Visums nav statisks. To apstiprināja astronoma Edvīna Habla pētījumi tālajā 1929. gadā, tas ir, gandrīz pirms 90 gadiem. Pie šīs idejas viņu noveda galaktiku kustības novērojumi. Vēl viens astrofiziķu atklājums divdesmitā gadsimta beigās bija Visuma izplešanās aprēķins ar paātrinājumu.
Kā sauc Visuma paplašināšanos
Daži cilvēki ir pārsteigti, dzirdot to, ko zinātnieki sauc par Visuma paplašināšanos. Lielākā daļa šī vārda ir saistīta ar ekonomiku un negatīvām cerībām.
Inflācija ir Visuma izplešanās process tūlīt pēc tā parādīšanās un ar strauju paātrinājumu. Tulkojumā no angļu valodas "inflation" - "pump up", "inflate".
Izplešanās teorijas pretinieki izmanto jaunas šaubas par tumšās enerģijas kā faktora esamību Visuma inflācijas teorijā.
Tad zinātnieki ierosināja melno caurumu karti. Sākotnējie dati atšķiras no tiem, kas iegūti vēlāk:
- Sešdesmit tūkstoši melno caurumu ar attālumu starp visvairākvairāk nekā vienpadsmit miljonu gaismas gadu attālumā - dati no pirms četriem gadiem.
- Simts astoņdesmit tūkstoši melno caurumu galaktiku trīspadsmit miljonu gaismas gadu attālumā. Dati, ko ieguvuši zinātnieki, tostarp Krievijas kodolfiziķi, 2017. gada sākumā.
Šī informācija, pēc astrofiziķu domām, nav pretrunā ar klasisko Visuma modeli.
Visuma izplešanās ātrums ir izaicinājums kosmologiem
Izplešanās ātrums patiešām ir izaicinājums kosmologiem un astronomiem. Tiesa, kosmologi vairs neapstrīd, ka Visuma izplešanās ātrumam nav nemainīga parametra, neatbilstības pārcēlās uz citu plakni – kad izplešanās sāka paātrināties. Spektra viesabonēšanas dati no ļoti tālām 1. tipa supernovām pierāda, ka paplašināšanās nav pēkšņs process.
Zinātnieki uzskata, ka Visums pirmo piecu miljardu gadu laikā saruka.
Lielā sprādziena pirmās sekas vispirms izraisīja spēcīgu paplašināšanos, un tad sākās kontrakcija. Bet tumšā enerģija joprojām ietekmēja Visuma izaugsmi. Un ar paātrinājumu.
Amerikāņu zinātnieki ir sākuši veidot Visuma lieluma karti dažādiem laikmetiem, lai noskaidrotu, kad sākās paātrinājums. Novērojot supernovas sprādzienus, kā arī tumšās vielas koncentrācijas virzienu senajās galaktikās, kosmologi ir pamanījuši paātrinājuma pazīmes.
Kāpēc Visums "paātrinās"
Sākotnēji tika pieņemts, ka sastādītajā Visuma lieluma kartē paātrinājuma vērtības nebija lineāras, bet gan pārvērstas sinusoīdā. To sauca par "Visuma vilni".
Visuma vilnis saka, ka paātrinājums nenotika nemainīgā ātrumā: tas palēninājās, pēc tam paātrinājās. Un vairākas reizes. Zinātnieki uzskata, ka 13,81 miljarda gadu laikā pēc Lielā sprādziena bija septiņi šādi procesi.
Tomēr kosmologi pagaidām nevar atbildēt uz jautājumu, kas nosaka paātrinājumu-palēninājumu. Pieņēmumi ir saistīti ar domu, ka enerģijas lauks, no kura rodas tumšā enerģija, ir pakļauts Visuma vilnim. Un, pārejot no vienas pozīcijas uz otru, Visums vai nu paplašina savu paātrinājumu, vai palēnina to.
Neskatoties uz argumentu pārliecinošumu, tie joprojām paliek teorija. Astrofiziķi cer, ka informācija no Planka orbītā teleskopa apstiprinās viļņa esamību Visumā.
Kad tika atrasta tumšā enerģija
Pirmo reizi par to sāka runāt deviņdesmitajos gados supernovas sprādzienu dēļ. Tumšās enerģijas būtība nav zināma. Lai gan Alberts Einšteins savā relativitātes teorijā izcēla kosmisko konstanti.
1916. gadā, pirms simts gadiem, Visums joprojām tika uzskatīts par nemainīgu. Bet gravitācija iejaucās: kosmiskās masas vienmēr atsitās viena pret otru, ja Visums stāvētu. Einšteins paziņo gravitāciju kosmiskā atgrūdošā spēka dēļ.
Džordžs Lemaitre to attaisnos ar fizikas palīdzību. Vakuums satur enerģiju. Viņas vilcināšanās dēļ, kas noveda piedaļiņu parādīšanās un to tālāka iznīcināšana, enerģija iegūst atgrūšanas spēku.
Kad Habls pierādīja Visuma paplašināšanos, Einšteins kosmoloģisko konstanti nosauca par muļķībām.
Tumšās enerģijas ietekme
Visums attālinās ar nemainīgu ātrumu. 1998. gadā pasaule tika iepazīstināta ar datiem no 1. tipa supernovas sprādzienu analīzes. Ir pierādīts, ka Visums aug ātrāk.
Tas notiek nezināmas vielas dēļ, tā tika saukta par "tumšo enerģiju". Izrādās, ka tas aizņem gandrīz 70% no Visuma telpas. Tumšās enerģijas būtība, īpašības un būtība nav pētīta, taču tās zinātnieki cenšas noskaidrot, vai tā pastāvēja citās galaktikās.
2016. gadā viņi aprēķināja precīzu tuvākās nākotnes izplešanās ātrumu, taču parādījās neatbilstība: Visums izplešas ātrāk, nekā astrofiziķi iepriekš bija pieņēmuši. Zinātnieku vidū izcēlās strīdi par tumšās enerģijas esamību un tās ietekmi uz Visuma robežu izplešanās ātrumu.
Visuma izplešanās notiek bez tumšās enerģijas
Teoriju par Visuma izplešanās neatkarību no tumšās enerģijas zinātnieki izvirzīja 2017. gada sākumā. Viņi izskaidro izplešanos kā Visuma struktūras izmaiņas.
Zinātnieki no Budapeštas un Havaju salu universitātēm nonāca pie secinājuma, ka neatbilstība starp aprēķiniem un reālo izplešanās ātrumu ir saistīta ar telpas īpašību izmaiņām. Neviens neņēma vērā to, kas notiek ar Visuma modeli paplašināšanās laikā.
Apšaubot tumšās enerģijas esamību, zinātnieki skaidro: visvairāklielas Visuma matērijas koncentrācijas ietekmē tā izplešanos. Šajā gadījumā pārējais saturs tiek sadalīts vienmērīgi. Tomēr fakts paliek nezināms.
Lai pierādītu savu pieņēmumu pamatotību, zinātnieki ierosināja mini Visuma modeli. Viņi to uzrādīja burbuļu kopas veidā un sāka aprēķināt katra burbuļa augšanas parametrus pēc sava ātruma atkarībā no tā masas.
Šī Visuma simulācija zinātniekiem ir parādījusi, ka tas var mainīties neatkarīgi no enerģijas. Un, ja jūs "jaucat" tumšo enerģiju, tad modelis nemainīsies, saka zinātnieki.
Kopumā debates vēl turpinās. Tumšās enerģijas piekritēji saka, ka tā ietekmē Visuma robežu paplašināšanos, pretinieki turas pie savas pozīcijas, apgalvojot, ka matērijas koncentrācijai ir nozīme.
Visuma izplešanās ātrums tagad
Zinātnieki ir pārliecināti, ka Visums sāka augt pēc Lielā sprādziena. Tad, gandrīz pirms četrpadsmit miljardiem gadu, izrādījās, ka Visuma izplešanās ātrums ir lielāks par gaismas ātrumu. Un tas turpina augt.
Īsākajā laika vēsturē, ko autori Stīvens Hokings un Leonards Mlodinovs atzīmē, ka Visuma robežu izplešanās ātrums nedrīkst pārsniegt 10% uz miljardu gadu.
Lai noteiktu Visuma izplešanās ātrumu, 2016. gada vasarā Nobela prēmijas laureāts Ādams Riess aprēķināja attālumu līdz pulsējošajām cefeīdām galaktikās, kas atrodas tuvu viena otrai. Šie dati ļāva mums aprēķināt ātrumu. Izrādījās, ka galaktikas, kas atrodas vismaz trīs miljonu gaismas gadu attālumā, var attālināties ar ātrumu gandrīz 73 km/s.
Rezultāts bija pārsteidzošs: orbītā esošie teleskopi, tas pats Planks, runāja par 69 km/s. Kāpēc tika fiksēta šāda atšķirība, zinātnieki nevar atbildēt: viņi neko nezina par tumšās matērijas izcelsmi, uz kuru balstās Visuma izplešanās teorija.
Tumšais starojums
Vēl vienu Visuma "paātrinājuma" faktoru astronomi atklāja ar Habla palīdzību. Tiek uzskatīts, ka tumšais starojums parādījās pašā Visuma veidošanās sākumā. Tad tajā bija vairāk enerģijas, nevis matērijas.
Tumšais starojums "palīdzēja" tumšajai enerģijai paplašināt Visuma robežas. Zinātnieki saka, ka atšķirības paātrinājuma ātruma noteikšanā radās šī starojuma nezināmā rakstura dēļ.
Habla turpmākajam darbam vajadzētu padarīt novērojumus precīzākus.
Noslēpumaina enerģija varētu iznīcināt Visumu
Zinātnieki šādu scenāriju ir apsvēruši jau vairākus gadu desmitus, Planka kosmosa observatorijas dati liecina, ka tās nebūt nav tikai spekulācijas. Tie tika publicēti 2013. gadā.
"Planks" mērīja Lielā sprādziena "atbalsi", kas parādījās Visuma vecumā aptuveni 380 tūkstošus gadu, temperatūra bija 2700 grādi. Un temperatūra mainījās. "Planks" noteica arī Visuma "sastāvu":
- gandrīz 5% - zvaigznes, kosmiskie putekļi, kosmiskā gāze, galaktikas;
- gandrīz 27% ir tumšās vielas masa;
- apmēram 70% ir tumšā enerģija.
Fiziķis Roberts Koldvels ierosināja, ka tumšajai enerģijai ir spēks, kas var augt. Un šī enerģija atdalīs telpu-laiku. Zinātnieks uzskata, ka galaktika attālināsies nākamo divdesmit līdz piecdesmit miljardu gadu laikā. Šis process notiks, pieaugot Visuma robežu paplašināšanai. Tas noraus Piena ceļu no zvaigznes, un tas arī sadalīsies.
Kosmoss mēra aptuveni sešdesmit miljonus gadu. Saule kļūs par punduri izzūdošu zvaigzni, un planētas no tās atdalīsies. Tad zeme uzsprāgs. Nākamo trīsdesmit minūšu laikā kosmoss sadalīs atomus. Fināls būs laiktelpas struktūras iznīcināšana.
Kur Piena Ceļš "aizlido"
Jeruzalemes astronomi ir pārliecināti, ka Piena Ceļš ir sasniedzis maksimālo ātrumu, kas ir lielāks par Visuma izplešanās ātrumu. Zinātnieki to skaidro ar Piena Ceļa vēlmi pēc "Lielā pievilcēja", kas tiek uzskatīta par lielāko galaktiku kopu. Tātad Piena Ceļš atstāj kosmosa tuksnesi.
Zinātnieki izmanto dažādas metodes, lai izmērītu Visuma izplešanās ātrumu, tāpēc šim parametram nav viena rezultāta.
