29.2: Модель Всесвіту
- Page ID
- 78572
Цілі навчання
До кінця цього розділу ви зможете:
- Поясніть, як швидкість розширення Всесвіту впливає на її еволюцію
- Опишіть чотири можливості еволюції Всесвіту
- Поясніть, що розширюється, коли ми говоримо, що Всесвіт розширюється
- Визначте критичну щільність і докази того, що одна матерія у Всесвіті набагато менше критичної щільності.
- Опишіть, що говорять спостереження про ймовірне довгострокове майбутнє Всесвіту
Давайте тепер використаємо результати розширення Всесвіту, щоб подивитися, як ці ідеї можуть бути застосовані для розробки моделі еволюції Всесвіту в цілому. За допомогою цієї моделі астрономи можуть робити прогнози про те, як еволюціонувала Всесвіт досі і що з нею буде в майбутньому.
Розширюється Всесвіт
Кожна модель Всесвіту повинна включати розширення, яке ми спостерігаємо. Ще одним ключовим елементом моделей є те, що космологічний принцип (про який ми говорили в «Еволюції та розподілі галактик») діє: у великих масштабах Всесвіт у будь-який момент часу скрізь однаковий (однорідний та ізотропний). В результаті швидкість розширення повинна бути однаковою всюди в будь-яку епоху космічного часу. Якщо так, то нам не потрібно думати про весь Всесвіт, коли ми думаємо про розширення, ми можемо просто подивитися на будь-яку досить велику його частину. (Деякі моделі темної енергії дозволили б швидкість розширення відрізнятися в різних напрямках, і вчені розробляють експерименти, щоб перевірити цю ідею. Однак поки такі докази не будуть знайдені, будемо вважати, що космологічний принцип застосовується у всьому Всесвіті.)
У Галактиках ми натякали, що коли ми думаємо про розширення Всесвіту, правильніше думати про сам простір, що розтягується, а не про галактики, що рухаються через статичний простір. Тим не менш, ми з тих пір обговорювали червоні зрушення галактик так, ніби вони виникли внаслідок руху самих галактик.
Тепер, однак, настав час остаточно поставити такі спрощені поняття позаду нас і більш витончено поглянути на космічне розширення. Нагадаємо, з нашого обговорення теорії загальної теорії відносності Ейнштейна (у розділі про Чорні діри та вигнутий простор), що простір - або, точніше, простор-час - не є простим фоном для дії Всесвіту, як вважав Ньютон. Швидше, це активний учасник, який впливає і, в свою чергу, впливає на матерію та енергію у Всесвіті.
Оскільки розширення Всесвіту - це розтягнення всього просторучасу, всі точки у Всесвіті розтягуються разом. Таким чином, розширення почалося всюди відразу. На жаль для туристичних агентств майбутнього, немає місця, де ви можете відвідати, де почалося розтягування простору або де можна сказати, що стався Великий вибух.
Щоб описати, як розтягується простір, ми говоримо, що космічне розширення змушує Всесвіт зазнати рівномірної зміни масштабу з часом. Під масштабом ми маємо на увазі, наприклад, відстань між двома скупченнями галактик. Масштаб прийнято представляти коефіцієнтом\(R\); якщо\(R\) подвоюється, то відстань між кластерами збільшилася вдвічі. Оскільки Всесвіт розширюється з однаковою швидкістю скрізь, зміна R говорить нам, наскільки вона розширилася (або скоротилася) в будь-який момент часу. Для статичного Всесвіту R буде постійним з плином часу. У розширюється Всесвіті R збільшується з часом.
Якщо простір розтягується, а не галактики, що рухаються через простір, то чому галактики показують червоні зрушення у своїх спектрах? Коли ви були молодими і наївними - кілька глав тому - було добре обговорювати червоні зрушення далеких галактик так, ніби вони стали наслідком їх руху від нас. Але тепер, коли ви старший і мудріший студент космології, такого погляду просто не підійде.
Більш точний вигляд червоних зрушень галактик полягає в тому, що світлові хвилі розтягуються розтягуванням простору, через який вони подорожують. Подумайте про світло з віддаленої галактики. Коли він віддаляється від свого джерела, світло повинен подорожувати через простір. Якщо простір розтягується протягом усього часу подорожі світла, світлові хвилі також будуть розтягнуті. Червоний зсув - це розтягнення хвиль - довжина хвилі кожної хвилі збільшується (рис.\(\PageIndex{1}\)). Світло з більш віддалених галактик подорожує більше часу, ніж світло від ближчих. Це означає, що світло розтягнулося більше, ніж світло від ближчих і, таким чином, показує більший червоний зсув.
Таким чином, про те, що нам говорить виміряний червоний зсув світла від об'єкта, - це те, наскільки Всесвіт розширився з моменту виходу світла з об'єкта. Якщо Всесвіт розширилася в 2 рази, то довжина хвилі світла (і всіх електромагнітних хвиль від одного джерела) збільшиться вдвічі.
Моделі розширення
Перш ніж астрономи знали про темну енергію або добре виміряли, скільки матерії існує у Всесвіті, вони зробили спекулятивні моделі про те, як Всесвіт може розвиватися з часом. Чотири можливі сценарії показані на малюнку\(\PageIndex{3}\). На цій діаграмі час рухається вперед знизу вгору, а масштаб простору збільшується за рахунок того, що горизонтальні кола стають ширшими.
Найпростішим сценарієм розширення Всесвіту буде той, в якому\(R\) збільшується з часом з постійною швидкістю. Але ви вже знаєте, що життя не така проста. Всесвіт містить велику масу, і його гравітація сповільнює розширення - на велику кількість, якщо Всесвіт містить багато матерії, або незначною кількістю, якщо Всесвіт майже порожній. Потім відбувається спостережуване прискорення, яке астрономи звинувачують у своєрідній темній енергії.
Давайте спочатку вивчимо спектр можливостей з моделями для різних обсягів маси у Всесвіті та для різних внесків темної енергії. У деяких моделей—як ми побачимо - Всесвіт розширюється назавжди. В інших він перестає розширюватися і починає скорочуватися. Подивившись на крайні можливості, ми розглянемо останні спостереження, які дозволяють вибрати найбільш ймовірний сценарій.
Ми, можливо, повинні зробити паузу на хвилину, щоб відзначити, наскільки чудово, що ми можемо це зробити взагалі. Наше розуміння принципів, які лежать в основі того, як Всесвіт працює у великих масштабах, і наші спостереження за тим, як об'єкти у Всесвіті змінюються з часом, дозволяють нам моделювати еволюцію всього космосу в ці дні. Це одне з найвищих досягнень людського розуму.
Те, що астрономи дивляться на практиці, щоб визначити вид Всесвіту, в якому ми живемо, - це середня щільність Всесвіту. Це маса речовини (включаючи еквівалентну масу енергії) 1, яка містилася б в кожній одиниці об'єму (скажімо, 1 кубічний сантиметр), якби всі зірки, галактики та інші об'єкти були розібрані на частини, атом за атомом, і якби всі ці частинки разом зі світлом та іншою енергією були розподілені по всьому простору з абсолютною рівномірністю. Якщо середня щільність низька, є менша маса і менше гравітації, і Всесвіт не буде сильно сповільнюватися. Тому він може розширюватися назавжди. З іншого боку, вища середня щільність означає, що є більше маси і більше сили тяжіння, і що розтягнення простору може сповільнитися настільки, що розширення в кінцевому підсумку припиниться. Надзвичайно висока щільність може навіть призвести до того, що Всесвіт знову впаде.
Для заданої швидкості розширення існує критична щільність - маса на одиницю об'єму, якої буде достатньо, щоб уповільнити розширення до нуля в якийсь час нескінченно далеко в майбутньому. Якщо фактична щільність вище цієї критичної щільності, то розширення в кінцевому підсумку зміниться, і Всесвіт почне скорочуватися. Якщо реальна щільність буде нижче, то Всесвіт буде розширюватися назавжди.
Ці різні можливості проілюстровані на малюнку\(\PageIndex{4}\). На цьому графіку, одному з найбільш повних у всій науці, ми намічаємо розвиток масштабу простору в космосі проти плину часу. Час збільшується вправо, а масштаб Всесвіту, R, збільшується вгору по фігурі. Сьогодні в точці, позначеній «присутній» уздовж осі часу, R збільшується в кожній моделі. Ми знаємо, що галактики в даний час розширюються один від одного, незалежно від того, яка модель є правильною. (Така ж ситуація тримається і для бейсболу, кинутого високо в повітря. Хоча з часом він може впасти назад вниз, біля початку кидка він рухається вгору найбільш швидко.)
Різні лінії, що рухаються по графіку, відповідають різним моделям Всесвіту. Пряма пунктирна лінія відповідає порожньому Всесвіту без уповільнення; вона перехоплює вісь часу в той час,\(T_0\) (час Хаббла), в минулому. Це не реалістична модель, але дає нам міру для порівняння інших моделей. Криві під пунктирною лінією представляють моделі без темної енергії та з різною кількістю уповільнення, починаючи з Великого вибуху в більш короткі часи в минулому. Крива над пунктирною лінією показує, що станеться, якщо розширення прискорюється. Давайте детальніше розглянемо майбутнє відповідно до різних моделей.
Почнемо з кривої 1 на малюнку\(\PageIndex{4}\). При цьому фактична щільність Всесвіту вище критичної щільності і темної енергії немає. Цей Всесвіт перестане розширюватися в якийсь час в майбутньому і почне скорочуватися. Ця модель називається замкнутою всесвітом і відповідає Всесвіту зліва на малюнку\(\PageIndex{3}\). Зрештою, масштаб падає до нуля, а це означає, що простір зменшиться до нескінченно малих розмірів. Зазначений фізик Джон Уілер назвав це «великим крихтом», тому що матерія, енергія, простір і час будуть знищені з існування. Зверніть увагу, що «великий хрускіт» протилежний Великому вибуху - це імплозія. Всесвіт не розширюється, а скоріше руйнується на собі.
Деякі вчені припускали, що інший Великий вибух може слідувати за крихтом, породжуючи нову фазу розширення, а потім ще одне скорочення - можливо, коливання між послідовними великими вибухами та великими хрумтами на невизначений термін у минулому та майбутньому. Такі домисли іноді називали коливальною теорією Всесвіту. Завдання для теоретиків полягало в тому, як описати перехід від колапсу (коли простір і час самі зникають у великий хрускіт) до розширення. З відкриттям темної енергії, однак, не здається, що Всесвіт відчує великий хрускіт, тому ми можемо поставити занепокоєння про це на задній план.
Якщо щільність Всесвіту менше критичної щільності (крива 2 на малюнку\(\PageIndex{4}\) і Всесвіт другий зліва на малюнку\(\PageIndex{3}\)), гравітація ніколи не є достатньо важливою, щоб зупинити розширення, і тому Всесвіт розширюється назавжди. Такий всесвіт нескінченний і цю модель називають відкритим всесвітом. Час і простір починаються з Великого вибуху, але вони не мають кінця; Всесвіт просто продовжує розширюватися, завжди трохи повільніше, як час йде. Групи галактик врешті-решт розбираються настільки далеко, що спостерігачам в будь-якій з них буде важко побачити інших. (Див. вікно функції про те, яким може бути Всесвіт у далекому майбутньому? пізніше в розділі докладніше про далеке майбутнє в замкнутих і відкритих моделям всесвіту.)
При критичній щільності (крива 3) Всесвіт може просто ледве розширюватися назавжди. Всесвіт критичної щільності має вік рівно дві третини\(T_0\), де\(T_0\) - вік порожнього Всесвіту. Всесвіти, які коли-небудь почнуть скорочуватися, мають вік менше двох третин\(T_0\).
У порожньому Всесвіті (пунктирна лінія Фігура\(\PageIndex{4}\) і каботажний всесвіт на малюнку\(\PageIndex{3}\)) ні гравітація, ні темна енергія не є достатньо важливими, щоб впливати на швидкість розширення, яка тому є постійною протягом усього часу.
У Всесвіті з темною енергією швидкість розширення буде збільшуватися з часом, а розширення триватиме все більш швидкими темпами. Крива 4 на малюнку\(\PageIndex{4}\), яка представляє цей Всесвіт, має складну форму. На початку, коли справа все дуже близько один до одного, на швидкість розширення найбільше впливає гравітація. Темна енергія, здається, діє лише у великих масштабах і, таким чином, стає більш важливою, оскільки Всесвіт збільшується і матерія починає розріджуватися. У цій моделі спочатку сповільнюється Всесвіт, але в міру розтягування простору прискорення відіграє більшу роль і розширення прискорюється.
Космічний перетягування каната
Ми могли б підсумувати нашу дискусію досі, сказавши, що у Всесвіті відбувається «перетягування каната» між силами, які розсовують все, і гравітаційним тяганням матерії, яка все об'єднує. Якщо ми зможемо визначити, хто виграє це перетягування каната, ми дізнаємося остаточну долю Всесвіту.
Перше, що нам потрібно знати, це щільність Всесвіту. Це більше, менше або дорівнює критичній щільності? Критична щільність сьогодні залежить від значення швидкості розширення сьогодні,\(H_0\). Якщо константа Хаббла становить близько 20 кілометрів/секунду на мільйон світлових років, критична щільність становить близько\(10^{–26}\) кг/м 3. Давайте подивимося, як ця величина порівнюється з реальною щільністю Всесвіту.
Приклад\(\PageIndex{1}\): критична щільність Всесвіту
Як ми вже обговорювали, критична щільність - це те поєднання речовини та енергії, яке приводить Всесвіт до зупинки в нескінченності часу. Рівняння Ейнштейна призводять до наступного виразу для критичної щільності\( \left( \rho_{\text{crit}} \right) \):
\[ \rho_{\text{crit}} = \frac{3H^2}{8 \pi G} \nonumber\]
де\(H\) - константа Хаббла і\(G\) є універсальною постійною сили тяжіння\( \left( 6.67 \times 10^{–11} \text{ Nm}^2/ \text{kg}^2 \right)\).
Рішення
Давайте підставимо наші цінності і подивимося, що ми отримаємо. Візьміть\(H = 22 \text{ km/s}\) на мільйон світлових років. Нам потрібно перетворити і км, і світлові роки в метри для узгодженості. Мільйон світлових років =\(10^6 \times 9.5 \times 10^{15} \text{ m} = 9.5 \times 10^{21} \text{ m}\). І\(22 \text{ km/s} = 2.2 \times 10^4 \text{ m/s}\). Це робить\(H = 2.3 \times 10^{–18} ~ /\text{s}\) і\(H^2 = 5.36 \times 10^{–36} ~ /\text{s}^2\). Отже,
\[\rho_{\text{crit}} = \frac{3 \times 5.36 \times 10^{–36}}{8 \times 3.14 \times 6.67 \times 10^{–11}} = 9.6 \times 10^{–27} \text{ kg/m}^3 \nonumber\]
які ми можемо округлити до\(10^{–26} \text{ kg/m}^3\). (Щоб змусити одиниць працювати, ви повинні знати\(N\), що одиниця сили така ж, як\(\text{kg} \times \text{m/s}^2\).)
Тепер ми можемо порівняти щільності, які ми вимірюємо у Всесвіті, з цим критичним значенням. Зверніть увагу, що щільність - це маса на одиницю об'єму, але енергія має еквівалентну масу\(m = E/c^2\) (з рівняння Ейнштейна\(E = mc^2\)).
Вправа\(\PageIndex{1}\)
- Одне зерно пилу має масу близько\(1.1 \times 10^{–13} \text{ kg}\). Якщо середня масово-енергетична щільність простору дорівнює критичній щільності в середньому, скільки простору потрібно для отримання загальної масової енергії, рівної пилової зернистості?
- Якби константа Хаббла була вдвічі більшою, ніж насправді, скільки була б критична щільність?
- Відповідь
-
- При цьому середня маса-енергія в обсязі V простору дорівнює E = ρ crit V. Таким чином, для простору з критичною щільністю ми вимагаємо, щоб\[V= \frac{E_{\text{grain}}}{\rho_{\text{crit}}} = \frac{1.1 \times 10^{–13} \text{ kg}}{9.6 \times 10^{–26} \text{ kg/m}^3} = 1.15 \times 10^{12} \text{ m}^3 = (10,500 \text{ m})^3 \cong (10.5 \text{ km})^3 \nonumber\] таким чином, сторони куба простору з масовою енергетичною щільністю усереднення критичної щільності повинні бути трохи більше 10 км, щоб містити загальну енергію, рівну одному зерну пилу!
- Оскільки критична щільність йде як квадрат постійної Хаббла, подвоюючи параметр Хаббла, критична щільність збільшиться в чотири рази. Отже, якби константа Хаббла становила 44 км/с на мільйон світлових років замість 22 км/с на мільйон світлових років, критична щільність була б\[\rho_{\text{crit}} = 4 \times 9.6 \times 10^{–27} \text{ kg/m}^3 = 3.8 \times 10^{–26} \text{ kg/m}^3. \nonumber\]
Ми можемо почати наше дослідження того, наскільки щільний космос, ігноруючи темну енергію і просто оцінюючи щільність всієї матерії у Всесвіті, включаючи звичайну матерію і темну матерію. Ось де космологічний принцип дійсно стане в нагоді. Оскільки Всесвіт у всьому однаковому (принаймні у великих масштабах), нам потрібно лише виміряти, скільки матерії існує в (великій) репрезентативній її вибірці. Це схоже на те, як репрезентативне опитування кількох тисяч людей може сказати нам, кого мільйони жителів США віддають перевагу президентам.
Існує кілька методів, за допомогою яких ми можемо спробувати визначити середню щільність речовини в просторі. Один із способів - підрахувати всі галактики на задану відстань і використовувати оцінки їх мас, включаючи темну матерію, для обчислення середньої щільності. Такі оцінки вказують на щільність приблизно\(1\) до\(2 \times 10^{–27} \text{ kg/m}^3\) (від 10 до 20% критичної), яка сама по собі занадто мала, щоб зупинити розширення.
Багато темної матерії лежить за межами галактик, тому ця інвентаризація ще не завершена. Але навіть якщо ми додамо оцінку темної матерії поза галактиками, наша загальна сума не підніметься за межі приблизно 30% критичної щільності. Ми закріпимо ці цифри більш точно пізніше в цьому розділі, де ми також включимо ефекти темної енергії.
У будь-якому випадку, навіть якщо ми ігноруємо темну енергію, свідченням є те, що Всесвіт буде продовжувати розширюватися назавжди. Відкриття темної енергії, яка спричиняє прискорення швидкості розширення, лише підсилює цей висновок. Речі точно не виглядають добре для шанувальників замкнутої всесвіту (big crunch) моделі.
якою може бути Всесвіт у далекому майбутньому?
Деякі кажуть, що світ закінчиться вогнем, деякі кажуть в льоду. З того, що я скуштував бажання, я тримаю з тими, хто прихильний до вогню. —З поеми «Вогонь і лід» Роберта Фроста (1923 р.)
З огляду на руйнівну силу впливу на астероїди, розширюються червоні гіганти, і прилеглі наднові, наш вид може не бути поруч у віддаленому майбутньому. Тим не менш, ви можете насолоджуватися спекулюванням про те, що було б жити в набагато, набагато старішому Всесвіті.
Спостережуване прискорення робить імовірним, що ми продовжимо експансію в невизначене майбутнє. Якщо Всесвіт розширюється назавжди (R збільшується без обмеження), скупчення галактик з часом пошириться все далі один від одного. Коли еони проходять, Всесвіт стане тоншим, холоднішим і темнішим.
У межах кожної галактики зірки продовжуватимуть проходити своє життя, зрештою стаючи білими карликами, нейтронними зірками та чорними дірами. Зірки з низькою масою можуть зайняти багато часу, щоб закінчити свою еволюцію, але в цій моделі ми буквально мали б весь час у світі. Зрештою, навіть білі карлики охолонуть, щоб бути чорними карликами, будь-які нейтронні зірки, які виявляють себе як пульсари, повільно перестануть обертатися, а чорні діри з аккреційними дисками одного разу завершать свою «їжу». Залишки зірок все будуть темними і важко спостерігати.
Це означає, що світло, яке тепер відкриває нам галактики, врешті-решт згасне. Навіть якщо в одному неоспіваному куточку галактики залишився невеликий кишеню сировини, готовий перетворитися на свіже скупчення зірок, нам залишиться лише почекати, поки їх еволюція також завершиться. І часу - це одне, що ця модель Всесвіту має багато. Напевно настане час, коли всі зірки вийдуть, галактики темні, як простір, і жодне джерело тепла не залишається, щоб допомогти живим істотам вижити. Тоді неживі галактики просто продовжуватимуть розсуватися в своєму безсвітлому царстві.
Якщо такий погляд на майбутнє здається знеохочуючим (з людської точки зору), майте на увазі, що ми принципово не розуміємо, чому темпи розширення в даний час прискорюються. Таким чином, наші спекуляції про майбутнє - це саме те: спекуляції. Ви можете взяти серце в знанні, що наука завжди є доповіддю про прогрес. Найдосконаліші уявлення про Всесвіт від сторічної давності зараз вражають нас як досить примітивні. Цілком може бути, що наші найкращі моделі сьогодні через сто або тисячу років також здадуться досить спрощеними і що існують інші фактори, що визначають кінцеву долю Всесвіту, про які ми досі абсолютно не знаємо.
Епохи далеких галактик
У розділі про Галактики ми обговорювали, як ми можемо використовувати закон Хаббла для вимірювання відстані до галактики. Але цей простий метод працює лише з галактиками, які не надто далеко. Як тільки ми потрапляємо на великі відстані, ми заглядаємо так далеко в минуле, що ми повинні враховувати зміни швидкості розширення Всесвіту. Оскільки ми не можемо виміряти ці зміни безпосередньо, ми повинні припустити одну з моделей Всесвіту, щоб мати можливість перетворити великі червоні зрушення на відстані.
Ось чому астрономи звиваються, коли журналісти та студенти запитують їх, наскільки далеко знаходиться якийсь нещодавно виявлений далекий квазар або галактика. Ми дійсно не можемо дати відповідь, не попередньо пояснивши модель Всесвіту, яку ми припускаємо, обчислюючи її (до цього часу репортер чи студент давно пішов або спить). Зокрема, ми повинні використовувати модель, яка включає зміну швидкості розширення з часом. Ключовими інгредієнтами моделі є кількість речовини, включаючи темну матерію, і еквівалентна маса (відповідно\(E = mc^2\)) темної енергії разом з константою Хаббла.
В інших місцях цієї книги ми оцінили масову щільність звичайної матерії плюс темна матерія приблизно в 0,3 рази перевищує критичну щільність, а масовий еквівалент темної енергії приблизно в 0,7 рази перевищує критичну щільність. Ми будемо називати ці значення «стандартною моделлю Всесвіту». Останні (трохи поліпшені) оцінки цих значень і докази для них будуть наведені далі в цьому розділі. Розрахунки також вимагають поточної величини константи Хаббла. Для таблиці\(\PageIndex{1}\) ми прийняли константу Хаббла 67,3 кілометра/секунду/мільйон парсеків (замість того, щоб округлити її до 70 кілометрів/секунда/мільйон парсеків), що відповідає віку 13,8 мільярда років Всесвіту, оціненому останніми спостереженнями.
Як тільки ми припустимо модель, ми можемо використовувати її для обчислення віку Всесвіту в той час, коли об'єкт випромінював світло, яке ми бачимо. Як приклад, Таблиця\(\PageIndex{1}\) перераховує часи, коли світло випромінювалося об'єктами з різними червоними зміщеннями як частки поточного віку Всесвіту. Часи наведені для двох дуже різних моделей, так що ви можете отримати відчуття того, що розрахований вік досить схожий. Перша модель передбачає, що Всесвіт має критичну щільність матерії і відсутність темної енергії. Друга модель - це стандартна модель, описана в попередньому пункті. Перший стовпець в таблиці - це червонийзсув, який задається рівнянням z = Δλ/λ0 і є мірою того, наскільки довжина хвилі світла була розтягнута розширенням Всесвіту на її довгому шляху до нас.
| Червоний зсув | Відсоток поточного віку Всесвіту, коли випромінювалося Світло (маса = критична щільність) | Відсоток поточного віку Всесвіту, коли випромінювалося Світло (маса = 0.3 критичної щільності; темна енергія = 0.7 критичної щільності) |
|---|---|---|
| 0 | 100 (зараз) | 100 (зараз) |
| 0.5 | 54 | 63 |
| 1.0 | 35 | 43 |
| 2.0 | 19 | 24 |
| 3.0 | 13 | 16 |
| 4.0 | 9 | 11 |
| 5.0 | 7 | 9 |
| 8.0 | 4 | 5 |
| 11.9 | 2.1 | 2.7 |
| Нескінченний | 0 | 0 |
Зверніть увагу, що коли ми знаходимо об'єкти з вищими і вищими червоними зміщеннями, ми озираємося назад на менші та менші частки віку Всесвіту. Найвищі спостережувані червоні зрушення під час написання цієї книги близькі до 12 (рис.\(\PageIndex{5}\)). Як\(\PageIndex{1}\) показує таблиця, ми бачимо ці галактики такими, якими вони були, коли Всесвіт був лише приблизно на 3% старим, як зараз. Вони вже сформувалися лише приблизно через 700 мільйонів років після Великого вибуху.
Резюме
Для опису великомасштабних властивостей Всесвіту модель, яка є ізотропною і однорідною (однаковою скрізь) є досить хорошим наближенням дійсності. Всесвіт розширюється, а це означає, що Всесвіт зазнає зміни масштабів з часом; простір розтягується, а відстані збільшуються на один і той же фактор всюди в даний час. Спостереження показують, що масова щільність Всесвіту менше критичної щільності. Іншими словами, у Всесвіті недостатньо матерії, щоб зупинити розширення. З відкриттям темної енергії, яка прискорює темпи розширення, спостережні докази сильні, що Всесвіт буде розширюватися назавжди. Спостереження говорять нам, що експансія почалася приблизно 13,8 мільярда років тому.
Виноски
1 Під еквівалентною масою ми маємо на увазі те, що призвело б, якби енергія була перетворена в масу за формулою Ейнштейна,\(E = mc^2\).
Глосарій
- замкнутий всесвіт
- модель, в якій Всесвіт розширюється від Великого вибуху, зупиняється, а потім стискається до великої кризи
- критична щільність
- в космології щільність, яка просто достатня для припинення розширення Всесвіту після нескінченного часу
- відкритий всесвіт
- модель, в якій щільність Всесвіту недостатньо висока, щоб припинити розширення Всесвіту