Razno

Kaj v resnici vemo o vesolju?

Kaj v resnici vemo o vesolju?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Z vsakega stališča je obstoj precej zabaven in čuden. Ko pa se spustiš do temeljne fizike vsega, postane še bolj čudno! Čeprav mnogi morda mislijo, da je na področju znanosti vse jasno in urejeno. Toda ali tako res delujejo stvari?

Skozi tisočletja so učenjaki in filozofi neskončno razpravljali o tem, ali sta življenje in kozmos urejena ali kaotična. Znanosti niso bile imune na to razpravo in veliko pomembnih odkritij je sprejela bodisi ena bodisi druga šola mišljenja.

Učenje o gibanju planetov, gravitaciji, atomski teoriji, relativnosti, kvantni mehaniki in obsežni strukturi vesolja je bilo včasih uporabljeno za dodajanje teže idejam reda in kaosa.

Trenutno je pri tem vprašanju veliko dvoumnosti in prihodnja odkritja bodo morda pomagala rešiti to vprašanje. Toda v tem času je dobro narediti poročilo o tem, kaj smo se naučili, in kaj nam lahko pove o življenju, kakršno poznamo.

Kaj je vesolje?

Beseda "Vesolje" izhaja iz latinske "Universum", ki so jo rimski avtorji uporabljali za označevanje kozmosa, kakršnega so poznali. To je sestavljalo Zemljo in vse življenje, pa tudi Luno, Sonce, planete, za katere so vedeli (Merkur, Venera, Mars, Jupiter, Saturn) in zvezde.

Izraz "kozmos" pa izhaja iz grške besede kosmos, kar pomeni "red" ali "svet". Druge besede, ki se običajno uporabljajo za opredelitev vsega znanega, obstajajo, vključno z »Narava« (iz germanske besede natur) in angleško besedo »everything« (samoumevno).

Danes znanstveniki besedo Vesolje uporabljajo za vso obstoječo snov in vesolje. Sem spadajo Osončje, Mlečna pot, vse znane galaksije in nadgradnje. V smislu sodobne znanosti in astrofizike vključuje tudi ves čas, prostor, snov, energijo in temeljne sile, ki jih vežejo.

Kozmologija pa se uporablja za opis raziskovanja vesolja (ali kozmosa) in sil, ki ga vežejo. Zahvaljujoč tisočletnim štipendijam je tisto, kar vemo o fizičnem vesolju, skokovito raslo. Pa vendar je še toliko, česar ne razumemo.

Da bi dobili občutek, kje smo danes, se moramo najprej ozreti nazaj ...

Zgodovina kozmologije

Ljudje precej preučujejo naravo obstoja, odkar lahko hodijo pokonci in govorijo. Vendar pa večina tega, kar vemo o preučevanju kozmosa, sega le do obstoja pisnih zapisov.

Na srečo mnogi od teh zapisov izvirajo iz ustnih izročil, ki so še pred pisanjem, zato obstaja splošna ideja o tem, kaj so verjeli naši predniki. Kar vemo, kaže, da so bili najzgodnejši opisi ustvarjanja vesolja ponavadi simbolični in metaforični.

Kolikor lahko ugotovimo, je vsaka kultura, ki je obstajala, imela svojo različico ustvarjalne zgodbe. V mnogih časih se je vse življenje začelo z enim samim dogodkom, kjer so bili Bog ali bogovi odgovorni za ustvarjanje sveta, nebes in vsega vmes. Večina zgodb o ustvarjanju je vključevala ali dosegla vrhunec z rojstvom človeštva.

Arheološki dokazi kažejo, da so ljudje že leta 8000 pred našim štetjem spremljali nebesne dogodke, kot je gibanje Lune, da bi ustvarili koledarje. Do 2. tisočletja pred našim štetjem se je astronomija začela pojavljati kot študijsko področje.

Nekatera najstarejša zabeležena opažanja nebes pripisujejo starodavnim Babiloncem. Ti naj bi še naprej obveščali o kozmološki in astrološki tradiciji kultur na Bližnjem vzhodu in v Sredozemlju v tisočih letih.

Pojem končnega časa včasih zasledimo v tem obdobju in morda v zorastrski religiji. V jedru tega je prepričanje, da je vesolje ustvarjeno, predstavlja razplet božanskega načrta in ima svoj konec.

Kasneje so se doktrine zavzemale za to, da se je čas začel z ustvarjanjem ali samo-ustvarjanjem in se bo končal z zmagoslavjem reda nad kaosom in različico sodnega dne, kjer bo vse stvarstvo združeno z Stvarnikom. Ti koncepti so bili verjetno preneseni v judovstvo okoli 6. stoletja pred našim štetjem s perzijsko osvojitvijo Babilona.

Zamisel o času kot linearnem napredovanju naj bi zahodno kozmologijo obveščala tisoče let in obstaja še danes (na primer s teorijama "Veliki pok" in "Puščica časa").

Med 8. stoletjem pr. N. Št. In 6. stoletjem n. Št. (Obdobje, ki ga pogosto imenujemo "klasična antika") je začelo postajati vse bolj zasnovan koncept, da so vesolje urejali fizični zakoni. Takrat so tako v Indiji kot v Grčiji znanstveniki začeli ponujati razlage naravnih pojavov, ki so poudarjale vzrok in posledice.

Rojstvo atoma

Do 5. stoletja pred našim štetjem je grški filozof Empedocles teoretiziral, da je vesolje sestavljeno iz štirih elementov zemlje, zraka, vode in ognja. Približno v istem času se je na Kitajskem pojavil podoben sistem, ki ga je sestavljalo pet elementov zemlje, vode, ognja, lesa in kovine.

Ta ideja bi postala vplivna, vendar bi ji kmalu nasprotoval grški filozof Levkip, ki je teoretiziral idejo, da je vesolje sestavljeno iz nedeljivih delcev, znanih kot "atomos" (v grščini "neizreljivo").

Koncept bi populariziral njegov učenec Demokrit (460 - 370 pr. N. Št.), Ki je trdil, da so atomi neuničljivi, večni in je določal lastnosti vse snovi.

Grški filozof Epikur (341–270 pr. N. Št.) Bi to idejo natančneje izpopolnil. Iz tega razloga naj bi bil povezan s filozofsko šolo, ki jo je navdihnil (epikurejstvo).

Indijski filozof Kanada, za katerega domnevajo, da je živel med 6. in 2. stoletjem pred našim štetjem, je predlagal podobno idejo. V njegovi filozofiji je bila vsa snov sestavljena iz "paramanu" - nedeljivih in neuničljivih delcev. Predlagal je tudi, da sta svetloba in toplota isti snovi v drugačni obliki.

Indijski filozof Dignana (480 - 540 n. Š.), Ki je bil eden od budističnih ustanoviteljev indijske logične šole, je šel še dlje in predlagal, da je vsa snov sestavljena iz energije.

Te teorije so bile na zahodu v veliki meri pozabljene, vendar bi ostale priljubljene med islamskimi in azijskimi učenjaki, ki so jih prevajali v arabščino in druge jezike. Približno v 14. stoletju se bo na zahodu spet pojavilo zanimanje za "atomizem", zahvaljujoč prevajanju klasičnih del nazaj v latinščino.

Zemljino mesto v Osončju

Med 2. tisočletjem pr. N. Št. In 2. stoletjem n. Št. Se je astronomija in astrologija še naprej razvijala in razvijala. V tem času so astronomi spremljali pravilno gibanje planetov in gibanje ozvezdij skozi Zodiak.

V tem času so tudi grški astronomi artikulirali geocentrični model vesolja, kjer se Sonce, planeti in zvezde vrtijo okoli Zemlje.

Te tradicije so bile povzete v matematični in astronomski razpravi iz 2. stoletja nAlmagest, ki ga je napisal grško-egipčanski astronom Klavdij Ptolemaj (alias Ptolemej).

Številni srednjeveški evropski in islamski učenjaki bi to razpravo in njen kozmološki model vsebovali kot kanon in bi več kot tisoč let ostal avtoritativni vir astronomije.

V srednjem veku (približno 5. - 15. stoletje n. Št.) So indijski, perzijski in arabski učenjaki ohranjali in širili klasične astronomske tradicije. Hkrati pa so jim dodali še nekaj revolucionarnih idej - kot je vrtenje Zemlje.

Nekateri učenjaki so šli še dlje in predlagali heliocentrične modele vesolja - na primer indijski astronom Aryabhata (476–550 CE), perzijski astronomi Albumasar (787–886 CE) in Al-Sijzi (945–1020 CE).

Možno je, da so njihova dela navdihnila prejšnja dela Aristarha s Samosa (310-230 pr. N. Št.), Selevka iz Selevcije (190 pr. N. Št. - 150 pr. N. Št.) In nekaterih pitagorejskih filozofov iz 4. in 5. stoletja pr.

Do 16. stoletja je Nikolaj Kopernik objavil popoln model heliocentričnega vesolja. Ta model je sprva predlagal v 40-stranskem rokopisu z naslovom Commentariolus (»Mali komentar«), ki je izšel leta 1514.

Njegova teorija je rešila dolgotrajna vprašanja, ki so pestila prejšnje heliocentrične modele, in je temeljila na sedmih splošnih načelih. Ti so domnevali, da:

  1. Nobenega središča vseh nebesnih krog ali sfer ni.
  2. Središče Zemlje ni središče vesolja, temveč le gravitacija in lunina krogla.
  3. Vse krogle obkrožajo Sonce, ki je kot sredi vseh, tako da je središče vesolja blizu Sonca.
  4. Razmerje oddaljenosti Zemlje od Sonca in višine nebesnega svoda je toliko manjše od razmerja polmera Zemlje in oddaljenosti od Sonca, da je razdalja med Zemljo in Soncem neopazna v primerjavi z vzvišenostjo nebesni svod.
  5. Kakršno koli gibanje se pojavi na nebesnem svodu, ne njemu, temveč Zemlji. V skladu s tem Zemlja skupaj z obrobnimi elementi vsakodnevno giblje popolno vrtenje na svojih fiksnih polih, medtem ko nebesni svod in najvišje nebo ostajata nespremenjena.
  6. Kar se nam zdi kot gibanje Sonca, ni posledica njegovega gibanja, ampak gibanja Zemlje in naše krogle, s katero se vrtimo okoli Sonca kot [bi se] s katerim koli drugim planetom. Zemlja ima torej več gibanj.
  7. Kar je na planetih videti kot [izmenjava] retrogradnega in neposrednega gibanja, ni posledica njihovega gibanja, ampak zemeljskega. Gibanje Zemlje torej zadostuje [za razlago] toliko očitnih nepravilnosti v nebesa.

Kopernik bi te ideje razširil v svojem magnum opusu - De revolutionibus orbium coelestium(O revolucijah nebeških sfer) - ki ga je končal leta 1532. Vendar pa se Kopernik v strahu pred preganjanjem ni dovolil objaviti šele malo pred njegovo smrtjo (leta 1534).

V tem delu bi Kopernik ponovil svojih sedem glavnih argumentov in podal podrobne izračune, da bi jih podkrepil. Njegove ideje so še naprej navdihovale italijanskega astronoma, matematika in izumitelja Galileja Galileja (1564 - 1642).

Galileo bi za izboljšanje Kopernikovih opazovanj in izračunov uporabil teleskop, ki ga je ustvaril sam, svoje razumevanje fizike in matematike ter strogo uporabo znanstvene metode.

Galilejeva opazovanja Lune, Sonca in Jupitra bi se izkazala za zelo vplivna in pomagala razkriti pomanjkljivosti v geocentričnem modelu. Njegova opazovanja Lune so na primer razkrila zaznamovano in kraterizirano površino, medtem ko so njegova opazovanja Sonca pokazala sončne pege.

Bil je odgovoren tudi za odkritje največjih Jupitrovih lun - Io, Europa, Ganimed in Kalisto -, ki bodo kasneje v njegovo čast imenovane "Galilejske lune".

Ta odkritja so bila v nasprotju z dolgoletnimi predstavami, da so bila nebesa popolne sfere (v skladu s krščansko teologijo) in da noben planet, razen Zemlje, ni imel satelitov.

Njegova opazovanja planetov so pokazala, da so bili njihovi videzi in položaji na nebu v skladu s teorijo, da krožijo okoli Sonca.

Ta opažanja je delil v tretmah, kot je Sidereus Nuncius (Zvezdni sel) in Na mestih, ki jih opazujemo na soncu,oba sta bila objavljena leta 1610.

Toda to je bila njegova razprava iz leta 1632, Dialogo sopra in due massimi sistemi del mondo (Dialog o dveh glavnih svetovnih sistemih), kjer se je zavzemal za heliocentrični model vesolja.

Johannes Kepler (1571-1630) je model še izboljšal s svojimi zakoni gibanja planetov, ki so pokazali, da so bile orbite planetov eliptične in ne popolne krožnice (kot so trdili Galileo in prejšnji astronomi).

To je dejansko rešilo "veliko razpravo" o naravi Osončja in heliocentrizem postalo znanstveno soglasje od konca 17. stoletja naprej.

Od Osončja do Rimske ceste

Drugo revolucionarno odkritje, ki se je pojavilo v 17. in 18. stoletju, je bilo spoznanje, da naš Osončje ni edinstven. Zahvaljujoč izumu teleskopa se je naše razumevanje Rimske ceste drastično spremenilo.

Namesto da bi bili velikanski oblak v obliki pasu (kot so prej mislili), so astronomi začeli razumeti, da je meglena struktura, ki so jo tisočletja opazovali na nočnem nebu, pravzaprav milijarde oddaljenih zvezd.

Seveda ideja ni bila povsem nova. V 13. stoletju je perzijski astronom in polimat Nasir al-Din al-Tusi (1201 - 1274) v svoji knjigi predlagal prav to možnost, Tadhkira:

»Mlečna pot, torej Galaksija, je sestavljena iz zelo velikega števila majhnih, tesno skupljenih zvezd, ki se zdijo zaradi svoje zbranosti in majhnosti oblačne lise. Zaradi tega so ga primerjali z mlekom. "

Vendar so astronomi to lahko opazili šele v znanstveni revoluciji (približno 16. - 18. stoletje). V Zvezdni sel, Je Galileo opisal opazovanje "megličastih zvezd", ki jih je vseboval Almagestov katalog zvezd.

Ta opažanja so ga vodila do zaključka, da so bili "megleni" odseki skupine Mlečne ceste pravzaprav "kongrezi neštetih zvezd, združenih v kopice". To odkritje je še okrepilo primer heliocentrizma, saj je pokazalo, da je vesolje veliko večje, kot so mislili prej.

Leta 1755 je nemški filozof Immanuel Kant teoretiziral, da je Mlečna pot ogromna kopica zvezd, ki jih drži sila njihove medsebojne gravitacije. Nadalje je napovedal, da so te zvezde (skupaj s Osončjem) del sploščenega diska, ki se vrti okoli skupnega središča - podobno kot planeti okoli Sonca.

Leta 1785 je astronom William Herschel poskušal ustvariti prvi zemljevid Rimske ceste. Njegove ocene njene velikosti in oblike je zavrglo dejstvo, da je večina naše galaksije zakrita s prahom in plinom, a njegov poskus je bil pokazatelj napredka, ki je bil dosežen.

Do 19. stoletja so izboljšana optika in teleskopi astronomom omogočili, da si preslikajo več nočnega neba, zaradi česar so mnogi ugotovili, da je bil naš Osončje zgolj ena milijard v Mlečni cesti.

Do 20. stoletja so ugotovili, da je Mlečna pot zgolj ena od milijard v vesolju. Toda ena stvar naenkrat ...

Newton in Einstein sta revolucionirala vse

Razumevanje vesolja pri človeštvu bi v poznem 17. stoletju znova revolucioniralo delo britanskega polimata Isaaca Newtona (1642/43 - 1727). Z uporabo Keplerjeve teorije gibanja je razvil teorijo gravitacije (aka Univerzalna gravitacija).

To je bilo povzeto v njegovem glavnem delu, Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica ("Matematični principi naravne filozofije"), ki je izšel leta 1687 in je vseboval Newtonove Tri zakone gibanja. Ti zakoni so določali, da:

  1. Ko ga gledamo v inercialnem referenčnem okviru, objekt bodisi miruje ali pa se še naprej premika s konstantno hitrostjo, razen če nanj deluje zunanja sila.
  2. Vektorska vsota zunanjih sil (F) na predmet je enaka masi (m) tega predmeta, pomnoženi z vektorjem pospeška (a) predmeta. V matematični obliki je to izraženo kot F = ma
  3. Ko eno telo izvaja silo na drugo telo, drugo telo hkrati na prvo telo deluje tako, da je sila enaka in nasprotno usmerjena.

Ti zakoni so opisovali, kako predmeti silijo drug na drugega in kako posledično pride do gibanja. Iz svojega dela je Newton lahko izračunal maso planetov, ugotovil, da Zemlja ni popolna krogla in kako Zemljina interakcija s Soncem in Luno vpliva na plimovanje oceanov.

Ti in drugi podrobni izračuni bi močno vplivali na znanost in bi predstavljali osnovo klasične fizike (aka Newtonova fizika), ki bi ostala sprejeta kanona za naslednjih 200 let.

To bi se spremenilo v začetku 20. stoletja, ko je mladi teoretični fizik po imenu Albert Einstein začel objavljati vrsto člankov, ki so razpravljali o njegovih teorijah posebne in splošne relativnosti.

Te teorije so bile deloma rezultat poskusa razrešitve neskladnosti med Newtonovo fiziko in nedavno odkritimi zakoni elektromagnetizma - najbolje povzeta po Maxwellovih enačbah in Lorentzovem zakonu sil).

Einstein bi to nedosledno obravnaval v enem od člankov, ki jih je napisal leta 1905, ko je delal v patentnem uradu v Bernu v Švici. Z naslovom »O elektrodinamiki gibljivih teles", ta članek je postal osnova za posebno relativnost (SR).

Einsteinova teorija je izpodbijala predhodno sprejeto delovno soglasje, da se bo ta svetloba vlekla skozi medij. To je pomenilo, da je bila hitrost svetlobe (ki je bila že določena) vsota njene hitrosti skozi medij plus hitrost od ta medij.

To je privedlo do vseh vrst teoretičnih zapletov, poskusi, ki so jih poskušali rešiti, pa so dobili nične rezultate. Namesto tega je Einstein izjavil, da je svetlobna hitrost enaka v vseh inercialnih referenčnih okvirih, kar je odpravilo potrebo po medijih ali tujih razlagah.

Kot teorija SR ni samo poenostavil matematičnih izračunov in rešil vprašanj med elektromagnetizmom in fiziko, temveč se je tesno strinjal s svetlobno hitrostjo in pojasnjeval odstopanja, ki so se pojavila v poskusih.

Med leti 1907 in 1911 je Einstein začel uporabljati svojo teorijo SR na gravitacijska polja, drugo področje, kjer je Newtonova fizika imela težave. Do leta 1911 so ta prizadevanja dosegla vrhunec z objavo „O vplivu gravitacije na širjenje svetlobe“.

Ta članek je postavil temelje za splošno relativnost (GR). V njem je Einstein napovedal, da je čas glede na opazovalca odvisen od njegovega položaja znotraj gravitacijskega polja in da je gravitacijska masa enaka inercialni masi (aka ekvivalenčno načelo).

Druga stvar, ki jo je Einstein napovedal v tem prispevku, je bila ideja, da bi dva opazovalca, ki se nahajata na različnih razdaljah od gravitacijske mase, različno dojemala pretok časa (aka gravitacijsko dilatacijo časa). Te teorije ostajajo ustaljeni del sodobne fizike.

Vesolje je temno

Einsteinove teorije, ki so dobile splošno sprejetost, so imele številne posledice za znanost. Zlasti njegove enačbe polja za relativnost so napovedovale tudi obstoj črnih lukenj in vesolja, ki je bilo v stanju nenehnega širjenja ali krčenja.

Leta 1915, nekaj mesecev po širši objavi GR, je nemški fizik in astronom Karl Schwarzschild našel rešitev za Einsteinove enačbe polja, iz katerih je nastala teorija o črnih luknjah desetletja preden je bila opažena.

Ta rešitev, znana tudi kot Schwarzschildov radij, je opisovala, kako se lahko masa krogle tako stisne, da bi bila hitrost uhajanja s površine enaka hitrosti svetlobe. "Polmer" se v tem primeru nanaša na velikost, pod katero mora gravitacijsko privlačenje med delci telesa povzročiti nepovraten gravitacijski kolaps.

Leta 1931 je indijsko-ameriški astrofizik Subrahmanyan Chandrasekhar to razširil z uporabo SR, da je izračunal, kako močno telo bi moralo postati, preden bi se samo sesulo - pozneje imenovano Chandrasekharjeva meja.

Do leta 1939 je odkritje nevtronskih zvezd podprlo Chandrasekharjeve teorije in pokazalo, da se bel pritlikavec z maso pod to mejo dejansko sesuje. Nastali predmet (nevtronska zvezda) je posledično super gost in ima neverjetno močno magnetno polje.

Iz tega so fiziki, kot je Robert Oppenheimer, trdili, da se bo bel pritlikavec z zadostno maso še naprej rušil in oblikoval črno luknjo. Čeprav je bila to v celoti še ena masna meja (znana kot meja Tolman – Oppenheimer – Volkoff), je bila v skladu s Chandrasekharjevo teorijo.

Do šestdesetih in sedemdesetih let so astrofiziki izvedli številne teste GR z uporabo črnih lukenj in velikih struktur (kot so galaksije in jate galaksij). To bo postalo znano kot "Zlata doba splošne relativnosti" (1960 - 1975), saj je omogočilo preizkušanje Einsteinove teorije kot še nikoli prej.

Astrofiziki pa so tudi pri teh testih opazili nekaj še posebej hladnega. Ob pogledu na galaksije in večje koncentracije snovi v vesolju so ugotovili, da opaženi gravitacijski učinki teh predmetov niso v skladu z njihovo navidezno maso.

Zaradi tega je znanstvena skupnost ugotovila, da je v galaksijah ogromno mase, ki je niso mogli videti. Iz tega je nastala teorija Temne snovi, skrivnostne mase, ki z elektromagnetno silo ne deluje z "normalno snovjo" (imenovano tudi vidna ali barionska snov).

To pomeni, da ne absorbira, odbija ali oddaja svetlobe, zato jo je zelo težko opaziti. Snov deluje le s svojo gravitacijsko silo. Verjame se, da temna snov tehta približno šest do ena, kar predstavlja približno 27% vesolja. Prav tako naj bi močno vplival na njegov razvoj.

Vesolje se širi

Druga posledica GR je bila napoved, da je vesolje v nenehnem stanju širjenja ali krčenja. Do leta 1927 - 1929 sta belgijski fizik (in rimskokatoliški duhovnik) Georges Lemaître in ameriški astronom Edwin Hubble potrdila, da gre za prvega.

Takrat je Einstein še vedno iskal način, kako racionalizirati idejo statičnega vesolja. V ta namen je predlagal "kozmološko konstanto", ki je bila še neodkrita sila, ki je "zadrževala gravitacijo", da bi zagotovila enakomerno porazdelitev snovi v kozmosu skozi čas.

Z uporabo meritev rdečega premika drugih galaksij je Hubble dokazal, da se Einstein moti. Te meritve so pokazale, da je imela svetloba, ki prihaja iz teh galaksij, skrajšane valovne dolžine - tj. Bila je premaknjena na rdeči konec spektra - kar je pokazalo, da se vmesni prostor širi.

Hubblova opazovanja so pokazala tudi, da so se galaksije, ki so bile najbolj oddaljene od naše, hitreje umikale. Ta pojav bi postal znan kot Hubblov zakon, hitrost tega dogajanja pa Hubblova konstanta.

Leta 1931 je Georges Lemaitre uporabil pojave, ki jih je odkril, da bi artikuliral idejo, da ima vesolje začetek. Ko je neodvisno potrdil, da se vesolje širi, je predlagal, da je bilo postopoma manjše, kolikor dlje nazaj se je videlo.

V neki točki preteklosti, je razmišljal, bi bila celotna masa vesolja koncentrirana na eno samo točko. Ta odkritja so sprožila debato med fiziki, ki so bili razdeljeni v dve šoli mišljenja.

Večina se je še vedno zavzemala za to, da bi bilo Vesolje v stanju dinamičnega ravnovesja (tj. Teorija stabilnega stanja), kjer se s širjenjem Vesolja nenehno ustvarja snov, kar sčasoma zagotavlja enakomernost.

Na drugi strani pa so bili tisti, ki so verjeli, da se vesolje postopoma širi in se je gostota snovi posledično počasi zmanjševala. Ta ideja je postala znana kot "teorija velikega poka", ime, ki so ga zagovorniki teorije stabilnega stanja dodobra dodeljevali.

Po nekaj desetletjih se je pojavilo več dokazov, ki so bili naklonjeni razlagi velikega poka. To je vključevalo odkritje in potrditev kozmičnega mikrovalovnega ozadja (CMB) leta 1965, kar je napovedovala teorija velikega poka.

CMB je v bistvu "reliktno sevanje", ki je ostalo od Velikega poka in se od takrat širi s svetlobno hitrostjo. Z merjenjem razdalje CMB, ki v vseh smereh znaša približno 13,8 milijarde let, so znanstveniki lahko omejili starost vesolja.

Do devetdesetih let so izboljšave zemeljskih teleskopov in uvedba vesoljskih teleskopov privedle do novih in osupljivih odkritij. Znanstveniki so verjeli, da bo gravitacija sčasoma povzročila, da se bo širjenje vesolja upočasnilo. Vendar so astronomi zdaj opazili, da se v zadnjih štirih milijard letih vesoljna ekspanzija dejansko pospešuje.

Iz tega je nastala teorija Temne energije, skrivnostne sile, ki nekako deluje proti gravitaciji in potisne vesolje naprej. Teoretiki so za Dark Matter pripravili različne razlage. Nekateri so menili, da je bila Einsteinova "kozmološka konstanta" morda ves čas pravilna. Drugi so menili, da je bila Einsteinova teorija gravitacije napačna in da je bila potrebna nova teorija, ki vključuje nekakšno polje, ki ustvarja to vesoljsko pospeševanje.

Eno vodilno kozmološko teorijo danes opisuje Lambda hladna temna snov (λCDM). Trenutno je najpreprostejši model, ki predstavlja večino opazovanih lastnosti vesolja. Navaja, da večino vesolja sestavljajo temna energija, temna snov in navadna snov, omenja pa se tudi kot standardni model kozmologije Velikega poka. Predpostavlja, da je splošna relativnost pravilna teorija gravitacije na kozmoloških lestvicah in predstavlja številne lastnosti vesolja, vključno z vesoljskim mikrovalovnim ozadjem in pospeševanjem širjenja vesolja.

Kaj torej ne vemo?

Odgovor na to vprašanje je, res veliko! Za učinkovit odgovor pa moramo pogledati, kako znanstveniki preučujejo vesolje od zgoraj navzdol, in si zabeležiti, kje so vrzeli.

Za začetek znanstveniki razumejo, kako se materija, čas in prostor obnašajo v največjem obsegu. To najbolje povzame GR, ki natančno opisuje, kako sta masa in gravitacija povezani in vplivata na prostor-čas.

Vendar pa so astrofiziki od šestdesetih let prejšnjega stoletja sprejeli, da je tam zunaj ogromno množice, ki je ne morejo videti. Čeprav je to teoretično smiselno, poskusi iskanja Temne snovi doslej niso dali ničesar prepričljivega.

Čeprav bi lahko rekli, da vemo, koliko snovi je tam zunaj, večine tega ne moremo dokončno obrazložiti. Podobno vemo, da je vesolje v stanju širjenja od poznih dvajsetih let 20. stoletja. Vendar ne vemo, zakaj točno.

Hitrost širjenja vesolja lahko razložimo s prisotnostjo temne energije. A tako kot Dark Matter tudi preiskave še niso ugotovile, kaj to v resnici je.

In tam je obseg samega vesolja. Z odkritjem CMB so astronomi in kozmologi lahko spremljali razvoj kozmosa in lahko natančno ocenili, koliko je star. Trenutna ocena je, da je kozmos star 13,799 ± 0,021 milijarde let.

Kaj pa, kako velik je? To ostaja skrivnost. Na podlagi stopnje kozmičnega širjenja astrofiziki ocenjujejo, da je "opazno" vesolje krogla, ki meri približno 93 milijard svetlobnih let. Vendar pa se vesolje verjetno širi še dlje in bi lahko bilo celo neskončno.

Na drugem koncu stvari so znanstveniki ugotovili, da obstajajo štiri temeljne sile (imenovane tudi temeljne interakcije), ki urejajo vse interakcije snovi in ​​energije v vesolju.

Te sile sestavljajo gravitacijska sila (ki jo pripišemo ukrivljenosti vesolja in časa in jo opisuje GR) in tri diskretna polja kvantne mehanike - skupaj znane kot kvantna teorija polja (QFT).

Ta polja vključujejo šibko jedrsko silo, močno jedrsko silo in elektromagnetizem - ki se ukvarjajo s subatomskimi delci in njihovimi interakcijami, kot opisuje standardni model fizike delcev.

Drug način, kako na to pogledati, je združiti te interakcije v sistem treh kategorij: gravitacija, elektrošibke sile in močne sile. Ti dve kategoriji sta razdeljeni na šibke jedrske in elektromagnetne sile ter na temeljne in preostale jedrske sile.

Medtem ko gravitacija veže planete, zvezde, galaksije in jate galaksij (tj. Makro nivo), elektrošibke sile vežejo atome in molekule, močne sile pa vežejo hadrone in atomska jedra.

Tu je težava. Znanstveniki razumejo, kako gravitacija deluje na največji lestvici, ne pa tudi na najmanjši. To se razlikuje od vseh drugih znanih sil v vesolju, ki imajo ustrezno subatomsko molekulo.

Za elektriko in magnetizem obstajajo elektroni in fotoni. Za šibke in močne jedrske sile obstajajo bozoni, gluoni in mezoni. Trenutno pa "graviton" ne obstaja, vsaj ne zunaj hipotetičnega.

In do zdaj so vsi poskusi najti prepričljivo teorijo kvantne gravitacije - aka. teorija vsega (ToE) - niso uspeli. Za rešitev tega je bilo predlaganih več teorij - najboljši kandidati so teorija strun in kvantna gravitacija zanke - vendar nobena še ni dokončno dokazana.

Kako se bo vse končalo?

V redu, tukaj je stvar ... tudi tega ne vemo. Seveda ideja, da je vesolje imelo začetek, naravno vzbuja idejo, da bo imela možen konec. Če se je Vesolje začelo kot majhna točka v vesolju in času, ki se je nenadoma začela širiti, ali to pomeni, da se bo širilo večno?

Ali, kot je bilo tudi teoretizirano, se bo nehalo širiti in začelo krčiti, sčasoma pa se bo spet zmanjšalo v majhno sferično maso? To vprašanje se je razbesnelo že odkar so kozmologi začeli razpravljati o tem, kako se je začelo vesolje - Veliki pok ali stabilno stanje?

Pred opazovanji, ki so pokazala, kako se vesolje pospešeno širi, je bila večina kozmologov na to temo dvoje. Ti so bili znani kot scenariji "Big Crunch" in "Big Freeze".

V prvem se bo Vesolje širilo, dokler mu ne bo zmanjkalo energije, nato pa se bo začelo sesedati vase. Če predpostavimo, da vesolje doseže točko, ko je njegova masna gostota večja od kritične, se bo vesolje začelo krčiti.

Če je gostota vesolja enaka ali manjša od kritične gostote, se vesolje širi, dokler ne preneha nastajanje zvezd. Sčasoma bodo vse zvezde končale življenjsko dobo in postale mrtve lupine ali črne luknje.

Sčasoma bi črne luknje trčile in oblikovale vedno večje črne luknje. To bi na koncu privedlo do "toplotne smrti" v vesolju, kjer bi se porabilo zadnje elektromagnetno sevanje. Črne luknje bi sčasoma izginile, ko bi odvrgle še zadnje Hawkingovo sevanje.

Od devetdesetih let prejšnjega stoletja so opazovanja, ki so privedla do teorije temne energije, spodbudila nove razprave o usodi vesolja. Zdaj se teoretizira, da bo ves čas, ko se vesolje širi, vedno več opazovanega vesolja preseglo CMB in opazovalcem postalo nevidno.

Medtem bo CMB še naprej rdeče premikal, dokler ne bo viden samo v radijski valovni dolžini. Sčasoma bo popolnoma izginil in astronomi ne bodo videli nič drugega kot črnino čez rob vidnega.

Another possibility is the "Big Rip" scenario, where continued expansion will eventually lead all galaxies, stars, planets, and even atoms themselves to be torn apart, leading to the death of all matter.

Big Crunch, Big Freeze, or Big Rip? At this juncture, we just don't know. The same is true when it comes to theories of how the Universe began - was it a Big Bang or more of a Big Bounce?

This is also the case when it comes to our attempts to unify gravity with the other fundamental forces. Right now, the best we have are theories that have a certain logical consistency but remain unproven.

As Socrates famously said: "One thing only I know, and that is that I know nothing." This knowledge, it is said, is what made Socrates the wisest man in all the land. In the same respect, humanity's grasp of the Universe is strangely paradoxical.

We know it's expanding, we're just not sure how. We know how much mass is out there, we just can't see most of it. We know how gravity works, just not how it fits with the other forces. We don't know how it began or will end, but we have some theories that fit with the observable evidence.

So while there is much that we don't know about the Universe, we at least have a pretty good idea of what we don't know. This puts us at an advantage over previous generations of humanity who were not only ignorant of the Universe at large but ignorant or their ignorance.

We are also at a point in our technological evolution where we can see more of the Universe than ever before, whether that's on the largest or smallest of scales. Between next-generation instruments, supercomputers, and particle accelerators, scientists are pushing the boundaries of what we can see.

The only way to overcome ignorance is to know where our ignorance lies and then address it. In that respect, humanity is poised to learn a great deal in the near future!

  • NASA- The Big Bang
  • CERN - The Standard Model
  • Wikipedia - Theory of Everything
  • Hyperphysics - General Relativity
  • Space - Einstein's Theory of Relativity
  • University of Cambridge - David Tong: Special Relativity
  • Stanford Encyclopedia of Philosophy - Quantum Field Theory
  • Marxist.org - Albert Einstein Reference Archive: The Special and General Theory


Poglej si posnetek: Star Size Comparison 2 (Julij 2022).


Komentarji:

  1. Dorien

    Zakaj je tako malo komentarjev na tako dobro objavo? :)

  2. Yozshuktilar

    Šali se narazen!

  3. Devron

    Žal mi je, da trenutno ne morem sodelovati v razpravi - prostega časa ni. Ampak bom brezplačen - zagotovo bom napisal tisto, kar mislim o tej številki.



Napišite sporočilo