Cum funcţionează Universul

Pagini: 1

Lord Suprem Anubis
Supreme Commander Of Universe Forum
Din: Timisoara
Postari: 510

INTRODUCERE

Este posibil oare ca galaxiile îndepărtate să se distanţeze de noi mai repede decât lumina? Şi, dacă da, ne-ar fi posibil totuşi să le observăm? În mod surprinzător răspunsul este în ambele cazuri un "DA" răsunător. Cum de este cu putinţă aşa ceva? Cum se poate ca ceva să se deplaseze cu viteze superioare vitezei luminii?

În acest film (partea 1) şi în următorul vom încerca să oferim o descriere corectă a Universului pe baza modelului LCDM1 (Lambda-Cold-Dark-Matter), cel mai bun model cosmologic existent astăzi. Odată tabloul construit, răspunsurile la întrebările din paragraful de început vor veni de la sine.

UN POSIBIL ÎNCEPUT

Pentru moment, să plecăm de la ideea că un fel de spumă cuantică spaţio-temporală a existat înainte ca însuşi Universul nostru să fi apărut, deci înainte de Big-Bang-ul „nostru”. În continuare, nu vom face decât să lăsăm principiul de incertitudine al lui Heisenberg să lucreze pentru noi. Dacă e să ne referim la cea mai mică unitate de volum spaţial permisă a exista în contextul mecanicii cuantice – un volum infinitezimal cu o scară liniară de dimensiunea lungimii Planck2, ar rezulta o "fărâmă" cuantică cu un volum de 10-99 centimetri cubi. Iar cea mai mare cantitate de masă ori energie care ar încăpea în acest, să-i zicem volum Planck, fără a-l face să devină propria gaură neagră, este în jur de 1/100,000 dintr-un gram (aproximativ masa unui fir mediu de nisip).

Interesant este că principiul incertitudinii permite crearea "din nimic" a acestei cantităţi de materie, cu condiţia ca această materie să existe pentru cel mult 10-43 secunde. Un timp extrem de scurt, dar care se va dovedi suficient. Aceasta deoarece atunci când această cantitate specifică de energie ia naştere sub forma unui anumit tip de câmp scalar3, avem de-a face cu naşterea reuşită a unui Univers.

INFLAŢIA

Cel mai bun model existent despre evoluţia universului timpuriu, plecând de la fluctuaţia cuantică iniţială include perioada numită "inflaţie", o perioadă când câmpul scalar menţionat antrenează spaţiul ocupat pentru o scurtă perioadă de timp într-o expansiune extremă, exponenţială. Pe parcursul inflaţiei, spaţiul "erupe" din dimensiunile foarte mici de la început, ajungând la un volum uriaş de dimensiuni necunoscute.

Această expansiune enormă dă naştere unei cantităţi imense de energie gravitaţională de legătură – cel puţin 1085 grame. Iar această energie este contrabalansată de o creştere corespunzătoare a energiei pozitive conţinută de câmpul scalar. Ceea ce la început era nimic mai mult decât o mică fracţiune a unui gram de energie a devenit acum 1085 grame. Vorbim despre un număr imens - destul de mare pentru a exprima toată materia şi energia existente astăzi în Univers.

Dar, atenţie! Energia totală existenţă în Univers variază în jurul lui ZERO cu doar o unitate cuantică.

FLUCTUAŢII CUANTICE

Ca un derivat al creşterii enorme a spaţiului pe perioada inflaţiei, fluctuaţiile cuantice minuscule iau forma unor fluctuaţii macroscopice în densitatea câmpului scalar – transformându-l în mod neuniform. Rezultatul apariţiei acestei structuri neuniforme reprezintă punctul de plecare al formării stelelor, galaxiilor şi al tuturor formaţiunilor observabile în prezent în Univers.

La sfârşitul inflaţiei, temperatura Universului, aşa cum era acesta atunci, era extrem de ridicată. Dar pe măsură ce expansiunea spaţiului continuă, acesta se răceşte; iar energia câmpului scalar, care acum "popula" în întregime enormul volum de spaţiu nou apărut, ia forma materiei negre, a energiei negre şi a materiei obişnuite – fotonii, quarcurile şi electronii, care la rândul lor au luat forma protonilor, neutronilor şi atomilor care populează Universul în prezent.

Radiaţia cosmică de fond

După aproximativ 380.000 de ani de inflaţie şi răcire, particulele încărcate electric s-au unit sub forma atomilor neutri. Şi, din senin, fotonii care se loveau la fiecare două secunde de particulele încărcate electric au devenit liberi să colinde imensitatea spaţiului cosmic. Aceasta este originea radiaţiei cosmice de fond pe care o detectăm astăzi.

UNIVERSUL OBSERVABIL

Să reprezentăm întreg spaţiul existent la acel moment printr-un volum plin de puncte albastre (vezi clip). În continuare să ne concentrăm atenţia pe această porţiune foarte mică cu o rază de aproximativ 42 de milioane de ani-lumină. ACEASTA este regiunea care va reprezenta pentru noi ÎNTREGUL Univers observabil 13.7 miliarde de ani mai târziu. Terra se va forma undeva în centrul acestei zone peste aproximativ 9 miliarde de ani – dar până atunci Universul va trece printr-un îndelungat proces de expansiune.

ANALOGIA PISTEI

Imaginaţi-vă că vă aflaţi pe o pistă lungă de 100 de metri şi cineva aflat la 99 de metri distanţă, pe pistă, începe să se deplaseze către d-voastră. Se aude semnalul de start, iar deplasarea începe. Numai că există o problemă: pista se extinde – lungindu-se pe măsură ce persoana respectivă se deplasează de-a lungul său. Pietonul face un pas lung de 1 metru la fiecare secundă, dar pista "creşte" în fiecare secundă cu un metru, relativ la 100 de metri de pistă.

După 10 secunde, trecătorul a făcut 10 paşi, numai că cei 89 de metri rămaşi de parcurs s-au "lungit", astfel că el mai are încă 98 de metri de parcurs până la dumneavoastră. După încă 10 secunde distanţa dintre pieton şi d-voastră este încă de 97 de metri. Va dura 460 de secunde, dar în cele din urmă pietonul va ajunge în dreptul d-voastră. Şi în tot acest timp pista s-a alungit, atingând acum dimensiunea de 10.000 de metri. Celălalt capăt al pistei se deplasează acum faţă de d-voastră mult mai repede decât se poate deplasa pietonul. Dacă ar trebui să pornească acum, din nou, de la celălalt capăt al pistei, nu ar mai ajunge niciodată în dreptul d-voastră.

Iar întrebarea cu privire la distanţa parcursă de el este una ambiguă. Am putea spune că a parcurs 99 de metri deoarece aceasta a fost distanţa la început. Sau am putea afirma că este vorba de 9900 de metri deoarece aceasta era distanţa între capetele pistei la final. Sau am putea zice că distanţa parcursă este de 460 de metri - viteza de deplasare a pietonului deînmulţit cu timpul deplasării.

Sursa: http://www.scientia.ro/univers/47-astro ... tea-1.html

_______________________________________
Lumea nu va fi distrusă de cei care fac rău, ci de aceia care îi privesc şi refuză să intervină.
Dacă dorim să continuăm a trăi pe această planetă, este nevoie de o schimbare de atitudine.

Lord Suprem Anubis
Supreme Commander Of Universe Forum
Din: Timisoara
Postari: 510

ORIZONTUL DE PARTICULE

Să ne aducem aminte de exemplul din finalul primei părţi, cu pista a cărei lungime se măreşte constant şi să încercăm o paralelă cu modelul Universului în expansiune, care prezintă caracteristici asemănătoare.

Lumina de la marginile sferei de 42 de milioane de ani-lumină şi-a început călătoria spre locul unde Terra se va fi format acum în jur de 13.7 miliarde de ani. Dar pe parcursul călătoriei, spaţiul intermediar şi-a mărit dimensiunile de 1090 de ori, iar în prezent suprafaţa sferică de pe care lumina a plecat este la aproximativ 46 de miliarde de ani-lumină depărtare. Vorbim despre distanţa maximă până la care putem vedea în spaţiul cosmic în prezent, care poartă numele de orizontul nostru de particule.

PRIMELE STELE

La 100 de milioane de ani după inflaţie au luat naştere primele stele. Erau giganţi masivi care s-au format în toate regiunile spaţiului cosmic, inclusiv în interiorul micii sfere a universului nostru observabil. Acelea care au apărut în interiorul orizontului nostru de particule aflat în expansiune, sunt vizibile în prezent. Lumina venind de la acei giganţi primitivi a călătorit pentru mai bine de 13 miliarde de ani, iar zona spaţiului unde au apărut se află în prezent la 36 de miliarde de ani-lumină depărtare de Pământ.

CEI MAI DEPĂRTAŢI EMIŢĂTORI

Aşadar, "lumina" care intră în componenţa radiaţiei cosmice de fond a fost emisă de la o distanţă de doar 41 de milioane de ani-lumină de Terra, iar în prezent această distanţă este de 46 de miliarde de ani-lumină. Mai mult, lumina celor mai vechi stele a fost emisă de la 1.5 miliarde de ani-lumină distanţă. Distanţă care, la rândul său, a atins în prezent 36 de miliarde de ani-lumină. Din cauza expansiunii spaţiului cu viteză superluminică în perioada timpurie a Universului, lumina, în fapt, s-a depărtat de noi pentru câteva miliarde de ani, înainte ca micşorarea vitezei de expansiune să-i permită să se apropie de efectiv de Terra. Lumina pe care o vedem în prezent dinspre anumite galaxii îndepărtate, care a fost emisă de la 5-6 miliarde de ani-lumină, provine de la obiectele care erau cele mai depărtate LA MOMENTUL EMISIEI LUMINII.

SISTEMELE LOCALE

Obiectele masive precum Pământul şi Soarele, care se influenţează reciproc din punct de vedere gravitaţional, pot învinge expansiunea spaţiului dintre ele. Spaţiul trece prin procesul de expansiune şi în interiorul sistemului nostru solar, dar distanţa dintre Pământ şi Soare nu se modifică.

De ce? Deoarece pe măsură ce spaţiul se extinde, orbita Terrei se ajustează încontinuu pentru a menţine Terra la o distanţă corespunzătoare de Soare, conform cu legile gravitaţiei. Acest lucru este valabil şi pentru stelele aparţinând aceleiaşi galaxii şi care se influenţează reciproc din punct de vedere gravitaţional şi chiar şi pentru clustere locale de galaxii. Pe măsură ce se produce expansiunea spaţiului , distanţele dintre aceste corpuri se ajustează în mod constant, în concordanţă cu legile gravitaţiei.

DEPLASAREA SPRE ROŞU A LINIILOR SPECTRALE

Lungimea de undă a luminii provenind de la obiecte cosmice depărtate suferă o deplasare a liniilor spectrale spre roşu dacă obiectele se îndepărtează de Terra, iar expansiunea spaţiului este măsurabilă prin intermediul estimării acestei deplasări spre roşu a spectrului. Spre deosebire de deplasarea spre roşu de tip Doppler, cea cosmologică nu ne spune nimic despre viteza de recesie a obiectului care a emis lumina, fie aceasta la momentul emiterii luminii ori la momentul recepţiei acesteia.

SFERA HUBBLE

Legea lui Hubble afirmă că cu cât un obiect este mai departe, cu atât creşte viteza sa de recesie, fără vreo limită, astfel că vor exista întotdeauna obiecte suficient de departe pentru a se distanţa de noi cu viteze superluminice. Obiectele pe care le vedem şi care prezintă o valoare a deplasării spre roşu în jur de 1.46 se depărtează de noi cu viteza luminii. Iar toate obiectele cu valori mai mari ale deplasării spre roşu a liniilor spectrale se îndepărtează mai repede decât lumina. Le putem vedea pe acestea din urmă deoarece ori se deplasau cu viteză mai mică decât cea a luminii la momentul emisiei fotonilor, ori fiindcă rata de expansiune a spaţiului cosmic s-a modificat după momentul emisiei luminii.

ORIZONTUL DE EVENIMENTE

Majoritatea obiectelor din Univers se depărtează de noi cu viteze atât de mari, încât nu le vom observa niciodată. În fapt, există un orizont al evenimentelor la care avem acces, iar evenimentele care au loc dincolo de această graniţă ne sunt complet inaccesibile. Obiectele cu o deplasare spre roşu care are în prezent o valoare în jur de 1.8 se află acum la aproximativ 18 miliarde de ani-lumină depărtare, depăşind orizontul nostru de evenimente...devenind inaccesibile nouă pentru totdeauna.

NATURA EXPANSIUNII

De remarcat şi reţinut este că expansiunea din perioada inflaţiei şi cea ulterioară sunt de aceeaşi natură. Singura diferenţă provine din rata expansiunii. Parametrul lui Hubble, care cuantifică această rată, a fost mult mai mare pe perioada inflaţiei.

CONCLUZIE

Am păstrat pentru final o privire etapizată în timp a evoluţiei Universului. Acesta a început cu Big Bang-ul, a urmat perioada de inflaţie, reîncălzirea sau naşterea materiei, naşterea şi moartea primelor stele, cât şi continua apariţie şi dezvoltare a galaxiilor.

Când privim spre adâncimile Universului ne uităm, de fapt, în trecutul Universului nostru, aşa cum era acesta atunci când vârsta şi dimensiunile sale erau mult mai mici.

Sursa:http://www.scientia.ro/univers/47-astronomie/373-cum-functioneaza-universul-partea-a-doua.html

_______________________________________
Lumea nu va fi distrusă de cei care fac rău, ci de aceia care îi privesc şi refuză să intervină.
Dacă dorim să continuăm a trăi pe această planetă, este nevoie de o schimbare de atitudine.

Pagini: 1

Mergi la