gov-civil-vilareal.ptCik ātri Visums paplašinās? Atbilde ir atkarīga no tā, kā jūs to mērāt, un tā ir problēma
>Visums paplašinās.
Oho, man joprojām patīk, ka varu to pierakstīt. Tas ir tik brīnišķīgs, kompakts, vienkāršs paziņojums, tomēr tam ir tik dziļas sekas, ka var paiet desmitgades, pirms mēs tos visus saprotam. Un mēs zinām, ka tā ir taisnība jau gadsimtu.
Bet tā ir taisnība. Mums ir daudz neatkarīgu pierādījumu, kas liecina, ka tas tā ir. Tas nozīmē, ka Visums agrāk bija mazāks, un, pagriežot pulksteni atpakaļ aptuveni 13,8 miljardus gadu, jūs atklājat, ka viss kosmosā tika saspiests vienā, neticami karstā un blīvā vietā. Atkal palaidiet pulksteni uz priekšu, un jūs iegūsit Visuma sākotnējos mirkļus: Lielo sprādzienu.
Ļoti svarīgs jautājums, kas rodas dabiski, ir: kā ātri vai Visums paplašinās? Izrādās, ka attālāki objekti attālinās no mums ātrāk, tāpēc mēs izmantojam nepāra vienību, lai aprakstītu izplešanos: ātrumu uz attālumu. Divkāršo arī attālumu un objekta atkāpšanās ātrumu.
Šim skaitlim astronomijā ir nosaukums: Habla konstante. Edvīns Habls to mēģināja aprēķināt jau 20. gadsimta sākumā, un kopš tā laika mēs esam spējuši to daudz uzlabot. Tas ir aptuveni 70 kilometri sekundē uz megaparseku (megaparsek jeb Mpc ir viens miljons parseku jeb 3,26 miljoni gaismas gadu; salīdzinājumam Andromedas galaktika atrodas nedaudz mazāk par 1 Mpc no mums). Tātad brīvi augošā Visumā objekts, kas atrodas 1 Mpc attālumā, attālinās no jums ar ātrumu 70 km/sek. 10 Mpc attāls objekts aizbēgs ar ātrumu 700 km/sek utt.
atpakaļ uz turpmāko vecuma kategoriju
Dīvaini, vai ne? Bet šeit lietas nonāk tiešām dīvaini. Ir daudz dažādu veidu, kā izmērīt Habla konstanti. Viens ir to darīt lokāli, aplūkojot tuvumā esošās galaktikas, mērot gan to attālumu, gan ātrumu. Mums ir daudz veidu, kā izmērīt abus (par kuriem es tūlīt pievērsīšos). To darot, jūs iegūstat Habla konstantu 73 km/s/Mpc.
Vēl viens veids ir apskatīt agri Visums, lietās, kas ir ļoti tālu. Apmēram 375 000 gadus pēc Visuma veidošanās, tā bija pietiekami paplašinājusies, lai kļūtu caurspīdīga . Joprojām bija karsts, un tagad, šodien, mēs redzam, ka pārpalikušais siltums caurvij visas debesis. Visumam turpinot paplašināties, karstums atdzisa (jūs varat arī uzskatīt to par gaismu no šīs ugunsbumbas sarkanā nobīde Visumam izplešoties prom no mums). Tagad mēs to redzam kā nepārtrauktu mikroviļņu spīdumu visur, kur vien skatāmies.
Ļoti rūpīgi pārbaudot šo mirdzumu, mēs varam daudz uzzināt par toreizējiem Visuma apstākļiem. Arī šādā veidā mēs varam aprēķināt Habla konstanti, un skaitlis, ko iegūstat, to darot, ir aptuveni 67 km/sek/Mpc.
Hm. Pagaidiet. Šie divi skaitļi ir atšķirīgi. Tas ir neērti.
Tā tiešām ir. Un tas pasliktinās. Visas vietējās metodes iegūst lielāku skaitli, un visas attālās, agrīnās Visuma metodes iegūst mazāku skaitli. It kā Visums nepiekristu sev.
Tas ir tāpat kā būvēt tiltu pāri kanjonam, sākot no abiem galiem, tikai lai abi nesatiktos pa vidu. Tas man nedaudz atgādina M. C. Ešera zīmējumu “Belvedere”. Tam nav jēgas.
M. C. Ešera ikoniskā “Belvedere”, paradoksāla ēka, kurā perspektīva ir izkropļota. Kredīts: M. C. Ešers
Faktiski, kad šie skaitļi tika noteikti pirmo reizi, tie nebija tik tālu, jo nenoteiktība mērījumos bija liela. Kādu laiku mēs Habla konstanti nezinājām divreiz. Bet, kad mērījumi kļuva labāki, mēs sākām redzēt to sadalīšanos.
Lūk, kur viss kļūst jautri: Jauns projekts ir mēģinājis nojaukt vietējo numuru. To vadīja vecais draugs un studentu kolēģis Ādams Rīss (kuram bija liela nozīme, lai uzzinātu, ka Universālā paplašināšanās paātrinās - vairāk ka sekundē arī - un ir nopelnījis dažas cienīgas atzinības tā dēļ). Viņi izmantoja Habla teleskopu, lai aplūkotu ļoti specifisku zvaigzni, ko sauc par Kefeida mainīgo. Šīs zvaigznes laika gaitā paplašinās un saraujas, kā arī kļūst gaišākas un blāvākas. Pirms gadsimta tika atklāts, ka periods, laiks, kas vajadzīgs, lai tie kļūtu gaišāki un aptumšoti, bija saistīts ar kopējo enerģijas daudzumu, ko tie atdod.
Tas ir milzīgs: tas nozīmē, ka, ja jūs varat izmērīt viņu periodu, varat uzzināt to spožumu. Un tad, ja jūs vienkārši izmērāt, cik spilgti tie parādās, jūs varat atrast viņu attālumu ! Tas ir izšķiroši, jo mēs redzam cefeīdus citās galaktikās, kas nozīmē, ka tie dod mums metodi, kā noteikt attālumu līdz šīm galaktikām. Faktiski Habla komanda to izmantoja, lai noteiktu attālumus līdz dažām tuvējām galaktikām 20. gados.
Riesa komanda izskatījās 7 Kefeīdos mūsu pašu Piena ceļa galaktikā un izmērīja ne tikai to spilgtumu, bet arī to paralaksi, to redzamās pozīcijas izmaiņas, kad Zeme pārvietojas ap Sauli (lai iegūtu sīkāku informāciju, es varu ieteikt noskatīties 'Avārijas kursa astronomija: attālumi' ?). Mērot šo nobīdi vairāku gadu laikā, viņi var iegūt ļoti precīzus attālumus šīm zvaigznēm.
Vēl viena priekšrocība ir tā, ka mēs izmantojam Hablu, lai novērotu šos cefeīdus citās galaktikās, tāpēc tas visus novērojumus novieto līdzenumā; izmantojot dažādas observatorijas, ir grūtāk visu konsekventi panākt.
Viens no kefeīda mainīgajiem, S Vulpeculae, novērots, izmantojot Hablu. Tika konstatēts, ka tā attālums no Zemes ir 10 124 gaismas gadi. Attāluma mērījumu kalibrēšanai tika izmantotas citas atzīmētas zvaigznes. Kredīts: Riess u.c.
Tātad šis jaunais darbs ir spējis pastiprināt attālumu mērījumus līdz šiem Piena ceļa cefeīdiem, kas ir aptuveni no 5500 līdz 12 000 gaismas gadu attālumā. Izmantojot šos labākos mērījumus, lai pēc tam palielinātu attālumu līdz ekstragalaktiskajiem cefeīdiem, Riesa komanda konstatē, ka Habla konstantes vietējā vērtība ir 73,48 ± 1,66 km/sek/Mpc, kas ir aptuveni 4% izmaiņas no vecās vērtības.
Bet patiesībā vēl svarīgāk ir tas, ka tie pazemināja nenoteiktība šajā vērtībā, tas nozīmē, ka mēs domājam, ka šī vērtība ir precīzāka. Tas savukārt nozīmē, ka zemākā vērtība, kas atrasta, izmantojot agrīnos Visuma mērījumus, patiešām ir savādāk. Tas nav tikai tas, ka mūsu mērījumi ir nestabili; Visums patiešām stāsta, ka tolaik lietas bija citādas. Izredzes, ka tas varētu notikt nejaušības vai kāda cita iemesla dēļ, ir aptuveni 1 no 4600. Es pieņemšu šo likmi. Tas ir īsts.
Ko tas viss nozīmē? Īsumā tas nozīmē, ka Visums, šķiet, tagad paplašinās ātrāk nekā agrāk. Lai būtu skaidrs, mēs to jau zinājām : Astronomi atklāja, ka Universālā paplašināšanās paātrinās jau 1998. gadā (Riess bija vienā no divām neatkarīgām komandām, kas to atrada). Bet šie jaunie rezultāti, šķiet, norāda, ka paātrinājums ir pat lielāks, nekā mēs domājām.
kāds ir labākais eņģeļa numurs
Šis ir Habla īpaši dziļais lauks, un gandrīz viss, ko tajā redzat, ir tāla galaktika, kas atrodas miljardu gaismas gadu attālumā. Kredīts: NASA, ESA, H. Teplitz un M. Rafelski (IPAC/Caltech), A. Koekemoer (STScI), R. Windhorst (Arizonas štata universitāte) un Z. Levay (STScI)
Tātad, ko dara ka nozīmē? Tas ir labs jautājums, uz kuru ir pārāk daudz iespējamo atbilžu. Iespējams, ka tumšā enerģija, dīvainā būtne aiz paātrinājuma, var būt spēcīgāka, nekā gaidīts. Varbūt tas aug ar laiku; tā ir ideja, kas jau kādu laiku mētājas. Lieta ir tāda, ka mēs vienkārši nezinām, kāda ir tumšā enerģija ir , no kā tas izgatavots vai kā tas uzvedas. Šie jaunie novērojumi varētu palīdzēt.
Bet tas vēl var būt kaut kas cits. Tumšā matērija arī šajā spēlē: kāds matērijas veids, kas, mūsuprāt, labi nespēlējas ar parasto matēriju un gaismu, tāpēc to nav iespējams redzēt tieši. Tas pārspēj parasto matēriju 5 reizes Visumā, un mēs zinām, ka tā ir tur. Bet, ja tas uzvedas neparastā veidā, piemēram, varbūt tikai nedaudz mijiedarbojoties ar normālu matēriju, tas laika gaitā var mainīt Visuma attīstību.
Lūk, lieta: Mēs nezinām . Tas viss ir diezgan jauns, un mūsu aprīkojums un mūsu teorijas tiek novirzītas līdz robežām. Tieši tāpēc tas joprojām tiek naglots. Atcerieties, ka mēs esam zinājuši tikai citas galaktikas apmēram simts gadus un ka izplešanās paātrinās pēdējo 20 gadu laikā. Mēs tikai sākam to izdomāt.
Bet mana mīļākā daļa par šo visu ir tā, ka mēs būs saprast. To dara cilvēki; to dara zinātne. Visums ir diezgan mulsinoša vieta, un mūsu smadzenes nav īsti attīstītas tā, lai būtu ērti to apdomāt. Bet patiesībā tāpēc mums ir zinātne, lai palīdzētu mums saprast. Pārī, ka ar matemātiku, inženierzinātnēm un mūsu neapturamo, negausīgo zinātkāri un pat pašu kosmosu mums nodos savus noslēpumus.
Visums ar katru dienu straujāk izplešas, bet tāpat arī mūsu spēja to grokot. Mēs panāksim.
