Ciemna materia i ciemna energia we wszechświecie. 2. Rozszerzający się wszechświat

Ciemna materia i ciemna energia we wszechświecie

Walery Anatoliewicz Rubakow,
Instytut Badań Jądrowych, RAS, Moskwa, Rosja

Prezentacja wykładu (pdf, 2 Mb)

Pobierz film (avi): część 1 (180 MB), część 2 (210 MB), część 3 (250 MB)

  • 1. Wprowadzenie
  • 2. Rozszerzający się wszechświat
  • 3. Wszechświat w przeszłości
  • 4. Bilans energii we współczesnym wszechświecie
  • 5. Ciemna materia
  • 6. Ciemna energia
  • 7. Wniosek

2. Rozszerzający się wszechświat

Istnieje wiele faktów, które mówią o właściwościach wszechświata dzisiaj iw stosunkowo niedawnej przeszłości.

Ryc. 2

Wszechświat jako całość jednorodny: wszystkie obszary we wszechświecie wyglądają tak samo. Oczywiście nie dotyczy to małych obszarów: są obszary, na których jest wiele gwiazd – to są galaktyki; są obszary, na których jest wiele galaktyk – skupiska galaktyk; są obszary, na których jest niewiele galaktyk – to gigantyczne pustki. Ale obszary o długości 300 milionów lat świetlnych i więcej wyglądają tak samo. Wyraźnie wskazują na to obserwacje astronomiczne, które doprowadziły do ​​"mapy" Wszechświata do odległości około 10 miliardów lat świetlnych od nas.1. Trzeba powiedzieć, że ta "mapa" służy jako źródło najcenniejszych informacji o współczesnym Wszechświecie, ponieważ pozwala nam na poziomie ilościowym dokładnie określić rozkład materii we Wszechświecie.

Włączone ryż 2 pokazano fragment tej mapy2obejmujące względnie niewielką objętość wszechświata. Można zauważyć, że we Wszechświecie istnieją struktury o dość dużych rozmiarach, ale ogólnie galaktyki są "rozproszone" w nim równomiernie.

Wszechświat rozszerza się: galaktyki oddalają się od siebie. Przestrzeń jest rozciągnięta we wszystkich kierunkach, a im dalej od tej lub tej galaktyki, tym szybciej się od nas oddala. Dziś tempo tego rozszerzenia jest niewielkie: wszystkie odległości się podwoją3 około 15 miliardów lat, ale wcześniej tempo ekspansji było znacznie większe. Gęstość materii we Wszechświecie maleje wraz z upływem czasu, aw przyszłości Wszechświat będzie coraz bardziej rozrzedzony. Wręcz przeciwnie, zanim wszechświat był dużo gęściejszy niż teraz. "Zaczerwienienie" światła emitowanego przez odległe galaktyki lub jasne gwiazdy bezpośrednio wskazuje na ekspansję Wszechświata: ze względu na ogólne rozciąganie przestrzeni, długość fali światła wzrasta, gdy leci w naszą stronę. Zjawisko to zostało ustalone przez E. Hubble'a w 1927 roku i służyło jako spostrzegawczy dowód ekspansji Wszechświata, przewidzianej trzy lata wcześniej przez Alexandra Friedmana.

Niezwykłe jest to, że współczesne dane obserwacyjne pozwalają nam zmierzyć nie tylko tempo ekspansji Wszechświata w chwili obecnej, ale także prześledzić tempo jego ekspansji w przeszłości. Porozmawiamy o wynikach tych pomiarów io dalekosiężnych wnioskach, które z nich płyną. Tutaj mówimy o następujących rzeczach: sam fakt ekspansji Wszechświata, wraz z teorią grawitacji – ogólną teorią względności – wskazuje, że Wszechświat był niezwykle gęsty w przeszłości i rozszerzał się bardzo szybko. Jeśli prześledzimy ewolucję wszechświata z powrotem w przeszłość, używając dobrze znanych praw fizyki, dojdziemy do wniosku, że ta ewolucja rozpoczęła się od momentu Wielkiego Wybuchu; w tej chwili materia we Wszechświecie była tak gęsta, a oddziaływanie grawitacyjne było tak silne, że znanych praw fizyki nie można było zastosować. Od tego czasu minęło 14 miliardów lat, jest to wiek współczesnego Wszechświata.

Wszechświat jest "ciepły": zawiera promieniowanie elektromagnetyczne charakteryzujące się temperaturą T = 2,725 stopni Kelvina (fotony reliktowe, które dziś reprezentują fale radiowe). Oczywiście, ta temperatura nie jest dziś wysoka (poniżej temperatury ciekłego helu), ale nie było tak w przeszłości.W procesie ekspansji Wszechświat się ochładza, tak że we wczesnych stadiach jego ewolucji temperatura, a także gęstość materii były znacznie wyższe niż obecnie. W przeszłości wszechświat był gorący, gęsty i szybko się rozszerzał.


1 O skali tego zadania świadczy poniższy rysunek: obecnie trwające badanie SDSS obejmuje już ponad 300 tysięcy galaktyk, dla których mierzy się zarówno kierunek, jak i odległość.

2 Przegląd Las Campanas, połowa lat 90.

3 Oczywiście nie dotyczy to odległości od Ziemi do Słońca ani odległości między gwiazdami w Galaktyce: Ziemia jest utrzymywana w pobliżu Słońca przez przyciąganie grawitacyjne, a odległość od niej do Słońca nie zmienia się z powodu ekspansji Wszechświata.


Like this post? Please share to your friends:
Ciemna materia i ciemna energia we wszechświecie ">

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: