Eine der wichtigsten Errungenschaften des 20 Jahrhunderts wurde die genaue Definition dessen, wie ein großer, breiter und massiver ist unser Universum. Mit etwa zwei Billionen Galaxien, die in einem Volumen mit einem Radius von 46 Milliarden Lichtjahren, unsere beobachtbaren Universums können wir rekonstruieren die ganze Geschichte unseres Kosmos, bis hin zu Urknall und vielleicht sogar ein wenig früher. Aber was ist mit der Zukunft? Was wird das Universum? Ob?
Jemand sagt, dass die Expansion des Universums verlangsamt. Den Nobelpreis verliehen für die «Entdeckung», dass die Expansion des Universums zunimmt. Aber wer hat Recht? Ob das Universum eines Tages схлопнуться in den Prozess der so genannten Großen Kompression (Reverse Großen Explosion)?
Am besten zukünftiges Verhalten vorhergesagt auf der Grundlage des Verhaltens der Vergangenheit. Aber genau wie Menschen können manchmal überraschen Sie uns, das Universum kann auch.
Die Geschwindigkeit der Expansion des Universums zu einem bestimmten Zeitpunkt hängt nur von zwei Faktoren ab: volle Dichte der Energie, die in Raum und Zeit, und die Anzahl der Anwesenden Krümmung des Raumes. Wenn Sie verstehen die Gesetze der Schwerkraft und wie die verschiedenen Arten von Energie entwickeln im Laufe der Zeit, können wir wieder alles, was in einem bestimmten Moment in der Vergangenheit. Wir können auch einen Blick auf verschiedene gelöschte Objekte auf unterschiedlichen Entfernungen und Messen, wie ausgestreckt Licht aufgrund der Expansion des Raumes. Jede Galaxie, Supernova, eine molekulare Gaswolke usw. — alles, was absorbiert oder emittiert Licht, — erzählt eine kosmische Geschichte, wie die Erweiterung des растягивало ihn seit der Geburt des Lichtes bis zum Zeitpunkt unserer Beobachtung sein.
Aus einer Vielzahl von unabhängigen Beobachtungen konnten wir die Schlussfolgerung ziehen, woraus direkt das Universum besteht. Wir haben drei große unabhängige Ketten von Beobachtungen:
- In der kosmischen Mikrowellen-hintergrund vorhanden sind thermische Fluktuationen, codieren die Informationen über die Krümmung des Universums, die normale Materie, dunkle Materie, Neutrinos und dem Gesamtgehalt der Dichte.
- Die Korrelation zwischen den Galaxien auf der großen Maßstab — bekannt als барионные akustische Schwingungen — eine sehr strikte Maßnahmen der Allgemeinen Dichte der Materie, das Verhältnis von normaler Materie und dunkler Materie und wie veränderte sich die Expansionsrate im Laufe der Zeit.
- Und die entlegensten, leuchtende Standard-Kerzen im Universum Supernovae des Typs IA, erzählen uns über die Geschwindigkeit der Erweiterung und der dunklen Energie, wie änderten Sie sich im Laufe der Zeit.
Diese Kette der Beweise, alle zusammen, ziehen uns konsistentes Bild des Universums. Sie erzählen uns, dass es im heutigen Universum und geben uns die kosmologie, in der:
- 4,9% der Energie des Universums vertreten durch normale Materie (Protonen, Neutronen und Elektronen);
- 0,1% der Energie des Universums gibt es in Form von massiven Neutrinos (wie die Materie, die sich in letzter Zeit und traten als Strahlung in den frühen Zeiten);
- 0,01% der Energie des Universums gibt es in Form von Strahlung (wie Photonen);
- 27% der Energie des Universums existiert in Form der dunklen Materie;
- 68% der Energie selbst inhärent Raum: die dunkle Energie.
All dies gibt uns ein flaches Universum (Krümmung 0%), das Universum ohne topologische defekte (magnetische Monopole, kosmische Saiten, Domain Wände oder Weltraum-Texturen), das Universum mit einer bekannten Geschichte der Erweiterung.
Die Gleichungen der Allgemeinen Relativitätstheorie sehr детерминистичны in diesem Sinne: wenn wir wissen, woraus das Universum besteht heute, und die Gesetze der Schwerkraft, wir wissen genau, wie wichtig war jeder Komponente zu einem gegebenen Vergangenheit. Zunächst dominierten die Strahlung und Neutrinos. Milliarden von Jahren die wichtigsten Teile waren dunkle Materie und normale Materie. In den letzten paar Milliarden Jahren — und es wird schlimmer im Laufe der Zeit — dunkle Energie wurde zu einem dominierenden Faktor bei der Expansion des Universums. Es macht das Universum zu beschleunigen, und von diesem Moment viele Menschen nicht mehr verstehen, was geschieht.
Es gibt zwei Dinge, die wir Messen können, wenn es um die Ausdehnung des Universums: die Geschwindigkeit der Expansion und der Geschwindigkeit, mit der die einzelnen Galaxien, aus unserer Sicht, gehen in der Perspektive. Sie sind verwandt, aber bleiben Verschieden. Die Geschwindigkeit der Expansion einerseits spricht darüber, wie das Gefüge von Raum selbst im Laufe der Zeit gedehnt. Sie ist immer definiert als die Geschwindigkeit auf die Einheit der Entfernung, in der Regel wird in Kilometer pro Sekunde (Geschwindigkeit) auf der MPC (Distanz), wo MPC — das sind etwa 3,26 Millionen Lichtjahre.
Wenn es keine dunkle Energie, die rate der Expansion fiel mit der Zeit, nähert sich gegen null, da die Dichte von Materie und Strahlung fallen würde bis auf null im Zuge der Expansion des Volumens. Aber mit der dunklen Energie ist diese expansionsgeschwindigkeit bleibt abhängig von der Dichte der dunklen Energie. Wenn die dunkle Energie, zum Beispiel, war der kosmologischen Konstante, die rate der Expansion zeichnete bis zu einem Konstanten Wert. Aber dabei sind die einzelnen Galaxien, von uns zurückweich, beschleunigt würde.
Stellen Sie die Geschwindigkeit der Erweiterung angegebenen Wert: 50 km/s/MPC. Wenn die Galaxie von uns entfernt 20 IPC, es scheint, weicht von uns auf die Geschwindigkeit von 1000 km/S. Aber gib Ihr die Zeit und Gewebe ausbau der Räume diese Galaxie letztlich wird weiter von uns. Mit der Zeit wird es doppelt so weit: 40 IPC, Geschwindigkeit und Entfernung von 2000 km/S. Findet noch Zeit, und es wird 10 mal weiter: 200 IPC, Geschwindigkeit und Entfernung von 10 000 km/S. im Laufe der Zeit dies geschieht über eine Entfernung von 6000 IPC von uns und wird gelöscht mit einer Geschwindigkeit von 300 000 km/s, was schneller als das Licht. Je weiter gehen die Zeit, desto schneller die Galaxie wird uns zu verlassen. Das ist, warum das Universum «beschleunigt»: das Tempo der Expansion fällt, aber die Geschwindigkeit der Rezession von einzelnen Galaxien von uns wächst.
All dies steht im Einklang mit unseren besten Dimensionen: die dunkle Energie ist eine Konstante Energiedichte, die am meisten Raum. In dem Maße, wie der Raum gedehnt wird, die Dichte der dunklen Energie konstant bleibt, und das Universum beendet den «Großen Einfrieren», wenn alles, was nicht aufgrund Schwerkraft zusammen (wie unsere lokale Gruppe, der Galaxie, des Sonnensystems), im Widerspruch und im Widerspruch. Wenn die dunkle Energie wirklich kosmologische Konstante, ist eine Erweiterung auf unbestimmte Zeit weitergehen, bis das Universum wird nicht kalt und leer.
Aber wenn die dunkle Energie dynamisch — was theoretisch möglich, bleibt aber ohne sichtbare Beweise — alles kann am Ende stärkerer Komprimierung oder ein Großer Riss. In der Großen Kompression dunkle Energie wird schwinden und allmählich wird der Prozess der Expansion des Universums, Sie fing an zu schrumpfen. Kann auch auftreten zyklische Universum, wo die «Komprimierung» gibt den Beginn einer neuen Großen Explosion. Wenn die dunkle Energie wird gestärkt, auf uns wartet ein anderes Schicksal, wenn die zugehörigen Strukturen werden durchtrennt allmählich zunehmenden Tempo der Expansion. Allerdings ist heute alles deutet darauf hin, dass uns eine Große Einfrieren, wenn das Universum ewig expandieren wird.
Die wichtigsten wissenschaftlichen Ziele der zukünftigen Observatorien wie Euclid ESA oder WFIRST NASA gehören die Messung, ob die dunkle Energie der kosmologischen Konstante. Und obwohl die führende Theorie spricht für eine Konstante dunkle Energie, es ist wichtig zu verstehen, dass es möglicherweise möglich, nicht ausgeschlossene Messungen und Beobachtungen. Grob gesagt, das Universum kann immer noch схлопнуться, und es ist nicht ausgeschlossen. Sie brauchen mehr Daten.
Ob das Universum eines Tages схлопнуться?
Ilja Hel