Cosmologii din suflet sunt călători în timp. Privind în urmă de miliarde de ani, acești oameni de știință sunt capabili să urmărească evoluția universului nostru în detalii uimitoare. Acum 13,8 miliarde de ani a existat un Big Bang. După o secundă divizată, universul se extinde exponențial - într-o perioadă scurtă de timp numită inflație. În timpul epocii ulterioare, spațiul a crescut până la dimensiuni enorme, nici măcar nu vedem marginile sale.
Dar cum poate fi posibil acest lucru? Dacă viteza luminii indică o limită a vitezei cosmice, cum pot exista regiuni ale spațiului-timp ale căror fotoni sunt depășiți de noi? Și dacă există, cum știm despre existența lor? Această întrebare a fost răspunsă de Vanessa Janek la UniverseToday.
Extinderea Universului
Ca orice altceva în fizică, universul nostru tinde să existe în cea mai scăzută stare de energie posibilă. Dar, după 10-36 de secunde după Big Bang, cum consideră cosmologii inflaționist, cosmosul se afla în energia unui vid fals - punctul cel mai de jos, care de fapt nu era inferior. În căutarea adevăratului zăpadă a energiei de vid, după o secundă secundă, universul sa umflat cu un coeficient de 1050.
De atunci, universul continuă să se extindă, dar la un ritm mai lent. Vedem dovezi ale acestei extinderi în lumina obiectelor îndepărtate. Pe măsură ce fotonii eliberați de o stea sau de o galaxie se răspândesc în tot universul, întinderea spațiului determină pierderea energiei. Când fotonii ajung la noi, lungimile lor de undă arată o schimbare roșie în funcție de distanța parcursă.
Acesta este motivul pentru care cosmologii vorbesc despre o schimbare roșie ca o funcție a distanței în spațiu și timp. Lumina de la obiecte îndepărtate călătorește atât de mult încât atunci când o vedem în cele din urmă, observăm obiecte așa cum erau cu miliarde de ani în urmă.
Volumul lui Hubble
Schimbarea roșie a luminii ne permite să vedem obiecte ca galaxiile, așa cum au existat în trecutul îndepărtat, dar nu putem observa toate evenimentele care au avut loc în universul nostru de-a lungul istoriei sale. Pe măsură ce spațiul nostru se extinde, lumina unor obiecte este pur și simplu prea departe de noi pentru a observa.
Fizica acestei granițe se bazează, în special, pe o bucată din spațiul-spațiu înconjurător numită volumul Hubble. Aici, pe Pământ, determinăm volumul Hubble măsurând așa-numitul parametru Hubble (H0), o valoare care corelează viteza de dispersare a obiectelor îndepărtate cu roșu. A fost calculată mai întâi de Edwin Hubble în 1929, descoperind că galaxiile îndepărtate se îndepărtează de noi într-o proporție proporțională cu schimbarea roșie a luminii lor.
Două surse de redshift: Doppler și expansiunea cosmologică. În partea de jos: detectoarele captează lumina emisă de o stea centrală. Această lumină este întinsă sau deplasată, împreună cu expansiunea spațiului
Împărțind viteza luminii prin H0, obținem volumul Hubble. Acest balon sferic acoperă o zonă în care toate obiectele sunt îndepărtate de la observatorul central la o viteză mai mică decât viteza luminii. În consecință, toate obiectele aflate în afara volumului Hubble se îndepărtează din centru mai repede decât viteza luminii.
Da, "mai repede decât viteza luminii". Cum este posibil acest lucru?
Magia relativității
Răspunsul la această întrebare este legat de diferența dintre teoria specială a relativității și teoria generală a relativității. Teoria specială a relativității necesită așa-numitul "cadru de referință inerțial" sau, dacă este mai ușor, fundalul. Conform acestei teorii, viteza luminii este aceeași în toate sistemele inerțiale. Dacă observatorul stă pe o bancă în parcul planetei Pământ sau coboară din Neptun cu viteză amețitoare, viteza luminii va fi întotdeauna aceeași. Fotonul este îndepărtat întotdeauna de la observator la o viteză de 300.000.000 de metri pe secundă.
Teoria generală a relativității, totuși, descrie structura spațiului-timp însăși. Nu există nici o referință în această teorie a cadrelor inerțiale. Spațiul nu se extinde cu privire la nimic dincolo de limitele sale, astfel încât limita vitezei luminii în raport cu observatorul nu funcționează. Da, galaxiile din afara sferei Hubble se îndepărtează de noi mai repede decât viteza luminii. Dar galaxiile nu depășesc singure limitările spațiului. Pentru un observator într-o astfel de galaxie, nimic nu distruge teoria specială a relativității. Acest spațiu între noi și aceste galaxii este accelerat și întins exponențial.
Universul Observat
Poate că următoarea te va surprinde puțin: volumul lui Hubble nu este același ca și universul observabil.
Pentru a înțelege acest lucru, ia în considerare faptul că atunci când universul devine mai în vârstă, lumina de la distanță necesită mai mult timp pentru a ajunge la detectorii noștri de aici pe Pământ. Putem vedea obiecte care s-au accelerat dincolo de volumul nostru actual de Hubble, pentru că lumina pe care o vedem astăzi a fost eliberată de ei când s-au aflat în interiorul sferei.
Strict vorbind, universul nostru observabil coincide cu ceva numit orizont de particule. Orizontul de particule marchează distanța până la cea mai mare lumină pe care o putem observa în acest moment - fotonii au avut suficient timp să rămână înăuntru sau să ajungă în urmă cu sfera blândă a lui Hubble.
Univers Observat. Tehnic cunoscut sub numele de orizont de particule
Dar distanța? Puțin mai mult de 46 de miliarde de ani lumină în orice direcție - și universul nostru observabil este de aproximativ 93 miliarde de ani-lumină în diametru sau mai mult de 500 miliarde de miliarde de kilometri.
(O scurtă notă: orizontul de particule - nu este același lucru ca evenimentul cosmologică particule orizont Horizon acoperă toate evenimentele din trecut, pe care le putem vedea în prezent orizont cosmologică pe de altă parte, determină distanța la care un viitor observator va fi capabil să .. vedeți la acea vreme vechea lumină, care este emisă astăzi de colțul mic al spațiului nostru.
Cu alte cuvinte, orizontul de particule se ocupă de distanța față de obiectele din trecut, lumina veche pe care o putem observa astăzi; iar orizontul cosmologic al evenimentelor se ocupă de distanța pe care lumina noastră modernă o poate trece, pe măsură ce colțurile îndepărtate ale Universului se accelerează de la noi).
Energie întunecată
Datorită expansiunii universului, există regiuni ale cosmosului pe care nu le vom vedea niciodată, chiar dacă vom aștepta la nesfârșit până când lumina lor ajunge la noi. Dar cum rămâne cu acele zone care se află chiar în afara spațiului nostru modern Hubble? Dacă această sferă se extinde, putem vedea aceste obiecte de graniță?
Depinde de regiunea care se extinde mai repede - volumul Hubble-ului sau o parte din univers în imediata vecinătate a acestuia din afară. Iar răspunsul la această întrebare depinde de două lucruri: 1) crește sau scade H0; 2) Universul accelerează sau decelerează. Aceste două tempo-uri sunt strâns legate, dar nu sunt aceleași.
De fapt, cosmologii cred că trăim într-un moment în care H0 scade; dar din cauza energiei întunecate, viteza de expansiune a universului crește.
Poate părea ilogic, dar atâta timp cât H0 scade într-o rată mai lentă decât rata de expansiune a universului crește, mișcarea generală a galaxiilor din noi continuă să se accelereze. Și în acest moment, cosmologii cred că expansiunea universului va depăși creșterea mai modestă a volumului lui Hubble.
Prin urmare, chiar dacă volumul Hubble se extinde, influența energiei întunecate stabilește o limită rigidă asupra expansiunii universului observabil.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: