Космолозите в пътниците времевите душ. Поглеждайки назад милиарди години, тези учени са в състояние да следват развитието на нашата Вселена в изключителна детайлност. преди 13,8 милиарда години е имало Голям взрив. След част от секундата Вселената се разширява експоненциално - в един кратък период от време, наречен инфлация. В следващата ера на пространството е нараснал до огромни размери, ние дори не виждам ръбовете.
Но как е възможно това? Ако скоростта на светлината бележи космически ограничение на скоростта, която може да има региони на пространство-времето, фотоните, които са извън нашите възможности? И ако те съществуват, как можем да знаем за тяхното съществуване? Този въпрос е отговорено с Ванеса Янек UniverseToday.
Разширяването на Вселената
Както всичко останало в областта на физиката, вселената има тенденция да съществува в най-ниската енергийна състояние е възможно. Но след 10 ^ -36 секунди след Големия взрив, според инфлационния космологията, пространство беше в фалшив вакуум енергия - най-ниската точка, която наистина не е най-ниската. Търсенето на истинската надира вакуум енергия от секундата по-късно, Вселената е подуто с коефициент от 1,050.
Тъй като вселената продължава да се разширява, но с по-бавни темпове. Ние виждаме доказателства за това разширение в светлината на далечни обекти. Както фотоните, издадени от звездата или галактика, се разпространяват през Вселената, стречинг пространство ги кара да губят енергия. Когато фотони до нас, техните дължини на вълните, показват червено отместване в зависимост от разстоянието, на което са спечелили.
Ето защо космолозите говорят за червено отместване, като функция на разстоянието във времето и пространството. Светлината от далечни обекти, които пътуват толкова дълго, че когато най-накрая го намери, виждаме обекти, тъй като те са били преди милиарди години.
Хъбъл обем
В червено отместване на светлината ни позволява да видим обекти като галактики, тъй като те са съществували в далечното минало, но не можем да наблюдаваме всички събития, които се случват в нашата вселена през цялата си история. Защото нашето пространство се разширява, запали някои обекти Това е просто твърде далеч, за да го забележат.
Физиката на тази граница се основава по-специално върху парче на пространство-времето около нас, се нарича обем на Хъбъл. Тук, на Земята, ние определяме обема Хъбъл чрез измерване на т.нар константата на Хъбъл (Н0), стойността, която свързва скоростта на рецесия на отдалечени обекти с тяхното червено отместване. За първи път се изчислява чрез Едуин Хъбъл през 1929 г., за да открие, че далечни галактики са се отдалечаваха от нас със скорост пропорционална на червено отместване на светлината.
Два източника на червеното отместване: Доплер и космологичната разширяване. Долу: Детектори улавят светлината, излъчвана от централната звезда. Тази светлина се разтяга или премества заедно с пространство за разширение
Чрез разделяне на скоростта на светлината от H0, ние получаваме размера на Hubble. Тази сферична мехур обхваща региона, в който обектите се отстранява от основната наблюдателя при скорост по-малка от скоростта на светлината. Съответно, всички обекти извън обема на Hubble се отстранява от центъра по-бързо от скоростта на светлината.
Да, "по-бързо от светлината". Как е възможно това?
относителността магия
Отговорът на този въпрос е свързан с разликата между специалната теория на относителността и общата теория на относителността. Специалната теория на относителността изисква така наречената "инерционна система", или, ако е по-просто фон. Според тази теория, скоростта на светлината е една и съща във всички инерциални системи. Ако наблюдател седи на една пейка в парка на планетата Земя или Нептун излита от скоростта на главоломна, със скоростта на светлината винаги е една и съща за него. Photon винаги се отдалечава от наблюдателя със скорост от 300 милиона метра в секунда.
Обща теория на относителността, обаче, описва структурата на пространство-времето. В тази теория инерционни еталонни системи не го правят. Пространството не се разширява по отношение на всичко, извън, така че ограничението е скоростта на светлината спрямо наблюдателя не работи. Да, галактики извън Хъбъл сфера, които се движат далеч от нас по-бързо от скоростта на светлината. Но галактики самите не преодоляване на ограниченията пространство на техните собствени. За наблюдател по време на тези галактики, нищо не нарушава специалната теория на относителността. Това пространство между нас и тези галактики се ускоряват и се протегна експоненциално.
наблюдаемата вселена
Може би следващия ви малка изненада: размерът на Хъбъл - не е същата като тази на видимата вселена.
За да разберем това, считам, че когато вселената получава по-големи, дистанционното светлината отнема повече време, за да достигне до нашите детектори тук на Земята. Ние можем да видим предмети, които се ускоряват извън сегашната ни Хъбъл обем, тъй като светлината, която виждаме днес, е бил освободен от тях, когато те са били вътре в сферата.
Строго погледнато, наблюдаемата Вселена съвпада с нещо, наречено частици хоризонт. Particle хоризонт бележи разстоянието до най-далечната светлина, която можем да видим в този момент - фотоните имат достатъчно време, за да останат или в рамките на, или се изравнят леко се разширява приложното поле на Хъбъл.
Най-видимата вселена. Технически известен като хоризонт частиците
Какво е разстоянието? Малко повече от 46 милиарда светлинни години във всички посоки - и наблюдаемата Вселена е с диаметър от около 93 милиарда светлинни години, или повече от 500 милиарда трилиона километра.
(Кратка бележка: хоризонта на частиците - това не е едно и също нещо като космологичната случай хоризонт Horizon частици обхващат всички събития в миналото, че можем да видим в момента космологичния хоризонт събитие, от друга страна, определя разстоянието, на което един бъдещ наблюдател ще може да .. виж по този въпрос старата светлина, която се излъчва от нашия малък ъгъл на пространство-времето и днес.
С други думи, хоризонта на частиците се занимава с разстоянието до обекти в миналото, древната светлина, която виждаме днес; и хоризонта космологичната събитие е свързано с разстоянието, което може да премине нашия модерен свят, като далечни кътчета на Вселената ще ускорят от нас).
тъмна енергия
Благодарение на разширяването на вселената, има космически региони, които ние никога не се виждат, дори и да чакаме безкрайно време, докато тяхната светлина да достигне до нас. Но какво да кажем за тези области, които се намират точно извън сегашната ни обхват на Хъбъл? Ако тази област също се разширява, дали ще можем да видим на граничните съоръжения?
Зависи от коя област се разширява много бързо - Хъбъл обем или част от Вселената в непосредствена близост отвън. И отговорът на този въпрос зависи от две неща: 1) се увеличава или намалява Н0; 2) ускоряване или забавяне вселената. Тези две темпо са тясно свързани, но те не са едни и същи.
В действителност, космолози смятат, че ние живеем във време, когато Н0 се намалява; но заради тъмната енергия, скоростта на разширяване се увеличава.
Тя може да изглежда контра-интуитивен, но толкова дълго, колкото Н0 намалява с по-бавни темпове, отколкото скоростта на нарастване на разширяване, общото движение на галактиките, далеч от нас все още се случва с ускорение. И в този момент, според космолози, на разширяването на вселената ще изпревари по-скромно увеличение на обема на Хъбъл.
Ето защо, въпреки че обемът на разширяване на влияние на тъмната енергия Хъбъл поставя горна граница на разширяването на видимата вселена.
Свързани статии