Lumea noastră, născută în timpul procesului Big Bang, se extinde și volumul spațiului care separă galaxia crește rapid. Clusterele galaxiilor, în timp ce se îndepărtează unul de altul, totuși rămân formațiuni stabile, cu anumite dimensiuni și structură stabilă. Și atomii nu se umflă deloc în procesul de extindere a universului, spre deosebire de fotonii care zboară liber, mărind lungimea lor de undă în procesul de mișcare prin spațiul extins. Unde sa dus energia fotonilor relicti? De ce putem vedea că quasarii se deplasează de la noi cu viteză superluminală? Ce este energia întunecată? De ce este accesibilă din ce în ce mai multă parte a Universului care se diminuează? Aceasta este doar o parte din întrebările pe care cosmologii le gândesc astăzi, încercând să armonizeze teoria generală a relativității cu imaginea lumii observată de astronomi.
Sfera lui Hubble
Conform legii lui Hubble care descrie expansiunea universului, vitezele radiale ale galaxiilor sunt proporționale cu distanța față de ele cu coeficientul H0. care astăzi se numește constanta Hubble.
Valoarea lui H0 este determinat din observațiile de obiecte galactice, distanțele la care sunt măsurate în principal, de cele mai stralucitoare stele sau Cepheids.
estimările cele mai independente H0 date pentru acest parametru este acum o valoare de aproximativ 70 km / s Mpc.
Acest lucru înseamnă că galaxiile situate la o distanță de 100 megaparsecs se îndepărtează de noi la o viteză de aproximativ 7000 km / s.
În modelele universului în expansiune, constanta Hubble variază în timp, dar termenul "constant" este justificat de faptul că în fiecare moment dat în timp, în toate punctele din univers, constanta Hubble este aceeași.
Inversul constantei Hubble, are un timp caracteristic de expansiune sens al universului în acest moment. Pentru valoarea modernă a constantei Hubble, vârsta universului este estimată la aproximativ 13.8 miliarde ani.
În ceea ce privește centrul sferei Hubble, rata de expansiune a spațiului din interiorul ei este mai mică decât lumina, și dincolo de ea - mai mult. În sfera Hubble, cuantele luminoase par a fi înghețate într-un spațiu care se extinde acolo la viteza luminii și, prin urmare, devine un alt orizont - orizontul fotonilor.
Dacă expansiunea universului încetinește, Hubble raza sferei crește pe măsură ce este invers proporțională cu un parametru Hubble în scădere. În acest caz, pe măsură ce universul îmbătrânește, această sferă acoperă din ce în ce mai multe spații de spațiu și permite o nouă și mai mare cuantică a luminii. De-a lungul timpului, observatorul va vedea galaxiile și evenimentele intragalactice care erau anterior în afara orizontului fotonic. Dacă expansiunea universului se accelerează, atunci raza sferei Hubble, dimpotrivă, este redusă.
În cosmologie, există trei suprafețe importante: orizontul evenimentelor, orizontul particulelor și sfera Hubble. Ultimele două sunt suprafețe în spațiu, iar prima - în spațiu - timp. Cu sfera Hubble pe care am cunoscut-o deja, vom vorbi acum despre orizonturi.
Parametrul orizontului
Orizontul de particule separă obiectele observate în prezent de cele neobservate.
Datorită vitezei luminii finite observatorului vede obiectele cerești așa cum au fost în trecut mai mult sau mai puțin îndepărtat. În afara orizontului particulelor se află galaxiile, care în prezent nu sunt observate la o singură etapă a evoluției lor anterioare. Aceasta înseamnă că liniile lumii lor în spațiu și timp nicăieri nu intersectează suprafața prin care se răspândește lumina care vine de la observator din momentul nașterii universului. În interiorul orizontului de particule există galaxii ale căror linii mondiale se intersectează cu această suprafață în trecut. Aceste galaxii fac parte din univers, în principiu accesibile observării la un moment dat în timp.
Pentru non-extinderea univers de particule orizont crește dimensiunea odată cu vârsta, și mai devreme sau mai târziu, tot universul va fi disponibil pentru studiu. Dar în universul în expansiune nu este așa. În plus, în funcție de rata de extindere, mărimea orizontului de particule poate depinde de timpul scurs de la începutul expansiunii, conform unei legi mai complexe decât proporționalitatea simplă. În particular, în universul accelerat, mărimea orizontului de particule poate avea o valoare constantă. Aceasta înseamnă că există zone care sunt fundamental neobservate, există procese care sunt fundamental necunoscute.
În plus, mărimea orizontului de particule limitează dimensiunea suprafețelor legate de cauze. Într-adevăr, două puncte spațiale separate de o distanță mai mare decât dimensiunea orizontului nu au interacționat niciodată în trecut. Întrucât cea mai rapidă interacțiune (schimbul de raze de lumină) nu a avut loc încă, atunci orice altă interacțiune este exclusă. Prin urmare, niciun eveniment la un moment dat nu poate avea ca cauză un eveniment care a avut loc într-un alt punct. În cazul în care dimensiunea orizontului de particule tinde la o valoare constantă, universul se descompune în regiuni cauzal-nelegate, evoluția cărora se desfășoară independent.
Astfel, nu ni se permite să știm ce univers este dincolo de orizontul de particule prezent. Unele teorii ale universului timpuriu susțin că, dincolo de acest orizont, este complet diferit de ceea ce vedem. Această teză este destul de învățat, după cum rezultă din calculul destul de rezonabil, dar nici nu poate nega, nici confirma cu observațiile astronomice disponibile astăzi, în plus, în cazul în care spațiul va continua să crească cu accelerare, aceasta nu poate fi verificat și modul în care orice viitor îndepărtat.
Sursele de pe orizontul de particule au un redshift infinit. Acestea sunt fotonii cei mai vechi, care cel puțin teoretic pot fi acum "văzuți". Ele au fost radiate practic în timpul Big Bang-ului. Apoi, mărimea părții universului vizibilă astăzi a fost extrem de mică și, de atunci, de atunci toate distanțele au crescut foarte mult. Prin urmare, apare o schimbare roșie infinită. Desigur, de fapt, nu putem vedea fotoni din chiar orizontul particulelor. Universul în anii tinereții era opac la radiații. Prin urmare, nu se observă fotoni cu redirecționare mai mare de 1000. Dacă în viitor astronomii vor învăța pentru a detecta neutrini relicvă, atunci se va uita în primele minute ale universului, care corespunde redshift - Zh10 7. Chiar și mai multe progrese ar putea fi realizate în detectarea undelor gravitaționale primordiale, de a ajunge la „timpul Planck“ (10 -43 secunde începutul exploziei). Cu ajutorul lor va fi posibil să se privească în trecut în măsura în care este posibil, în principiu, cu ajutorul legilor naturii cunoscute astăzi. În apropierea momentului inițial al Big Bang, teoria generală a relativității nu mai este aplicabilă.
Evenimentul Horizon
Orizonul evenimentului este o suprafață în spațiu-timp. Un astfel de orizont nu apare în nici un model cosmologic. De exemplu, există o încetinire în orizontul universului - orice eveniment din viața galaxii îndepărtate poate fi văzut, dacă o lungă perioadă de timp să aștepte. Sensul introducerii acestui orizont este acela că separă evenimente care ne pot afecta cel puțin în viitor, de cele care nu ne vor afecta în nici un fel. Chiar dacă semnalul luminos despre eveniment nu ajunge la noi, atunci evenimentul în sine nu ne poate influența. De ce este posibil acest lucru? Pot exista mai multe motive. Cel mai simplu este modelul cu "sfârșitul lumii". Dacă viitorul este limitat în timp, atunci este clar că lumina din unele galaxii îndepărtate nu va putea ajunge la noi. Cele mai multe modele moderne nu oferă o astfel de oportunitate. Există totuși o versiune a viitorului Big Rip, dar nu este foarte popular în comunitatea științifică. Dar există o altă opțiune - expansiune cu accelerare.
Descoperirea recentă a faptului că Universul se extinde acum cu accelerația cosmologilor agitați. Motivele pentru acest comportament neobișnuit al lumii noastre poate fi două: fie principalul „umplere“ a universului nostru nu este o chestiune obișnuită și materia misterioasă cu proprietăți neobișnuite (așa-numita energie întunecată), sau dacă aveți nevoie pentru a schimba ecuațiile relativității generale (chiar mai rau decat se credea!). Și din anumite motive, omenirea a trebuit să trăiască în acea scurtă perioadă cosmologică, când expansiunea întârziată tocmai a fost înlocuită cu una accelerată. Toate aceste întrebări sunt încă departe de soluția lor, însă astăzi putem discuta cum expansiunea accelerată (dacă continuă pentru totdeauna) ne va schimba universul și vom crea un orizont de evenimente. Se pare că viața de galaxii îndepărtate, începând din momentul în care a obține o viteză mare de evacuare suficient, opriți pentru noi, iar viitorul lor va fi necunoscut pentru noi - lumina de la o serie de evenimente, pur și simplu nu vin niciodată la noi. Cu timpul, în viitorul îndepărtat, toate galaxiile care nu fac parte din superclusterul nostru local de 100 megaparsec vor dispărea în spatele orizontului evenimentelor.
Trecut și viitor
Potrivit profesorului Rindler, există o interpretare foarte clară a celor două orizonturi ale lumii noastre: „orizontul evenimentului este format de iluminat din față, care vine la limita galaxiei noastre, atunci când universul va crește la infinit. Dimpotrivă, orizontul de particule corespunde frontului luminii emise în timpul Big Bang-ului. Din punct de vedere figurat, orizontul evenimentelor este delimitat de cele mai recente fronturi ușoare care ajung la galaxia noastră, iar orizontul de particule este primul. Din această definiție devine clar că
orizontul de particule stabilește distanța maximă de la care în epoca noastră se poate observa ceea ce sa întâmplat în trecut. Orizontul evenimentului, pe de altă parte, înregistrează distanța maximă de la care pot fi obținute informații despre viitorul infinit de îndepărtat.
Sunt într-adevăr două orizonturi diferite, care sunt necesare pentru o descriere completă a evoluției universului. "
MAI MULTE MATERIALE PE TEMA:
Trimiteți-le prietenilor: