Veľmi temné záležitosti: ako vysvetliť zrýchlenú expanziu vesmíru. Vesmír sa teraz rozširuje rýchlejšie, než sme si mysleli, akou rýchlosťou sa vesmír rozpína

Vesmír nie je statický. Potvrdil to výskum astronóma Edwina Hubbla už v roku 1929, teda takmer pred 90 rokmi. Túto myšlienku mu vnukli pozorovania pohybu galaxií. Ďalším objavom astrofyzikov na konci dvadsiateho storočia bol výpočet zrýchľujúceho sa rozpínania vesmíru.

Ako sa nazýva expanzia vesmíru?

Niektorí ľudia sú prekvapení, keď vedci hovoria o expanzii vesmíru. Väčšina ľudí si toto meno spája s ekonomikou a negatívnymi očakávaniami.

Inflácia je proces expanzie vesmíru ihneď po jeho objavení a s prudkým zrýchlením. V preklade z angličtiny „inflation“ znamená „napumpovať“, „nafúknuť“.

Nové pochybnosti o existencii temnej energie ako faktora v inflačnej teórii Vesmíru využívajú odporcovia expanznej teórie.

Potom vedci navrhli mapu čiernych dier. Počiatočné údaje sa líšia od údajov získaných v neskoršej fáze:

1. Šesťdesiattisíc čiernych dier so vzdialenosťou medzi tými najvzdialenejšími viac ako jedenásť miliónov svetelných rokov – údaje spred štyroch rokov.
2. Stoosemdesiattisíc galaxií s čiernymi dierami vo vzdialenosti trinásť miliónov svetelných rokov. Údaje získané vedcami, vrátane ruských jadrových fyzikov, začiatkom roka 2017.

Tieto informácie, hovoria astrofyzici, nie sú v rozpore s klasickým modelom vesmíru.

Rýchlosť expanzie vesmíru je výzvou pre kozmológov

Rýchlosť expanzie je skutočne výzvou pre kozmológov a astronómov. Pravda, kozmológovia už netvrdia, že rýchlosť rozpínania Vesmíru nemá konštantný parameter, odchýlky sa presunuli do inej roviny – keď sa rozpínanie začalo zrýchľovať. Údaje o putovaní v spektre veľmi vzdialených galaxií supernov prvého typu dokazujú, že expanzia nie je náhly proces.

Vedci sa domnievajú, že vesmír sa zmenšil na prvých päť miliárd rokov.

Prvé dôsledky Veľkého tresku najskôr vyvolali mohutnú expanziu a potom začala kompresia. Ale temná energia stále ovplyvňovala rast vesmíru. A so zrýchlením.

Americkí vedci začali vytvárať mapu veľkosti vesmíru pre rôzne obdobia, aby zistili, kedy začalo zrýchlenie. Pozorovaním výbuchov supernov, ako aj smeru koncentrácie v starovekých galaxiách, si kozmológovia všimli znaky zrýchlenia.

Prečo sa vesmír „zrýchľuje“

Spočiatku sa chápalo, že hodnoty zrýchlenia na mape neboli lineárne, ale zmenili sa na sínusovú vlnu. Nazývalo sa to „vlna vesmíru“.

Vlna vesmíru naznačuje, že zrýchlenie nenastalo konštantnou rýchlosťou: buď sa spomalilo alebo zrýchlilo. A to hneď niekoľkokrát. Vedci sa domnievajú, že za 13,81 miliardy rokov po veľkom tresku došlo k siedmim takýmto procesom.

Kozmológovia však zatiaľ nevedia odpovedať na otázku, od čoho závisí zrýchlenie-spomalenie. Predpoklady sa scvrkávali na myšlienku, že energetické pole, z ktorého pochádza tmavá energia, je podriadené vlne vesmíru. A pohybom z jednej polohy do druhej vesmír buď rozširuje svoje zrýchlenie, alebo ho spomaľuje.

Napriek presvedčivosti argumentov stále zostávajú teóriou. Astrofyzici dúfajú, že informácie z Planckovho orbitálneho teleskopu potvrdia existenciu vĺn vo vesmíre.

Kedy bola objavená temná energia?

Ľudia o tom prvýkrát začali hovoriť v deväťdesiatych rokoch kvôli výbuchom supernov. Povaha temnej energie nie je známa. Hoci Albert Einstein identifikoval kozmickú konštantu vo svojej teórii relativity.

V roku 1916, pred sto rokmi, bol vesmír stále považovaný za nemenný. Ale gravitačná sila zasiahla: kozmické masy by sa nevyhnutne stretli, ak by bol vesmír nehybný. Einstein deklaruje gravitáciu vďaka kozmickej odpudivej sile.

Georges Lemaitre to zdôvodní fyzikou. Vákuum obsahuje energiu. Vďaka svojim vibráciám, ktoré vedú k objaveniu sa častíc a ich ďalšiemu ničeniu, získava energia odpudzujúcu silu.

Keď Hubble dokázal expanziu vesmíru, Einstein to označil za nezmysel.

Vplyv temnej energie

Vesmír sa od seba vzďaľuje konštantnou rýchlosťou. V roku 1998 boli svetu prezentované údaje z analýzy výbuchov supernov typu 1. Je dokázané, že vesmír rastie rýchlejšie a rýchlejšie.

Deje sa to kvôli neznámej látke, ktorá sa nazýva „tmavá energia“. Ukazuje sa, že zaberá takmer 70% priestoru vesmíru. Podstata, vlastnosti a povaha temnej energie neboli skúmané, no vedci sa snažia zistiť, či existovala aj v iných galaxiách.

V roku 2016 vypočítali presnú rýchlosť expanzie na blízku budúcnosť, objavil sa však nesúlad: Vesmír sa rozširuje rýchlejšie, než astrofyzici predtým predpokladali. Medzi vedcami sa rozhoreli spory o existencii temnej energie a jej vplyve na rýchlosť rozpínania hraníc vesmíru.

Rozpínanie vesmíru prebieha bez temnej energie

Vedci začiatkom roku 2017 predložili teóriu, že expanzia vesmíru je nezávislá od temnej energie. Rozpínanie vysvetľujú zmenami v štruktúre Vesmíru.

Vedci z univerzít v Budapešti a na Havaji prišli k záveru, že nesúlad medzi výpočtami a skutočnou rýchlosťou rozpínania súvisí so zmenami vlastností vesmíru. Nikto nebral do úvahy, čo sa deje s modelom vesmíru počas expanzie.

Vedci, ktorí pochybovali o existencii temnej energie, vysvetľujú: najväčšie koncentrácie hmoty vo vesmíre ovplyvňujú jej expanziu. V tomto prípade je zvyšný obsah distribuovaný rovnomerne. Skutočnosť však zostáva nevysvetlená.

Na preukázanie platnosti svojich predpokladov vedci navrhli model mini-univerza. Predstavili to vo forme sady bublín a začali počítať parametre rastu každej bubliny s vlastnou rýchlosťou v závislosti od jej hmotnosti.

Takéto modelovanie vesmíru vedcom ukázalo, že sa môže meniť bez zohľadnenia energie. Ale ak „primiešate“ temnú energiu, model sa nezmení, tvrdia vedci.

Vo všeobecnosti diskusia stále prebieha. Zástancovia temnej energie hovoria, že ovplyvňuje rozširovanie hraníc vesmíru, odporcovia si stoja za svojim, tvrdiac, že ​​dôležitá je koncentrácia hmoty.

Súčasná rýchlosť rozpínania vesmíru

Vedci sú presvedčení, že vesmír začal rásť po Veľkom tresku. Potom, takmer pred štrnástimi miliardami rokov, sa ukázalo, že rýchlosť rozpínania vesmíru bola väčšia ako rýchlosť svetla. A stále rastie.

V knihe „Najkratšia história času“ od Stephena Hawkinga a Leonarda Mlodinowa sa uvádza, že rýchlosť rozširovania hraníc vesmíru nemôže prekročiť 10 % za miliardu rokov.

Na určenie rýchlosti rozpínania vesmíru vypočítal nositeľ Nobelovej ceny Adam Riess v lete 2016 vzdialenosť k pulzujúcim cefeidám v galaxiách blízko seba. Tieto údaje umožnili vypočítať rýchlosť. Ukázalo sa, že galaxie vo vzdialenosti najmenej tri milióny svetelných rokov sa môžu vzďaľovať rýchlosťou takmer 73 km/s.

Výsledok bol prekvapivý: orbitálne teleskopy, rovnaký „Planck“, hovorili o rýchlosti 69 km/s. Prečo bol zaznamenaný taký rozdiel, vedci nevedia odpovedať: nevedia nič o pôvode temnej hmoty, na ktorej je založená teória rozpínania vesmíru.

Temné žiarenie

Ďalší faktor „zrýchľovania“ vesmíru objavili astronómovia pomocou HST. Predpokladá sa, že temné žiarenie sa objavilo na samom začiatku formovania vesmíru. Potom v tom bolo viac energie, bez hmoty.

Temné žiarenie „pomohlo“ temnej energii rozširovať hranice vesmíru. Vedci sa domnievajú, že rozdiely v určovaní rýchlosti zrýchlenia boli spôsobené neznámou povahou tohto žiarenia.

Budúca práca Hubblea by mala spresniť pozorovania.

Tajomná energia by mohla zničiť vesmír

Vedci o tomto scenári uvažujú už niekoľko desaťročí, údaje z Planckovho vesmírneho observatória ukazujú, že zďaleka nejde len o špekulácie; Vyšli v roku 2013.

"Planck" meral "echo" Veľkého tresku, ktorý sa objavil vo veku vesmíru asi 380 tisíc rokov, teplota bola 2 700 stupňov. Navyše sa zmenila teplota. „Planck“ tiež určil „zloženie“ vesmíru:

• takmer 5% - hviezdy, kozmický prach, kozmický plyn, galaxie;
• takmer 27% je hmotnosť tmavej hmoty;
• asi 70% je temná energia.

Fyzik Robert Caldwell naznačil, že temná energia má silu rásť. A táto energia oddelí časopriestor. Vedec sa domnieva, že galaxia sa v najbližších dvadsiatich až päťdesiatich miliardách rokov vzdiali. Tento proces nastane s rastúcim rozširovaním hraníc vesmíru. To odtrhne Mliečnu dráhu od hviezdy a aj tá sa rozpadne.

Vek vesmíru bol nameraný asi šesťdesiat miliónov rokov. Slnko sa stane umierajúcou trpasličou hviezdou a planéty sa od nej oddelia. Potom Zem exploduje. V nasledujúcich tridsiatich minútach vesmír roztrhne atómy. Konečným výsledkom bude zničenie časopriestorovej štruktúry.

Kam letí Mliečna dráha?

Jeruzalemskí astronómovia sú presvedčení, že Mliečna dráha dosiahla svoju maximálnu rýchlosť, ktorá je vyššia ako rýchlosť expanzie vesmíru. Vedci to vysvetľujú túžbou Mliečnej dráhy po „veľkom priťahovači“, ktorý je považovaný za najväčšieho. Takto Mliečna dráha opúšťa kozmickú púšť.

Vedci používajú rôzne metódy na meranie rýchlosti expanzie vesmíru, takže pre tento parameter neexistuje jediný výsledok.

MOSKVA 26. januára - RIA Novosti. Nezávislá skupina vedcov potvrdila, že vesmír sa teraz skutočne rozširuje ešte rýchlejšie, ako ukázali výpočty založené na pozorovaniach „ozveny“ Veľkého tresku, podľa série piatich článkov prijatých na publikovanie v časopise Monthly Notices of the Royal. Astronomická spoločnosť.

„Rozdiely v súčasnej rýchlosti rozpínania vesmíru a pozorovaniach z Veľkého tresku boli nielen potvrdené, ale aj posilnené novými údajmi o tom, ako vzdialené galaxie ohýbajú svetlo Štandardný model kozmológie, najmä nejaká iná forma temnej energie,“ povedal Frederic Coubrin z École Polytechnique Federale v Lausanne (Švajčiarsko).

Temné zrody vesmíru

Slávny astronóm Edwin Hubble v roku 1929 dokázal, že náš vesmír nestojí, ale postupne sa rozširuje, pričom pozoroval pohyb galaxií ďaleko od nás. Na konci 20. storočia astrofyzici pozorovaním supernov prvého typu zistili, že sa nerozširujú konštantnou rýchlosťou, ale so zrýchlením. Dôvodom, ako sa dnes vedci domnievajú, je temná energia - tajomná látka, ktorá pôsobí na hmotu ako druh „antigravitácie“.

Vlani v júni laureát Nobelovej ceny Adam Reiss a jeho kolegovia, ktorí tento jav objavili, vypočítali presnú rýchlosť expanzie dnešného vesmíru pomocou premenných hviezd cefeíd v blízkych galaxiách, ktorých vzdialenosť sa dá vypočítať s ultra vysokou presnosťou.

Toto objasnenie prinieslo mimoriadne neočakávaný výsledok - ukázalo sa, že dve galaxie, vzdialené od seba asi 3 milióny svetelných rokov, odlietajú rýchlosťou asi 73 kilometrov za sekundu. Toto číslo je výrazne vyššie ako údaje získané pomocou orbitálnych teleskopov WMAP a Planck - 69 kilometrov za sekundu - a nemožno ho vysvetliť pomocou našich existujúcich predstáv o povahe temnej energie a mechanizme zrodu vesmíru.

Riess a jeho kolegovia navrhli, že existuje aj tretia „tmavá“ látka – „tmavé žiarenie“ (tmavé žiarenie), ktoré spôsobilo, že sa v prvých dňoch vesmíru zrýchlilo rýchlejšie ako teoretické predpovede. Takéto vyhlásenie nezostalo bez povšimnutia a spolupráca H0LiCOW, ktorá zahŕňa desiatky astronómov zo všetkých kontinentov planéty, začala túto hypotézu testovať pozorovaním kvazarov – aktívnych jadier vzdialených galaxií.

Hra kozmických sviečok a šošoviek

Kvazary vďaka obrovskej čiernej diere vo svojom strede zvláštnym spôsobom ohýbajú štruktúru časopriestoru a zosilňujú svetlo prechádzajúce jeho okolím, ako obrovská šošovka.

Ak sa dva kvazary umiestnia vedľa seba pre pozorovateľov na Zemi, dôjde k zaujímavej veci – svetlo vzdialenejšieho kvazaru sa pri prechode cez gravitačnú šošovku prvého galaktického jadra rozdelí. Z tohto dôvodu uvidíme nie dva, ale päť kvazarov, z ktorých štyri budú svetelné „kópie“ vzdialenejšieho objektu. Najdôležitejšie je, že každá kópia bude predstavovať "fotografiu" kvazaru v rôznych obdobiach jeho života, kvôli rôznemu času, ktorý ich svetlu trvalo uniknúť z gravitačnej šošovky.

Trvanie tohto času, ako vedci vysvetľujú, závisí od rýchlosti expanzie vesmíru, čo umožňuje vypočítať ju pozorovaním veľkého počtu vzdialených kvazarov. Toto urobili účastníci H0LiCOW, hľadali podobné „dvojité“ kvazary a pozorovali ich „kópie“.

Celkovo Kubrin a jeho kolegovia našli tri takéto kvazarové „matriošky“ a podrobne ich študovali pomocou orbitálnych teleskopov Hubble a Spitzer a niekoľkých pozemných ďalekohľadov na Havajských ostrovoch a v Čile. Tieto merania im podľa vedcov umožnili zmerať Hubbleovu konštantu v „priemernej“ kozmologickej vzdialenosti s chybou 3,8 %, čo je niekoľkonásobne lepšie ako predtým získané výsledky.

Tieto výpočty ukázali, že vesmír sa rozširuje rýchlosťou asi 71,9 kilometrov za sekundu, čo vo všeobecnosti zodpovedá výsledku, ktorý Riess a jeho kolegovia získali v „blízkej“ kozmologickej vzdialenosti, a hovorí v prospech existencie nejakej tretej „temnej“ látka, ktorá v mladosti zrýchľovala vesmír. Ďalšou možnosťou, ako vysvetliť nezrovnalosti s údajmi, je, že vesmír v skutočnosti nie je plochý, ale pripomína guľu alebo „harmoniku“. Je tiež možné, že množstvo alebo vlastnosti tmavej hmoty sa za posledných 13 miliárd rokov zmenili, čo spôsobilo, že vesmír rástol rýchlejšie.

Vedci v každom prípade plánujú študovať asi sto ďalších podobných kvazarov, aby si overili spoľahlivosť získaných údajov a pochopili, ako možno vysvetliť takéto nezvyčajné správanie vesmíru, ktoré nezapadá do štandardných kozmologických teórií.

Kde sa vesmír rozširuje?
Myslím, že to už počul každý Vesmír sa rozpína, a často si to predstavujeme ako obrovskú guľu plnú galaxií a hmlovín, ktorá sa z nejakého menšieho stavu zväčšuje a vkráda sa myšlienka, že na začiatku času Vesmír Vo všeobecnosti to bolo vtesnané do pointy.

Potom vyvstáva otázka, čo je za tým hranica , A kde sa vesmír rozpína ? Ale o akej hranici sa bavíme?! Nie? Vesmír nie nekonečné?! Napriek tomu skúsme na to prísť.

Expanzia vesmíru a Hubbleova sféra

Predstavme si, že pozorujeme cez superobrovský ďalekohľad, v ktorom môžeme vidieť čokoľvek Vesmír . Rozpína ​​sa a jej galaxie sa od nás vzďaľujú. Navyše, čím sú od nás priestorovo vzdialené, tým rýchlejšie sa galaxie vzďaľujú. Pozrime sa ďalej a ďalej. A v určitej vzdialenosti sa ukazuje, že všetky telesá sa od nás vzďaľujú rýchlosťou svetla. Vznikne tak guľa tzv Hubbleova guľa . Teraz je to trochu menej 14 miliárd svetelných rokov a všetko, čo je mimo nej, odlieta relatívne k nám rýchlejšie ako svetlo. Zdalo by sa, že si to odporuje Teórie relativity , pretože rýchlosť nemôže prekročiť rýchlosť svetla. Ale nie, pretože tu nehovoríme o rýchlosti samotných objektov, ale o rýchlosti rozšírenie priestoru . Ale toto je úplne iné a môže to byť čokoľvek.
Môžeme však hľadať ďalej. V určitej vzdialenosti sa predmety vzďaľujú tak rýchlo, že ich nikdy vôbec neuvidíme. Fotóny emitované naším smerom jednoducho nikdy nedosiahnu Zem. Sú ako človek kráčajúci proti smeru eskalátora. Rýchlo sa rozširujúci priestor ich unesie späť. Hranica, kde sa to deje, sa nazýva Horizont častíc . Teraz ide o 46,5 miliardy svetelných rokov . Táto vzdialenosť sa zväčšuje, pretože Vesmír sa rozpína . Ide o hranicu tzv Pozorovateľný vesmír . A za touto hranicou už nikdy neuvidíme všetko.
A tu je to najzaujímavejšie. čo je za tým? Možno toto je odpoveď na otázku?! Ukazuje sa, že všetko je veľmi prozaické. V skutočnosti neexistuje žiadna hranica. A tam sa tie isté galaxie, hviezdy a planéty rozprestierajú na miliardách miliárd kilometrov.

Ale ako?! Ako sa to stane?!

Expanzia stredu vesmíru a horizont častíc

Len Vesmír rozhadzuje celkom šikovne. To sa deje v každom bode priestoru rovnakým spôsobom. Je to, ako keby sme vzali súradnicovú mriežku a zväčšili jej mierku. To naozaj vyzerá, že všetky galaxie sa od nás vzďaľujú. Ak sa však presuniete do inej galaxie, uvidíte rovnaký obrázok. Teraz sa od nej všetky predmety vzdialia. To znamená, že v každom bode vesmíru sa bude zdať, že sme v ňom expanzné centrum . Aj keď tam nie je centrum.
Ak sa teda ocitneme vedľa Horizont častíc , susedné galaxie od nás neodletia rýchlejšie ako rýchlosť svetla. Po všetkom Horizont častíc presťahujte sa s nami a opäť to bude veľmi ďaleko. Podľa toho sa budú posúvať hranice Pozorovateľný vesmír a uvidíme nové galaxie, ktoré boli predtým neprístupné na pozorovanie. A táto operácia sa dá robiť donekonečna. Môžete sa pohybovať k horizontu častíc znova a znova, ale potom sa sám posunie a otvorí nové pohľady. Vesmír . To znamená, že nikdy nedosiahneme jeho hranice, a to sa ukazuje Vesmír a je to pravda nekonečné . No len jej pozorovateľná časť má hranice.
Niečo podobné sa deje v Globe . Zdá sa nám, že horizont je hranicou zemského povrchu, ale ak sa presunieme do tohto bodu, ukáže sa, že neexistuje žiadna hranica. U Vesmír neexistuje hranica, za ktorou už niet vesmírny čas alebo niečo podobné. Len tu natrafíme nekonečno , čo je u nás nezvyčajné. Ale môžete povedať toto Vesmír bol vždy nekonečný a naťahuje sa a zároveň zostáva nekonečný. Môže to urobiť, pretože priestor nemá najmenšiu časticu. Môže sa natiahnuť tak dlho, ako si želáte. Vesmír na expanziu nepotrebuje hranice a oblasti, kam sa má rozširovať. Tak toto jednoducho neexistuje.

Tak počkaj, čo s tým Veľký tresk ?! Nebolo všetko, čo existuje vo vesmíre, stlačené do jedného malého bodu?!

Nie! Bol len stlačený do bodky pozorovateľná hranica vesmíru . A ako celok to nikdy nemalo hranice. Aby sme to pochopili, predstavme si Vesmír miliardtiny sekundy potom, keď jeho pozorovaná časť mala veľkosť basketbalovej lopty. Aj vtedy sa môžeme presťahovať Horizont častíc a všetko viditeľné Vesmír sa bude pohybovať. Môžeme to robiť toľkokrát, koľkokrát chceme a ukázalo sa, že áno Vesmír naozaj nekonečné .
A to isté môžeme urobiť aj predtým. Keď sa teda posunieme v čase späť, ocitneme sa bližšie Veľký tresk . Ale zároveň to zakaždým zistíme Vesmír je nekonečný v každom časovom období! Aj v momente Veľkého tresku! A ukázalo sa, že sa to nestalo v žiadnom konkrétnom bode, ale všade, v každom bode, ktorý nemá hranice pre Kozmos.
To je však len teória. Áno, je to celkom konzistentné a logické, no nie bez nedostatkov.

V akom stave bola látka momentálne? Veľký tresk ? Čo sa stalo pred tým a prečo sa to vôbec stalo? Na tieto otázky zatiaľ neexistujú jednoznačné odpovede. Vedecký svet však nestojí na mieste a možno sa dokonca staneme očitými svedkami riešenia týchto záhad.

Keď sa pozrieme do vzdialeného vesmíru, vidíme galaxie všade - vo všetkých smeroch, milióny a dokonca miliardy svetelných rokov ďaleko. Keďže existujú dva bilióny galaxií, ktoré by sme mohli pozorovať, súčet všetkého za nimi je väčší a chladnejší než naše najdivokejšie predstavy. Jedným z najzaujímavejších faktov je, že všetky galaxie, ktoré sme kedy pozorovali, sa riadia (v priemere) rovnakými pravidlami: čím sú od nás ďalej, tým rýchlejšie sa od nás vzďaľujú. Tento objav Edwina Hubbla a jeho kolegov v 20. rokoch 20. storočia nás priviedol k obrazu rozpínajúceho sa vesmíru. Ale čo ak sa rozšíri? Veda vie a teraz to budete vedieť aj vy.

Na prvý pohľad sa táto otázka môže zdať ako otázka zdravého rozumu. Pretože všetko, čo sa rozpína, je zvyčajne vyrobené z hmoty a existuje v priestore a čase vesmíru. Ale samotný vesmír je priestor a čas obsahujúci v sebe hmotu a energiu. Keď hovoríme, že „vesmír sa rozširuje“, máme na mysli expanziu samotného priestoru, ktorá spôsobuje, že jednotlivé galaxie a zhluky galaxií sa od seba vzďaľujú. Najjednoduchšie by bolo predstaviť si guľu cesta s hrozienkami vo vnútri, ktorá sa pečie v rúre, hovorí Ethan Siegel.

Rozširujúci sa "buchtový" model vesmíru, v ktorom sa relatívne vzdialenosti zväčšujú s rozširovaním priestoru

Toto cesto je tkanivom vesmíru a hrozienka sú spojené štruktúry (ako galaxie alebo zhluky galaxií). Z pohľadu akéhokoľvek hrozienka sa od neho vzdialia všetky ostatné hrozienka a čím ďalej, tým rýchlejšie. Len v prípade Vesmíru pec a vzduch mimo cesta neexistujú, je tam len cesto (priestor) a hrozienka (hmota).

Nie sú to len ustupujúce galaxie, ktoré vytvárajú červený posun, ale skôr priestor medzi nami

Ako vieme, že tento priestor sa rozširuje a nie vzďaľujúce sa galaxie?

Ak vidíte predmety, ktoré sa od vás vo všetkých smeroch vzďaľujú, existuje len jeden dôvod, ktorý to môže vysvetliť: priestor medzi vami a týmito objektmi sa rozširuje. Môžete tiež predpokladať, že ste blízko centra výbuchu a mnohé predmety sú jednoducho ďalej a vzďaľujú sa rýchlejšie, pretože dostali viac energie z výbuchu. Ak by to tak bolo, mohli by sme to dokázať dvoma spôsobmi:

• Pri väčších vzdialenostiach a vysokých rýchlostiach bude galaxií menej, pretože časom by sa vo vesmíre značne rozšírili
• Vzťah medzi červeným posunom a vzdialenosťou nadobudne špecifický tvar pri väčších vzdialenostiach, ktorý sa bude líšiť od tvaru, ak by sa látka priestoru rozširovala.

Keď sa pozrieme na veľké vzdialenosti, zistíme, že ďalej vo vesmíre je hustota galaxií vyššia ako hustota galaxií bližšie k nám. To je v súlade s obrazom, v ktorom sa priestor rozširuje, pretože pozerať sa ďalej je rovnaké ako pozerať sa do minulosti, kde došlo k menšej expanzii. Zistili sme tiež, že vzdialené galaxie majú pomer červeného posunu k vzdialenosti v súlade s expanziou vesmíru a vôbec nie - ak by sa galaxie jednoducho rýchlo vzďaľovali od nás. Veda môže na túto otázku odpovedať dvoma rôznymi spôsobmi a obe odpovede podporujú rozpínanie vesmíru.

Rozširoval sa vesmír vždy rovnakou rýchlosťou?

Hovoríme tomu Hubbleova konštanta, ale je konštantná iba v priestore, nie v čase. Vesmír sa v súčasnosti rozpína ​​pomalšie ako v minulosti. Keď hovoríme o rýchlosti expanzie, hovoríme o rýchlosti na jednotku vzdialenosti: dnes asi 70 km/s/Mpc. (Mpc je megaparsek, približne 3 260 000 svetelných rokov). Ale rýchlosť expanzie závisí od hustôt všetkých rôznych vecí vo vesmíre, vrátane hmoty a žiarenia. Ako sa vesmír rozpína, hmota a žiarenie v ňom sú menej husté, a keď hustota klesá, tak aj rýchlosť expanzie. Vesmír sa v minulosti rozpínal rýchlejšie a od Veľkého tresku sa spomaľuje. Hubbleova konštanta je nesprávne pomenovanie, mala by sa nazývať Hubbleov parameter.

Vzdialený osud vesmíru ponúka rôzne možnosti, ale ak je tmavá energia skutočne konštantná, ako naznačujú údaje, budeme sledovať červenú krivku

Bude sa vesmír rozširovať navždy alebo sa niekedy zastaví?

Niekoľko generácií astrofyzikov a kozmológov si lámalo hlavu nad touto otázkou a dá sa na ňu odpovedať iba určením rýchlosti rozpínania vesmíru a všetkých druhov (a množstva) energie v ňom prítomných. Už sme úspešne zmerali, koľko je tam obyčajnej hmoty, žiarenia, neutrín, tmavej hmoty a tmavej energie, ako aj rýchlosť rozpínania vesmíru. Na základe fyzikálnych zákonov a toho, čo sa stalo v minulosti, sa zdá, že vesmír sa bude rozpínať navždy. Aj keď pravdepodobnosť toho nie je 100%; ak sa niečo ako temná energia bude v budúcnosti správať inak v porovnaní s minulosťou a súčasnosťou, bude treba prehodnotiť všetky naše závery.

Pohybujú sa galaxie rýchlejšie ako rýchlosť svetla? Nie je to zakázané?

Z nášho pohľadu sa priestor medzi nami a vzdialeným bodom rozširuje. Čím je od nás ďalej, tým rýchlejšie sa nám zdá, že sa vzďaľuje. Aj keby bola rýchlosť expanzie malá, vzdialený objekt by jedného dňa prekročil hranicu akéhokoľvek rýchlostného limitu, pretože rýchlosť expanzie (rýchlosť na jednotku vzdialenosti) by sa s dostatočnou vzdialenosťou mnohonásobne znásobila. OTO tento scenár schvaľuje. Zákon, že nič nemôže cestovať rýchlejšie ako rýchlosť svetla, platí len pre pohyb objektu priestorom, nie pre rozpínanie samotného priestoru. V skutočnosti sa samotné galaxie pohybujú rýchlosťou len niekoľko tisíc kilometrov za sekundu, hlboko pod hranicou 300 000 km/s stanovenou rýchlosťou svetla. Je to expanzia vesmíru, ktorá spôsobuje recesiu a červený posun, nie skutočný pohyb galaxie.

V rámci pozorovateľného vesmíru (žltý kruh) sú približne 2 bilióny galaxií. Galaxie, ktoré sú bližšie ako tretina cesty k tejto hranici, sa nám v dôsledku expanzie vesmíru nikdy nepodarí dobehnúť. Iba 3% objemu vesmíru sú otvorené ľudskému prieskumu.

Rozpínanie vesmíru je nevyhnutným dôsledkom toho, že hmota a energia vypĺňajú časopriestor, ktorý sa riadi zákonmi všeobecnej relativity. Pokiaľ existuje hmota, existuje aj gravitačná príťažlivosť, takže buď gravitácia zvíťazí a všetko sa opäť stiahne, alebo gravitácia prehrá a expanzia zvíťazí. Neexistuje žiadne centrum expanzie a nie je nič mimo priestoru, ktorý sa rozširuje; je to samotná štruktúra vesmíru, ktorá sa rozširuje. Najzaujímavejšie je, že aj keby sme dnes opustili Zem rýchlosťou svetla, boli by sme schopní navštíviť len 3 % galaxií v pozorovateľnom vesmíre; 97 % z nich je už mimo náš dosah. Vesmír je zložitý.

V roku 1920 dostal Edwin Hubble dve veci, ktoré mu umožnili zmeniť spôsob, akým ľudia videli vesmír. Jeden bol v tom čase najväčší ďalekohľad na svete a druhý bol zaujímavým objavom kolegu astronóma Vesta Sliphera, ktorý v hmlovine videl to, čo dnes nazývame galaxie, a zaujala ho ich žiara, ktorá bola oveľa červenšia, ako sa očakávalo. Súvisel to s červeným posunom.

Predstavte si, že vy a iná osoba stojíte blízko dlhého lana a každú sekundu ho ťaháte. V tomto čase sa po lane šíri vlna, ktorá dáva druhej osobe najavo, že lano trhlo. Ak by ste sa od tejto osoby rýchlo vzdialili, vzdialenosť, ktorú prejdete, by vlna musela prekonať každú sekundu a z pohľadu inej osoby by sa lano začalo trhať raz za 1,1 sekundy. Čím rýchlejšie pôjdete, tým viac času ubehne druhej osobe medzi trhnutím.

To isté sa deje so svetelnými vlnami: čím ďalej je zdroj svetla od pozorovateľa, tým sú vrcholy vĺn zriedkavejšie a to ich posúva do červenej časti svetelného spektra. Slifer dospel k záveru, že hmloviny vyzerajú červené, pretože sa vzďaľujú od Zeme.

Hubble vzal nový ďalekohľad a začal hľadať červený posun. Našiel ho všade, ale niektoré hviezdy sa zdali byť o niečo „červenšie“ ako iné: niektoré hviezdy a galaxie mali len mierne červený posun, ale niekedy bol červený posun maximálny. Po zhromaždení veľkého množstva údajov Hubble vytvoril diagram, ktorý ukazuje, že červený posun objektu závisí od jeho vzdialenosti od Zeme.

V 20. storočí sa teda dokázalo, že vesmír sa rozširuje. Väčšina vedcov, ktorí skúmali údaje, predpokladala, že expanzia sa spomaľuje. Niektorí verili, že sa Vesmír postupne rozšíri až k určitej hranici, ktorá existuje, no ktorú však nikdy nedosiahne a iní si mysleli, že po dosiahnutí tejto hranice sa Vesmír začne zmršťovať. Astronómovia však našli spôsob, ako problém vyriešiť: potrebovali na to najnovšie teleskopy a malú pomoc z vesmíru v podobe supernov typu 1A.

Pretože vieme, ako sa jasnosť mení so vzdialenosťou, vieme aj to, ako ďaleko sú tieto supernovy od nás a koľko rokov svetlo prešlo, kým sme ho mohli vidieť. A keď sa pozrieme na červený posun svetla, vieme, ako veľmi sa vesmír za ten čas rozšíril.

Keď sa astronómovia pozreli na vzdialené a staré hviezdy, všimli si, že vzdialenosť nezodpovedá stupňu expanzie. Svetlu z hviezd trvalo, kým sa k nám dostalo dlhšie, ako sa očakávalo, ako keby expanzia bola v minulosti pomalšia - čo znamená, že expanzia vesmíru sa zrýchľuje, nie spomaľuje.

Najväčšie vedecké objavy roku 2014

10 hlavných otázok o vesmíre, na ktoré vedci práve teraz hľadajú odpovede

Boli Američania na Mesiaci?

Rusko nemá kapacity na ľudský prieskum Mesiaca

10 spôsobov, ako môže vesmír zabíjať ľudí

Sedem divov Mesiaca

10 vecí, ktoré ľudia z nejakého dôvodu poslali do stratosféry