Masalah gelap dan tenaga gelap di alam semesta. 3. Universe pada masa lalu

Masalah gelap dan tenaga gelap di Alam Semesta

Valery Anatolyevich Rubakov,
Institut Penyelidikan Nuklear, RAS, Moscow, Rusia

Pembentangan kuliah (pdf, 2 Mb)

Muat turun video (avi): Bahagian 1 (180 MB), Bahagian 2 (210 MB), Bahagian 3 (250 MB)

  • 1. Pengenalan
  • 2. Memperluaskan Alam Semesta
  • 3. Universe pada masa lalu
  • 4. Imbangan tenaga di alam semesta moden
  • 5. Bahan gelap
  • 6. Tenaga gelap
  • 7. Kesimpulan

3. Universe pada masa lalu

Marilah kita membincangkan dua tahap evolusi Alam Semesta, mengenai data pemerhatian yang boleh dipercayai hari ini. Salah satunya, yang agak baru-baru ini, adalah tahap peralihan bahan di Semesta dari keadaan plasma menjadi keadaan gas. Ia berlaku pada suhu 3000 darjah, dan zaman Universe pada masa itu adalah 300 ribu tahun (agak sedikit berbanding dengan 14 bilion tahun sekarang). Sebelum ini, elektron dan proton bergerak secara berasingan dari satu sama lain, bahan itu adalah plasma. Pada suhu 3000 darjah, elektron dan proton bergabung ke atom hidrogen, dan Universe dipenuhi dengan gas ini. Adalah penting bahawa plasma adalah legap kepada radiasi elektromagnet; foton dipancarkan sepanjang masa, diserap, bertaburan oleh elektron plasma. Gas, sebaliknya, adalah telus.Oleh itu, radiasi elektromagnetik yang datang kepada kita dengan suhu 2.7 darjah bebas dari alam semesta dari masa peralihan plasma gas, setelah disejukkan (reddened) sejak itu 1,100 kali disebabkan oleh pengembangan alam Semesta. Radiasi elektromagnet relik ini mengekalkan maklumat mengenai keadaan alam semesta pada masa peralihan gas-plasma; dengan itu, kita mempunyai gambar (harfiah!) alam semesta pada usia 300 ribu tahun, ketika suhunya 3000 derajat.

Mengukur suhu sinaran elektromagnet relik yang datang kepada kami dari arah yang berbeza Di langit, kita mengetahui kawasan yang lebih hangat atau sejuk (dan oleh itu lebih padat atau lebih tipis) daripada rata-rata di Semesta, dan yang paling penting, berapa lebih hangat atau sejuk. Hasil pengukuran ini adalah bahawa Alam semesta pada usia 300 ribu tahun jauh lebih homogen daripada hari ini: variasi suhu dan ketumpatan kemudian kurang daripada 10-4 (0.01%) min. Walau bagaimanapun, variasi ini wujud: dari arah yang berbeza, radiasi elektromagnet berasal dari suhu yang sedikit berbeza. Ini ditunjukkan dalam Rajah. 3, yang menggambarkan pengedaran suhu bersamasfera langit (gambar alam semesta awal) dikurangkan suhu purata 2.725 darjah Kelvin; kawasan sejuk ditunjukkan di kawasan biru dan panas yang berwarna merah4.

Gambar yang ditunjukkan pada beras 3, membawa beberapa kesimpulan yang penting dan tidak dijangka. Pertama, dia membenarkan untuk menetapkan bahawa ruang tiga dimensi kami dengan tahap ketepatan yang baik adalah Euclidean: jumlah sudut segi tiga di dalamnya adalah 180 darjah walaupun untuk segitiga dengan sisi yang panjangnya setanding dengan saiz bahagian yang kelihatan dari Alam Semesta, iaitu setanding dengan 14 bilion cahaya tahun Secara umumnya, teori teori relativiti mengandaikan bahawa ruang mungkin bukan Euclidean, tetapi melengkung; Data pemerhatian menunjukkan bahawa ini tidak berlaku (sekurang-kurangnya untuk rantau alam semesta kita). Kaedah mengukur "jumlah sudut segitiga" pada skala jarak kosmologi adalah seperti berikut. Adalah mungkin untuk mengira saiz ciri-ciri ruang spatial di mana suhu berbeza dari purata: pada masa gas plasma peralihan, saiz ini ditentukan oleh umur Universe, iaitu, berkadaran dengan 300 ribu tahun cahaya. Ukuran sudut yang diperhatikan dari kawasan ini bergantung kepada geometri ruang tiga dimensi, yang memungkinkan untuk menetapkan bahawa geometri ini adalah Euclidean.

Dalam kes geometri Euclidean ruang tiga dimensi, teori umum relativiti menghubungkan kadar pengembangan Semesta dengan jumlah keseluruhan ketumpatan semua bentuk tenagaserta teori Newton tentang kelajuan putaran Bumi di sekitar Matahari ditentukan oleh massa Matahari. Kadar pengembangan yang diukur sepadan dengan kepadatan tenaga keseluruhan dalam alam semesta moden.

Dari segi kepadatan massa (kerana tenaga berkaitan dengan jisim oleh E = ms2) nombor ini

Sekiranya tenaga di Alam Semesta itu sepenuhnya ditentukan oleh tenaga rehat biasa, maka secara purata terdapat 5 proton dalam satu meter padu di Universe. Akan tetapi, kita akan melihat bahawa perkara biasa di alam semesta adalah lebih kecil.

Kedua, dari foto itu beras 3 anda boleh menetapkan apa yang ada magnitud (amplitud) heterogenitas suhu dan kepadatan di alam semesta awal – ia adalah 10-4-10-5 dari purata. Ia berasal dari inhomogeneities ketumpatan yang galaksi dan gugus galaksi muncul: kawasan yang mempunyai ketumpatan yang lebih tinggi menarik benda sekitar kepada diri mereka sendiri akibat daya graviti, menjadi lebih galaksi dan akhirnya terbentuk galaksi.

Sejak ketumpatan nonuniformity dikenali proses pembentukan galaksi awal boleh dikira dan hasilnya dibandingkan dengan pengagihan yang diperhatikan galaksi di alam semesta. pengiraan ini adalah konsisten dengan pemerhatian, hanya jika kita menganggap bahawa selain daripada perkara biasa di alam semesta, terdapat satu lagi jenis bahan – perkara gelapsumbangan yang kepada jumlah ketumpatan tenaga hari ini adalah kira-kira 25%.

Rajah. 4

Satu lagi langkah dalam evolusi alam semesta sepadan dengan masa yang lebih awal, dari 1 hingga 200 saat (!) Dengan Bang Besar, apabila suhu mencapai alam semesta bilion darjah. Pada masa ini di alam semesta berlaku tindak balas termonuklear sama dengan apa yang berlaku di tengah-tengah matahari atau di bom termonuklear. Akibat daripada tindak balas ini dihubungi dengan sebahagian daripada proton dan neutron membentuk teras ringan – helium teras, deuterium dan litium-7. Bilangan nukleus ringan dibentuk boleh dikira, dengan parameter yang tidak diketahui sahaja ketumpatan bilangan proton di alam semesta (yang kedua, sudah tentu, dikurangkan oleh pengembangan alam semesta, tetapi nilai-nilai pada masa yang berlainan dengan cara yang mudah dikaitkan).

Perbandingan pengiraan ini dengan bilangan unsur cahaya yang diamati di Alam Semesta diberikan di beras 4: garis mewakili keputusan pengiraan teori bergantung kepada satu parameter – ketumpatan bahan biasa (baryon), dan segi empat tepat – data pemerhatian. Adalah luar biasa bahawa terdapat kesepakatan untuk ketiga-tiga nuklei cahaya (helium-4, deuterium dan lithium-7); Terdapat persetujuan dengan data pada radiasi latar belakang (ditunjukkan oleh bar menegak dalam Rajah 4, yang ditunjukkan oleh MW – Latar Belakang Ketuhar Mikrofik). Perjanjian ini menunjukkan bahawa teori umum relativiti dan undang-undang fizik nuklear yang terkenal menggambarkan alam semesta pada usia 1-200 saat, apabila perkara di dalamnya mempunyai suhu satu bilion darjah dan lebih. Adalah penting bagi kita bahawa semua data ini membawa kepada kesimpulan bahawa ketumpatan massa bahan biasa dalam alam semesta moden adalah

iaitu, perkara biasa meletakkan hanya 5% daripada jumlah kepadatan tenaga di Alam Semesta.


4 Pemerhatian dari satelit WMAP.


Like this post? Please share to your friends:
Masalah gelap dan tenaga gelap di Alam Semesta ">
Tinggalkan Balasan

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: