Kosmologia - rozszerzający się wszechświat

Cosmologyto badanie wszechświata. W tamtych czasach istniało kilka szkół myśli dotyczących pochodzenia wszechświata. Wielu uczonych wierzyło wSteady State Theory. Zgodnie z tą teorią wszechświat był zawsze taki sam, nie miał początku.

Chociaż była grupa ludzi, którzy wierzyli w Big Bang Theory. Ta teoria przewiduje początek wszechświata. Były dowody na gorące pozostawione promieniowanie z Wielkiego Wybuchu, które ponownie potwierdza model. Teoria Wielkiego Wybuchu przewiduje obfitość lekkich pierwiastków we wszechświecie. Tak więc, idąc za słynnym modelem Wielkiego Wybuchu, możemy stwierdzić, że wszechświat miał początek. Żyjemy w rozszerzającym się wszechświecie.

Przesunięcie ku czerwieni Hubble'a

We wczesnych latach XX wieku najnowocześniejszy teleskop Mt Wilson, 100-calowy teleskop, był wówczas największym teleskopem. Hubble był jednym z wybitnych naukowców, którzy pracowali z tym teleskopem. Odkrył, że poza Drogą Mleczną istnieją galaktyki.Extragalactic Astronomyma zaledwie 100 lat. Mt Wilson był największym teleskopem do czasu zbudowania Obserwatorium Palmera, które miało 200-calowy teleskop.

Hubblenie był jedyną osobą obserwującą galaktyki poza Drogą Mleczną, pomógł mu Humason. Zaczęli mierzyć widma pobliskich galaktyk. Następnie zaobserwowali, że widmo galaktyczne znajdowało się w widzialnym zakresie długości fal z ciągłą emisją. Na szczycie kontinuum znajdowały się linie emisji i absorpcji. Na podstawie tych linii możemy oszacować, czy galaktyka oddala się od nas, czy do nas.

Kiedy otrzymujemy widmo, zakładamy, że pochodzi z najsilniejszej linii H-α. Z literatury najsilniejsza linia powinna występować na6563 Å, ale jeśli linia występuje gdzieś w pobliżu 7000Å, możemy łatwo powiedzieć, że jest przesunięty ku czerwieni.

Z Special Theory of Relativity,

$$ 1 + z = \ sqrt {\ frac {1+ \ frac {v} {c}} {1- \ frac {v} {c}}} $$

gdzie Z jest przesunięciem ku czerwieni, liczbą bezwymiarową, av jest prędkością recesji.

$$ \ frac {\ lambda_ {obs}} {\ lambda_ {rest}} = 1 + z $$

Hubble i Humason zapisali się na liście 22 Galaxiesw swoim artykule. Prawie wszystkie te galaktyki wykazywały przesunięcie ku czerwieni. Wykreślili prędkość (km / s) w funkcji odległości (Mpc). Zaobserwowali liniowy trend i Hubble przedstawił swoje słynne prawo w następujący sposób.

$$ v_r = H_o d $$

To jest Hubble Redshift Distance Relationship. Indeks dolnyrwskazuje, że rozszerzenie następuje w kierunku promieniowym. Podczas gdy $ v_r $ jest prędkością cofania, $ H_o $ jest parametrem Hubble'a,dto odległość galaktyki od nas. Doszli do wniosku, że odległe galaktyki oddalają się od nas szybciej, jeśli tempo rozszerzania się wszechświata jest jednolite.

Ekspansja

Wszystko się od nas oddala. Galaktyki nie są stacjonarne, zawsze występuje jakaś harmoniczna ekspansji. Jednostki parametru Hubble to km sec ⁻¹ Mpc ⁻¹ . Gdyby wyjść na odległość - 1 Mpc, galaktyki poruszałyby się z prędkością 200 km / sek. Parametr Hubble'a podaje nam tempo ekspansji. Według Hubble'a i Humasona wartość $ H_o $ wynosi 200 km / s / Mpc.

Dane pokazały, że wszystkie galaktyki oddalają się od nas. Zatem jest oczywiste, że znajdujemy się w centrum wszechświata. Ale Hubble nie popełnił tego błędu, według niego, w dowolnej galaktyce, w której żyjemy, wszystkie inne galaktyki oddalałyby się od nas. Zatem wniosek jest taki, że przestrzeń między galaktykami rozszerza się i nie ma centrum Wszechświata.

Ekspansja dzieje się wszędzie. Jednak są siły, które sprzeciwiają się ekspansji. Wiązania chemiczne, siła grawitacji i inne siły przyciągania trzymają obiekty razem. Wcześniej wszystkie obiekty były blisko siebie. Biorąc pod uwagę Wielki Wybuch jako siłę impulsową, obiekty te będą się oddalać od siebie.

Skala czasu

W skali lokalnej Kinematyka rządzi się grawitacją. W pierwotnym prawie Hubble'a istniało kilka galaktyk, które wykazywały przesunięcie w kierunku niebieskim. Można to przypisać połączonemu potencjałowi grawitacyjnemu galaktyk. Grawitacja oddzieliła rzeczy od prawa Hubble'a. Galaktyka Andromedy zbliża się do nas. Grawitacja próbuje spowolnić. Początkowo ekspansja zwalniała, teraz przyspiesza.

To było Cosmic Jerkz tego powodu. Dokonano kilku oszacowań parametru Hubble'a. Przez 90 lat ewoluował od 500 km / s / Mpc do 69 km / s / Mpc. Rozbieżność w wartości wynikała z niedoszacowania odległości. PlikCepheid Stars były używane jako kalibratory odległości, jednak istnieją różne typy gwiazd cefeid i fakt ten nie był brany pod uwagę przy szacowaniu parametru Hubble'a.

Czas Hubble'a

Stała Hubble'a daje nam realistyczne oszacowanie wieku Wszechświata. $ H_o $ dałoby wiek Wszechświata pod warunkiem, że galaktyki poruszałyby się z tą samą prędkością. Odwrotność $ H_o $ daje nam czas Hubble'a.

$$ t_H = \ frac {1} {H_o} $$

Zastąpienie bieżącej wartości $ H_o, t_H $ = 14miliard lat. Tempo ekspansji było stałe na początku Wszechświata. Nawet jeśli to nieprawda, $ H_o $ daje użyteczną granicę wieku Wszechświata. Zakładając stałą szybkość rozszerzania, kiedy wykreślamy wykres między odległością a czasem, nachylenie wykresu jest określone przez prędkość.

W tym przypadku czas Hubble'a jest równy czasowi rzeczywistemu. Jeśli jednak wszechświat rozszerzał się szybciej w przeszłości i wolniej w teraźniejszości, czas Hubble'a wyznacza górną granicę wieku Wszechświata. Jeśli wcześniej wszechświat rozszerzał się powoli, a teraz przyspiesza, to czas Hubble'a da dolną granicę wieku wszechświata.

• $ t_H = t_ {wiek} $ - jeśli tempo ekspansji jest stałe.

• $ t_H> t_ {age} $ - jeśli wszechświat rozszerzał się szybciej w przeszłości i wolniej w teraźniejszości.

• $ t_H <t_ {age} $ - jeśli wszechświat rozszerzał się wolniej w przeszłości i szybciej w teraźniejszości.

Rozważ grupę 10 galaktyk, które znajdują się w odległości 200 Mpc od innej grupy galaktyk. Galaktyki w gromadzie nigdy nie dochodzą do wniosku, że wszechświat się rozszerza, ponieważ kinematyka w lokalnej grupie jest rządzona grawitacją.

Punkty do zapamiętania

• Kosmologia to nauka o przeszłości, teraźniejszości i przyszłości naszego Wszechświata.

• Nasz wszechświat ma około 14 miliardów lat.

• Wszechświat stale się rozszerza.

• Parametr Hubble'a jest miarą wieku Wszechświata.

• Bieżąca wartość H_o wynosi 69 km / s / Mpc.