Viens no svarīgākajiem 20. gadsimta sasniegumiem bija precīza definīcija tam, cik liels, plašs un masīvs ir mūsu Visums. Tā kā aptuveni divi triljoni galaktiku ir slēgti 46 miljardu gaismas gadu rādiusā, mūsu novērojamais Visums ļauj mums rekonstruēt visu mūsu kosmosa vēsturi līdz pat Lielajam sprādzienam un varbūt pat nedaudz agrāk. Bet kā ar nākotni? Kāds būs Visums? Vai tas notiks?
Kāds saka, ka Visuma paplašināšanās palēninās. Nobela prēmija tika piešķirta par "atklājumu", ka Visuma paplašināšanās palielinās. Bet kuram taisnība? Vai Visums kādu dienu varētu sabrukt tā dēvētās Lielās saspiešanas procesā (apgriezti pret Lielo sprādzienu)?
Nākotnes uzvedību vislabāk var paredzēt, pamatojoties uz iepriekšējo uzvedību. Bet tāpat kā cilvēki dažkārt mūs var pārsteigt, arī Visums var.
Visuma izplešanās ātrums noteiktā brīdī ir atkarīgs tikai no diviem faktoriem: kopējā enerģijas blīvuma, kas pastāv telpā-laikā, un esošā telpas izliekuma daudzuma. Ja mēs saprotam gravitācijas likumus un to, kā laika gaitā attīstās dažādi enerģijas veidi, mēs varam rekonstruēt visu, kas notika noteiktā pagātnes brīdī. Mēs varam arī apskatīt dažādus attālus objektus dažādos attālumos un izmērīt, kā gaisma tiek izstiepta telpas paplašināšanās dēļ. Katra galaktika, supernova, molekulārais gāzu mākonis un tamlīdzīgi - jebkas, kas absorbē vai izstaro gaismu - pastāstīs kosmisko stāstu par to, kā telpas paplašināšanās to izstiepa no brīža, kad gaisma piedzima, līdz brīdim, kad mēs to novērojām.
No daudziem neatkarīgiem novērojumiem mēs varējām secināt, no kā sastāv pats Visums. Mēs izveidojām trīs lielas neatkarīgas novērošanas ķēdes:
- Kosmiskā mikroviļņu fonā ir temperatūras svārstības, kas kodē informāciju par Visuma izliekumu, normālo vielu, tumšo vielu, neitrīno un kopējo blīvumu.
- Korelācijas starp galaktikām vislielākajos mērogos - pazīstamas kā barioniskās akustiskās vibrācijas - nodrošina ļoti stingru vielas kopējā blīvuma, normālās vielas un tumšās vielas attiecības un to, kā laika gaitā mainījies izplešanās ātrums.
Reklāmas video:
“Un Visattālākās, kvēlojošās standarta sveces, Ia tipa supernovas, stāsta mums par izplešanās ātrumu un tumšo enerģiju, kā tās laika gaitā ir mainījušās.
Šīs pierādījumu ķēdes kopā veido mums vienotu priekšstatu par Visumu. Viņi mums stāsta, kas atrodas mūsdienu Visumā, un dod mums kosmoloģiju, kurā:
- 4,9% Visuma enerģijas pārstāv normālā viela (protoni, neitroni un elektroni);
- 0,1% Visuma enerģijas pastāv masveida neitrīno formā (kas pēdējā laikā darbojas kā matērija un agrīnā laikā darbojas kā starojums);
- 0,01% Visuma enerģijas pastāv starojuma veidā (piemēram, fotoni);
- 27% Visuma enerģijas pastāv tumšās matērijas formā;
- 68% enerģijas ir raksturīga pašai kosmosam: tumšā enerģija.
Tas viss dod mums plakanu Visumu (ar 0% izliekumu), Visumu bez topoloģiskiem defektiem (magnētiskie monopoli, kosmiskās virknes, domēna sienas vai kosmiskās faktūras), Visumu ar zināmu paplašināšanās vēsturi.
Vispārējās relativitātes vienādojumi šajā ziņā ir ļoti determinējoši: ja mēs zinām, no kā šodien sastāv Visums, un gravitācijas likumus, mēs precīzi zinām, cik svarīgi katrs komponents bija katrā atsevišķā intervālā pagātnē. Sākumā dominēja radiācija un neitrīno. Miljardiem gadu vissvarīgākās sastāvdaļas bija tumšā viela un normālā viela. Pēdējo vairāku miljardu gadu laikā - un laika gaitā tas pasliktināsies - tumšā enerģija ir kļuvusi par dominējošo Visuma paplašināšanās faktoru. Tas liek Visumam paātrināties, un no šī brīža daudzi cilvēki pārstāj saprast, kas notiek.
Ir divas lietas, ko mēs varam izmērīt, runājot par Visuma paplašināšanos: izplešanās ātrums un ātrums, kādā atsevišķas galaktikas no mūsu viedokļa nonāk perspektīvā. Tie ir saistīti, bet paliek atšķirīgi. Paplašināšanās ātrums, no vienas puses, runā par to, kā pats kosmosa audums laika gaitā stiepjas. To vienmēr definē kā ātrumu uz attāluma vienību, ko parasti norāda kilometros sekundē (ātrums) uz megaparsekiem (attālums), kur megaparsek ir aptuveni 3,26 miljoni gaismas gadu.
Ja nebūtu tumšās enerģijas, izplešanās ātrums ar laiku samazināsies, tuvojoties nullei, jo, palielinoties apjomam, vielas un starojuma blīvums samazināsies līdz nullei. Bet ar tumšo enerģiju šis izplešanās ātrums joprojām ir atkarīgs no tumšās enerģijas blīvuma. Piemēram, ja tumšā enerģija būtu kosmoloģiska konstante, izplešanās ātrums izlīdzinātos līdz nemainīgai vērtībai. Bet šajā gadījumā atsevišķas galaktikas, kas attālinās no mums, paātrinātu.
Iedomājieties noteikta lieluma izplešanās ātrumu: 50 km / s / Mpc. Ja galaktika atrodas 20 Mpc attālumā no mums, šķiet, ka tā atkāpjas no mums ar ātrumu 1000 km / s. Bet dodiet tam laiku, un, paplašinoties kosmosa audumam, šī galaktika galu galā atradīsies tālāk no mums. Laika gaitā tas būs divreiz tik tālu: 40 Mpc, un noņemšanas ātrums būs 2000 km / s. Tas prasīs vairāk laika, un tas būs 10 reizes tālāk: 200 Mpc un noņemšanas ātrums 10 000 km / s. Laika gaitā tas attālināsies no mums 6000 Mpc attālumā un attālināsies ar ātrumu 300 000 km / s, kas ir ātrāks nekā gaismas ātrums. Jo vairāk laika iet, jo ātrāk galaktika attālināsies no mums. Tāpēc Visums "paātrinās": izplešanās ātrums samazinās, bet atsevišķu galaktiku, kas attālinās no mums, ātrums tikai pieaug.
Tas viss atbilst mūsu labākajiem mērījumiem: tumšā enerģija ir nemainīgs enerģijas blīvums, kas raksturīgs pašai kosmosam. Kosmosam izstiepjoties, tumšās enerģijas blīvums paliek nemainīgs, un Visums beigsies ar “Lielo sasalšanu”, kad viss, ko nesaista gravitācija (kā mūsu vietējā grupa, galaktika, Saules sistēma), atšķirsies un atšķirsies. Ja tumšā enerģija patiešām ir kosmoloģiska konstante, šī paplašināšanās turpināsies bezgalīgi, līdz Visums kļūs auksts un tukšs.
Bet, ja tumšā enerģija ir dinamiska - kas teorētiski ir iespējams, bet bez novērojamiem pierādījumiem - tā var beigties ar lielu saspiešanu vai lielu plīsumu. Lielajā saspiešanā tumšā enerģija vājinās un pakāpeniski mainīs Visuma paplašināšanos tā, lai tā sāktu sarauties. Var būt pat ciklisks Visums, kur "saspiešana" rada jaunu Lielo sprādzienu. Ja tumšā enerģija kļūst spēcīgāka, mūs gaida cits liktenis, kad savienotās struktūras saplīsīs pakāpeniski pieaugošais paplašināšanās ātrums. Tomēr šodien viss norāda, ka mūs gaida Lielā sasalšana, kad Visums uz visiem laikiem paplašināsies.
Galvenie zinātniskie mērķi nākotnes observatorijām, piemēram, EKA Eiklīds vai NASA WFIRST, ietver mērīšanu, vai tumšā enerģija ir kosmoloģiska konstante. Un, lai gan vadošā teorija runā par labu pastāvīgai tumšai enerģijai, ir svarīgi saprast, ka var būt iespējas, kuras neizslēdz mērījumi un novērojumi. Aptuveni runājot, Visums joprojām var sabrukt, un tas ir iespējams. Nepieciešams vairāk datu.
ILYA KHEL