Ekspansja wszechświata
Rozszerzenie świata jest zwiększenie ekspansji przestrzennej świata pochodzących z obserwacji . Jest to określane przez stały wzrost odległości między obiektami, które są daleko od siebie w przestrzeni.
Zgodnie z teorią Wielkiego Wybuchu , po początkowej inflacji , ekspansja wszechświata uległa spowolnieniu przez pierwszy miliard lat jego istnienia. Od tego czasu tempo ekspansji wzrosło. Wyjaśnienie tej obserwowanej przyspieszonej ekspansji jest przedmiotem bieżących badań i doprowadziło do koncepcji ciemnej energii .
Historia odkrycia
Albert Einstein i Willem de Sitter opisali wszechświat po raz pierwszy w 1917 roku, używając formalizmu ogólnej teorii względności . Opisali jednak statyczny, zawsze stały wszechświat. Opis De Sittera okazał się później błędny. W 1922 roku Alexander Friedmann przedstawił pierwszy relatywistyczny opis rozszerzającego się lub kurczącego wszechświata ( równania Friedmanna ). Jednak ta publikacja została prawie niezauważona.
W 1912 roku amerykański astronom Vesto Slipher jako pierwszy odkrył przesunięcie ku czerwieni linii widmowych światła w odległych galaktykach . W 1925 Edwin Hubble opublikował odległość do M 31, mgławicy w Andromedzie , co wyraźnie pokazało, że Andromeda leży daleko poza Drogą Mleczną, w 1926 opublikował odległości do innych galaktyk.
Ekspansję wszechświata odkrył w 1927 roku Belg Georges Lemaître . Odkrył to, co Friedmann odkrył przed nim, że z podstawowych równań teorii względności wynika dynamiczny wszechświat. Z obserwowanego lotu galaktyk wywnioskował, że wszechświat się rozszerza. Połączył redshifty galaktyk Sliphera z odległościami Hubble'a. W swojej publikacji w Annales de la Société Scientifique de Bruxelles w 1927 r. Lemaître określił już zależność znaną później jako prawo Hubble'a , z wartością tak zwanej stałej Hubble'a, która została w dużej mierze określona w 1929 r. przez pracę Hubble'a. został potwierdzony. W październiku 2018 r. większość członków IAU głosowała za zmianą nazwy ustawy w przyszłości na ustawę Hubble-Lemaître.
Lemaître podkreślił, że „lot” galaktyk (określany również w kontekście debaty Shapley-Curtis terminem „ lot we mgle ”, który dziś nie jest już używany ) nie powinien być rozumiany jako ruch w stałej przestrzeni, ale raczej w sensie ogólnej teorii względności , jako rozszerzenie samej przestrzeni.
Sam Hubble odnalazł tę zależność , tj. zależność między odległościami galaktyk a przesunięciami ku czerwieni ( efekt Dopplera ) interpretowanymi jako prędkości , w 1929 roku. Nie zinterpretował tego jako ekspansję wszechświata, ale w sensie zaproponowanym przez de Sittera w 1917 roku. model wszechświata statycznego . Hubble nigdy nie reprezentował modelu rozszerzającego się wszechświata i – sądząc po jego publikacjach – prawdopodobnie nigdy w niego nie wierzył.
Podczas gdy Einstein w swoich teoriach postulował istnienie statycznego wszechświata, zrewidował swój pogląd w świetle nowej wówczas teorii rozszerzania przestrzeni. Einstein wprowadził stałą kosmologiczną do równań pola w celu uzyskania statycznych rozwiązań wszechświata. Jednak te rozwiązania struktury wszechświata były niestabilne . Einstein opisał później ideę stałej kosmologicznej, według George Gamowa, jako „największego osła w moim życiu”.
Stan badań
Zgodnie z najpowszechniejszą dzisiejszą teorią kosmologiczne przesunięcie ku czerwieni nie jest efektem Dopplera w ścisłym tego słowa znaczeniu, ale opiera się na ogólnym wzroście odległości we wszechświecie w czasie. Prowadzi to do założenia o Wielkim Wybuchu , ponieważ odległości między galaktykami w tym modelu zanikają w skończonym momencie w przeszłości i dlatego występuje stan nieskończenie dużej gęstości.
Przez długi czas nie było jasne, czy ekspansja
- będzie trwać w nieskończoność (otwarty wszechświat);
- staje się coraz wolniejszy, ale nadal osiąga asymptotyczny stan graniczny (płaski wszechświat);
- w pewnym momencie zatrzymuje się i powraca do skurczu (zamknięty wszechświat).
W 1998 roku obserwacje odległych supernowych typu Ia opublikowane w ramach Supernova Cosmology Project i High-Z Supernova Search Team , za których analizę astronomowie Saul Perlmutter , Brian P. Schmidt i Adam Riess otrzymali Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki z 2011 roku, pokazują, że ekspansja wszechświata przyspiesza dzisiaj . Wyniki te zgadzają się z badaniami kosmicznego promieniowania tła , na przykład przy użyciu satelity WMAP . Zakłada się, że przyczyną jest ciemna energia , uogólnienie stałej kosmologicznej, która zmienia się w czasie. Jak dotąd ciemnej energii nie można było bezpośrednio wykryć; ich jedyne obecnie obserwowalne skutki dotyczą rozszerzania się wszechświata i formowania się we wszechświecie struktur.
Przyspieszenie ekspansji opisano modelem Lambda CDM .
Inną hipotezą dotyczącą pochodzenia przesunięcia ku czerwieni jest starzenie fotonów zależne od odległości . Wymyślił teorię kwantową, opierał się na obrazie cząstek światła i jest obecnie uważany za naukowo przestarzały.
Z pewnych obserwacji, których nie można zrozumieć w kontekście normalnej metryki Friedmanna-Lemaître-Robertsona-Walkera , można wywnioskować, że we wczesnych dniach wszechświata istniała faza ekspansji wykładniczej. Te teorie ekspansji nazywane są teoriami inflacji .
Analizowane są również próby wyjaśnienia tego w kontekście ogólnej teorii względności .
Zobacz też
literatura
- Charles H. Lineweaver, Tamara M. Davis: Wielki Wybuch - mit i prawda. W: Spektrum nauki. maj 2005, s. 38-47, ISSN 0170-2971 .
- Harry Nussbaumer: Osiemdziesiąt lat rozszerzającego się wszechświata. W: Gwiazdy i przestrzeń. Tom 46, wydanie 6, 2007, s. 36-44, ISSN 0039-1263 .
- Harry Nussbaumer: Światopogląd astronomii. 2 wew. i działać. Wydanie, vdf Hochschulverlag, 2007, ISBN 978-3-7281-3106-5 .
- Harry Nussbaumer, Lydia Bieri: Odkrywanie rozszerzającego się wszechświata. Cambridge University Press, 2009, ISBN 978-0-521-51484-2 .
linki internetowe
- Otto Wöhrbach: Kto naprawdę odkrył ekspansję kosmosu? Spektrum.de 12 grudnia 2018 r.
- Jolene Creighton: Nieunikniona otchłań: Każdego roku tracimy kolejną część wszechświata , w pogotowiu naukowym z 29 maja 2020 r.
Indywidualne dowody
- ↑ Elizabeth Gibney: belgijski ksiądz uznany w prawie zmiany imienia Hubble'a. W: Wiadomości przyrodnicze. 30 października 2018, doi: 10.1038 / d41586-018-07234-y .
- ↑ J.-P. Luminet: The Rise of Big Bang Models, od mitu do teorii i obserwacji. arxiv : 0704,3579 .
- ^ Nagroda Nobla w dziedzinie fizyki 2011. Na: nobelprize.org. Źródło 5 października 2011.
- ↑ David L. Wiltshire: Energia grawitacyjna jako ciemna energia: struktura kosmiczna i pozorne przyspieszenie . arxiv : 1102.2045v1 (angielski).
- ^ David L. Wiltshire: Kosmiczne zegary, kosmiczna wariancja i kosmiczne średnie . arxiv : gr-qc / 0702082 (angielski).