Võib-olla suurim avastus universumi kohta, mille tegime eelmise sajandi lõpus, kui avastasime ühe kummalisema kosmilise tõe: kauged galaktikad mitte ainult ei lendu meist kaugemale, kui aeg edasi liigub, vaid ka kiiremini ja kiiremini. Supernova kosmoloogiaprojekti raames Universumi kiireneva laienemise avastus High-z Supernova otsimisrühma abiga pälvis teadlastele füüsika Nobeli preemia. Kuigi see on üks kummalisemaid ja ebatavalisemaid nähtusi universumis.
Fakt on see, et Universum ei kiirenenud alati, lennates meist eemale. Miljardite aastate jooksul on laienemine aeglustunud ja kümme miljardit aastat tagasi elanud inimesele võib tunduda, et see väheneb. Mis juhtus?
1920. aastatel esitati neli tõendusmaterjali - kolm jälgitavat ja üks teoreetiline -, et universum laienes. Siin nad on:
1. Avastas, et öötaevas olevad spiraalsed udud on tõelised galaktikad ehk "saareuniversumid", mis sisaldavad miljardeid tähti ja asuvad Linnuteest kaugemal.
2. Vesto Slifer mõõtis nende galaktikate punaseid ja siniseid nihkeid nähes, kui kiiresti need galaktikad kas meist eemalduvad (punane nihe) või lähenevad meile (sinise nihkega) ja valdav enamus järgis esimest stsenaariumi.
3. Kõigi nende galaktikate kauguse mõõtmised viisid läbi Edwin Hubble ja tema assistent Milton Humason. Koos Slipheri tähelepanekutega paljastasid nad selge seose: mida kaugemale galaktika asus, seda kiiremini tundus ta meist eemalduvat.
4. Lõpuks, tänu Einsteini üldisele relatiivsusteooriale tehtud võimas teoreetiline hüpe: tõdemus, et Universum, mis on täidetud kõigis suundades ligikaudu ühesuguse tihedusega galaktikatega, peab olema ebastabiilne, kui see ei laiene ega tõmbu kokku.
Sellest sündis pilt 1929. aasta universumist: see oli varem kuumem, tihedam ja laienes kiiremini ning muutus seejärel külmemaks, vähem tihedaks ja laienes aja jooksul aeglasemalt.
Reklaamvideo:
See on Suure Paugu seisukohast üsna loogiline. Kujutage suurt pauku suure kosmosevõistluse stardipüstolina - võistlusena algul ühelt poolt kiire laienemisega, mis oli alguses väga kiire, ja gravitatsiooni vahel teisele poole, mis tõmbab kõik kokku. Lihtne on ette kujutada kolme erinevat varianti, millest igaühe tulemuseks on universumi erinev tempo:
1. Suur tihendus. Võib-olla oli esialgne paisumiskiirus üsna kõrge, kuid raskusjõud oli tugevam. Laienemine peaks aeglustuma ja peatuma. Universum peab saavutama maksimaalse suuruse ja hakkama kahanema. Ja lõpuks, see peab uuesti kokku varisema, naastes suure paugu eelsele seisundile.
2. Suur külmutamine. See on varasemale vastupidine stsenaarium: kus laienemine algab kiiresti ja gravitatsioon aeglustab seda, kuid mitte piisavalt. Laienemine kestab igavesti, gravitatsioon aeglustab seda kogu aeg, kuid ei saa seda peatada. Seda stsenaariumi tuntakse kui universumi kuuma surma: suurt külmumist.
3. Kriitiline universum. Samuti on võimalus, et leiate end keskelt, kui paisumiskiirus ja raskusjõud võrdsustuvad ning paisumiskiirus aeglustub aja jooksul. Üks osake vähem, veel üks osake universumis - ja saate esimese või teise stsenaariumi. Kuid seda osakest pole olemas. "Kriitilise universumi" stsenaarium tooks kaasa võimalikult aeglase kuuma surma.
Miljardite aastate jooksul tundus, et kriitiline variant võidab. Näete, kui elate universumis ja vaatate erinevaid galaktikaid, ei saa te mitte ainult mõõta praegust laienemiskiirust, vaid vaadates kõige kaugemaid galaktikaid, saate ka laienemise määra mõõta universumi ajaloo alguses.
See pilt näitab galaktikaid, mis on meile juba kättesaamatud.
Miljardite aastate jooksul - kui täpselt seitse miljardit - tundus, nagu elaksime kriitilises universumis. Laienemine algas kiirguse ajastul (footonid ja neutriinod) ja siis kõik jahtus piisavalt, et mateeria (nii tavaline kui ka tume) ajastu saaks alata. Universumi laienedes mateeria tihedus langes ja langes, kuna aine maht suurenes ja mass jäi samaks.
Kuid mingil hetkel langes mateeria tihedus nii madalale väärtusele, et ilmnes teine, peenem panus Universumi energiatihedusse: tume energia. Umbes seitsme miljardi aasta jooksul jõudis tumeaine väärtus mitme protsendini kogu energiatihedusest ja selleks ajaks, kui universum oli 7,8 miljardit aastat vana, oli tumeda energia tihedus saavutanud olulise väärtuse: 33% kogu universumi energiatihedusest. See on oluline, kuna seda pimedat energiat on vaja, et laienemiskiirus hakkaks tõusma.
Pärast seda, umbes 6 miljardit aastat tagasi, hakkas aine tihedus vähenema, samal ajal kui tume energia püsis muutumatuna. Praegu moodustab tumeaine umbes 68% universumi koguenergiast ja mateeria on langenud kokku 32% -ni (27% tumeainest ja 5% tavalisest ainest). Aja jooksul tulevikus mateeria tihedus jätkuvalt langeb, samal ajal kui tumeda energia tihedus jääb muutumatuks, tume energia on üha enam levinud.
Energiatihedus universumis mineviku eri aegadel
Üksikute galaktikate puhul tähendab see seda, et galaktika, mis hakkas meist Suure Paugu ajal teistest kiiremini eemalduma, näitab kiiruse ilmset langust (meie vaatepunktist) esimese 7,8 miljardi aasta jooksul. Siis lakkab aeglustuskiirus kukkumast ja püsib mõnda aega muutumatuna. Siis hakkab see kasvama ja galaktika hakkab meist veelgi kaugemale kui varem, kuna meie ja kaugete galaktikate vaheline ruum laieneb tohutu kiirusega. Mingil hetkel - ja see on hirmutav, kuna see kehtib 97% -l meie nähtava universumi galaktikatest - liigub iga väljaspool meie kohalikku rühma asuv galaktika valguse kiirust ületava kiirusega kaugenedes, jäädes füüsiliste piirangute tõttu meie käeulatusest välja.
Kollase värviga on nähtava universumi praegune suurus: 46 miljardit valgusaastat; Suurus, mille saame saavutada, on roosa: 14,5 miljardit valgusaastat
Niipalju kui me võime öelda, on universumil alati olnud nii palju tumedat energiat, nagu see on nüüd omane kosmosele. Kuid meie tihenenud päikesesüsteemi moodustumiseni kulus 7,8 miljardit aastat ehk kogu universumi ajalugu poolteist miljardit aastat, enne kui mateeria tihedus langes sellisele tasemele, et tume energia võttis universumi laienemise üle. Pärast seda on kõik väljaspool meie kohalikku gruppi kuuluvad galaktikad taandunud meist ja jätkavad taandumist, kuni viimane kaob. Universum on viimase kuue miljardi aasta jooksul laienenud ja kui me oleksime varem ilmunud, poleks me ehk jõudnud oma intuitsiooni pakutavatest kolmest võimalusest kaugemale. Parimal juhul võisime vaid aimata, mis täpselt on universum. Ja see oleks meie suurim tasu.
