paglipas ng panahon. Ang pinakamahalagang tampok ng mga bagong eksperimento ay ginawa nilang posible hindi lamang upang matukoy ang mismong katotohanan ng pinabilis na pagpapalawak, kundi pati na rin upang gumuhit ng isang mahalagang konklusyon tungkol sa kontribusyon ng iba't ibang bahagi sa density ng bagay sa Uniberso.
Hanggang kamakailan lamang, ang mga supernova ay ang tanging direktang ebidensya ng pinabilis na pagpapalawak at ang tanging nakakumbinsi na haligi ng madilim na enerhiya. Ang mga tumpak na sukat ng background ng cosmic microwave, kabilang ang data ng WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe), ay nagbigay ng independiyenteng kumpirmasyon ng katotohanan ng madilim na enerhiya. Ang parehong ay nakumpirma ng data ng dalawang mas makapangyarihang proyekto: ang malakihang pamamahagi ng mga kalawakan sa Uniberso at ang Sloan Digital Sky Survey (SDSS).
Natuklasan ng kumbinasyon ng data mula sa WMAP, SDSS at iba pang pinagmumulan na ang gravitational repulsion na nabuo ng dark energy ay nagpapabagal sa pagbagsak ng mga superdense na rehiyon ng matter sa uniberso. Ang katotohanan ng madilim na enerhiya ay agad na naging mas katanggap-tanggap.
pagpapalawak ng espasyo
Ang pagpapalawak ng kosmiko ay natuklasan ni Edwin Hubble noong huling bahagi ng 1920s at ito ay malamang na pinakamahalagang katangian ng ating uniberso. Hindi lamang gumagalaw ang mga astronomikal na katawan sa ilalim ng impluwensya ng pakikipag-ugnayan ng gravitational ng kanilang mga kapitbahay, ngunit ang mga malalaking istruktura ay mas pinahaba ng cosmic expansion. Ang isang tanyag na pagkakatulad ay ang paggalaw ng mga pasas sa isang napakalaking cake sa oven. Habang papalapit ang pie, lumalaki ang distansya sa pagitan ng anumang pares ng pasas na isinawsaw sa pie. Kung iniisip natin na ang isang partikular na zest ay kumakatawan sa ating kalawakan, makikita natin na ang lahat ng iba pang zest (mga kalawakan) ay lumalayo sa atin sa lahat ng direksyon. Lumawak ang ating uniberso mula sa mainit, siksik na cosmic na sopas na nilikha ng Big Bang tungo sa mas malamig at manipis na koleksyon ng mga galaxy at kumpol ng mga kalawakan na nakikita natin ngayon.
Ang liwanag na ibinubuga ng mga bituin at gas sa malalayong mga kalawakan ay katulad na nakaunat, na nagpapahaba sa wavelength nito habang naglalakbay ito sa Earth. Ang pagbabagong ito sa wavelength ay ibinibigay ng redshift na $z=\left(\lambda_(obs)-\lambda_0\right)/\lambda_0$ kung saan ang $\lambda_(obs)$ ay ang haba ng liwanag sa Earth at $\lambda_( 0) $ ay ang wavelength ng ibinubuga na ilaw. Halimbawa, ang Lyman alpha transition sa isang hydrogen atom ay nailalarawan sa pamamagitan ng wavelength na $\lambda_0=121.6$ nanometer (kapag bumalik sa ground state). Ang paglipat na ito ay maaaring makita sa radiation ng malalayong galaxy. Sa partikular, ginamit ito upang makita ang isang record high redshift: isang nakakagulat na z=10 na may Lyman alpha line sa $\lambda_(obs)=1337.6$ nanometer. Ngunit inilalarawan lamang ng redshift ang pagbabago sa sukat ng kosmos habang ang liwanag ay ibinubuga at hinihigop, at hindi nagbibigay ng direktang impormasyon tungkol sa distansya sa emitter o ang edad ng uniberso kung kailan ang liwanag ay inilabas. Kung alam natin ang parehong distansya sa bagay at ang redshift, maaari nating subukang makakuha ng mahalagang impormasyon tungkol sa dinamika ng pagpapalawak ng Uniberso.
Ang mga obserbasyon ng supernovae ay nagsiwalat ng ilang gravitational-repulsive substance na kumokontrol sa acceleration ng uniberso. Ang mga astronomo ay hindi ang unang pagkakataon na nahaharap sa problema ng nawawalang bagay. Ang makinang na masa ng mga kalawakan ay naging makabuluhang mas mababa kaysa sa gravitating masa. Ang pagkakaibang ito ay ginawa ng madilim na bagay - malamig na bagay na hindi relativistiko, karamihan, marahil, ay binubuo ng mga particle na mahinang nakikipag-ugnayan sa mga atomo at liwanag.
Gayunpaman, ipinahiwatig ng mga obserbasyon na ang kabuuang dami ng bagay sa uniberso, kabilang ang madilim na bagay, ay 1/3 lamang ng kabuuang enerhiya. Kinumpirma ito ng pag-aaral ng milyun-milyong galaxy sa balangkas ng mga proyekto ng 2DF at SDSS. Ngunit hinuhulaan ng pangkalahatang relativity na mayroong isang tiyak na kaugnayan sa pagitan ng pagpapalawak at nilalaman ng enerhiya ng uniberso. Kaya alam namin na ang kabuuang density ng enerhiya ng lahat ng mga photon, atoms at dark matter ay dapat idagdag hanggang sa ilang kritikal na halaga na tinutukoy ng Hubble constant na $H_(0)$: $((\rho)_(crit))=3H_( 0 )^(2)/8\pi\cdot(G)$. Ang catch ay kung ano ang wala doon, ngunit iyon ay isa pang kuwento sa kabuuan.
Ang masa, enerhiya at kurbada ng space-time ay direktang nauugnay sa pangkalahatang relativity. Ang isang paliwanag, samakatuwid, ay maaaring ang agwat sa pagitan ng kritikal na densidad at ang naobserbahang densidad ng bagay ay pinupunan ng ilang density ng enerhiya na nauugnay sa pagpapapangit ng espasyo sa malalaking kaliskis at naobserbahan lamang sa mga kaliskis ng pagkakasunud-sunod ng $c/((H) _(0)) \sim 4000\ Mpc$. Sa kabutihang palad, ang curvature ng uniberso ay maaaring matukoy gamit ang katumpakan na mga sukat ng ICF. Isang relic, na may pinagmulan na 400.000 pagkatapos ng Big Bang, ang ICF ay ang radiation ng isang ganap na itim na katawan, ang pinagmulan nito ay ang pangunahing plasma. Nang lumamig ang Uniberso sa ibaba ng $3000\K$ ang plasma ay naging transparent para sa mga photon at nagawa nilang malayang magpalaganap sa kalawakan. Ngayon, halos 15 bilyong taon na ang lumipas, namataan natin ang isang thermal reservoir ng mga photon sa temperatura na $2.726\K$, na resulta ng redshift dahil sa cosmic expansion.
Ang isang kahanga-hangang imahe ng ICF ay nakuha gamit ang WMAP satellite, na nagpapakita ng pinakamaliit na pagbabago sa temperatura ng photon ng "kalangitan". Ang mga variation na ito, na kilala bilang ICF anisotropy, ay nagpapakita ng maliliit na variation sa density at paggalaw ng unang bahagi ng uniberso. Ang mga pagkakaiba-iba na ito na nagaganap sa antas na $((10)^(-5))$ ay ang mga buto ng malakihang istraktura (mga kalawakan, mga kumpol) na naoobserbahan natin ngayon.
Ang pinakamalamig/pinakamainit na mga lugar sa background ng cosmic microwave ay dahil sa mga photon na nakatakas mula sa mga lugar na may gravitational potential na may pinakamataas/pinakamababang density. Ang mga sukat ng mga rehiyong ito ay mahusay na tinukoy ng plasma physics. Kapag isinasaalang-alang natin ang buong Uniberso, ang maliwanag na angular na laki ng mga anisotropie na ito ay dapat na humigit-kumulang $((0.5)^(0))$ kung ang Uniberso ay may sapat na kurbada upang punan ang puwang ng enerhiya at dalawang beses ang laki ng angular sa kawalan ng anumang espasyo kurbada. Ang pinakasimpleng paraan upang mailarawan ang geometric na epekto na ito ay ang mga sumusunod: isipin ang isang tatsulok na may nakapirming base at mga gilid (mga gilid lang?) na iginuhit sa mga ibabaw na may iba't ibang kurbada. Para sa isang saddle surface/sphere, ang mga panloob na anggulo ay magiging mas maliit/mas malaki kaysa sa parehong tatsulok na iginuhit sa isang patag na ibabaw (na may Euclidean geometry).
Mula noong 1999, maraming mga eksperimento ang isinagawa (TOCO, MAXIMA, BOOMERANG, WMAP), na nagpakita na ang mga ICF spot ay may mga sukat na $((1)^(0))$. Nangangahulugan ito na ang geometry ng uniberso ay patag. Sa mga tuntunin ng nawawalang problema sa enerhiya, nangangahulugan ito na ang isang bagay maliban sa curvature ay dapat na responsable para sa pagpuno ng puwang. Para sa ilang cosmologist, ang resultang ito ay mukhang déjà vu. Ang inflation, ang pinakamahusay na teorya para sa pinagmulan ng mga unang pagbabago ng ICF, ay nagmumungkahi na napakaaga sa uniberso ay nakaranas ng panahon ng pinabilis na paglawak na hinimok ng isang particle na tinatawag na inflaton. Kinailangang iunat ng inflaton ang anumang malakihang kurbada, na ginagawang patag o Euclidean ang geometry ng uniberso. Ang ebidensya ay nagmumungkahi ng pagkakaroon ng isang anyo ng enerhiya na pumipigil sa pagkumpol ng kalawakan, na gravitationally repulsive, at maaaring dahil sa isang particle maliban sa inflaton.
Cosmic harmony
Ang data ng CMB at supernova ay patuloy na nakumpirma na ang madilim na enerhiya ang pinagmumulan ng cosmic acceleration. Ngunit iyon ay simula lamang. Sa pamamagitan ng pagsasama-sama ng katumpakan ng mga sukat ng ICF ng WMAP sa mga tunog ng radyo, optical, at X-ray ng mga malalaking pamamahagi ng bagay, ang mga astrophysicist ay may karagdagang ebidensya para sa pagbilis ng bilis ng paglawak ng uniberso. Ito ay lumabas na ang mga potensyal na gravitational na balon ng density at compaction sa Uniberso ay naunat at pinakinis sa paglipas ng panahon, na parang nasa ilalim ng impluwensya ng repulsive gravity. Ang epektong ito ay kilala bilang integral effect (Sachs-Wolfe (ISW)). Ito ay humahantong sa isang ugnayan sa pagitan ng temperatura anisotropy sa CMB at ang malakihang istraktura ng Uniberso. Bagama't ang primordial plasma ay naging transparent sa mga photon habang lumalamig ang uniberso, ang mga photon ay hindi naglalakbay nang walang hadlang. Ang kosmos ay puno ng mga iregularidad na malakas sa maliliit na distansya (kung saan ang mga bagay ay nagkumpol sa mga bituin, kalawakan at nebulae) at unti-unting humihina sa malalaking sukat ng haba ... Sa kanilang paglipad, ang mga photon ay nahuhulog sa at palabas ng mga balon ng gravitational.
Matapos unang ma-detect ang cosmic radiation (mga 40 taon na ang nakakaraan), ipinakita ng Sacks at Wolf na ang potensyal na nag-iiba-iba ng oras ay dapat humantong sa pagbabago ng enerhiya sa ICF ng mga photon na dumadaan dito. Ang isang photon ay nakakakuha ng enerhiya kapag ito ay nahulog sa isang gravitational well at ginugugol ito kapag ito ay nakalabas mula dito. Kung ang potensyal ay naging mas malalim sa panahon ng prosesong ito, kung gayon ang photon sa kabuuan ay mawawalan ng enerhiya. Kung ang potensyal ay nagiging mas maliit, ang photon ay makakakuha ng enerhiya.
Sa isang Uniberso kung saan ang kabuuang kritikal na density ay nabubuo lamang ng mga atomo at dark matter, ang mahinang mga potensyal na gravitational sa napakalaking spatial na kaliskis (na tumutugma sa banayad na mga alon ng density ng bagay) ay masyadong mabagal na umuusbong upang mag-iwan ng mga kapansin-pansing bakas sa mga ICF photon. Ang mas siksik na mga rehiyon ay nakukuha lamang ang nakapalibot na bagay sa parehong bilis habang ang cosmic expansion ay nagpapahaba ng mga alon, na iniiwan ang potensyal na hindi nagbabago. Gayunpaman, sa mas mabilis na paglawak ng Uniberso dahil sa madilim na enerhiya, ang pagdami ng bagay ay hindi maaaring makipagkumpitensya sa paglawak. Mabisang lumalabas na ang gravitational collapse ay pinabagal ng nakakasuklam na dark matter. Dahil dito, ang potensyal ng gravitational ay may posibilidad na patagin at ang mga photon ay nakakakuha ng enerhiya habang dumadaan sila sa mga rehiyong ito. Katulad nito, nawawalan ng enerhiya ang mga photon habang dumadaan sila sa mga lugar na mababa ang density. (Hindi maliit!)
negatibong presyon
Ang pinakadakilang misteryo ng cosmic acceleration ay hindi na ito ay nagmumungkahi na hindi natin makita ang 2/3 ng sangkap na pumupuno sa Uniberso, ngunit ito ay nagpapataw ng pagkakaroon ng bagay na may gravitational repulsion. Upang isaalang-alang ang kakaibang katangiang ito ng dark energy, kapaki-pakinabang na ipakilala ang halagang $w=((p)_(dark))/((\rho )_(dark))$. Ang expression na ito ay kahawig ng equation ng estado para sa isang gas. Sa pangkalahatang relativity, ang rate ng pagbabago ng cosmic expansion ay proporsyonal sa $-\left(((\rho )_(total))+3((p)_(total)) \right)$. Para sa pinabilis na pagpapalawak, dapat na positibo ang value na ito. Dahil ang $((\rho )_(total))$ ay positibo, at ang average na pressure ng ordinaryo at dark matter ay bale-wala (dahil ito ay malamig at hindi relativistic), nakarating kami sa kinakailangan $3w\times ((\ rho )_(madilim ))+((\rho )_(kabuuan))
Bakit nakakaapekto ang pressure sa paglawak ng uniberso? Ipinakita ni Einstein na ang bagay at enerhiya ay yumuko sa espasyo-oras. Samakatuwid, para sa isang mainit na gas, ang kinetic energy ng mga atoms nito ay nag-aambag sa kanilang mga puwersa ng gravitational, na sinusukat sa pamamagitan ng pagsukat ng acceleration ng malalayong katawan. Gayunpaman, ang mga puwersa na kinakailangan upang maglaman o ihiwalay ang gas ay gumagana laban sa labis na presyon. Ang uniberso, sa kabilang banda, ay hindi nakahiwalay o limitado. Ang pagpapalawak ng isang espasyo na puno ng mainit na gas ay epektibong magiging mas mabagal (dahil sa self-gravity) kaysa sa paglawak ng isang uniberso na puno ng malamig na gas. Sa parehong lohika, isang medium na may negatibong presyon tulad na $((\rho )_(kabuuan))+3p
Ang negatibong presyon ay hindi karaniwan. Ang presyon ng tubig sa ilang matataas na puno ay nagiging negatibo habang ang nutrisyon ay tumataas sa kanilang vascular system. Sa isang pare-parehong electric o magnetic field, ang mga pagsasaayos na may negatibong presyon ay matatagpuan din. Sa mga kasong ito, ang presyon ay parang isang nakaunat na bukal sa ilalim ng pag-igting na dulot ng mga panloob na puwersa. Sa isang mikroskopikong antas, ang isang reservoir ng Higgs boson (hypothetical particle na bumubuo ng particle mass sa Standard Model) ay lumilikha ng negatibong presyon kapag ang thermal o kinetic excitations nito ay maliit. Sa katunayan, ang inflaton ay maaaring tingnan bilang isang mabigat na bersyon ng Higgs boson. Ang isang iminungkahing bersyon ng dark energy, quintessence, ay maaaring maging mas magaan na bersyon ng Higgs.
Sa prinsipyo, walang mas mababang hangganan sa presyon sa uniberso. Bagama't ang mga kakaibang bagay ay nangyayari kung ang $w$ ay bumaba sa halagang mas mababa sa $-1.$ Ang mga nakahiwalay na piraso ng naturang materyal ay maaaring magkaroon ng negatibong masa. …..Ngunit isang bagay ang malinaw. Ang ganitong malakas na negatibong presyon ay hindi nagaganap para sa mga normal na particle at field sa pangkalahatang relativity. Maraming mga obserbasyon ang humahantong sa isang mas makitid na hanay ng mga parameter ng dark energy kaysa sa mga sumusunod mula sa pangkalahatang pangangatwiran sa itaas.
Ang kumbinasyon ng mga hula mula sa iba't ibang teoretikal na modelo at ang pinakamahusay na mga obserbasyon ng CMB, malalaking sukat na istruktura at supernovae ay nagreresulta sa $$\Omega_(dark)= 0.728^(+0.015)_(-0.016)$$ $$w= -0.980\ pm0.053 $ $
Isang Maikling Kasaysayan ng Madilim na Enerhiya
Ang madilim na enerhiya, o isang bagay na katulad nito, ay lumitaw nang maraming beses sa kasaysayan ng kosmolohiya. Ang kahon ng Pandora ay binuksan ni Einstein, na nagpakilala ng gravitational field sa kanyang mga equation. Ang pagpapalawak ng kosmiko ay hindi pa natuklasan noong panahong iyon, at ang mga equation ay wastong "nagmungkahi" na ang Uniberso na naglalaman ng materya ay hindi maaaring maging static nang walang mathematical na karagdagan - ang cosmological constant, na karaniwang tinutukoy ng $\Lambda$. Ang epekto ay katumbas ng pagpuno sa uniberso ng isang dagat ng negatibong enerhiya, kung saan ang mga bituin at nebula ay naaanod. Inalis ng pagtuklas ng extension ang pangangailangan para sa ad hoc na karagdagan na ito sa teorya.
Sa mga sumunod na dekada, pana-panahong ipinakilala ng mga desperado na teorista ang $\Lambda$ sa pagtatangkang ipaliwanag ang mga bagong astronomical phenomena. Ang mga pagbabalik na ito ay palaging panandalian at kadalasang nagtatapos sa mas kapani-paniwalang mga paliwanag para sa mga natuklasan. Gayunpaman, mula noong 1960s, ang ideya na ang vacuum (zero) na enerhiya ng lahat ng mga particle at field ay dapat na hindi maiiwasang makabuo ng isang terminong katulad ng $\Lambda$ ay nagsimulang lumabas. Bilang karagdagan, may dahilan upang maniwala na ang cosmological constant ay maaaring natural na lumitaw sa mga unang yugto ng ebolusyon ng Uniberso.
Noong 1980, nabuo ang teorya ng inflation. Sa teoryang ito, ang unang bahagi ng uniberso ay nakaranas ng isang panahon ng pinabilis na pagpapalawak ng exponential. Ang pagpapalawak ay dahil sa negatibong presyon dahil sa bagong particle - . Ang inflaton ay napatunayang napakatagumpay. Marami siyang pinayagan. Kasama sa mga kabalintunaan na ito ang mga problema ng abot-tanaw at ang pagiging patag ng uniberso. Ang mga hula ng teorya ay sumasang-ayon sa iba't ibang mga obserbasyon sa kosmolohiya.
Madilim na enerhiya at ang hinaharap ng uniberso
Sa pagtuklas ng madilim na enerhiya, ang mga ideya tungkol sa kung ano ang maaaring maging katulad ng malayong hinaharap ng ating Uniberso ay kapansin-pansing nagbago. Bago ang pagtuklas na ito, ang tanong ng hinaharap ay malinaw na nauugnay sa tanong ng kurbada ng tatlong-dimensional na espasyo. Kung, gaya ng naunang pinaniniwalaan, ang kurbada ng espasyo sa pamamagitan ng 2/3 ay tumutukoy sa kasalukuyang rate ng pagpapalawak ng Uniberso, at walang madilim na enerhiya, kung gayon ang Uniberso ay lalawak nang walang hanggan, unti-unting bumagal. Ngayon ay malinaw na ang hinaharap ay tinutukoy ng mga katangian ng madilim na enerhiya.
Dahil hindi natin alam ang mga katangiang ito, hindi pa natin mahulaan ang hinaharap. Maaari mo lamang isaalang-alang ang iba't ibang mga pagpipilian. Mahirap sabihin ang tungkol sa kung ano ang nangyayari sa mga teoryang may bagong gravity, ngunit may pagkakataon na talakayin ang iba pang mga sitwasyon sa ngayon. Kung ang madilim na enerhiya ay pare-pareho sa oras, tulad ng kaso para sa vacuum na enerhiya, kung gayon ang uniberso ay palaging makakaranas ng pinabilis na paglawak. Karamihan sa mga kalawakan ay lalayo sa atin sa isang malaking distansya, at ang ating Galaxy, kasama ang ilang kapitbahay, ay magiging isang isla sa kawalan. Kung ang madilim na enerhiya ay ang quintessence, kung gayon sa malayong hinaharap ang pinabilis na pagpapalawak ay maaaring huminto at kahit na mapalitan ng pag-urong. Sa huling kaso, ang Uniberso ay babalik sa isang estado na may mainit at siksik na bagay, magkakaroon ng "Big Bang in reverse", pabalik sa panahon.
Ang badyet ng enerhiya ng ating uniberso. Ito ay nagkakahalaga ng pagbibigay pansin sa katotohanan na ang bahagi ng pamilyar na bagay (mga planeta, mga bituin, ang buong mundo sa paligid natin) ay nagkakahalaga lamang ng 4 na porsyento, ang natitira ay "madilim" na mga anyo ng enerhiya.
Isang mas dramatikong kapalaran ang naghihintay sa Uniberso kung ang madilim na enerhiya ay isang multo, at sa gayon ay tumataas ang density ng enerhiya nito nang walang katiyakan. Ang pagpapalawak ng Uniberso ay magiging mas at mas mabilis, ito ay mapabilis nang labis na ang mga kalawakan ay mahihila mula sa mga kumpol, mga bituin mula sa mga kalawakan, mga planeta mula sa solar system. Darating ang mga bagay sa punto na ang mga electron ay lalayo sa mga atomo, at ang atomic nuclei ay mahahati sa mga proton at neutron. Magkakaroon, tulad ng sinasabi nila, isang malaking agwat.
Ang ganitong senaryo, gayunpaman, ay tila hindi malamang. Malamang, ang density ng enerhiya ng phantom ay mananatiling limitado. Ngunit kahit na pagkatapos, ang Uniberso ay maaaring umasa ng isang hindi pangkaraniwang hinaharap. Ang katotohanan ay na sa maraming mga teoryang pag-uugali ng multo - isang pagtaas sa density ng enerhiya sa oras - ay sinamahan ng mga kawalang-tatag. Sa kasong ito, ang phantom field sa Uniberso ay magiging lubhang hindi magkakatulad, ang density ng enerhiya nito sa iba't ibang bahagi ng Uniberso ay magiging iba, ang ilang bahagi ay lalawak nang mabilis, at ang ilan ay maaaring makaranas ng pagbagsak. Ang kapalaran ng ating Galaxy ay depende sa kung saang lugar ito nahuhulog.
Ang lahat ng ito, gayunpaman, ay tumutukoy sa hinaharap, malayo kahit na sa pamamagitan ng cosmological na mga pamantayan. Sa susunod na 20 bilyong taon, ang uniberso ay mananatiling pareho sa ngayon. Mayroon kaming oras upang maunawaan ang mga katangian ng madilim na enerhiya at sa gayon ay mas tiyak na mahulaan ang hinaharap - at maaaring maimpluwensyahan pa ito.
