Për fizikantët e mëdhenj të së kaluarës, I. Njuton dhe A. Ajnshtajn, Universi dukej statik. Fizikani sovjetik A. Friedman në vitin 1924 doli me teorinë e galaktikave të "shpërndarjes". Friedman parashikoi zgjerimin e Universit. Ky ishte një revolucion revolucionar në kuptimin fizik të botës sonë.

Astronomi amerikan Edwin Hubble eksploroi mjegullnajën e Andromedës. Në vitin 1923, ai ishte në gjendje të shihte se periferitë e tij ishin grupe yjesh individualë. Hubble llogariti distancën deri në mjegullnajë. Doli të ishte 900,000 vite dritë (distanca e llogaritur më saktë sot është 2.3 milionë vite dritë). Kjo do të thotë, mjegullnaja ndodhet shumë përtej Rrugës së Qumështit - Galaktika jonë. Pas vëzhgimit të kësaj dhe mjegullnajave të tjera, Hubble arriti në një përfundim rreth strukturës së Universit.

Universi përbëhet nga një koleksion grupesh të mëdha yjesh - galaktikat.

Janë ata që na shfaqen si "re" të largëta me mjegull në qiell, pasi ne thjesht nuk mund të shohim yje individualë në një distancë kaq të madhe.

E. Hubble vuri re një aspekt të rëndësishëm në të dhënat e marra, të cilin astronomët e kishin vëzhguar më parë, por e kishin të vështirë ta interpretonin. Gjegjësisht: gjatësia e vëzhguar e valëve të dritës spektrale të emetuara nga atomet e galaktikave të largëta është pak më e madhe se gjatësia e valëve spektrale të emetuara nga atome të njëjta në laboratorët tokësorë. Kjo do të thotë, në spektrin e rrezatimit të galaktikave fqinje, sasia e dritës e emetuar nga një atom kur një elektron kërcen nga orbita në orbitë është zhvendosur në frekuencë drejt pjesës së kuqe të spektrit në krahasim me një kuantë të ngjashme të emetuar nga i njëjti atom në Tokë. . Hubble mori guximin ta interpretonte këtë vëzhgim si një manifestim të efektit Doppler.

Të gjitha galaktikat fqinje të vëzhguara po largohen nga Toka, pasi pothuajse të gjitha objektet galaktike jashtë Rrugës së Qumështit shfaqin një zhvendosje spektrale të kuqe në përpjesëtim me shpejtësinë e largimit të tyre.

Më e rëndësishmja, Hubble ishte në gjendje të krahasonte rezultatet e matjeve të tij të distancave me galaktikat fqinje me matjet e shkallës së recesionit të tyre (bazuar në zhvendosjen e kuqe).

Matematikisht, ligji është formuluar shumë thjeshtë:

ku v është shpejtësia me të cilën galaktika po largohet nga ne,

r - distanca nga ajo,

H është konstanta e Hubble.

Dhe, megjithëse Hubble fillimisht erdhi në këtë ligj si rezultat i vëzhgimit të vetëm disa galaktikave më të afërta me ne, asnjë nga shumë galaktikat e reja të Universit të dukshëm që janë zbuluar që atëherë, gjithnjë e më larg nga Rruga e Qumështit, nuk bie jashtë fushëveprimi i këtij ligji.

Pra, pasoja kryesore e ligjit të Hubble:

Universi po zgjerohet.

Vetë struktura e hapësirës botërore po zgjerohet. Të gjithë vëzhguesit (dhe ju dhe unë nuk bëjmë përjashtim) e konsiderojnë veten në qendër të Universit.

4. Teoria e Shpërthimit të Madh

Nga fakti eksperimental i recesionit të galaktikave, u vlerësua mosha e Universit. Doli të ishte e barabartë - rreth 15 miliardë vjet! Kështu filloi epoka e kozmologjisë moderne.

Natyrisht lind pyetja: çfarë ndodhi në fillim? Shkencëtarëve iu deshën vetëm rreth 20 vjet për të revolucionarizuar plotësisht kuptimin e tyre për Universin.

Përgjigja u propozua nga fizikani i shquar G. Gamow (1904 - 1968) në vitet '40. Historia e botës sonë filloi me Big Bengun. Kjo është pikërisht ajo që mendojnë sot shumica e astrofizikanëve.

Big Bengu është një rënie e shpejtë e densitetit, temperaturës dhe presionit fillestar të madh të materies të përqendruar në një vëllim shumë të vogël të Universit. E gjithë lënda e universit ishte e ngjeshur në një grumbull të dendur proto-materies, të përmbajtur në një vëllim shumë të vogël në krahasim me shkallën aktuale të Universit.

Ideja e Universit, e lindur nga një grumbull super i dendur i materies super të nxehtë dhe që nga zgjerimi dhe ftohja, quhet teoria e Big Bengut.

Nuk ka asnjë model kozmologjik më të suksesshëm të origjinës dhe evolucionit të Universit sot.

Sipas teorisë së Big Bengut, Universi i hershëm përbëhej nga fotone, elektrone dhe grimca të tjera. Fotonet ndërveprojnë vazhdimisht me grimcat e tjera. Ndërsa Universi zgjerohej, ai u ftoh dhe në një fazë të caktuar, elektronet filluan të kombinohen me bërthamat e hidrogjenit dhe heliumit dhe të formojnë atome. Kjo ndodhi në një temperaturë prej rreth 3000 K dhe një moshë të përafërt të Universit prej 400,000 vjetësh. Që nga ky moment, fotonet ishin në gjendje të lëviznin lirshëm në hapësirë, praktikisht pa ndërvepruar me materien. Por ne kemi mbetur me "dëshmitarë" të asaj epoke - këto janë fotone relikte. Besohet se rrezatimi kozmik i sfondit të mikrovalës është ruajtur që nga fazat fillestare të ekzistencës së Universit dhe e mbush atë në mënyrë të barabartë. Si rezultat i ftohjes së mëtejshme të rrezatimit, temperatura e tij u ul dhe tani është rreth 3 K.

Ekzistenca e rrezatimit kozmik të sfondit mikrovalor u parashikua teorikisht brenda kornizës së teorisë së Big Bengut. Konsiderohet si një nga konfirmimet kryesore të teorisë së Big Bengut.

Faza tjetër në organizimin e materies në Univers janë galaktikat. Një shembull tipik është galaktika jonë, Rruga e Qumështit. Ai përmban rreth 10 11 yje dhe ka formën e një disku të hollë me një trashje në qendër.
Në Fig. Figura 39 tregon në mënyrë skematike strukturën e galaktikës sonë Rruga e Qumështit dhe tregon pozicionin e Diellit në një nga krahët spirale të galaktikës.

Oriz. 39. Struktura e galaktikës Rruga e Qumështit.

Në Fig. Figura 40 tregon projeksionin në rrafshin e 16 fqinjëve më të afërt të galaktikës sonë.

Oriz. 40. 16 fqinjët më të afërt të Galaxy tonë, të projektuar në një aeroplan. LMC dhe MMC − Retë e mëdha dhe të vogla të Magelanit

Yjet në galaktika janë të shpërndara në mënyrë të pabarabartë.
Madhësitë e galaktikave variojnë nga 15 në 800 mijë vjet dritë. Masa e galaktikave varion nga 10 7 në 10 12 masa diellore. Shumica e yjeve dhe gazit të ftohtë janë të përqendruara në galaktika. Yjet në galaktika mbahen së bashku nga fusha e kombinuar gravitacionale e galaktikës dhe materies së errët.
Galaktika jonë Rruga e Qumështit është një sistem tipik spirale. Yjet në një galaktikë, së bashku me rrotullimin e përgjithshëm të galaktikave, kanë gjithashtu shpejtësitë e tyre në lidhje me galaktikën. Shpejtësia orbitale e Diellit në galaktikën tonë është 230 km/s. Shpejtësia e vetë Diellit në raport me galaktikën është
20 km/s.

Zbulimi i botës së galaktikave i përket E. Hubble. Në 1923-1924, duke vëzhguar ndryshimet në shkëlqimin e Cefeidëve të vendosur në mjegullnajat individuale, ai tregoi se mjegullnajat që ai zbuloi ishin galaktika të vendosura jashtë galaktikës sonë, Rrugës së Qumështit. Në veçanti, ai zbuloi se Mjegullnaja Andromeda është një sistem tjetër yjor - një galaktikë që nuk është pjesë e galaktikës sonë Rruga e Qumështit. Mjegullnaja Andromeda është një galaktikë spirale e vendosur në një distancë prej 520 kpc. Madhësia e tërthortë e mjegullnajës Andromeda është 50 kpc.
Duke studiuar shpejtësitë radiale të galaktikave individuale, Hubble bëri një zbulim të jashtëzakonshëm:

H = 73,8 ± 2,4 km sek -1 megaparsek -1 – Parametri Hubble.

Oriz. 41. Grafiku origjinal i Hubble nga puna e vitit 1929.

Oriz. 42. Shpejtësia e largimit të galaktikave në varësi të distancës nga Toka.

Në Fig. 42 në origjinën e koordinatave katrori tregon rajonin e shpejtësive të galaktikave dhe distancat me to, në bazë të të cilave E. Hubble nxori relacionin (9).
Zbulimi i Hubble kishte një histori të pasme. Në vitin 1914, astronomi V. Slipher tregoi se mjegullnaja Andromeda dhe disa mjegullnaja të tjera lëvizin në lidhje me sistemin diellor me shpejtësi rreth 1000 km/h. E. Hubble, duke punuar në teleskopin më të madh në botë me një pasqyrë kryesore me një diametër prej 2.5 m në Observatorin Mount Wilson në Kaliforni (SHBA), arriti për herë të parë të zgjidhë yje individualë në mjegullnajën e Andromedës. Midis këtyre yjeve ishin yjet e Cefeidëve, për të cilët dihet lidhja midis periudhës së ndryshimit të shkëlqimit dhe shkëlqimit.
Duke ditur shkëlqimin e yllit dhe shpejtësinë e yllit, E. Hubble përftoi varësinë e shpejtësisë së largimit të yjeve nga Sistemi Diellor në varësi të distancës. Në Fig. 41 tregon një grafik nga puna origjinale e E. Hubble.

Oriz. 43. Teleskopi Hapësinor Hubble

Efekti Doppler Efekti Doppler është një ndryshim në frekuencën e regjistruar nga marrësi kur burimi ose marrësi lëviz. Nëse një burim lëvizës lëshon dritë me frekuencë ω 0, atëherë frekuenca e dritës e regjistruar nga marrësi përcaktohet nga relacioni c është shpejtësia e dritës në vakum, v është shpejtësia e lëvizjes së burimit të rrezatimit në raport me marrësin e rrezatimit, θ është këndi midis drejtimit drejt burimit dhe vektorit të shpejtësisë në kornizën e referencës së marrësit. θ = 0 korrespondon me distancën radiale të burimit nga marrësi, θ = π korrespondon me afrimin radial të burimit me marrësin.

Shpejtësia radiale e lëvizjes së objekteve qiellore - yjet, galaktikat - përcaktohet duke matur ndryshimin në frekuencën e vijave spektrale. Ndërsa burimi i rrezatimit largohet nga vëzhguesi, gjatësitë e valëve zhvendosen drejt gjatësive të valëve më të gjata (zhvendosja e kuqe). Ndërsa burimi i rrezatimit i afrohet vëzhguesit, gjatësitë e valëve zhvendosen drejt gjatësive të valëve më të shkurtra (zhvendosja blu). Duke rritur gjerësinë e shpërndarjes së vijës spektrale, mund të përcaktohet temperatura e objektit që lëshon.
Hubble i ndau galaktikat sipas pamjes së tyre në tre klasa të mëdha:

eliptike (E),

spirale (S),

i parregullt (Ir).

Oriz. 44. Llojet e galaktikave (spirale, eliptike, të parregullta).

Një tipar karakteristik i galaktikave spirale janë krahët spirale që shtrihen nga qendra në të gjithë diskun yjor.
Galaktikat eliptike janë sisteme pa strukturë të formës eliptike.
Galaktikat e parregullta kanë një strukturë të jashtme kaotike, të grumbulluar dhe nuk kanë ndonjë formë specifike.
Ky klasifikim i galaktikave pasqyron jo vetëm format e tyre të jashtme, por edhe vetitë e yjeve brenda tyre.
Galaktikat eliptike përbëhen kryesisht nga yje të vjetër. Në galaktikat e parregullta, kontributi kryesor në rrezatim vjen nga yjet më të rinj se Dielli. Yjet e të gjitha moshave gjenden në galaktikat spirale. Kështu, ndryshimi në pamjen e galaktikave përcaktohet nga natyra e evolucionit të tyre. Në galaktikat eliptike, formimi i yjeve praktikisht pushoi miliarda vjet më parë. Në galaktikat spirale, formimi i yjeve vazhdon. Në galaktikat e parregullta, formimi i yjeve ndodh po aq intensivisht sa ndodhi miliarda vjet më parë. Pothuajse të gjithë yjet janë të përqendruar në një disk të gjerë, pjesa më e madhe e të cilit është gaz ndëryjor.
Tabela 19 tregon një krahasim relativ të këtyre tre llojeve të galaktikave dhe një krahasim të vetive të tyre bazuar në analizën e E. Hubble.

Tabela 19

Llojet kryesore të galaktikave dhe vetitë e tyre (sipas E. Hubble)
Spirale	Eliptike	I parregullt
Përqindja në Univers
Forma dhe vetitë strukturore
Një disk i sheshtë yjesh dhe gazi me krahë spirale që trashen drejt qendrës. Një bërthamë yjesh të vjetër dhe një halo afërsisht sferike (gaz ndëryjor, disa yje dhe fusha magnetike)

Ju uleni, qëndroni ose shtriheni duke lexuar këtë artikull dhe nuk mendoni se Toka po rrotullohet rreth boshtit të saj me një shpejtësi marramendëse - afërsisht 1700 km/h në ekuator. Megjithatë, shpejtësia e rrotullimit nuk duket aq e shpejtë kur konvertohet në km/s. Rezultati është 0.5 km/s - një goditje mezi e dukshme në radar, në krahasim me shpejtësitë e tjera rreth nesh.

Ashtu si planetët e tjerë në sistemin diellor, Toka rrotullohet rreth Diellit. Dhe për të qëndruar në orbitën e tij, lëviz me një shpejtësi prej 30 km/s. Venusi dhe Mërkuri, të cilët janë më afër Diellit, lëvizin më shpejt, Marsi, orbita e të cilit kalon pas orbitës së Tokës, lëviz shumë më ngadalë.

Por edhe Dielli nuk qëndron në një vend. Galaktika jonë Rruga e Qumështit është e madhe, masive dhe gjithashtu e lëvizshme! Të gjithë yjet, planetët, retë e gazit, grimcat e pluhurit, vrimat e zeza, materia e errët - e gjithë kjo lëviz në lidhje me një qendër të përbashkët të masës.

Sipas shkencëtarëve, Dielli ndodhet në një distancë prej 25,000 vjet dritë nga qendra e galaktikës sonë dhe lëviz në një orbitë eliptike, duke bërë një revolucion të plotë çdo 220-250 milion vjet. Rezulton se shpejtësia e Diellit është rreth 200–220 km/s, që është qindra herë më e lartë se shpejtësia e Tokës rreth boshtit të saj dhe dhjetëra herë më e lartë se shpejtësia e lëvizjes së saj rreth Diellit. Kështu duket lëvizja e sistemit tonë diellor.

A është galaktika e palëvizshme? Jo perseri. Objektet gjigante hapësinore kanë një masë të madhe, dhe për këtë arsye krijojnë fusha të forta gravitacionale. Jepini Universit pak kohë (dhe ne e kemi pasur për rreth 13.8 miliardë vjet), dhe gjithçka do të fillojë të lëvizë në drejtimin e gravitetit më të madh. Kjo është arsyeja pse Universi nuk është homogjen, por përbëhet nga galaktika dhe grupe galaktikash.

Çfarë do të thotë kjo për ne?

Kjo do të thotë se Rruga e Qumështit tërhiqet drejt saj nga galaktika të tjera dhe grupe galaktikash që ndodhen aty pranë. Kjo do të thotë se objektet masive dominojnë procesin. Dhe kjo do të thotë që jo vetëm galaktika jonë, por edhe të gjithë rreth nesh ndikohen nga këta "traktorë". Ne po afrohemi më shumë për të kuptuar se çfarë ndodh me ne në hapësirën e jashtme, por ende na mungojnë faktet, për shembull:

• cilat ishin kushtet fillestare në të cilat filloi Universi;
• si lëvizin dhe ndryshojnë masat e ndryshme në galaktikë me kalimin e kohës;
• si u formuan Rruga e Qumështit dhe galaktikat dhe grupimet përreth;
• dhe si po ndodh tani.

Megjithatë, ekziston një truk që do të na ndihmojë ta kuptojmë.

Universi është i mbushur me rrezatim relikt me një temperaturë prej 2.725 K, i cili është ruajtur që nga Big Bengu. Këtu dhe atje ka devijime të vogla - rreth 100 μK, por sfondi i përgjithshëm i temperaturës është konstant.

Kjo ndodh sepse Universi u formua nga Big Bengu 13.8 miliardë vjet më parë dhe ende po zgjerohet dhe ftohet.

380,000 vjet pas Big Bengut, Universi u fto në një temperaturë të tillë që u bë i mundur formimi i atomeve të hidrogjenit. Para kësaj, fotonet ndërvepruan vazhdimisht me grimcat e tjera të plazmës: ata u përplasën me to dhe shkëmbyen energji. Ndërsa Universi ftohej, kishte më pak grimca të ngarkuara dhe më shumë hapësirë ​​midis tyre. Fotonet ishin në gjendje të lëviznin lirshëm në hapësirë. Rrezatimi CMB është fotone që u emetuan nga plazma drejt vendndodhjes së ardhshme të Tokës, por i shpëtuan shpërndarjes sepse rikombinimi kishte filluar tashmë. Ata arrijnë në Tokë përmes hapësirës së Universit, e cila vazhdon të zgjerohet.

Ju mund ta "shikoni" këtë rrezatim vetë. Ndërhyrja që ndodh në një kanal televiziv bosh nëse përdorni një antenë të thjeshtë që duket si veshët e një lepuri është 1% e shkaktuar nga CMB.

Megjithatë, temperatura e sfondit relikt nuk është e njëjtë në të gjitha drejtimet. Sipas rezultateve të hulumtimit nga misioni Planck, temperatura ndryshon pak në hemisferat e kundërta të sferës qiellore: është pak më e lartë në pjesët e qiellit në jug të ekliptikës - rreth 2,728 K, dhe më e ulët në gjysmën tjetër - rreth 2.722 K.

Harta e sfondit të mikrovalës e bërë me teleskopin Planck.

Ky ndryshim është pothuajse 100 herë më i madh se ndryshimet e tjera të vëzhguara të temperaturës në CMB dhe është mashtruese. Pse po ndodh kjo? Përgjigja është e qartë - ky ndryshim nuk është për shkak të luhatjeve në rrezatimin e sfondit të mikrovalës kozmike, duket sepse ka lëvizje!

Kur i afroheni një burimi drite ose ai ju afrohet, linjat spektrale në spektrin e burimit zhvendosen drejt valëve të shkurtra (zhvendosje vjollce), kur largoheni prej tij ose ai largohet nga ju, linjat spektrale zhvendosen drejt valëve të gjata (zhvendosja e kuqe ).

Rrezatimi CMB nuk mund të jetë pak a shumë energjik, që do të thotë se ne po lëvizim nëpër hapësirë. Efekti Doppler ndihmon në përcaktimin se sistemi ynë diellor po lëviz në lidhje me CMB me një shpejtësi prej 368 ± 2 km/s dhe grupi lokal i galaktikave, duke përfshirë Rrugën e Qumështit, Galaktikën e Andromedës dhe Galaktikën Trekëndësh, po lëviz me një shpejtësi. shpejtësia prej 627 ± 22 km/s në krahasim me CMB. Këto janë të ashtuquajturat shpejtësi të veçanta të galaktikave, të cilat arrijnë në disa qindra km/s. Përveç tyre, ka edhe shpejtësi kozmologjike për shkak të zgjerimit të Universit dhe të llogaritura sipas ligjit të Hubble.

Falë rrezatimit të mbetur nga Big Bengu, ne mund të vërejmë se gjithçka në Univers lëviz dhe ndryshon vazhdimisht. Dhe galaktika jonë është vetëm një pjesë e këtij procesi.

Konsideroni dy galaktika të vendosura në një distancë L nga njëri-tjetri dhe duke u larguar nga njëri-tjetri me shpejtësi V. Sa është vlera e zhvendosjes së kuqe në spektrin e galaktikës së parë, e matur nga një vëzhgues i vendosur në të dytën?

Duket se përgjigja është e qartë. Vlera e zhvendosjes së kuqe zështë e barabartë me:

Megjithatë, kjo përmasa e zhvendosjes së kuqe do të pritej në një Univers të palëvizshëm. Por Universi ynë po zgjerohet! A mund të ndikojë vetë fakti i zgjerimit të Universit në vlerën e zhvendosjes së kuqe?

Le të ndryshojmë gjendjen e problemit. Tani le të supozojmë se galaktikat janë në një distancë fikse L nga njëra-tjetra (për shembull, ato rrotullohen ngadalë rreth një qendre të përbashkët të masës). A do të zbulojë një vëzhgues i vendosur në një galaktikë një zhvendosje të kuqe në spektrin e një tjetër për shkak të faktit se Universi po zgjerohet?

Kur Universi zgjerohet, ai kapërcen tërheqjen gravitacionale midis pjesëve të tij. Prandaj, ndërsa Universi zgjerohet, shkalla e zgjerimit të tij zvogëlohet. Një foton, duke lëvizur nga një galaktikë në tjetrën, ashtu si çdo objekt brenda Universit, ndërvepron në mënyrë gravitacionale me lëndën në zgjerim dhe, në këtë mënyrë, "ngadalëson" zgjerimin e Universit. Prandaj, energjia e një fotoni që lëviz në një Univers në zgjerim duhet të ulet. Le të bëjmë vlerësime sasiore.

Kur një foton u largua nga një galaktikë, potenciali gravitacional brenda Universit, i krijuar nga e gjithë lënda në Univers, ishte i barabartë me F 1. Kur fotoni mbërriti në galaktikën e dytë, potenciali gravitacional brenda Universit u rrit për shkak të zgjerimit të Universit dhe u bë i barabartë me Ф 2 > Ф 1 (në të njëjtën kohë | Ф 2 |< | Ф 1 |, так как гравитационный потенциал меньше нуля). То есть фотон, вылетев из области с более низким гравитационным потенциалом, прилетел в область с более высоким гравитационным потенциалом. В результате этого энергия фотона уменьшилась.

Kështu, vlera e zhvendosjes së kuqe në spektrin e emetimit të një galaktike që po largohet prej nesh do të përbëhet nga dy pjesë. Pjesa e parë, e shkaktuar drejtpërdrejt nga shpejtësia me të cilën galaktikat po largohen, është i ashtuquajturi efekt Doppler. Vlera e tij është:

Pjesa e dytë është shkaktuar nga fakti se Universi po zgjerohet, dhe për këtë arsye potenciali gravitacional brenda tij rritet. Ky është i ashtuquajturi zhvendosje gravitacionale e kuqe. Vlera e tij është:

(8.9)

Këtu F 1 është potenciali gravitacional i Universit në vendin e nisjes së fotonit, në momentin e nisjes së tij; Ф 2 – potenciali gravitacional i universit në vendin e regjistrimit të fotonit, në momentin e regjistrimit të tij.

Si rezultat, vlera e zhvendosjes së kuqe në spektrin e emetimit të galaktikës që largohet prej nesh do të jetë e barabartë me:

(8.10)

Dhe arrijmë në një përfundim shumë të rëndësishëm. Vetëm një pjesë e zhvendosjes së kuqe kozmologjike të vërejtur në spektrat e emetimit të galaktikave të largëta shkaktohet drejtpërdrejt nga distanca e këtyre galaktikave nga ne. Pjesa tjetër e zhvendosjes së kuqe është shkaktuar nga një rritje në potencialin gravitacional të Universit. Prandaj, shpejtësia me të cilën galaktikat po largohen prej nesh është më pak, nga sa supozohet në kozmologjinë moderne, dhe epoka e Universit, në përputhje me rrethanat, më shumë.

Llogaritjet e kryera tregojnë se nëse dendësia e Universit është afër kritikës (ky përfundim është bërë bazuar në studimin e shpërndarjes në shkallë të gjerë të galaktikave), atëherë:

Kjo do të thotë, vetëm 2/3 e vlerës kozmologjike të zhvendosjes së kuqe z 0 në spektrat e galaktikave të largëta (8.10) shkaktohet nga shpejtësia me të cilën galaktikat largohen. Prandaj, konstanta e Hubble është 1.5 herë më pak se sa supozohet në kozmologjinë moderne, dhe mosha e Universit, përkundrazi, është 1.5 herë më e madhe.

Si zgjidhet çështja e origjinës së zhvendosjes së kuqe kozmologjike në teorinë e përgjithshme të relativitetit? Le të shqyrtojmë dy galaktika që marrin pjesë në zgjerimin kozmologjik të Universit dhe shpejtësitë e veçanta të të cilave janë aq të vogla sa mund të neglizhohen. Le të jetë e barabartë me distancën ndërmjet galaktikave në momentin kur fotoni largohet nga galaktika e parë L. Kur fotoni të arrijë në galaktikën e dytë, distanca midis galaktikave do të rritet dhe do të jetë e barabartë me L + L D. Në teorinë e përgjithshme të relativitetit, bashkëveprimi gravitacional reduktohet plotësisht në gjeometri. Sipas kësaj teorie, sasia më e rëndësishme që karakterizon Universin në zgjerim është i ashtuquajturi faktor i shkallës. Nëse shpejtësitë e veçanta të dy galaktikave të largëta nga njëra-tjetra mund të neglizhohen, atëherë faktori i shkallës do të ndryshojë në proporcion me ndryshimin në distancën midis këtyre galaktikave.

Sipas teorisë së përgjithshme të relativitetit, gjatësia e valës l e një fotoni që lëviz në Universin në zgjerim ndryshon proporcionalisht me ndryshimin në faktorin e shkallës, dhe zhvendosja e kuqe, në përputhje me rrethanat, është e barabartë me:

(8.12)

Nëse V- shpejtësia e galaktikave që largohen nga njëra-tjetra, t– koha e fluturimit të fotonit, më pas:

Si rezultat marrim:

Kështu, sipas teorisë së përgjithshme të relativitetit, zhvendosja kozmologjike e kuqe nuk varet as nga dendësia e universit dhe as nga shpejtësia me të cilën ndryshon potenciali gravitacional i universit, por varet. vetëm mbi shpejtësinë relative të recesionit të galaktikave. Dhe nëse, për shembull, Universi ynë po zgjerohej me të njëjtën shpejtësi si tani, por në të njëjtën kohë kishte disa herë më pak densitet, atëherë, sipas teorisë së përgjithshme të relativitetit, vlera e zhvendosjes kozmologjike të kuqe në emetim spektrat e galaktikave do të ishin e njëjta. Rezulton se ekzistenca e masave të mëdha brenda Universit, duke frenuar zgjerimin e Universit, nuk ndikon në asnjë mënyrë në energjinë e fotoneve në lëvizje! Kjo duket e pamundur.

Ndoshta kjo është arsyeja pse lindën probleme serioze kur përpiqeshim të shpjegonim, brenda kornizës së teorisë së përgjithshme të relativitetit, varësinë e zhvendosjeve të kuqe në spektrat e supernovave shumë të largëta nga distanca prej tyre. Dhe për të "shpëtuar" teorinë e përgjithshme të relativitetit, në fund të shekullit të njëzetë, kozmologët parashtruan supozimin se universi ynë po zgjerohet jo me ngadalësim, por, përkundrazi, me nxitim, në kundërshtim me ligjin universal. gravitacioni (kjo temë është diskutuar në).

Këtu nuk do të diskutojmë hipotezën e zgjerimit të përshpejtuar të universit (megjithëse, sipas bindjes time të thellë, jo vetëm teoria e përgjithshme e relativitetit, por asnjë teori tjetër nuk ia vlen të shpëtohet me ndihmën e hipotezave të tilla), por përkundrazi do të përpiqemi për ta transferuar këtë problem nga fizika teorike e fushës në fushën e eksperimentit. Në të vërtetë, pse të zhvilloni debate teorike rreth origjinës së zhvendosjes së kuqe kozmologjike nëse mund ta merrni përgjigjen e kësaj pyetje në një laborator fizik?

Le ta formulojmë edhe një herë këtë pyetje të rëndësishme. A ekziston një zhvendosje kozmologjike e kuqe e shkaktuar jo nga efekti Doppler i galaktikave që largohen, por nga fakti se ndërsa një foton lëviz, potenciali gravitacional i Universit rritet?

Për t'iu përgjigjur kësaj pyetjeje, mjafton të kryeni eksperimentin e mëposhtëm (shih Fig. 33).

Rrezja e lazerit ndahet në dy rreze në mënyrë që njëra rreze të godasë menjëherë detektorin, dhe rrezja e dytë së pari lëviz për ca kohë midis dy pasqyrave paralele dhe vetëm atëherë godet detektorin. Kështu, rrezja e dytë godet detektorin me një vonesë kohore t (disa minuta). Dhe detektor krahason gjatësitë e valëve të dy rrezeve të emetuara në momente të kohës t-ti t. Duhet të pritet një ndryshim në gjatësinë e valës së rrezes së dytë në krahasim me të parën për shkak të rritjes së potencialit gravitacional të Universit të shkaktuar nga zgjerimi i tij.

Ky eksperiment diskutohet në detaje, kështu që tani do të shqyrtojmë vetëm përfundimet kryesore që mund të nxirren pasi të kryhet.

Oriz. 33. Diagrami skematik i një eksperimenti për të matur zhvendosjen kozmologjike të kuqe të shkaktuar jo nga efekti Doppler, por ndryshimi i potencialit gravitacional brenda Universit.

Rrezja e lazerit drejtohet në një pasqyrë të tejdukshme. Në këtë rast, një pjesë e rrezes kalon nëpër pasqyrë dhe godet detektorin përgjatë rrugës më të shkurtër. Dhe pjesa e dytë e rrezes, e reflektuar nga pasqyra dhe duke kaluar nëpër sistemin e pasqyrave 1, 2, 3, godet detektorin me një vonesë të caktuar kohore. Si rezultat, detektori krahason gjatësitë e valëve të dy rrezeve të emetuara në kohë të ndryshme.

Së pari, ne do të jemi në gjendje të zbulojmë nëse ka apo jo një zhvendosje kozmologjike e kuqe e shkaktuar jo nga shpejtësia e largimit të burimit, por nga vetë fakti i zgjerimit të universit, domethënë nga rritja e potencialit gravitacional brenda universi.

Së dyti, nëse zbulohet një zhvendosje e tillë (dhe ka çdo arsye për këtë), atëherë, në këtë mënyrë, Ne, përmes një eksperimenti laboratorik, do të vërtetojmë vetë faktin e zgjerimit të Universit. Për më tepër, ne do të jemi në gjendje të matim shkallën me të cilën rritet potenciali gravitacional i krijuar nga e gjithë lënda në Univers.

Së treti, duke zbritur nga vlera e zhvendosjes së kuqe në spektrat e galaktikave të largëta atë pjesë që shkaktohet jo nga shpejtësia e largimit të tyre, por nga një ndryshim në potencialin gravitacional, zbulojmë e vërtetë shkalla me të cilën galaktikat po largohen, dhe kështu të jetë në gjendje të korrigjojë vlerësimin aktual të moshës së Universit.

Ndërkohë, grupi ynë lokal po garon drejt qendrës së grupit të Virgjëreshës me 150 milionë kilometra në orë.

Rruga e Qumështit dhe fqinji i saj Andromeda, së bashku me 30 galaktika më të vogla, si dhe mijëra galaktika të Virgjëreshës, tërhiqen të gjitha nga Tërheqësi i Madh. Duke pasur parasysh shpejtësitë në këto shkallë, masa e padukshme që zë boshllëqet midis galaktikave dhe grupimeve të galaktikave duhet të jetë të paktën dhjetë herë më e madhe se lënda e dukshme.

Megjithatë, duke shtuar këtë material të padukshëm në materialin e dukshëm dhe duke marrë masën mesatare të universit, ne marrim vetëm 10-30% të densitetit kritik që nevojitet për të "mbyllur" universin. Ky fenomen sugjeron se universi është "i hapur". Kozmologët vazhdojnë të argumentojnë për këtë temë në të njëjtën mënyrë siç përpiqen, ose "materia e errët".

Besohet se përcakton strukturën e Universit në shkallë të mëdha. Materia e errët ndërvepron në mënyrë gravitacionale me lëndën normale, gjë që i lejon astronomët të vëzhgojnë formimin e mureve të gjata dhe të holla të grupimeve supergalaktike.

Matjet e fundit (duke përdorur teleskopë dhe sonda hapësinore) të shpërndarjes së masës në M31, galaktikën më të madhe në afërsi të Rrugës së Qumështit dhe galaktikave të tjera kanë çuar në njohjen se galaktikat janë të mbushura me materie të errët dhe kanë treguar se një forcë misterioze po mbush boshllëkun e hapësirës boshe duke përshpejtuar zgjerimin e Universit.

Astronomët tani e kuptojnë se fati përfundimtar i universit është i lidhur pazgjidhshmërisht me praninë e energjisë së errët dhe materies së errët. Modeli aktual standard për kozmologjinë sugjeron se universi është 70% energji e errët, 25% materie e errët dhe vetëm 5% lëndë normale.

Ne nuk e dimë se çfarë është energjia e errët apo pse ekziston. Nga ana tjetër, teoria e grimcave sugjeron se në nivelin mikroskopik, edhe një vakum i përsosur është i mbushur me grimca kuantike, të cilat janë një burim natyror i energjisë së errët. Por llogaritjet bazë tregojnë se energjia e errët që prodhohet nga vakuumi është 10,120 herë më e madhe se ajo që vëzhgojmë. Disa procese fizike të panjohura duhet të eliminojnë shumicën, por jo të gjithë, të energjisë së vakumit, duke lënë mjaftueshëm për të përshpejtuar zgjerimin e universit.

Një teori e re e grimcave elementare do të duhet të shpjegojë këtë proces fizik. Teoritë e reja të "tërheqësve të errët" fshihen pas të ashtuquajturit parimi i Kopernikut, i cili thotë se nuk është për t'u habitur që ne vëzhguesit supozojmë se universi është heterogjen. Teori të tilla alternative shpjegojnë zgjerimin e përshpejtuar të vëzhguar të Universit pa përfshirjen e energjisë së errët, dhe në vend të kësaj sugjerojnë se jemi afër qendrës së zbrazëtirës, ​​përtej së cilës një tërheqës më i dendur "i errët" po na tërheq drejt tij.

Në një artikull të botuar në Letrat e rishikimit fizik, Pengzhi Zhang nga Observatori Astronomik i Shangait dhe Albert Stebbins treguan në ekspozitën e Fermilab se modeli popullor i zbrazëtirës dhe shumë të tjerë mund të zëvendësojnë mirë energjinë e errët pa u kundërshtuar me vëzhgimet e teleskopit.

Sondazhet tregojnë se universi është homogjen, të paktën në shkallë deri në gigaparseks. Zhang dhe Stebbins argumentojnë se nëse ekzistojnë parregullsi në shkallë të gjerë, ato duhet të zbulohen si një ndryshim i temperaturës në sfondin kozmik të mikrovalëve të fotoneve relikte të prodhuara 400,000 vjet pas Big Bengut. Kjo ndodh për shkak të shpërndarjes elektron-foton (e anasjellta e shpërndarjes Compton).

Duke u fokusuar në modelin Hubble Bubble të zbrazëtisë, shkencëtarët treguan se në një skenar të tillë, disa rajone të universit do të zgjeroheshin më shpejt se të tjerët, duke rezultuar në një ndryshim më të madh të temperaturës nga sa pritej. Por teleskopët që studiojnë CMB nuk shohin një ndryshim kaq të madh.

Epo, siç tha Carl Sagan, "pretendimet e jashtëzakonshme kërkojnë prova të jashtëzakonshme".