21 просмотров

Судьба Вселенной

Один простой способ объяснить эти наблюдения — заявить, что Вселенная расширяется. Или, точнее, что в очень больших масштабах пространство расширяется и увлекает за собой галактики, как изюм в буханке хлеба.

Нажмите на картинку выше, чтобы посмотреть, как поднимается хлеб.

Обратите внимание, что с точки зрения ЛЮБОЙ изюминки все остальные изюминки отдаляются: нет ничего особенного в расположении какой-либо конкретной изюминки.

Обратите также внимание на то, что близлежащие изюминки отступают относительно медленно, в то время как более удаленные изюминки отступают быстро.

 В: Значит ли это, что какая-то сила давит на дальние изюминки сильнее, чем на близлежащие? 

Нет, такой силы нет. Нет никакой разницы между действием поднимающегося хлеба в одном месте и действием хлеба в другом месте: он раздувается одинаково быстро во всех местах. Однако следствием такого равномерного расширения является то, что более удаленные объекты кажутся удаляющимися быстрее.

Что мы можем сказать об эволюции этой расширяющейся Вселенной? Ну, в самом простом случае, если обычные законы физики применимы повсюду во Вселенной, то в этих межгалактических масштабах важна только одна сила: сила тяжести. Гравитационное притяжение между галактиками и скоплением галактик будет препятствовать их движению друг от друга. Если гравитационные силы достаточно сильны, они могут замедлить расширение до полной остановки и даже обратить движение в сжатие.

Статья в тему:  В какой вселенной находится человек-паук том холланд

Нажмите на изображение выше, чтобы запустить апплет, показывающий эволюцию простой вселенной.

  • если средняя плотность Вселенной выше некоторого критического значения, гравитационные силы останавливают расширение и обращают его вспять; эту ситуацию иногда называли закрытая вселенная
  • если средняя плотность Вселенной меньше некоторого критического значения, расширение немного замедляется под действием гравитации, но продолжается вечно; эту ситуацию иногда называли открытая вселенная

Критическая плотность вещества, необходимая для того, чтобы Вселенная продолжала расширяться, может быть выражена двумя способами: в абсолютном выражении она составляет примерно 10-26 кг на кубический метр, или около 6 атомов водорода на кубический метр. Астрономы часто выражают это нормализованно, говоря, что критическая плотность по определению Омега = 1.

Вопросы стоимостью 64 000 долларов были такими: какова реальная плотность Вселенной и как она соотносится с критической плотностью?

Как фактическая плотность соотносится с критической плотностью?

Астрономы долгое время пытались вычислить общую плотность Вселенной. Существует два основных способа его расчета.

  1. прямой метод
    • считать звезды и галактики
    • сложите массу каждого
    • получить общую видимую массу
  2. косвенный метод
    • измерять движение звезд и галактик
    • вычислить массу, ответственную за эти движения
    • сложите все эти массы
    • получить общую предполагаемую массу

Первый способ дает относительно небольшую плотность вещества. Если бы мы разложили весь материал в однородный, очень тонкий газ, он составил бы примерно один атом водорода на 5 кубических метров. Это далеко не критическая плотность.

Статья в тему:  Кто такая материнская плата в masters of the Universe

Второй метод указывает на то, что во Вселенной гораздо больше массы, чем мы можем видеть непосредственно: мы иногда называем это предполагаемым материалом. темная материя. Похоже, темной материи примерно в десять раз больше, чем видимой материи! Если мы включим темную материю, то общая плотность будет примерно в десять раз выше, но все еще недостаточно высока, чтобы закрыть Вселенную:

Итак, в 1980-х и начале 1990-х годов самые достоверные данные свидетельствовали о том, что Вселенная открыта и будет расширяться вечно.

Недавние наблюдения предполагают ускоряющееся расширение (?!)

В течение 1990-х годов несколько групп астрономов посвятили много времени и усилий расширению наблюдений далеких сверхновых до новых пределов. Используя все более и более слабые сверхновые типа Ia, они смогли измерить расстояния до галактик все дальше и дальше. Когда они поместили свои новые измерения расстояния на диаграмму Хаббла (вместе с лучевыми скоростями родительских галактик сверхновых), они обнаружили нечто странное: самые далекие сверхновые не лежали в ожидаемом месте.

Рисунок ниже представляет собой слегка измененную версию обычной диаграммы Хаббла. Вместо того, чтобы помещать скорость на вертикальную ось, здесь она находится на горизонтальной оси, выраженной в единицах красного смещения, а не в км/с; и вместо того, чтобы откладывать расстояние по другой оси, мы имеем форму модуля расстояния.

Линии, которые вы видите на этой диаграмме, показывают ожидаемые местоположения сверхновых для конкретных моделей Вселенной. Если бы Вселенная содержала только видимую материю, которую мы можем видеть, плюс темную материю, чье гравитационное влияние мы можем обнаружить, сверхновые должны были бы лежать близко к нижней пунктирной линии. Но это не так: если вы усредните разброс, самые далекие сверхновые кажутся чуть БОЛЕЕ, чем мы ожидаем.

Статья в тему:  Как торговать в новой вселенной

Расширяющаяся Вселенная: «сложная» версия

Причина не ясна и не очевидна. Один из способов объяснить это — сказать, что сверхновые, которые взорвались очень рано во Вселенной, немного слабее тех, которые взрываются сегодня. Мы не можем исключить эту возможность, но у нас также нет очень веских независимых доказательств, подтверждающих это.

Другая возможность состоит в том, что в нашей модели Вселенной — видимая материя плюс темная материя — может отсутствовать важный элемент.Теоретики еще во времена Альберта Эйнштейна поняли, что уравнения общей теории относительности позволяют добавить космологическая постоянная во вселенную. Эта математическая единица, часто обозначаемая зеленой буквой лямбда, Λ, выходит за рамки нашего обычного повседневного опыта. Если он существует, то обладает свойством «раздвигать пространство» или увеличивать расширение пространства в очень больших масштабах.

Нажмите на изображение ниже, чтобы запустить апплет, который показывает, как Λ может повлиять на эволюцию Вселенной.

У этой космологической постоянной много названий: иногда ее называют темная энергия, хотя я не понимаю почему. В настоящее время астрономы пробуют несколько различных методов, чтобы выяснить, какое значение может иметь это загадочное существо. Одна группа астрономов планирует построить в космосе новый телескоп под названием SNAP (SuperNova Acceleration Probe), который потратит несколько лет на поиск очень далеких сверхновых и измерение их свойств.

The search for Λ является одним из самых больших усилий в астрономии сегодня.

Статья в тему:  Где мисс США место в мисс вселенная

CMB раскрывает геометрию космоса

Несколько спутников — COBE в начале 1990-х, WMAP в 2000-х — измеряли Космический микроволновый фон, или же CMB коротко. Это радиоволны, реликты очень, очень ранней Вселенной, испускаемые горячим газом, когда Вселенной было всего около 300 000 лет.

После удаления ряда загрязняющих источников реликтовое излучение, по-видимому, имеет много маленьких пятен: некоторые немного горячее, чем обычно, некоторые немного холоднее.

Оказывается, видимый размер этих маленьких пятнышек говорит нам о крупномасштабной геометрии Вселенной. Пятна были образованы немного более плотными, чем в среднем, областями очень ранней Вселенной, когда она была очень горячим газом. У нас есть довольно хорошее представление о линейный размер (в метрах) регионов, исходя из наших знаний о горячем газе. Мы думаем, что знаем расстояние на регионы, исходя из времени их образования, примерно через 300 000 лет после Большого взрыва.

Это означает, что мы должны уметь прогнозировать видимый угловой размер (в градусах) пятен на небе.

Это легко сделать, если пространство плоское, но не так просто, если пространство искривлено.

Современные наилучшие измерения показывают, что пространство плоский, в пределах неопределенностей. Это означает, что общее содержание массы и энергии во вселенной должно быть точно равно 1,0, измеренному в тайном наборе единиц. Но посмотрите, как он распределяется!

 обычная материя 0,04 темная материя 0,22 лямбда 0,76 ----------------------------------- итого 1,00 

Во Вселенной доминирует космологическая постоянная, которая заставляет пространство расширяться. Гравитационного притяжения материи (обычной плюс темной) недостаточно, чтобы сдержать это расширение. Насколько мы можем судить в настоящее время,

 Будущее ---> бесконечное расширение ---> одиночество :-( 

Чтобы получить больше информации

Авторское право © Майкл Ричмонд. Эта работа находится под лицензией Creative Commons License.

голоса
Рейтинг статьи
Статья в тему:  Почему христианские фундаменталисты не верят в глобальное потепление
Ссылка на основную публикацию
0
Оставьте комментарий! Напишите, что думаете по поводу статьи.x