Poate cea mai mare descoperire despre Univers pe care am făcut-o la sfârșitul secolului trecut, când am descoperit unul dintre cele mai ciudate adevăruri cosmice: galaxiile îndepărtate nu numai că zboară departe de noi, în timp ce se îndreaptă mai repede, ci și zboară mai repede și mai repede. Descoperirea expansiunii accelerate a Universului ca parte a Proiectului de Supernova Cosmologie cu ajutorul echipei High-z Supernova Search Team a câștigat oamenilor de știință Premiul Nobel pentru fizică. În timp ce acesta este unul dintre cele mai ciudate și mai neobișnuite fenomene din univers.
Cert este că Universul nu a accelerat întotdeauna, zburând departe de noi. Timp de miliarde de ani, extinderea a încetinit, iar pentru cineva care trăiește acum zece miliarde de ani, s-ar putea părea că se contractă. Ce s-a întâmplat?
În anii 1920, au fost prezentate patru dovezi - trei observabile și una teoretică - că universul se extinde. Aici sunt ei:
1. Descoperit că nebuloasele spiralate din cerul nopții erau adevărate galaxii, sau „universuri insulare”, care conțin miliarde de stele și situate mult dincolo de Calea Lactee.
2. Măsurarea turelor roșii și albaștrilor ale acestor galaxii de către Vesto Slifer a arătat cât de repede aceste galaxii fie se îndepărtează de noi (redshift), fie se apropie de noi (blueshift), iar marea majoritate a urmat primul scenariu.
3. Măsurătorile la distanță la fiecare dintre aceste galaxii au fost efectuate de Edwin Hubble și asistentul său Milton Humason. Combinate cu observațiile lui Slipher, acestea au dezvăluit o relație clară: cu cât galaxia era mai mare, cu atât mai repede părea să se îndepărteze de noi.
4. În sfârșit, un salt teoretic puternic făcut de teoria generală a relativității a lui Einstein: realizarea că Universul, care este plin de galaxii cu aproximativ aceeași densitate în toate direcțiile, trebuie să fie instabil dacă nu se extinde sau se contractă.
Acest lucru a dus la o imagine a universului din 1929: a fost mai cald, mai dens și s-a extins mai repede în trecut, apoi a devenit mai rece, mai puțin dens și s-a extins mai lent în timp.
Video promotional:
Acest lucru este destul de logic din punctul de vedere al Big Bang. Imaginează-ți Big Bang-ul ca fiind pistolul de pornire al marea cursă spațială, o cursă între expansiunea inițială pe o parte, care a fost foarte rapidă la început, și gravitația pe cealaltă parte, care trage totul laolaltă. Este ușor să ne imaginăm trei opțiuni diferite, fiecare rezultând într-un ritm diferit al universului:
1. Compresie mare. Poate că rata inițială de expansiune a fost destul de mare, dar forța gravitației a fost mai puternică. Expansiunea ar trebui să încetinească și să se oprească. Universul trebuie să atingă dimensiunea maximă și să înceapă să se micșoreze. Și în final, trebuie să se prăbușească din nou, revenind în stat înainte de Big Bang.
2. Mare îngheț. Acesta este scenariul opus celui precedent: în care expansiunea începe rapid și gravitația o încetinește, dar nu suficient. Extinderea durează pentru totdeauna, gravitația o încetinește tot timpul, dar nu o poate opri. Acest scenariu este cunoscut sub numele de Moartea Căldurii a Universului: Marea îngheț.
3. Universul critic. Există, de asemenea, posibilitatea să vă găsiți la mijloc, atunci când rata de expansiune și gravitația se egalizează reciproc, iar rata de expansiune se va încetini în timp. O particulă mai puțin, încă o particulă în Univers - și primești primul sau al doilea scenariu. Dar această particulă nu există. Scenariul „universului critic” ar duce la moartea cea mai lentă prin căldură.
Timp de miliarde de ani, părea că opțiunea critică va câștiga. Vedeți, când trăiți în univers și priviți diferite galaxii, nu numai că puteți măsura rata actuală de expansiune, dar, uitându-vă la cele mai îndepărtate galaxii, puteți măsura și rata de expansiune la începutul istoriei universului.
Această imagine arată galaxii deja de neatins pentru noi.
Timp de miliarde de ani - aproximativ șapte miliarde pentru a fi exact - părea că trăim într-un univers critic. Expansiunea a început în era radiațiilor (fotoni și neutrini) și apoi totul s-a răcit suficient pentru ca epoca materiei (atât obișnuită cât și întunecată) să înceapă. Pe măsură ce universul a continuat să se extindă, densitatea materiei a scăzut și a scăzut pe măsură ce volumul de materie a crescut și masa a rămas aceeași.
Dar, la un moment dat, densitatea materiei a scăzut la o valoare atât de scăzută, încât a apărut un alt contribuabil mai subtil la densitatea energetică a Universului: energia întunecată. În aproximativ șapte miliarde de ani, valoarea materiei întunecate a atins câteva procente din densitatea totală de energie, iar până când universul avea 7,8 miliarde de ani, densitatea energiei întunecate ajunsese la o valoare importantă: 33% din densitatea totală de energie din univers. Acest lucru este important deoarece această cantitate de energie întunecată este necesară pentru ca rata de expansiune să înceapă să crească.
De atunci, cu aproximativ 6 miliarde de ani în urmă, densitatea materiei a început să scadă, în timp ce energia întunecată a rămas constantă. În prezent, materia întunecată reprezintă aproximativ 68% din energia totală a Universului, iar materia a scăzut la 32% în total (27% materie întunecată și 5% materie obișnuită). În timp, în viitor, densitatea materiei va continua să scadă, în timp ce densitatea energiei întunecate va rămâne constantă, energia întunecată va fi din ce în ce mai răspândită.
Densitatea de energie în Univers în diferite momente din trecutul său
Pentru galaxiile individuale, aceasta va însemna că o galaxie care a început să se îndepărteze de noi în momentul Big Bang-ului mai repede decât altele va demonstra o scădere evidentă a vitezei (din punctul nostru de vedere) în primii 7,8 miliarde de ani. Atunci rata de decelerare va înceta să scadă și va rămâne neschimbată ceva timp. Atunci va începe să crească, iar galaxia va începe să se îndepărteze de noi chiar mai repede decât înainte, deoarece spațiul dintre noi și galaxiile îndepărtate se extinde cu o viteză imensă. La un moment dat - și acest lucru este înfricoșător, deoarece se aplică la 97% din galaxiile din universul nostru vizibil - fiecare galaxie din afara grupului nostru local se va îndepărta cu o viteză care depășește viteza luminii, devenind astfel la îndemâna noastră datorită limitărilor fizice.
Conceput în galben este dimensiunea actuală a universului vizibil: 46 de miliarde de ani-lumină; Mărimea pe care o putem atinge este în roz: 14,5 miliarde de ani-lumină
Din câte putem spune, universul a avut întotdeauna cantitatea de energie întunecată pe care o are acum inerentă cosmosului însuși. Dar a fost nevoie de 7,8 miliarde de ani, sau întreaga istorie a Universului cu un miliard și jumătate de ani înainte de formarea sistemului nostru solar, pentru ca densitatea materiei să scadă până la un nivel astfel încât energia întunecată să preia expansiunea universului. De atunci, toate galaxiile din afara grupului nostru local s-au retras de la noi și vor continua să se retragă până la dispariția ultimei. Universul s-a extins în ultimele șase miliarde de ani și, dacă am fi apărut mai devreme, poate nu am fi trecut dincolo de aceste trei opțiuni oferite de intuiția noastră. În cel mai bun caz, am putea ghici doar ce este exact universul. Și asta ar fi cea mai mare recompensă a noastră.
