Varbūt lielākais atklājums par Visumu, ko izdarījām pagājušā gadsimta beigās, kad mēs atklājām vienu no dīvainākajām kosmiskajām patiesībām: attālās galaktikas ne tikai lido prom no mums, virzoties uz priekšu, bet arī aizlidina ātrāk un ātrāk. Atklājot arvien pieaugošo Visuma izplešanos kā daļu no Supernova kosmoloģijas projekta, ar High-z Supernova meklēšanas grupas palīdzību zinātniekiem tika piešķirta Nobela prēmija fizikā. Lai gan šī ir viena no dīvainākajām un neparastākajām parādībām Visumā.
Fakts ir tāds, ka Visums ne vienmēr paātrinājās, lidojot prom no mums. Miljardiem gadu paplašināšanās ir palēninājusies, un kādam, kas dzīvo pirms desmit miljardiem gadu, varētu šķist, ka tā slēdz līgumu. Kas notika?
1920. gados tika iesniegti četri pierādījumu elementi - trīs novērojami un viens teorētisks -, ka Visums paplašinās. Šeit tie ir:
1. Atklāja, ka spirālveida miglāji nakts debesīs ir īstas galaktikas jeb "salu Visumi", kas satur miljardiem zvaigžņu un atrodas tālu aiz Piena ceļa.
2. Vesto Slifers, mērot šo galaktiku sarkano un blūza nobīdi, parādīja, cik ātri šīs galaktikas vai nu attālinās no mums (sarkanais nobīde), vai tuvojas mums (blūza nobīde), un lielais vairums sekoja pirmajam scenārijam.
3. Attāluma mērījumus līdz katrai no šīm galaktikām veica Edvīns Habls un viņa palīgs Miltons Humasons. Apvienojumā ar Slidera novērojumiem, viņi atklāja skaidru saistību: jo tālāk bija galaktika, jo ātrāk likās, ka tā attālinās no mums.
4. Visbeidzot, spēcīgs teorētiskais lēciens, ko izdarījusi Einšteina vispārējā relativitātes teorija: apziņa, ka Visumam, kas ir piepildīts ar galaktikām ar aptuveni vienādu blīvumu visos virzienos, jābūt nestabilai, ja vien tā neizplešas vai nesaraujas.
Tas noveda pie 1929. gada Visuma attēla: agrāk tas bija karstāks, blīvāks un ātrāk paplašinājās, un pēc tam kļuva vēsāks, mazāk blīvs un laika gaitā paplašinājās lēnāk.
Reklāmas video:
Tas ir diezgan loģiski no Lielā sprādziena viedokļa. Iedomājieties lielo sprādzienu kā lielu kosmosa sacensību starta pistoli, sacīkstes starp sākotnējo izplešanos vienā pusē, kas sākumā bija ļoti ātrs, un gravitāciju otrā pusē, kas visu savelk kopā. Ir viegli iedomāties trīs dažādas iespējas, no kurām katra rada atšķirīgu Visuma tempu:
1. Liela saspiešana. Varbūt sākotnējais izplešanās ātrums bija diezgan augsts, bet smaguma spēks bija spēcīgāks. Paplašināšanai vajadzētu palēnināties un apstāties. Visumam jāsasniedz maksimālais izmērs un jāsāk sarukt. Visbeidzot, tam atkal jāsabrūk, atgriežoties stāvoklī pirms Lielā sprādziena.
2. Liela sasalšana. Šis ir pretējs scenārijs iepriekšējam: kurā izplešanās sākas ātri un gravitācija to palēnina, bet ne pietiekami. Izplešanās ilgst mūžīgi, gravitācija to visu laiku palēnina, bet nevar apturēt. Šis scenārijs ir pazīstams kā Visuma siltuma nāve: lielā sasalšana.
3. Kritiskais Visums. Pastāv arī iespēja, ka jūs nonāksit pa vidu, kad izplešanās ātrums un smagums izlīdzināsies, un izplešanās ātrums laika gaitā palēnināsies. Par vienu daļiņu mazāk, vēl par vienu daļiņu Visumā - un jūs saņemat pirmo vai otro scenāriju. Bet šī daļiņa neeksistē. "Kritiskā visuma" scenārijs izraisītu iespējami lēnāku karstuma nāvi.
Miljardiem gadu šķita, ka kritiskais variants uzvarēs. Redzi, dzīvojot Visumā un aplūkojot dažādas galaktikas, jūs varat ne tikai izmērīt pašreizējo izplešanās ātrumu, bet, aplūkojot vistālākās galaktikas, jūs varat arī izmērīt izplešanās ātrumu Visuma vēstures sākumā.
Šis attēls parāda galaktikas, kuras mums jau nav sasniedzamas.
Miljardiem gadu - precīzi aptuveni septiņi miljardi - likās, ka mēs dzīvojam kritiskā Visumā. Izplešanās sākās radiācijas laikmetā (fotoni un neitrīno), un tad viss atdzisa pietiekami, lai sāktu matērijas (gan parastā, gan tumšā) laikmetu. Tā kā Visums turpināja paplašināties, matērijas blīvums samazinājās un samazinājās, palielinoties matērijas tilpumam, un masa nemainījās.
Bet kādā brīdī matērijas blīvums samazinājās līdz tik zemai vērtībai, ka parādījās cits, smalkāks Visuma enerģijas blīvuma veicinātājs: tumšā enerģija. Apmēram septiņu miljardu gadu laikā tumšās vielas vērtība sasniedza vairākus procentus no kopējā enerģijas blīvuma, un līdz tam laikam, kad Visums bija 7,8 miljardi gadu vecs, tumšās enerģijas blīvums bija sasniedzis svarīgu vērtību: 33% no kopējā enerģijas blīvuma Visumā. Tas ir svarīgi, jo šis tumšās enerģijas daudzums ir vajadzīgs, lai paplašināšanās ātrums sāktu pieaugt.
Kopš tā laika, apmēram pirms 6 miljardiem gadu, matērijas blīvums sāka samazināties, kamēr tumšā enerģija palika nemainīga. Pašlaik tumšā matērija veido apmēram 68% no visas Visuma enerģijas, un matērija ir samazinājusies līdz 32% (27% tumšās vielas un 5% parastās vielas). Laika gaitā nākotnē matērijas blīvums turpinās samazināties, savukārt tumšās enerģijas blīvums paliks nemainīgs, arvien vairāk dominēs tumšā enerģija.
Enerģijas blīvums Visumā dažādos pagātnes laikos
Atsevišķām galaktikām tas nozīmēs, ka galaktika, kas Lielā sprādziena laikā sāka attālināties no mums ātrāk nekā citas, parādīs acīmredzamu ātruma samazināšanos (no mūsu viedokļa) pirmajos 7,8 miljardos gadu. Tad palēnināšanās ātrums pārtrauks krist un kādu laiku paliks nemainīgs. Tad tas sāks augt, un galaktika sāks attālināties no mums vēl ātrāk nekā līdz šim, jo telpa starp mums un tālajām galaktikām izplešas ar milzīgu ātrumu. Kādā brīdī - un tas ir biedējoši, jo tas attiecas uz 97% galaktiku mūsu redzamajā Visumā - ikviena galaktika ārpus mūsu vietējās grupas attālināsies ar ātrumu, kas pārsniedz gaismas ātrumu, tādējādi fizisko ierobežojumu dēļ kļūstot ārpus mums pieejamām.
Dzeltenā krāsā ir redzams redzamā Visuma pašreizējais izmērs: 46 miljardi gaismas gadu; Izmērs, ko mēs varam sasniegt, ir rozā krāsā: 14,5 miljardi gaismas gadu
Cik mēs varam pateikt, Visumam vienmēr ir bijis tāds tumšās enerģijas daudzums, kāds tam tagad ir raksturīgs pašā kosmosā. Bet pagāja 7,8 miljardi gadu jeb visa Visuma vēsture pusotra miljarda gadu laikā, pirms mūsu Saules sistēma izveidojās, lai matērijas blīvums pazeminātos līdz tādam līmenim, ka tumšā enerģija pārņēma Visuma paplašināšanos. Kopš tā laika visas galaktikas ārpus mūsu vietējās grupas ir atkāpušās no mums un turpinās samazināties, līdz pēdējais pazūd. Visums pēdējos sešos miljardos gadu ir paplašinājies, un, ja mēs būtu parādījušies agrāk, mēs, iespējams, nebūtu pārsnieguši šīs trīs savas intuīcijas piedāvātās iespējas. Labākajā gadījumā mēs varējām tikai uzminēt, kas īsti ir Visums. Un tas būtu mūsu lielākais atalgojums.