Home » Articole » Articole » Știință » Cosmologie » Expansiunea Universului

Expansiunea Universului

Cel mai mare telescop spațial.

Figura 29.1 Cel mai mare telescop spațial. Acest desen prezintă telescopul spațial James Webb, care a fost lansat în 2021 și a început să funcționeze în 2022. Parasolarul argintiu umbrește oglinda cu 18 segmente și instrumentele științifice, care funcționează la temperaturi extrem de scăzute. Oglinda principală are un diametru de 6,5 metri. Pentru a vedea galaxiile îndepărtate a căror lumină a fost deplasată la lungimi de undă mari, telescopul va transporta mai multe instrumente pentru a captura imagini și spectre în infraroșu. (Credit: modificarea lucrării lui NASA)

În capitolele anterioare, am explorat conținutul universului – planete, stele și galaxii – și am aflat despre modul în care aceste obiecte se schimbă în timp. Dar cum rămâne cu universul ca întreg? Cat de vechi este? Cum arăta la început? Cum s-a schimbat de atunci? Care va fi soarta lui?

Cosmologia este studiul universului ca întreg și este subiectul acestui capitol. Povestea cosmologiei observaționale începe cu adevărat în 1929, când Edwin Hubble a publicat observații ale deplasărilor spre roșu și ale distanțelor pentru un eșantion mic de galaxii și a arătat rezultatul revoluționar de atunci că trăim într-un univers în expansiune – unul care în trecut era mai dens, mai fierbinte și mai omogen. Din această descoperire timpurie, astronomii au dezvoltat multe predicții despre originea și evoluția universului și apoi au testat acele predicții cu observații. În acest capitol, vom descrie ceea ce știm deja despre istoria universului nostru dinamic și vom evidenția câteva dintre misterele care rămân.

Pentru a explora istoria universului, vom urma aceeași cale pe care au urmat-o astronomii din punct de vedere istoric – începând cu studiile universului din apropiere și apoi cercetând obiecte din ce în ce mai îndepărtate și privind mai departe în timp.

Realizarea faptului că universul se schimbă în timp a venit în anii 1920 și 1930, când au devenit disponibile măsurători ale deplasărilor spre roșu ale unui eșantion mare de galaxii. Cu privire la retrospectivă, este surprinzător că oamenii de știință au fost atât de șocați să descopere că universul se extinde. De fapt, teoriile noastre despre gravitație cer ca universul să fie fie în expansiune, fie în contractare. Pentru a arăta la ce ne referim, să începem cu un univers de dimensiuni finite – să spunem o minge uriașă de o mie de galaxii. Toate aceste galaxii se atrag reciproc datorită gravitației lor. Dacă inițial ar fi staționare, ar începe inevitabil să se apropie și în cele din urmă s-ar ciocni. Ar putea evita acest colaps doar dacă, dintr-un motiv oarecare, se întâmplă să se îndepărteze una de cealaltă la viteze mari. În același mod, numai dacă o rachetă este lansată cu o viteză suficient de mare poate evita căderea înapoi pe Pământ.

Problema a ceea ce se întâmplă într-un univers infinit este mai greu de rezolvat, dar Einstein (și alții) și-au folosit teoria relativității generale (pe care am descris-o în Găuri negre și spațiu-timp curbat) pentru a arăta că nici măcar universurile infinite nu pot fi statice. Deoarece astronomii de la acea vreme nu știau încă de faptul că universul se extinde (și Einstein însuși nu era dispus din punct de vedere filozofic să accepte un univers în mișcare), el și-a schimbat ecuațiile introducând un nou termen arbitrar (l-am putea numi un factor inventat) numit constanta cosmologică. Această constantă a reprezentat o forță ipotetică de repulsie care ar putea echilibra atracția gravitațională pe cele mai mari scale și să permită galaxiilor să rămână la distanțe fixe unele de altele. În acest fel, universul ar putea rămâne nemișcat.

Albert Einstein și Edwin Hubble

Figura 29.2 Einstein și Hubble. (a) Albert Einstein este prezentat într-o fotografie din 1921. (b) Edwin Hubble la lucru în Observatorul Mt. Wilson.

Aproximativ un deceniu mai târziu, Hubble și colegii săi au raportat că universul se extinde, astfel încât nu este nevoie de o forță de echilibrare misterioasă. (Am discutat despre asta în capitolul despre Galaxii.) Se spune că Einstein a spus că introducerea constantei cosmologice a fost „cea mai mare gafă din viața mea”. După cum vom vedea mai târziu în acest capitol, însă, observații relativ recente indică faptul că expansiunea se accelerează. Acum se efectuează observații pentru a determina dacă această accelerație este în concordanță cu o constantă cosmologică. Într-un fel, se poate dovedi că Einstein a avut dreptate până la urmă.

The problem of what happens in an infinite universe is harder to solve, but Einstein (and others) used his theory of general relativity (which we described in Black Holes and Curved Spacetime) to show that even infinite universes cannot be static. Since astronomers at that time did not yet know the universe was expanding (and Einstein himself was philosophically unwilling to accept a universe in motion), he changed his equations by introducing an arbitrary new term (we might call it a fudge factor) called the cosmological constant. This constant represented a hypothetical force of repulsion that could balance gravitational attraction on the largest scales and permit galaxies to remain at fixed distances from one another. That way, the universe could remain still.

Sursa: Astronomy 2e, by OpenStax, access for free at https://openstax.org. ©2020 Rice University, licența CC BY 4.0. Traducere și adaptare: Nicolae Sfetcu, © 2024 MultiMedia Publishing

Mecanica fenomenologică
Mecanica fenomenologică

O incursiune captivantă în lumea principiilor fundamentale care stau la baza mișcării și interacțiunilor mecanice.

Nu a fost votat 23.89 lei Selectează opțiunile Acest produs are mai multe variații. Opțiunile pot fi alese în pagina produsului.
Teoria specială a relativității
Teoria specială a relativității

Conceptele fundamentale ale relativității, de la postulatele de bază până la aplicațiile lor practice și implicațiile filozofice.

Nu a fost votat 9.53 lei Selectează opțiunile Acest produs are mai multe variații. Opțiunile pot fi alese în pagina produsului.
Gravitația
Gravitația

Explorați misterele gravitației cu o lucrare fascinantă și cuprinzătoare

Nu a fost votat 33.47 lei Selectează opțiunile Acest produs are mai multe variații. Opțiunile pot fi alese în pagina produsului.

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile obligatorii sunt marcate cu *