gov-civil-vilareal.ptКолко бързо се разширява Вселената? Отговорът зависи от това как го измервате и това е проблем
>Вселената се разширява.
Уау, все още обичам да мога да го запиша. Това е толкова прекрасно, компактно, просто изявление, но има толкова дълбоки последици, че може да минат десетилетия, преди да ги разберем всички. И ние знаем, че това е вярно от един век.
Но е истина. Имаме много независими доказателства, които показват, че е така. Това означава, че Вселената е била по -малка в миналото и ако въртите часовника назад с около 13,8 милиарда години, ще откриете, че всичко в космоса е било притиснато в едно, изключително горещо и плътно място. Пуснете отново часовника напред и получавате началните моменти на Вселената: Големия взрив.
Изключително важен въпрос, който възниква естествено, е: Как бърз разширява ли се Вселената? Оказва се, че по -отдалечени обекти се отдалечават по -бързо от нас, затова използваме нечетна единица, за да опишем разширението: скорост на разстояние. Удвоете разстоянието и скоростта, на която обектът се отдалечава, също се удвоява.
Това число в астрономията има име: Константата на Хъбъл. Едвин Хъбъл се опита да го изчисли в началото на 20 -ти век и оттогава успяхме да го подобрим много. Това е около 70 километра в секунда на мегапарсек (мегапарсек или Mpc, е един милион парсека или 3,26 милиона светлинни години; за сравнение, галактиката Андромеда е на малко под 1 Mpc от нас). Така че в свободно разширяваща се Вселена обект на 1 Mpc ще се отдалечи от вас със 70 км/сек. Обект на разстояние 10 Mpc ще избяга със 700 км/сек и т.н.
Странно, нали? Но ето къде стигат нещата наистина ли странно. Има куп различни начини за измерване на константата на Хъбъл. Първият е да се направи това на местно ниво, като се разгледат близките галактики, измервайки както разстоянията им, така и скоростите им. Имаме много начини да измерим и двете (в които ще се спра малко след малко). Когато направите това, получавате константа на Хъбъл от 73 км/сек/Mpc.
Друг начин е да погледнете рано Вселена, при много далечни неща. Около 375 000 години след образуването на Вселената, той се беше разширил достатъчно, за да стане прозрачен . Все още беше горещо и сега, днес, виждаме, че остатъчната топлина прониква в цялото небе. Тъй като Вселената продължаваше да се разширява, тази топлина се охлажда (можете също да мислите за нея като за светлината от тази огнена топка червено изместен когато Вселената се разширява от нас). Сега го виждаме като непрекъснат блясък на микровълни, където и да погледнем.
Разглеждайки този блясък много внимателно, можем да научим много за условията на Вселената тогава. Можем също така да изчислим константата на Хъбъл по този начин и числото, което получавате, когато го направите, е около 67 km/sec/Mpc.
Хм Изчакайте. Тези две числа са различни. Това е неудобно.
как да се върнеш с бившия си приятел
Наистина е. И става все по -зле. Всички местни методи получават по -голям брой, а всички отдалечени, ранните Вселени получават по -малък брой. Все едно Вселената не е съгласна със себе си.
шпионинът, който ме заряза здравия разум
Това е все едно да построиш мост през каньон, започвайки от двата края, само че двамата да не се срещнат в средата. Това ми напомня малко на рисунката на М. С. Ешер „Белведере“. Няма смисъл.
Емблематичният „Белведере“ на М. С. Ешер, парадоксална сграда, в която перспективата е изкривена от умовете. Кредит: М. С. Ешер
Всъщност, когато тези числа бяха определени за първи път, те не бяха толкова далеч, защото несигурността в измерванията беше голяма. Известно време не познавахме константата на Хъбъл в рамките на фактор два. Но тъй като измерванията се подобриха, започнахме да ги виждаме разделени.
Ето къде нещата се забавляват: Нов проект се опитва да забие местния номер. Той беше ръководен от стария приятел и колега от студента Адам Риес (който играе важна роля в установяването, че универсалното разширяване се ускорява - повече на че след секунда - и е спечелил някои прилични похвали заради него). Те използваха космическия телескоп Хъбъл, за да разгледат много специфичен вид звезда, наречена променлива Цефеида. Тези звезди се разширяват и свиват с течение на времето и стават все по -ярки и по -тъмни. Преди век беше открито, че периодът, времето, необходимо за тяхното изсветляване и затъмняване, е свързано с общото количество енергия, което отделят.
Това е огромно: Това означава, че ако можете да измерите периода им, можете да разберете тяхната яркост. И тогава, ако просто измерите колко ярко изглеждат, можете да намерите тяхното разстояние ! Това е от решаващо значение, защото виждаме цефеиди в други галактики, което означава, че те ни дават метод за определяне на разстоянията до тези галактики. Всъщност екипът на Хъбъл използва това, за да определи разстоянията до някои близки галактики през 20 -те години на миналия век.
Екипът на Рис погледна на 7 цефеиди в нашата собствена галактика Млечен път и измери не само колко ярки са те, но и техния паралакс, тяхната очевидна промяна в позицията при движение на Земята около Слънцето (за подробности, мога ли да предложа наблюдение „Астрономия на курсовия курс: разстояния“ ?). Като измерват тази промяна в продължение на няколко години, те могат да получат много точни разстояния за тези звезди.
Друго предимство е, че използваме Хъбъл, за да наблюдаваме тези цефеиди в други галактики, така че това поставя всички наблюдения на равнопоставени основи; по -трудно е да постигнете всичко последователно, когато използвате различни обсерватории.
Една от променливите на цефеидата, S Vulpeculae, наблюдавана с помощта на Hubble. Установено е, че разстоянието му е 10 124 светлинни години от Земята. Други маркирани звезди бяха използвани за калибриране на измерванията на разстоянието. Кредит: Riess et al.
Така че тази нова работа успя да затегне измерванията на разстоянието до тези цефеиди на Млечния път, които са на разстояние от приблизително 5500 до 12000 светлинни години. Използвайки тези по -добри измервания, за да стартира след това разстоянието до извънгалактически цефеиди, екипът на Риес установява, че локалната стойност на константата на Хъбъл е 73,48 ± 1,66 km/sec/Mpc, промяна с около 4% от старата стойност.
здрав разум медиен мост към терабития
Но по -важното наистина е, че те понижиха несигурност в тази стойност, което означава, че смятаме, че тази стойност е по -точна. Това от своя страна означава, че най -ниската стойност, открита с помощта на ранните измервания на Вселената, наистина е различен. Не само, че нашите измервания са нестабилни; Вселената наистина ни казва, че тогава нещата са били различни. Вероятността това да се дължи на съвпадение или нещо нереално е около 1 на 4600. Ще взема този залог. Това е истинско.
Какво означава всичко това? Накратко, това означава, че Вселената изглежда се разширява по -бързо сега, отколкото в миналото. За да стане ясно, това вече го знаехме : Астрономите откриха, че разширяването на Universal се ускорява през 1998 г. (Риес беше в един от двата независими екипа, които откриха това). Но тези нови резултати изглежда показват, че ускорението е дори по -високо, отколкото си мислехме.
Това е ултра дълбокото поле на Хъбъл и почти всичко, което виждате в него, е далечна галактика, на милиарди светлинни години от вас. Кредит: НАСА, ЕКА, Х. Теплиц и М. Рафелски (IPAC/Caltech), А. Коекемоер (STScI), Р. Уиндхорст (Държавен университет в Аризона) и З. Левай (STScI)
И така, какво прави че означава? Това е добър въпрос, на който има твърде много възможни отговори. Възможно е тъмната енергия, странното същество зад ускорението, да е по -силно от очакваното. Може би расте с времето; това е идея, която се върти известно време. Работата е там, че ние просто не знаем каква по дяволите е тъмната енергия е , от какво е направен или как се държи. Тези нови наблюдения биха могли да помогнат.
Но все пак може да е нещо друго. Тъмна материя играе и това: Някаква форма на материя, която смятаме, че не играе добре с нормалната материя и светлина, така че е невъзможно да се види директно. Той надвишава нормалната материя с коефициент 5 във Вселената и ние знаем, че е там. Но ако се държи по някакъв необичаен начин, като може би взаимодейства само с нормална материя, това може да промени начина, по който самата Вселена се развива с течение на времето.
Ето нещо: Не знаем . Всичко това е доста ново и тласка нашето оборудване и нашите теории до техните граници. Ето защо това все още се заковава. Не забравяйте, че знаем, че има други галактики от около сто години и че разширяването се ускорява през последните 20 години.
Но любимата ми част от всичко това е, че ние ще разберете го. Това правят хората; това прави науката. Вселената е доста объркващо място и мозъкът ни не е еволюирал така, че да му е удобно да го обмисля. Но всъщност затова имаме наука, която да ни помогне да разберем. Съчетайте това с математика, инженерство и нашето неудържимо, ненаситно любопитство и дори самият космос ще ни предаде своите тайни.
Вселената се разширява все по -бързо всеки ден, но също и способността ни да я преследваме. Ще наваксаме.
