Galaksiler ayrı uçuyor. Güneşin ve galaksinin evrendeki hızı
Şu anda, astronomik gözlemlere göre, Evren büyük ölçekte homojendir, yani 300 milyon ışıkyılı ve daha büyük olan tüm bölgeleri aynı görünüyor. Daha küçük bir ölçekte, Evrende gökada kümelerinin bulunduğu bölgeler ve tersine, bunların az olduğu yerlerde boşluklar vardır.
Bir galaksi, ortak bir kökene sahip ve çekim kuvvetleriyle birbirine bağlanan bir yıldız sistemidir. Güneşimizin bulunduğu galaksi Samanyolu'dur.
Mesafeler gök cisimleri astronomide, bu nesnelerin gezegenimize yakın veya uzak olmasına bağlı olarak farklı tanımlanırlar. Uzayda, mesafeleri ölçmek için aşağıdaki birimlerin kullanılması gelenekseldir:
1 AU( Astronomik birimi) = (149597870 2) km;
1 bilgisayar ( parsek) = 206265 a.u. = 3.086 10 m;
1 bu yıl ( ışık yılı) \u003d 0.307 pc \u003d 9.5 10 m Işık yılı, ışığın bir yılda seyahat ettiği yoldur.
Bu yazıda, "kırmızıya kayma" kullanarak uzak galaksilere olan mesafeleri belirlemek için bir yöntem öneriyoruz, yani. gözlemlenen uzak radyasyon kaynağının spektrumundaki dalga boylarını, referans spektrumlarındaki çizgilerin karşılık gelen dalga boylarına kıyasla artırarak.
Bir ışık kaynağı, uzak galaksilerden gelen radyasyon olarak anlaşılır (çoğu parlak yıldızlar veya içlerindeki gaz ve toz bulutsuları). Altında " kırmızıya kayma» - spektrumdaki spektral çizgilerin kayması kimyasal elementler Dünya üzerindeki referans elementlerin spektrumlarındaki dalga boyları ile karşılaştırıldığında, bu nesnelerin oluşturduğu uzun dalga (kırmızı) tarafına. "Kırmızıya kayma", Doppler etkisinden kaynaklanmaktadır.
Doppler etkisi sabit bir alıcıdan uzaklaşan bir kaynak tarafından gönderilen radyasyonun, aynı sabit kaynaktan gelen radyasyondan daha uzun dalga boyu olarak kabul edileceği gerçeğinden oluşur. Kaynak alıcıya yaklaşırsa, kaydedilen sinyalin dalga boyu tam tersine azalacaktır.
1924'te Sovyet fizikçi Alexander Fridman, evrenin genişlediğini tahmin etti. Şu anda mevcut olan veriler, evrenin evriminin şu andan itibaren başladığını göstermektedir. Büyük patlama. Yaklaşık 15 milyar yıl önce, Evren bir noktaydı (buna tekillik noktası), ki, içindeki en güçlü yerçekimi nedeniyle, çok Yüksek sıcaklık ve yoğunluk, bilinen fizik yasaları geçerli değildir. Halihazırda kabul edilen modele göre Evren artan ivme ile tekillik noktasından şişmeye başlamıştır.
1926'da evrenin genişlemesi için deneysel kanıtlar elde edildi. Amerikalı gökbilimci E. Hubble, bir teleskopla uzak galaksilerin spektrumlarını incelerken, tayf çizgilerinin kırmızıya kaymasını keşfetti. Bu, galaksilerin birbirlerinden uzaklaştıkları ve mesafe arttıkça artan bir oranda hareket ettikleri anlamına geliyordu. Hubble, Doppler etkisi ile ilişkili olarak mesafe ve hız arasında doğrusal bir ilişki kurdu ( Hubble yasası):
(1) , nerede
r– galaksiler arasındaki mesafe;
v- galaksi kaldırma oranı;
H Hubble sabitidir. Anlam H Evrenin genişlemesinin başlangıcından şu ana kadar geçen zamana bağlıdır ve 50 ila 100 km/s Mpc aralığında değişir. Astrofizikte, kural olarak, H = 75 km/s·Mpc kullanılır. Hubble sabitini belirlemenin doğruluğu,
0,5 km/sn Mpc;
İle birlikteışığın boşluktaki hızı;
Z- sözde dalga boyunun kırmızıya kayması. kozmolojik faktör.
(2) , nerede
alıcı tarafından alınan radyasyonun dalga boyudur;
cisim tarafından yayılan radyasyonun dalga boyudur.
Böylece, örneğin iyonize hidrojenin (H+) spektrumun görünür kısmındaki çizgilerin kaymasını ölçerek, Dünya'dan gözlemlenen bir galaksinin kırmızıya kaymasını formül (2) ile belirlemesi mümkündür. Z ve Hubble yasasını (1) kullanarak, ona olan mesafeyi veya kaldırma hızını hesaplayın:
İş emri
1. Bilgisayarın masaüstünde "Galaksilere olan mesafelerin belirlenmesi" programını çağırın. Dünya yüzeyinden gözlemlenen dokuz farklı galaksiye sahip Evrenin bir bölgesi monitör ekranında görünecektir. Görünür ışığın spektrumu ve H+ iyonize hidrojen dalga boyu işareti ekranın üst kısmında görünür.
2. İmleci öğretmen tarafından gösterilen galaksinin üzerine getirin ve tuşuna tıklayın.
3. Dalga boyunu kaydedin ve λ geri çekilirken bu galaksi tarafından yayılan.
Onu tanımanızı şiddetle tavsiye ederiz. Orada birçok yeni arkadaş bulacaksınız. Ayrıca proje yöneticileriyle iletişim kurmanın en hızlı ve en etkili yoludur. Antivirüs Güncellemeleri bölümü çalışmaya devam ediyor - Dr Web ve NOD için her zaman güncel ücretsiz güncellemeler. Bir şeyler okumak için zamanın olmadı mı? Ticker'ın tam içeriği bu bağlantıda bulunabilir.
Bu makale, farklı referans çerçevelerine göre Güneş ve Galaksinin hızını tartışıyor:
Güneş'in Galaksideki en yakın yıldızlara, görünür yıldızlara ve Samanyolu'nun merkezine göre hızı;
Yerel galaksiler grubuna, uzak yıldız kümelerine ve kozmik arka plan radyasyonuna göre Galaksinin hızı.
Samanyolu Galaksisinin kısa açıklaması.
Galaksinin açıklaması.
Güneş'in ve Evrendeki Galaksinin hızının çalışmasına geçmeden önce, Galaksimizi daha iyi tanıyalım.
Sanki devasa bir "yıldız şehirde" yaşıyoruz. Daha doğrusu, Güneşimiz onun içinde “yaşar”. Bu "şehrin" nüfusu çeşitli yıldızlardır ve iki yüz milyardan fazlası içinde "yaşamaktadır". İçinde sayısız güneş doğar, gençliklerinden, orta yaşlarından ve yaşlılıklarından geçer - uzun ve zor bir süreçten geçerler. hayat yolu milyarlarca yıl sürer.
Bu "yıldız şehrin" boyutları - Galaksi çok büyük. Komşu yıldızlar arasındaki mesafeler ortalama olarak binlerce milyar kilometre (6*1013 km)'dir. Ve 200 milyardan fazla böyle komşu var.
Galaksinin bir ucundan diğer ucuna ışık hızında (300.000 km/sn) koşsaydık, yaklaşık 100.000 yıl sürerdi.
Tüm yıldız sistemimiz, milyarlarca güneşten oluşan dev bir tekerlek gibi yavaşça dönüyor.
Güneşin Yörüngesi
Galaksinin merkezinde, görünüşe göre, süper kütleli bir Kara delik(Yay A *) (yaklaşık 4,3 milyon güneş kütlesi) çevresinde, muhtemelen ortalama kütle 1.000 ila 10.000 güneş kütlesi arasında olan bir kara delik, yaklaşık 100 yıllık bir yörünge periyodu ve birkaç bin nispeten küçük olan bir yörünge periyodu ile döner. Komşu yıldızlar üzerindeki birleşik yerçekimi etkisi, ikincisinin olağandışı yörüngeler boyunca hareket etmesine neden olur. Çoğu galaksinin çekirdeğinde süper kütleli kara delikler olduğuna dair bir varsayım var.
Galaksinin merkezi bölgeleri, güçlü bir yıldız konsantrasyonu ile karakterize edilir: merkeze yakın her kübik parsek, bunlardan binlercesini içerir. Yıldızlar arasındaki mesafeler, Güneş'in çevresinden onlarca ve yüzlerce kat daha azdır.
Galaksinin çekirdeği büyük bir güçle diğer tüm yıldızları çeker. Ancak "yıldız şehir" boyunca çok sayıda yıldız yerleşmiştir. Ayrıca birbirlerini farklı yönlerde çekerler ve bunun her yıldızın hareketi üzerinde karmaşık bir etkisi vardır. Bu nedenle, Güneş ve milyarlarca diğer yıldız, çoğunlukla Galaksinin merkezi etrafındaki dairesel yollar veya elipsler üzerinde hareket eder. Ama bu sadece "temelde" - yakından bakarsak, onları çevreleyen yıldızlar arasında daha karmaşık kavisli, kıvrımlı yollarda hareket ettiklerini görebiliriz.
Samanyolu Galaksisinin Özelliği:
Güneş'in Galaksideki Yeri.
Güneş Galaksinin neresinde ve hareket ediyor mu (ve onunla birlikte Dünya, sen ve ben)? "Şehir merkezinde" mi yoksa en azından ona yakın bir yerde miyiz? Araştırmalar göstermiştir ki güneş ve Güneş Sistemi Galaksinin merkezinden çok uzakta, "kentsel kenar mahallelere" (26.000 ± 1.400 ışıkyılı) daha yakın bir yerde bulunur.
Güneş, Galaksimizin düzleminde yer alır ve merkezinden 8 kpc, Galaksinin düzleminden ise yaklaşık 25 pc (1 adet (parsek) = 3.2616 uzaklaşır. ışık yılı). Güneş'in bulunduğu Galaksi bölgesinde, yıldız yoğunluğu pc3 başına 0.12 yıldızdır.
galaksimizin modeli
Güneş'in Galaksideki hızı.
Güneş'in Galaksideki hızı genellikle farklı referans çerçevelerine göre değerlendirilir:
yakındaki yıldızlara göre.
Çıplak gözle görülebilen tüm parlak yıldızlara göre.
Yıldızlararası gazla ilgili.
Galaksinin merkezine göre.
1. Güneş'in Galaksideki en yakın yıldızlara göre hızı.
Uçan bir uçağın hızının Dünya'nın uçuşunu hesaba katmadan Dünya'ya göre düşünülmesi gibi, Güneş'in hızı da kendisine en yakın yıldızlara göre belirlenebilir. Sirius sisteminin yıldızları, Alpha Centauri vb.
Güneş'in Galaksideki bu hızı nispeten küçüktür: sadece 20 km/sn veya 4 AU. (1 astronomik birim, Dünya'dan Güneş'e olan ortalama mesafeye eşittir - 149,6 milyon km.)
Güneş, en yakın yıldızlara göre, Herkül ve Lyra takımyıldızlarının sınırında, Galaksinin düzlemine yaklaşık 25 ° açıyla uzanan bir noktaya (tepe) doğru hareket eder. Tepe noktasının ekvatoral koordinatları = 270°, = 30°.
2. Görünür yıldızlara göre Güneş'in Galaksideki hızı.
Güneş'in Galaksideki hareketini düşünürsek Samanyolu teleskop olmadan görülebilen tüm yıldızlara göre hızı daha da azdır.
Güneş'in Galaksideki görünür yıldızlara göre hızı 15 km/sn veya 3 AU'dur.
Bu durumda Güneş'in hareketinin zirvesi de Herkül takımyıldızında bulunur ve aşağıdaki ekvator koordinatlarına sahiptir: = 265 °, = 21 °.
Yakındaki yıldızlara ve yıldızlararası gaza göre Güneş'in hızı
3. Yıldızlararası gaza göre Güneş'in Galaksideki hızı.
Galaksinin Güneş'in hızını dikkate alacağımız bir sonraki nesnesi yıldızlararası gazdır.
Evrenin genişlikleri, uzun zamandır düşünüldüğü kadar ıssız olmaktan uzaktır. Küçük miktarlarda olsa da, her yerde yıldızlararası gaz bulunur ve evrenin her köşesini doldurur. Evrenin doldurulmamış alanının görünürdeki boşluğu ile yıldızlararası gaz, tüm uzay nesnelerinin toplam kütlesinin neredeyse% 99'unu oluşturur. Hidrojen, helyum ve minimum miktarda ağır elementler (demir, alüminyum, nikel, titanyum, kalsiyum) içeren yıldızlararası gazın yoğun ve soğuk formları, geniş bulut alanları halinde birleşen moleküler bir haldedir. Genellikle, yıldızlararası gazın bileşiminde elementler şu şekilde dağılır: hidrojen - %89, helyum - %9, karbon, oksijen, azot - yaklaşık %0.2-0.3.
Büyüyen bir yıldızı gizleyen iribaş benzeri yıldızlararası gaz ve toz bulutu IRAS 20324+4057
Yıldızlararası gaz bulutları, yalnızca galaktik merkezlerin etrafında düzenli bir şekilde dönmekle kalmaz, aynı zamanda kararsız bir ivmeye de sahiptir. On milyonlarca yıl boyunca birbirlerini yakalarlar ve çarpışırlar, toz ve gaz kompleksleri oluştururlar.
Galaksimizde, yıldızlararası gazın ana hacmi, koridorlarından biri güneş sisteminin yakınında bulunan spiral kollarda yoğunlaşmıştır.
Güneş'in galaksideki yıldızlararası gaza göre hızı: 22-25 km/sn.
Güneş'in hemen yakınındaki yıldızlararası gaz, en yakın yıldızlara göre önemli bir içsel hıza (20-25 km/s) sahiptir. Onun etkisi altında, Güneş'in hareketinin zirvesi Yılancı takımyıldızına (= 258°, = -17°) doğru kayar. Hareket yönündeki fark yaklaşık 45°'dir.
4. Galaksideki Güneş'in Galaksinin merkezine göre hızı.
Yukarıdaki üç noktada Konuşuyoruz Güneş'in sözde tuhaf, göreceli hızı hakkında. Başka bir deyişle, özel hız, kozmik referans çerçevesine göre hızdır.
Ancak Güneş, ona en yakın yıldızlar ve yerel yıldızlararası bulut, hepsi daha büyük bir hareketin içindedir - Galaksinin merkezi etrafındaki hareket.
Ve burada tamamen farklı hızlardan bahsediyoruz.
Güneş'in Galaksinin merkezi etrafındaki hızı, dünya standartlarına göre çok büyük - 200-220 km / s (yaklaşık 850.000 km / s) veya 40 AU'dan fazla. / yıl.
Güneş'in Galaksinin merkezi etrafındaki tam hızını belirlemek imkansızdır, çünkü Galaksinin merkezi bizden yoğun yıldızlararası toz bulutlarının arkasına gizlenmiştir. Ancak, bu alanda giderek daha fazla yeni keşif güneşimizin tahmini hızını düşürüyor. Daha yakın zamanlarda, 230-240 km / s hakkında konuştular.
Galaksideki güneş sistemi, Cygnus takımyıldızına doğru ilerliyor.
Güneş'in Galaksideki hareketi, Galaksinin merkezine doğru yöne dik olarak gerçekleşir. Dolayısıyla tepenin galaktik koordinatları: l = 90°, b = 0° veya daha tanıdık ekvatoral koordinatlarda - = 318°, = 48°. Bu bir tersine dönüş hareketi olduğundan, apeks kayar ve yaklaşık 250 milyon yıllık bir "galaktik yılda" tam bir daireyi tamamlar; açısal hızı ~5" / 1000 yıldır, yani tepe noktasının koordinatları milyon yılda bir buçuk derece kayar.
Dünyamız böyle yaklaşık 30 "galaktik yıl" yaşında.
Galaksideki Güneş'in Galaksinin merkezine göre hızı
Bu arada, Güneş'in Galaksideki hızı hakkında ilginç bir gerçek:
Güneş'in Galaksinin merkezi etrafındaki dönüş hızı, sarmal kolu oluşturan sıkıştırma dalgasının hızıyla neredeyse örtüşüyor. Böyle bir durum, bir bütün olarak Galaksi için alışılmadık bir durumdur: sarmal kollar, tekerleklerdeki teller gibi sabit bir açısal hızda döner ve yıldızların hareketi farklı bir desenle gerçekleşir, bu nedenle diskin neredeyse tüm yıldız popülasyonu ya içeri girer. spiral kollar veya onlardan düşer. Yıldızların ve sarmal kolların hızlarının çakıştığı tek yer, korotasyon çemberidir ve Güneş'in bulunduğu yer burasıdır.
Dünya için bu durum son derece önemlidir, çünkü tüm canlılar için yıkıcı olan güçlü radyasyon oluşturan sarmal kollarda şiddetli süreçler meydana gelir. Ve hiçbir atmosfer onu bundan koruyamazdı. Ancak gezegenimiz Galaksi içinde nispeten sakin bir yerde bulunmaktadır ve yüz milyonlarca (hatta milyarlarca) yıldır bu kozmik afetlerden etkilenmemiştir. Belki de bu yüzden yaşam Dünya'da ortaya çıkabildi ve hayatta kalabildi.
Galaksinin Evrendeki hareket hızı.
Galaksinin Evrendeki hareket hızı genellikle farklı referans çerçevelerine göre değerlendirilir:
Yerel Gökada Grubuna göre (Andromeda gökadasına yaklaşma hızı).
Uzak galaksilere ve galaksi kümelerine göre (yerel galaksiler grubunun bir parçası olarak Galaksinin hareket hızı Başak takımyıldızına).
Kalıntı radyasyonu ile ilgili olarak (Evrenin bize en yakın bölümündeki tüm galaksilerin hareket hızı, Büyük Çekici'ye - büyük bir süper galaksi kümesi).
Noktaların her birine daha yakından bakalım.
1. Samanyolu Galaksisinin Andromeda'ya doğru hareket hızı.
Samanyolu Gökadamız da sabit durmuyor, yerçekimi çekiyor ve Andromeda gökadasına 100-150 km/s hızla yaklaşıyor. Galaksilerin yaklaşma hızının ana bileşeni Samanyolu'na aittir.
Hareketin yanal bileşeni tam olarak bilinmemektedir ve bir çarpışma hakkında endişelenmek için erkendir. Bu harekete ek bir katkı, Andromeda gökadası ile yaklaşık olarak aynı yönde bulunan devasa gökada M33 tarafından yapılır. Genel olarak, Yerel Grup gökadalarının ağırlık merkezine göre Galaksimizin hızı, yaklaşık olarak Andromeda/Kertenkele yönünde yaklaşık 100 km/s'dir (l = 100, b = -4, = 333, = 52), ancak, bu veriler hala çok yaklaşık değerlerdir. Bu çok mütevazı bir göreli hızdır: Galaksi, iki veya üç yüz milyon yılda veya yaklaşık olarak bir galaktik yılda kendi çapı kadar yer değiştirir.
2. Samanyolu Gökadasının Başak Kümesi'ne doğru hareket hızı.
Buna karşılık, bir bütün olarak Samanyolumuzu içeren gökada grubu, 400 km/s hızla büyük Başak kümesine doğru ilerliyor. Bu hareket aynı zamanda yerçekimi kuvvetlerinden kaynaklanmaktadır ve uzak gökada kümelerine göre gerçekleştirilir.
Samanyolu Gökadasının Başak Kümesine Doğru Hızı
3. Galaksinin Evrendeki hareket hızı. Büyük Çekici'ye!
Kalıntı radyasyonu.
Big Bang teorisine göre, erken evren elektronlar, baryonlar ve sürekli yayılan, emilen ve yeniden yayılan fotonlardan oluşan sıcak bir plazmaydı.
Evren genişledikçe plazma soğudu. belirli aşama Yavaşlamış elektronlar, yavaşlamış protonlar (hidrojen çekirdekleri) ve alfa parçacıkları (helyum çekirdekleri) ile birleşerek atomları oluşturabildiler (bu işleme rekombinasyon denir).
Bu, yaklaşık 3.000 K plazma sıcaklığında ve evrenin yaklaşık yaşı 400.000 yılda gerçekleşti. Parçacıklar arasında daha fazla boş alan var, daha az yüklü parçacık var, fotonlar artık çok sık dağılmıyor ve artık pratik olarak maddeyle etkileşime girmeden uzayda serbestçe hareket edebiliyor.
Plazma tarafından Dünya'nın gelecekteki konumuna doğru o sırada yayılan fotonlar, genişlemeye devam eden evrenin uzayı yoluyla hala gezegenimize ulaşıyor. Bu fotonlar, Evreni eşit olarak dolduran termal radyasyon olan kalıntı radyasyonu oluşturur.
Kalıntı radyasyonun varlığı, teori çerçevesinde G. Gamow tarafından teorik olarak tahmin edilmiştir. büyük patlama. Varlığı 1965'te deneysel olarak doğrulandı.
Kozmik arka plan radyasyonuna göre Galaksinin hareket hızı.
Daha sonra, kozmik arka plan radyasyonuna göre galaksilerin hareket hızının incelenmesi başladı. Bu hareket, kalıntı radyasyonun sıcaklığının farklı yönlerde düzensizliği ölçülerek belirlenir.
Radyasyon sıcaklığı hareket yönünde bir maksimuma ve zıt yönde bir minimuma sahiptir. Sıcaklık dağılımının izotropikten (2,7 K) sapma derecesi, hızın büyüklüğüne bağlıdır. Gözlemsel verilerin analizinden, Güneş'in kozmik mikrodalga arka planına göre =11.6, =-12 yönünde 400 km/s hızla hareket ettiği sonucu çıkar.
Bu tür ölçümler ayrıca önemli bir şeyi daha gösterdi: Evrenin bize en yakın kısmındaki tüm galaksiler, sadece bizimkiler dahil değil. yerel grup değil, aynı zamanda Başak kümesi ve diğer kümeler, arka plan kozmik mikrodalga arka planına göre beklenmedik bir şekilde yüksek bir hızda hareket eder.
Yerel Galaksiler Grubu için, Suyılanı takımyıldızında (=166, =-27) bir tepe ile 600-650 km / s'dir. Görünüşe göre Evrenin derinliklerinde bir yerde, Evrenin bize ait kısmını çeken çok sayıda üstkümeden oluşan devasa bir küme var. Bu kümenin adı Büyük Çekici- itibaren ingilizce kelime"çekmek" - çekmek.
Büyük Çekici'yi oluşturan galaksiler, Samanyolu'nun bir parçası olan yıldızlararası toz tarafından gizlendiğinden, Çekici'nin haritalanması ancak son yıllar radyo teleskopları kullanarak.
Büyük Çekici, birkaç gökada üstkümesinin kesiştiği noktada yer almaktadır. Bu bölgedeki ortalama madde yoğunluğu, Evrenin ortalama yoğunluğundan çok daha büyük değildir. Ancak devasa boyutu nedeniyle kütlesi o kadar büyük ve çekim gücü o kadar büyük ki, sadece bizim yıldız sistemimiz değil, aynı zamanda diğer galaksiler ve yakındaki kümeleri de Büyük Çekici yönünde hareket ederek devasa bir çekim oluşturuyor. galaksilerin akışı.
Galaksinin Evrendeki hareket hızı. Büyük Çekici'ye!
Yani, özetleyelim.
Güneş'in Galaksideki ve Galaksinin Evrendeki Hızı. Pivot tablo.
Gezegenimizin yer aldığı hareketlerin hiyerarşisi:
Dünyanın Güneş etrafındaki dönüşü;
Galaksimizin merkezi etrafında Güneş ile birlikte dönüş;
Andromeda takımyıldızının (galaksi M31) yerçekimi çekiminin etkisi altında tüm Galaksi ile birlikte Yerel Galaksiler Grubunun merkezine göre hareket;
Başak takımyıldızındaki bir gökada kümesine doğru hareket;
Büyük Çekiciye Hareket.
Güneş'in Galaksideki hızı ve Samanyolu Galaksisinin Evrendeki hızı. Pivot tablo.
Her saniye ne kadar ilerlediğimizi hayal etmek ve hesaplamak daha da zor. Bu mesafeler çok büyük ve bu tür hesaplamalardaki hatalar hala oldukça büyük. İşte bilimin bugüne kadar sahip olduğu şey.
Gökbilimciler bile evrenin genişlemesini her zaman doğru anlamazlar. Şişirilen bir balon, evrenin genişlemesi için eski ama iyi bir benzetmedir. Topun yüzeyinde bulunan galaksiler hareketsizdir, ancak Evren genişledikçe aralarındaki mesafe artar ve galaksilerin boyutları artmaz.
Temmuz 1965'te bilim adamları keşfi duyurdular. bariz işaretler Evrenin daha sıcak, daha yoğun bir başlangıç durumundan genişlemesi. Büyük Patlama'nın - SPK'nın serinletici parıltısını buldular. O andan itibaren Evrenin genişlemesi ve soğuması kozmolojinin temelini oluşturdu. Kozmolojik genişleme, basit yapıların nasıl oluştuğunu ve yavaş yavaş karmaşık yapılara nasıl dönüştüklerini anlamamızı sağlar. Evrenin genişlemesinin keşfinden 75 yıl sonra, birçok bilim adamı onun gerçek anlamını kavrayamıyor. Princeton Üniversitesi'nde SPK'yı inceleyen bir kozmolog olan James Peebles, 1993'te şunları yazmıştı: "Bana öyle geliyor ki uzmanlar bile sıcak Big Bang modelinin önemini ve olasılıklarını bilmiyorlar."
Ünlü fizikçiler, astronomi üzerine ders kitaplarının yazarları ve bilimin popülerleştiricileri, bazen Big Bang modelinin temelini oluşturan Evrenin genişlemesinin yanlış veya çarpık bir yorumunu veriyorlar. Evren genişliyor derken ne demek istiyoruz? Kuşkusuz, şimdi genişlemenin hızlanmasından bahsettikleri durum kafa karıştırıcı ve bu bizi şaşırtıyor.
GENEL BAKIŞ: KOZMİK BİR HATA
* Evrenin genişlemesi temel kavramlardan biridir. modern bilim- hala çeşitli yorumlar alıyor.
* "Big Bang" terimi tam anlamıyla alınmamalıdır. O, evrenin merkezinde patlayan bir bomba değildi. Tıpkı şişirilmiş bir balonun yüzeyi genişlerken, her yerde meydana gelen bir uzay patlamasıydı.
* Uzay genişlemesi ve uzay genişlemesi arasındaki farkı anlamak, evrenin büyüklüğünü, galaksilerin gerileme hızını, astronomik gözlemlerin olanaklarını ve evrenin muhtemelen deneyimleyebileceği genişleme ivmesinin doğasını anlamak için çok önemlidir. .
* Big Bang modeli sadece ondan sonra olanları anlatır.
Uzantı nedir?
Islak bir nokta veya Roma İmparatorluğu gibi tanıdık bir şey genişlediğinde, büyürler, sınırları uzaklaşır ve uzayda daha büyük bir hacim işgal etmeye başlarlar. Ancak evrenin fiziksel sınırları yok gibi görünüyor ve hareket edecek hiçbir yeri yok. Evrenimizin genişlemesi bir balonu şişirmeye çok benzer. Uzak galaksilere olan mesafeler artıyor. Gökbilimciler genellikle galaksilerin bizden uzaklaştığını veya bizden kaçtığını söylerler, ancak bir "Big Bang bombası"nın parçaları gibi uzayda hareket etmezler. Gerçekte, galaksilerle aramızdaki boşluk genişliyor, neredeyse hareketsiz kümelerin içinde kaotik bir şekilde hareket ediyor. CMB evreni doldurur ve bir balonun kauçuk yüzeyi gibi hareketin ölçülebildiği bir referans çerçevesi görevi görür.
Topun dışında olduğu için, kavisli iki boyutlu yüzeyinin genişlemesinin ancak üç boyutlu uzayda olduğu için mümkün olduğunu görüyoruz. Üçüncü boyutta, topun merkezi bulunur ve yüzeyi onu çevreleyen hacme doğru genişler. Buna dayanarak, üç boyutlu dünyamızın genişlemesinin uzayda dördüncü bir boyutun varlığını gerektirdiği sonucuna varılabilir. Ama göre genel teori Einstein'ın göreliliği, uzay dinamiktir: genişleyebilir, büzülebilir ve bükülebilir.
Trafik sıkışıklığı
Evren kendi kendine yeterlidir. Ondan genişlemek için bir merkeze veya orada genişlemek için dışarıda (neredeyse) boş alana ihtiyaç duymaz. Doğru, bazıları en son teoriler sicim teorisi gibi, ekstra boyutların varlığını varsayar, ancak üç boyutlu evrenimiz genişlediğinde bunlar gerekli değildir.
Evrenimizde, bir balonun yüzeyinde olduğu gibi, her nesne diğerlerinden uzaklaşır. Böylece, Büyük Patlama uzayda bir patlama değil, belirli bir yerde meydana gelmeyen ve ardından çevreleyen boşluğa genişleyen bir uzay patlamasıydı. Her yerde aynı anda oldu.
BIG BANG NASIL OLDU?
YANLIŞ: Evren, bir bomba gibi madde belli bir yerde patladığında doğdu. Basınç merkezde yüksek ve çevreleyen boşlukta düşüktü, bu da maddenin genişlemesine neden oldu.
SAĞ: Maddeyi harekete geçiren, bizzat uzayın patlamasıydı. Uzay ve zamanımız Big Bang'de ortaya çıktı ve genişlemeye başladı. Hiçbir yerde merkez yoktu, çünkü koşullar her yerde aynıydı, sıradan bir patlamanın karakteristik bir basınç düşüşü yoktu.
Bir filmde gezindiğimizi hayal edersek, Ters sipariş, Evrenin tüm bölgelerinin nasıl sıkıştırıldığını ve galaksilerin Büyük Patlama'da hepsi birbirine çarpışana kadar birbirlerine yaklaştıklarını göreceğiz, tıpkı arabalar gibi. trafik sıkışıklığı. Ancak karşılaştırma tamamlanmadı. Bu bir kazaysa, radyoda bununla ilgili raporları dinleyerek trafik sıkışıklığından kaçınabilirsiniz. Ancak Büyük Patlama, kaçınılması mümkün olmayan bir felaketti. Sanki Dünya'nın yüzeyi ve üzerindeki tüm yollar buruşmuş ama arabalar aynı boyutta kalmış gibi. Sonunda arabalar çarpışacaktı ve hiçbir telsiz iletişimi bunu engelleyemezdi. Büyük Patlama da öyle: Belli bir noktada meydana gelen ve parçalar her yöne dağılan bir bomba patlamasının aksine, her yerde oldu.
Big Bang teorisi bize evrenin büyüklüğü, hatta sonlu mu yoksa sonsuz mu olduğu hakkında bilgi vermez. Görelilik teorisi, uzayın her bir bölgesinin nasıl genişlediğini açıklar, ancak boyut veya şekil hakkında hiçbir şey söylemez. Kozmologlar bazen evrenin bir zamanlar bir greyfurttan daha büyük olmadığını iddia ederler, ancak sadece şu anda gözlemleyebildiğimiz kısmını kastediyorlar.
Andromeda Bulutsusu veya diğer galaksilerin sakinlerinin kendi gözlemlenebilir evrenleri vardır. Andromeda'daki gözlemciler, sırf onlara biraz daha yakın oldukları için bizim ulaşamadığımız galaksileri görebilirler; ama bizim düşündüklerimizi tefekkür edemezler. Gözlemlenebilir evrenleri de greyfurt büyüklüğündeydi. İlk evrenin, bu meyvelerin bir demeti gibi, her yöne süresiz olarak uzandığı düşünülebilir. Dolayısıyla Büyük Patlama'nın "küçük" olduğu fikri yanlıştır. Evrenin alanı sınırsızdır. Ve nasıl sıkıştırırsanız sıkıştırın, öyle kalacaktır.
ışıktan daha hızlı
Kavram yanılgıları, uzantının nicel bir açıklamasıyla da ilişkilidir. Galaksiler arasındaki mesafelerin artma hızı, Amerikalı astronom Edwin Hubble tarafından 1929'da tanımlanan basit bir modeli takip eder: Bir galaksinin gerileyen hızı v, bizden uzaklığıyla doğru orantılıdır d veya v = Hd. Orantılılık katsayısı H, Hubble sabiti olarak adlandırılır ve hem etrafımızdaki hem de Evrendeki herhangi bir gözlemcinin etrafındaki uzayın genişleme oranını belirler.
Tüm galaksilerin Hubble yasasına uymaması bazılarının kafasını karıştırıyor. Bize en yakın büyük galaksi (Andromeda) genellikle bizden uzağa değil, bize doğru hareket eder. Hubble yasası yalnızca galaksilerin ortalama davranışını tanımladığı için bu tür istisnalar vardır. Ancak, örneğin Galaksimiz ve Andromeda gibi galaksilerin birbirleri üzerindeki yerçekimi etkisinden dolayı, her birinin kendi küçük hareketi de olabilir. Uzak gökadaların da küçük kaotik hızları vardır, ancak bizden çok uzaktalar. büyük önem d) bu rastgele hızlar, büyük kaldırma hızlarının (v) arka planına karşı ihmal edilebilir. Bu nedenle, uzak galaksiler için Hubble yasası yüksek doğrulukla yerine getirilir.
Hubble yasasına göre evren sabit bir hızla genişlemiyor. Bazı galaksiler bizden 1 bin km/s hızla uzaklaşıyor, diğerleri ise 2 bin km/s hızla bizden iki kat daha uzakta vb. Böylece, Hubble yasası, Hubble mesafesi olarak adlandırılan belirli bir mesafeden başlayarak, galaksilerin süperluminal bir hızla uzaklaştığını gösterir. Hubble sabitinin ölçülen değeri için bu mesafe yaklaşık 14 milyar ışık yılıdır.
Ama Einstein'ın özel görelilik kuramı, hiçbir nesnenin ışık hızından daha hızlı hareket edemeyeceğini söylemiyor mu? Bu soru birçok nesil öğrenciyi şaşırttı. Ve cevap, özel görelilik teorisinin yalnızca "normal" hızlara - uzaydaki harekete - uygulanabilir olmasıdır. Hubble yasası, uzaydaki hareketin değil, uzayın kendisinin genişlemesinin neden olduğu kaldırma hızı ile ilgilidir. Genel görelilik kuramının bu etkisi, özel görelilik kuramına tabi değildir. Işık hızının üzerinde bir çıkarma hızının varlığı, özel görelilik teorisini hiçbir şekilde ihlal etmez. Hala kimsenin bir ışık huzmesine yetişemeyeceği doğrudur.
GALAKSİLER IŞIK HIZINDAN DAHA YÜKSEK BİR HIZDA EMEKLİ OLABİLİR Mİ?
YANLIŞ: Einstein'ın özel görelilik kuramı bunu yasaklar. Birkaç galaksi içeren bir uzay bölgesi düşünün. Genişlemesi nedeniyle galaksiler bizden uzaklaşıyor. Galaksi ne kadar uzaksa hızı o kadar fazladır (kırmızı oklar). Eğer ışık hızı sınır ise, o zaman uzaklaştırma hızı sonunda sabit hale gelmelidir.
SAĞ: Elbette yapabilirler. Özel görelilik kuramı, ortadan kaldırma hızını dikkate almaz. Kaldırma hızı mesafe ile sonsuz artar. Hubble mesafesi denilen belirli bir mesafenin ötesinde, ışık hızını aşıyor. Bu, görelilik teorisinin ihlali değildir, çünkü kaldırma, uzaydaki hareketten değil, uzayın kendisinin genişlemesinden kaynaklanır.
IŞIKTAN DAHA HIZLI GALAKSİLERİ GÖRMEK MÜMKÜN MÜ?
YANLIŞ: Tabii ki değil. Bu tür galaksilerden gelen ışık onlarla birlikte seyahat eder. Galaksinin Hubble mesafesinin (küre) dışında olmasına izin verin, yani. bizden uzaklaşıyor daha hızlı Sveta. Bir foton yayar (sarı ile işaretlenmiştir). Foton uzayda uçarken, uzayın kendisi genişler. Dünya'ya olan mesafe, fotonun seyahat ettiğinden daha hızlı artar. Bize asla ulaşamayacak.
SAĞ: Tabii ki yapabilirsiniz, çünkü genişleme hızı zamanla değişir. İlk başta, foton aslında genişleme tarafından havaya uçurulur. Ancak Hubble mesafesi sabit değildir: artar ve sonunda foton Hubble küresine düşebilir. Bu gerçekleştiğinde, foton Dünya'nın uzaklaştığından daha hızlı hareket edecek ve bize ulaşabilecek.
foton germe
Evrenin genişlediğini gösteren ilk gözlemler 1910-1930 yılları arasında yapılmıştır. Laboratuvarda atomlar her zaman belirli dalga boylarında ışığı yayar ve soğurur. Aynısı uzak galaksilerin tayflarında da gözlenir, ancak uzun dalga boyu bölgesine bir kayma ile. Gökbilimciler, galaksinin radyasyonunun kırmızıya kaydığını söylüyor. Açıklama basit: uzay genişledikçe ışık dalgası uzar ve bu nedenle zayıflar. Işık dalgasının bize ulaştığı süre boyunca Evren iki katına çıktıysa, dalga boyu iki katına çıktı ve enerjisi yarı yarıya zayıfladı.
YORGUNLUK HİPOTEZİ
Scientific American ne zaman kozmoloji üzerine bir makale yayınlasa, birçok okuyucu bize galaksilerin gerçekten bizden uzaklaşmadığını ve uzayın genişlemesinin bir yanılsama olduğunu düşündüklerini yazıyor. Galaksilerin tayfındaki kırmızıya kaymanın, uzun bir yolculuktan kaynaklanan "yorgunluk" gibi bir şeyden kaynaklandığına inanıyorlar. Bilinmeyen bir süreç, uzayda yayılan ışığın enerji kaybetmesine ve dolayısıyla kırmızıya dönmesine neden olur.
Bu hipotez yarım asırdan daha eski ve ilk bakışta makul görünüyor. Ancak gözlemlerle tamamen tutarsızdır. Örneğin, bir yıldız bir süpernova olarak patladığında parlar ve sonra söner. Gökbilimcilerin galaksilere olan mesafeleri belirlemek için kullandıkları türden bir süpernova için tüm süreç yaklaşık iki hafta sürer. Bu süre zarfında, süpernova bir foton akışı yayar. Hafif yorgunluk hipotezi, fotonların yolculuk sırasında enerji kaybedeceğini, ancak gözlemcinin iki hafta süren bir foton akışı alacağını söylüyor.
Bununla birlikte, genişleyen uzayda, sadece fotonların kendileri gerilmekle kalmaz (ve dolayısıyla enerji kaybederler), aynı zamanda akışları da gerilir. Bu nedenle, tüm fotonların Dünya'ya ulaşması iki haftadan fazla sürer. Gözlemler bu etkiyi doğrulamaktadır. Üç hafta boyunca kırmızıya kayması 0,5 olan bir galakside ve 1 - ayda kırmızıya kayması olan bir galakside bir süpernova patlaması gözlemlenir.
Hafif yorgunluk hipotezi, CMB spektrumunun gözlemleriyle ve uzak galaksilerin yüzey parlaklığının ölçümleriyle de çelişir. "Yorgun ışığı" (Charles Lineweaver ve Tamara Davis) dinlenmeye bırakmanın zamanı geldi.
Başak gökada kümesindeki bunun gibi süpernovalar, kozmik genişlemenin ölçülmesine yardımcı olur. Gözlemlenebilir özellikleri, uzayın genişlemediği alternatif kozmolojik teorileri dışlar.
İşlem sıcaklık cinsinden tanımlanabilir. Bir cisim tarafından yayılan fotonlar, genellikle vücudun ne kadar sıcak olduğunu gösteren bir sıcaklık ile karakterize edilen bir enerji dağılımına sahiptir. Fotonlar genişleyen uzayda hareket ederken enerji kaybederler ve sıcaklıkları düşer. Böylece, evren genişledikçe soğur, tıpkı bir dalgıç balonundan kaçan basınçlı hava gibi. Örneğin, SPK şimdi yaklaşık 3 K sıcaklığa sahipken, yaklaşık 3000 K sıcaklıkta doğdu. Ancak o zamandan beri Evrenin boyutu 1000 kat arttı ve fotonların sıcaklığı azaldı. aynı faktör tarafından. Gökbilimciler, uzak galaksilerdeki gazı gözlemleyerek, bu radyasyonun uzak geçmişteki sıcaklığını doğrudan ölçerler. Ölçümler, evrenin zamanla soğuduğunu doğruluyor.
Kırmızıya kayma ve hız arasındaki ilişkide de bazı tartışmalar var. Genişlemenin neden olduğu kırmızıya kayma, genellikle ses kaynağı kaldırıldığında ses dalgalarını daha uzun yapan Doppler etkisinin neden olduğu daha tanıdık kırmızıya kayma ile karıştırılır. Aynısı, ışık kaynağı uzayda uzaklaştıkça uzayan ışık dalgaları için de geçerlidir.
Doppler kırmızıya kayma ve kozmolojik kırmızıya kayma tamamen farklı şeylerdir ve farklı formüllerle tanımlanır. Birincisi, uzayın genişlemesini hesaba katmayan özel görelilik teorisinden, ikincisi ise genel görelilik teorisinden gelir. Bu iki formül yakındaki galaksiler için hemen hemen aynıdır, ancak uzak galaksiler için farklıdır.
Doppler formülüne göre, eğer bir cismin uzaydaki hızı ışık hızına yaklaşırsa, kırmızıya kayması sonsuz olma eğilimindedir ve dalga boyu çok büyük ve dolayısıyla gözlemlenemez hale gelir. Bu galaksiler için doğru olsaydı, o zaman gökyüzündeki en uzaktaki görünür nesneler, ışık hızından belirgin şekilde daha düşük bir hızla uzaklaşıyor olurdu. Ancak kırmızıya kaymanın kozmolojik formülü farklı bir sonuca götürür. Standardın bir parçası olarak kozmolojik model kırmızıya kayması yaklaşık 1,5 olan galaksiler (yani radyasyonlarının alınan dalga boyu laboratuvar değerinden %50 daha fazladır) ışık hızında çıkarılır. Gökbilimciler, kırmızıya kayması 1.5'ten büyük olan yaklaşık 1000 gökada keşfettiler. Yani, ışık hızından daha hızlı hareket eden yaklaşık 1000 nesne biliyoruz. SPK daha da uzak bir mesafeden geliyor ve kırmızıya kayması 1000 civarında. Genç Evrenin sıcak plazması bugün aldığımız radyasyonu yayarken, bizden ışık hızının neredeyse 50 katı hızla uzaklaşıyordu.
yerinde koşmak
Galaksilerin ışık hızından daha hızlı hareket ettiğini görebileceğimize inanmak zor, ancak bu genişleme hızındaki bir değişiklik nedeniyle mümkün. Hubble'ın mesafesinden (14 milyar ışıkyılı) daha uzak bir mesafeden bize doğru gelen bir ışık huzmesi hayal edin. Bulunduğu yere göre ışık hızında bize doğru hareket ediyor ama bizden ışık hızından daha hızlı uzaklaşıyor. Işık mümkün olan en yüksek hızda bize doğru koşsa da, uzayın genişlemesine ayak uyduramaz. Bir çocuk gibi koşmaya çalışıyor ters taraf yürüyen merdiven boyunca. Hubble mesafesindeki fotonlar aynı yerde kalmak için maksimum hızlarında hareket ederler.
Hubble mesafesinden daha uzak bölgelerden gelen ışığın bize asla ulaşamayacağı ve onu asla göremeyeceğimiz düşünülebilir. Ancak Hubble mesafesi aynı kalmaz, çünkü bağlı olduğu Hubble sabiti zamanla değişir. Bu değer, iki galaksinin durgunluk hızının aralarındaki mesafeye bölünmesiyle orantılıdır. (Hesaplama için herhangi iki gökada kullanılabilir.) Astronomik gözlemlerle tutarlı evren modellerinde, payda paydan daha hızlı artar, dolayısıyla Hubble sabiti azalır. Bu nedenle Hubble mesafesi artmaktadır. Ve eğer öyleyse, başlangıçta bize ulaşmayan ışık, sonunda Hubble mesafesi içinde olabilir. O zaman fotonlar kendilerini ışık hızından daha yavaş hareket eden bir bölgede bulacaklar ve bundan sonra bize ulaşabilecekler.
KOZMİK KIRMIZIYA KAYDIRMA GERÇEKTEN DOPPLER DEĞİŞİMİ Mİ?
YANLIŞ: Evet, çünkü uzaklaşan galaksiler uzayda hareket ediyorlar. Doppler etkisinde, ışık dalgaları, kaynakları gözlemciden uzaklaştıkça gerilir (daha kırmızı olur). Işığın dalga boyu uzayda yol alırken değişmez. Gözlemci ışığı alır, kırmızıya kaymasını ölçer ve galaksinin hızını hesaplar.
SAĞ C: Hayır, kırmızıya kaymanın Doppler etkisi ile hiçbir ilgisi yoktur. Galaksi uzayda neredeyse sabittir, bu nedenle her yöne aynı dalga boyunda ışık yayar. Yolculuk boyunca, uzay genişledikçe dalga boyu uzar. Bu nedenle, ışık yavaş yavaş kırmızıya döner. Gözlemci ışığı alır, kırmızıya kaymasını ölçer ve galaksinin hızını hesaplar. Kozmik kırmızıya kayma, gözlemlerle doğrulanan Doppler kaymasından farklıdır.
Bununla birlikte, ışığı gönderen galaksi, süperluminal hızlarda uzaklaşmaya devam edebilir. Böylece, daha önce olduğu gibi, her zaman ışık hızından daha hızlı hareket edecek olan galaksilerden gelen ışığı gözlemleyebiliriz. Kısacası, Hubble mesafesi sabit değildir ve bize gözlemlenebilir evrenin sınırlarını göstermez.
Ve aslında gözlemlenebilir uzayın sınırını belirleyen nedir? Burada da bir karışıklık var. Uzay genişlemeseydi, şimdi bizden yaklaşık 14 milyar ışıkyılı uzaklıktaki en uzak nesneyi gözlemleyebilirdik, yani. mesafe ışığı, Big Bang'den bu yana 14 milyar yılda kat etti. Ancak evren genişledikçe, fotonun geçtiği alan yolculuğu sırasında genişledi. Bu nedenle, gözlemlenen nesnelerin en uzaklarına olan mevcut mesafe yaklaşık üç kat daha fazladır - yaklaşık 46 milyar ışıkyılı.
Kozmologlar, yavaşlayan bir evrende yaşadığımızı ve bu nedenle giderek daha fazla galaksi gözlemleyebileceğimizi düşünürlerdi. Ancak, hızlanan Evrende, ötesinde gerçekleşen olayları asla göremeyeceğimiz bir sınırla çevriliyiz - bu kozmik olay ufku. Galaksilerden gelen ışık, ışık hızından daha hızlı uzaklaşıyorsa, Hubble mesafesi artacaktır. Ama hızlanan bir evrende artması yasaktır. Uzak bir olay bize doğru bir ışık demeti gönderebilir, ancak bu ışık genişlemenin hızlanması nedeniyle sonsuza kadar Hubble mesafesinin dışında kalacaktır.
Gördüğünüz gibi, hızlanan Evren, dışarıdan sinyal almadığımız bir olay ufkuna da sahip olan bir kara deliğe benziyor. Kozmik olay ufkumuza (16 milyar ışıkyılı) mevcut mesafe, tamamen gözlemlenebilir bölgemiz içindedir. Artık kozmik olay ufkunun ötesinde olan galaksilerin yaydığı ışık bize asla ulaşamayacak çünkü. şimdi 16 milyar ışık yılına tekabül eden mesafe çok hızlı genişleyecektir. Galaksilerde meydana gelen olayları ufku geçmeden önce görebileceğiz, ancak sonraki olayları asla bilemeyeceğiz.
Evrendeki her şey genişliyor mu?
İnsanlar genellikle uzay genişlerse, içindeki her şeyin de genişlediğini düşünür. Ama bu doğru değil. Genleşme (yani, hızlanma veya yavaşlama olmaksızın atalet yoluyla) herhangi bir kuvvet üretmez. Bir fotonun dalga boyu, Evrenin büyümesiyle birlikte artar, çünkü atomların ve gezegenlerin aksine, fotonlar, boyutları kuvvet dengesi tarafından belirlenen bağlı nesneler değildir. Değişen genişleme hızı, dengeye yeni bir güç katar, ancak nesnelerin genişlemesine veya büzülmesine neden olamaz.
Örneğin, yerçekimi güçlenecek olsaydı, omurilik omurgadaki elektronlar birbirine biraz daha yakın olan yeni bir denge konumuna ulaşana kadar küçülür. Boyunuz biraz azalır ama kasılma orada durur. Benzer şekilde, birkaç yıl önce çoğu kozmologun inandığı gibi, yerçekiminin egemen olduğu bir evrende yaşıyor olsaydık, genişleme yavaşlayacak ve tüm cisimler hafif bir daralmaya maruz kalacak ve onları daha küçük bir denge boyutuna ulaşmaya zorlayacaktı. Ancak, ona ulaştıktan sonra artık küçülmeyeceklerdi.
GÖZLENEBİLİR EVREN NE KADAR BÜYÜK?
YANLIŞ: Evren 14 milyar yaşında, bu nedenle gözlemlenebilir kısmının yarıçapı 14 milyar ışıkyılı olmalıdır.Gözlenen galaksilerin en uzakını düşünün - Büyük Patlama'dan hemen sonra yayılan fotonları ancak şimdi bize ulaşan. Bir ışık yılı, bir fotonun bir yılda kat ettiği mesafedir. Bu, fotonun 14 milyar ışık yılını aştığı anlamına gelir.
SAĞ: Uzay genişledikçe, gözlemlenebilir bölgenin yarıçapı 14 milyar ışıkyılından daha büyük. Foton hareket ettikçe, geçtiği alan genişler. Bize ulaştığında, onu yayan galaksiye olan uzaklık, uçuş süresinden hesaplanandan daha fazla olur - yaklaşık üç kat daha fazla.
Aslında, tüm cisimleri “şişiren” zayıf bir kuvvetin neden olduğu genişleme hızlanıyor. Bu nedenle, bağlı nesneler, hızlanmayan bir evrende olacağından biraz daha büyüktür, çünkü kuvvet dengesi onlarla biraz daha büyük bir boyutta sağlanır. Dünya yüzeyinde, gezegenin merkezinden dışa doğru olan ivme, merkeze doğru olan normal yerçekimi ivmesinin çok küçük bir kısmıdır (10$^(–30)$). Bu ivme sabit ise, o zaman Dünya'nın genişlemesine neden olmaz. Sadece gezegen, itici kuvvet olmadan olacağından biraz daha büyük bir boyut alır.
Ancak bazı kozmologların inandığı gibi, ivme sabit değilse işler değişecektir. Eğer itme artarsa, o zaman bu, sonunda tüm yapıların tahrip olmasına neden olabilir ve kendiliğinden genişleme veya hızlanma nedeniyle olmayacak, ancak ivmenin hızlanması nedeniyle bir "Büyük Yırtılma"ya yol açabilir.
EVRENDEKİ NESNELER DA GENİŞLETİR Mİ?
YANLIŞ: Evet. Genişleme, evrenin ve içindeki her şeyin genişlemesine neden olur. Bir gökada kümesini bir nesne olarak düşünün. Evren büyüdükçe küme de büyür. Küme sınırı (sarı çizgi) genişliyor.
SAĞ: Değil. Evren genişliyor, ancak içindeki ilgili nesneler genişlemiyor. Komşu galaksiler önce uzaklaşır, ancak sonunda karşılıklı çekimleri genişlemeye baskın çıkar. Denge durumuna karşılık gelen büyüklükte bir küme oluşur.
Yeni kesin ölçümler, kozmologların genişlemeyi ve ivmeyi daha iyi anlamalarına yardımcı olurken, evrenin en erken anları ve en büyük ölçekleri hakkında daha da temel sorular soruyor olabilirler. Genişlemeye ne sebep oldu? Birçok kozmolog, özel bir hızlanan genişleme türü olan "enflasyon" (şişkinlik) adı verilen bir sürecin suçlu olduğuna inanıyor. Ama belki de bu sadece kısmi bir cevaptır: Başlayabilmesi için Evrenin zaten genişlemiş olması gerekir. Peki ya gözlemlerimizin ötesindeki en büyük ölçekler? Evrenimizin, dev bir aşkın-evren içinde yalnızca mütevazı bir şişme balonu olduğu şekilde, evrenin farklı bölümleri farklı şekilde genişliyor mu? Kimse bilmiyor. Ancak zaman içinde Evrenin genişleme sürecini anlayabileceğimizi umuyoruz.
YAZARLAR HAKKINDA:
Charles H. Lineweaver ve Tamara M. Davis, Avustralya'daki Mount Stromlo Gözlemevi'nde gökbilimciler. 1990'ların başında Berkeley'deki California Üniversitesi'nde Lineweaver, COBE uydusunu kullanarak SPK'daki dalgalanmaları keşfeden bir grup bilim insanının parçasıydı. Tezini sadece astrofizikte değil, aynı zamanda tarih ve bilimde de savundu. ingiliz edebiyatı. Davis, Süpernova/İvme Sondası uzay gözlemevinin inşası üzerinde çalışıyor.
"BIG BANG'İN PARADOKSLARI" YAZIINA İLİŞKİN AÇIKLAMALAR
Profesör Zasov Anatoly Vladimirovich, fizik. Moskova Devlet Üniversitesi Fakültesi: Makalenin yazarlarının tartıştığı tüm yanlış anlamalar, netlik için, genellikle sınırlı bir Evren hacminin genişlemesini katı bir referans çerçevesinde (ayrıca, Dünya'nın referans çerçevesindeki uzak galaksiler ve Dünya üzerindeki zaman akışındaki farkı hesaba katmayacak kadar küçük bir alanın genişlemesi). Dolayısıyla hem patlama hem de Doppler kayması fikri ve hareket hızlarıyla ilgili yaygın bir kafa karışıklığı. Öte yandan yazarlar, makale doğrudan bunu söylemese de (prensipte, tüm mesafeler ve hızlar, kozmologların genellikle çalıştığı eylemsiz olmayan (birlikte hareket eden) bir koordinat sisteminde her şeyin nasıl göründüğünü doğru yazar ve yazarlar. referans çerçevesinin seçiminde ve burada her zaman bir miktar keyfilik vardır). Açıkça yazılmayan tek şey, genişleyen Evrende mesafe ile ne kastedildiğinin tanımlanmamasıdır. İlk olarak yazarlar, bunun ışık hızının yayılma süresi ile çarpımı olduğunu söylüyor ve ardından ışık yoldayken galaksiyi daha da uzaklaştıran genişlemeyi de hesaba katmak gerektiği söyleniyor. Dolayısıyla mesafe, zaten, galaksinin geri çekilmesini durdurup ışık yayması durumunda alacağı yayılma süresi ile çarpılan ışık hızı olarak anlaşılmaktadır. Gerçekte, her şey daha karmaşıktır. Mesafe modele bağlı bir niceliktir ve doğrudan gözlemlerden elde edilemez, bu nedenle kozmologlar onsuz da iyi iş çıkarırlar ve onu kırmızıya kayma ile değiştirirler. Ama belki de burada daha titiz bir yaklaşım uygun değildir.
Geçmişin büyük fizikçileri I. Newton ve A. Einstein, Evreni statik olarak gördüler. Sovyet fizikçi A. Fridman 1924'te "uzaklaşan" galaksiler teorisini ortaya attı. Friedman evrenin genişlemesini öngördü. Bu, dünyamızın fiziksel temsilinde devrim niteliğinde bir ayaklanmaydı.
Amerikalı astronom Edwin Hubble, Andromeda Bulutsusu'nu keşfetti. 1923'e gelindiğinde, onun eteklerinin tek tek yıldız kümeleri olduğunu düşünebildi. Hubble, bulutsunun uzaklığını hesapladı. 900.000 ışıkyılı olduğu ortaya çıktı (bugün daha doğru bir şekilde hesaplanan mesafe 2,3 milyon ışıkyılı). Yani, bulutsu Samanyolu - Galaksimizin çok ötesinde yer almaktadır. Bunu ve diğer bulutsuları gözlemledikten sonra Hubble, Evrenin yapısı hakkında bir sonuca vardı.
Evren, devasa yıldız kümelerinden oluşan bir koleksiyondan oluşur - galaksiler.
Gökyüzünde bize uzak sisli "bulutlar" olarak görünen onlardır, çünkü tek tek yıldızları bu kadar uzak bir mesafede düşünemeyiz.
E. Hubble, elde edilen verilerde, gökbilimcilerin daha önce gözlemlediği ancak yorumlamanın zor olduğu önemli bir yönü fark etti. Yani: uzak galaksilerin atomları tarafından yayılan tayfsal ışık dalgalarının gözlemlenen uzunluğu, karasal laboratuvar koşullarında aynı atomlar tarafından yayılan tayfsal dalgaların uzunluğundan biraz daha uzundur. Yani, komşu galaksilerin emisyon spektrumunda, yörüngeden yörüngeye bir elektron sıçraması sırasında bir atom tarafından yayılan ışık kuantumu, aynı atom tarafından yayılan benzer bir kuantuma kıyasla, frekansta spektrumun kırmızı kısmı yönünde kaydırılır. Yeryüzünde. Hubble, bu gözlemi Doppler etkisinin bir tezahürü olarak yorumlamayı kendine görev edindi.
Gözlemlenen tüm komşu gökadalar, Samanyolu dışındaki neredeyse tüm galaktik nesnelerin, yok edilme hızlarıyla orantılı olarak kırmızı bir spektral kaymaya sahip olduklarından, Dünya'dan uzaklaşmaktadır.
En önemlisi, Hubble komşu gökadalara olan mesafelere ilişkin ölçümlerinin sonuçlarını, çıkarma oranlarının ölçümleriyle (kırmızıya kayma ile) karşılaştırabildi.
Matematiksel olarak, yasa çok basit bir şekilde formüle edilmiştir:
v bizden uzaklaşan galaksinin hızı,
r, ona olan mesafedir,
H, Hubble sabitidir.
Ve, Hubble başlangıçta bu yasaya bize en yakın birkaç gökadayı gözlemlemenin bir sonucu olarak gelse de, o zamandan beri keşfedilen görünür Evrenin Samanyolu'ndan giderek daha uzakta bulunan birçok yeni gökadadan hiçbiri düşmez. bu yasanın.
Yani, Hubble yasasının ana sonucu:
Evren genişliyor.
Dünya uzayının dokusu genişliyor. Tüm gözlemciler (ve biz istisna değiliz) kendilerini evrenin merkezinde görürler.
4. Büyük Patlama Teorisi
Galaksilerin durgunluğunun deneysel gerçeğinden, Evrenin yaşı tahmin edildi. Eşit olduğu ortaya çıktı - yaklaşık 15 milyar yıl! Böylece modern kozmoloji çağı başladı.
Doğal olarak şu soru ortaya çıkıyor: Başlangıçta ne oldu? Toplamda, bilim adamlarının Evren hakkındaki fikirleri tamamen tersine çevirmeleri yaklaşık 20 yıl sürdü.
Cevap, 40'lı yıllarda seçkin fizikçi G. Gamow (1904 - 1968) tarafından önerildi. Dünyamızın tarihi Big Bang ile başladı. Bugün çoğu astrofizikçinin düşündüğü tam olarak budur.
Big Bang, Evrenin çok küçük bir hacminde yoğunlaşan maddenin başlangıçtaki devasa yoğunluğunda, sıcaklığında ve basıncında hızlı bir düşüştür. Evrenin tüm maddesi, Evrenin mevcut ölçeğine kıyasla çok küçük bir hacme kapatılmış yoğun bir proto-madde yığınına sıkıştırıldı.
Süper yoğun bir süper sıcak madde pıhtısından doğan ve o zamandan beri genişleyen ve soğuyan Evren fikrine Big Bang teorisi denir.
Bugün Evrenin kökeni ve evrimi konusunda daha başarılı bir kozmolojik model yoktur.
Big Bang teorisine göre, erken evren fotonlar, elektronlar ve diğer parçacıklardan oluşuyordu. Fotonlar sürekli olarak diğer parçacıklarla etkileşime girer. Evren genişledikçe soğudu ve belirli bir aşamada elektronlar hidrojen ve helyum çekirdekleriyle birleşerek atomları oluşturmaya başladı. Bu, yaklaşık 3000 K sıcaklıkta gerçekleşti ve evrenin yaklaşık yaşı 400.000 yıldır. O andan itibaren, fotonlar, madde ile etkileşime girmeden, uzayda serbestçe hareket edebildiler. Ama o dönemin "tanıkları" elimizde kaldı - bunlar kalıntı fotonlar. Kalıntı radyasyonun Evrenin varlığının ilk aşamalarından korunduğuna ve onu eşit olarak doldurduğuna inanılmaktadır. Radyasyonun daha fazla soğumasının bir sonucu olarak sıcaklığı azaldı ve şimdi yaklaşık 3 K.
SPK'nın varlığı Big Bang teorisi çerçevesinde teorik olarak öngörülmüştür. Big Bang teorisinin ana doğrulamalarından biri olarak kabul edilir.