Vissa astronomer tror att universum så småningom kan fungera som en ödesdigra soufflé, till skillnad från den här, som ser snyggt utbyggd och klar att äta. © iStockphoto.com/robynmac Vi är alla oroliga för vad som kommer att hända i slutet av våra liv. Vi ser andra levande saker dö, och vi vet att det kommer att hända oss. För det är oundvikligt, vi oroar oss för när, var och hur det kommer att hända. Många av oss undrar också om jordens öde. Kommer det vara en gästfri blå boll för alltid, eller kommer den så småningom att konsumeras av solen när den sväller från en medelstor gul stjärna till en röd jätte? Eller kanske förgiftar vi vår planet, och det kommer att flyta, kallt och ödsligt, genom rymden. Om något sådant skulle hända, hur lång tid skulle det ta? Hundra år? Tusen? En miljon?
Vissa astronomer - de som kallar sig kosmologer - ställer liknande frågor om universum. Skalan som dessa forskare arbetar med, självklart, är mycket annorlunda. Universum är enormt jämfört med en enda planet, även en enda galax, och dess tidslinje är mycket, mycket längre. På grund av detta, kosmologer kan inte med säkerhet veta hur universum började eller hur det kommer att sluta. Dom kan, dock, samla bevis, göra utbildade gissningar och etablera teorier.
En sådan teori, om universums framtid, är lekfullt känd som "den stora knäcken". Enligt denna teori, universum kommer en dag att sluta expandera. Sedan, som tyngdkraften drar på saken, universum kommer att börja dra ihop sig, faller inåt tills det har kollapsat tillbaka till en superhett, supertät singularitet. Om teorin stämmer, universum är som en gigantisk soufflé. Det börjar smått, expanderar sedan när det värms upp. Så småningom, dock, soufflén svalnar och börjar kollapsa.
Ingen gillar en fallen soufflé, och vi borde inte gilla ett universum som beter sig som ett. Det stavar undergången för varje galax, stjärna och planet som för närvarande existerar. Lyckligtvis, den stora krisen är ingen garanti. Kosmologer är för närvarande engagerade i en het debatt. Ett läger säger att soufflén kommer att falla; det andra lägret säger att soufflén kommer att expandera för alltid. Det kommer att gå miljarder år innan vi säkert vet vilket läger som är rätt.
Under tiden, låt oss dyka djupare in i den stora krisen för att förstå vad det är och vad det betyder för universum. Eftersom den stora krisen faktiskt är en följd av big bang, låt oss börja där.
Innehåll
Medan många tror att big bang -teorin hänvisar till en explosion, det hänvisar faktiskt till universums expansion. 2008 HowStuffWorks Även om How the Big Bang Theory Works täcker universums ursprung i detalj, det kommer att vara användbart att täcka grunderna här. Den korta versionen går så här:För cirka 15 miljarder år sedan, all materia och energi tappades i en otroligt liten region som kallas en säregenhet . På ett ögonblick, denna enda punkt av supertätt material började expandera i en förvånansvärt snabb takt. Astronomer förstår inte helt vad som orsakade expansionen, men de använder termen "big bang" för att beskriva både singulariteten och de första ögonblicken som följde.
När det nyfödda universum expanderade, det började svalna och bli mindre tätt. Tänk på en ångstråle som kommer från en vattenkokare. Nära tapplocket, ångan är ganska varm, och ångmolekylerna koncentreras i ett trångt utrymme. När ångan rör sig bort från vattenkokaren, dock, ångan svalnar när molekylerna sprids över ditt kök. Samma sak hände efter big bang. Inom ungefär 300, 000 år, allt som innehöll inom singulariteten hade expanderat till en sjudande, ogenomskinlig sfär av materia och strålning. Som det gjorde, temperaturen sjönk till 5, 432 grader Fahrenheit (3, 000 grader Celsius), så att mer stabila partiklar kan bildas. Först kom elektroner och protoner, som sedan kombinerades för att bilda väte- och heliumatomer.
Universum fortsatte att expandera och tunna ut. Du kan bli frestad att föreställa dig detta unga universum som en gryta, med klumpar av material som flyter i tjock sås. Men astronomer tror nu att det var mer som en soppa, mycket jämn i densitet förutom några små fluktuationer. Dessa störningar var bara tillräckligt stora för att få material att sammanfalla. Enorma kluster av protogalaxier började bildas. Protogalaxierna mognade till galaxer , stora öar av gas och damm som födde miljarder stjärnor. Runt några av dessa stjärnor, tyngdkraften drog ihop stenar, is och andra material för att bilda planeter. På minst en av dessa planeter, livet utvecklades, cirka 11 miljarder år efter att big bang startade allt.
Idag, universum fortsätter att expandera, och astronomer har bevis för att bevisa det. Strax, Vi ska undersöka några av de bevisen.
Om big bang -teorin är korrekt, då borde astronomer kunna upptäcka universums expansion. Edwin Hubble, namnet på Hubble -rymdteleskopet, var en av de första forskarna som observerade och mätte denna expansion. År 1929, han studerade spektra , eller regnbågar, av avlägsna galaxer genom att låta ljuset från dessa föremål passera genom ett prisma på hans teleskop. Han märkte att ljus från nästan varje galax flyttades till den röda änden av spektrumet. För att förklara observationen, vände han sig till Doppler -effekt , ett fenomen som de flesta förknippar med ljud. Till exempel, när en ambulans närmar oss på gatan, sirenens tonhöjd verkar öka; när det går, tonhöjden minskar. Detta händer eftersom ambulansen antingen kommer ikapp de ljudvågor den skapar (ökad tonhöjd) eller går bort från dem (minskad tonhöjd).
Hubble menade att ljusvågor skapade av galaxer betedde sig på samma sätt. Om en avlägsen galax rusade mot vår galax, han argumenterade, den skulle röra sig närmare ljusvågorna som den producerade, vilket skulle minska avståndet mellan vågkammar och flytta dess färg till den blå änden av spektrumet. Om en avlägsen galax rusade bort från vår galax, den skulle röra sig bort från ljusvågorna den skapade, vilket skulle öka avståndet mellan vågkammar och flytta dess färg till spektrumets röda ände. Efter att han konsekvent observerat röda förändringar, Hubble utvecklade det vi kallar Hubbles lag :Galaxer rör sig bort från oss med en hastighet som är proportionell mot deras avstånd från jorden.
Idag, de röda skiftningarna av avlägsna himmelsobjekt står som ett starkt bevis på att universum expanderar. Men allt som expanderar måste slutligen sluta, höger? Kommer inte universum, precis som en boll som kastas mot himlen, nå någon maximal expansionspunkt, sluta och sedan falla tillbaka till där det började? Som vi får se nästa, det är ett av tre möjliga scenarier.
Bakgrundskontroll
Starka bevis för big bang kommer också från den kosmiska mikrovågsbakgrundstrålningen (CMB). Dessa mikrovågor är samma typ som du använder för att laga mat i ditt kök, förutom att de är spridda över hela universum. Faktiskt, de är så jämnt spridda i rymden att astronomer nu tror att CMB -strålningen är ekot av big bang, den döende flämtningen av explosionen som födde det kosmos vi känner idag.
Hur saker fungerar Nästan alla astronomer accepterar att universum expanderar. Vad som händer sedan är det verkliga mysteriet. Lyckligtvis, det finns bara tre verkliga möjligheter:Universum kan vara öppet, platt eller stängd.
Öppet universum. I detta scenario, universum kommer att expandera för evigt, och som det gör, den kommer att spridas tunnare och tunnare. Så småningom, galaxerna tar slut på råvarorna som behövs för att skapa nya stjärnor. Stjärnor som redan finns kommer långsamt att slockna, som döende glöd. Istället för brinnande vaggar, galaxer kommer att bli kistor fyllda med damm och döda stjärnor. Vid det tillfället, universum kommer att bli mörkt, kallt och, tyvärr för oss, livlös.
Platt universum . Föreställ dig en marmor som rullar på en oändligt lång träyta. Det finns tillräckligt med friktion för att sakta ner marmorn, men inte tillräckligt för att göra det snabbt. Marmor kommer att rulla länge, så småningom kusterar till ett långsamt och försiktigt stopp. Detta är vad som kommer att hända med ett plant universum. Det kommer att förbruka all energi från big bang och, når jämvikt, kusten stannar långt in i framtiden. På många sätt, detta är bara en variant av det öppna universum eftersom det kommer att ta, bokstavligen, för alltid för universum att nå jämviktspunkten.
Stängt universum . Knyt ena änden av en elastisk sladd till ditt ben, den andra änden till skenan på en bro och sedan hoppa av. Du kommer att accelerera nedåt snabbt tills du börjar sträcka sladden. När spänningen ökar, sladden saktar ner din nedstigning gradvis. Så småningom, du kommer att sluta helt, men bara för en sekund som sladden, sträckte sig till sin gräns, ryckte dig tillbaka mot bron. Astronomer tror att ett slutet universum kommer att bete sig på ungefär samma sätt. Dess expansion kommer att sakta ner tills den når en maximal storlek. Då kommer det att backa, kollapsar tillbaka på sig själv. Som det gör, universum kommer att bli tätare och varmare tills det slutar i ett oändligt varmt, oändligt tät singularitet.
Ett slutet universum kommer att leda till en stor knas - motsatsen till big bang. Men vad är oddsen för att ett slutet universum är mer troligt än ett öppet eller plant universum? Astronomer börjar komma med några utbildade gissningar.
För att avgöra om universum kommer att expandera för evigt, stoppa eller kollapsa på sig själv, astronomer måste bestämma vilken av två motsatta krafter som kommer att vinna en kosmisk dragkamp. En av dessa krafter är smälldelen av big bang - explosionen som katapulterade universum utåt i alla riktningar. Den andra kraften är gravitation, drag ett objekt utövar på ett annat. Om gravitationen i universum är tillräckligt stark, det kan regera i expansionen och få universum att dra ihop sig. Om inte, universum kommer att fortsätta att expandera för alltid.
Även om astronomer vet att universum expanderar, de kan inte exakt mäta kraften som är ansvarig för expansionen. Istället, de försöker mäta universums densitet. Ju högre densitet, desto större gravitationskraft. Tillämpa denna logik, det måste finnas en densitetströskel - en kritisk gräns - som avgör om gravitationen i universum är tillräckligt stark för att stoppa expansionen och rulle in allt igen. Om densiteten är större än den kritiska gränsen, då kommer universum att sluta expandera och börja dra ihop sig. Om det är mindre än den kritiska gränsen, då kommer universum att expandera för evigt. Astronomer representerar detta matematiskt med följande ekvation:
Ω =faktisk genomsnittlig densitet/kritisk densitet
Om omega (Ω) är större än 1, då kommer universum att stängas. Om det är mindre än 1, universum kommer att vara öppet. Och om det är lika med 1, universum kommer att vara platt. Baserat på den sak vi kan se, som galaxer, stjärnor och planeter, universumets densitet verkar ligga under det kritiska värdet. Detta skulle föreslå ett öppet universum som kommer att expandera för alltid. Men kosmologer tror att det finns en annan typ av materia som inte kan ses. Detta mörk materia kan stå för mycket mer av universum än vanligt, synlig materia och kan ha tillräckligt med gravitation för att stoppa, och sedan backa, expansionen.
Nyligen, astronomer har gjort några observationer som tyder på att det finns ett annat osynligt material i kosmos: mörk energi . Kan mörk energi ha stor inverkan på universums öde?
Vi är stora på " Stor "Begreppet "big bang" började som ett skämt - en nedsättande anmärkning från astronomen Fred Hoyle. Men namnet fastnade och skapade en rad nomenklatur knockoffs. Ett universum som expanderar för alltid kommer att ge en "stor kyla" eller en "stor frysning". Ett universum som kollapsar till en singularitet och exploderar utåt igen kommer att uppleva en "stor knas" följt av en "stor studs". Och ett universum som når jämvikt och inte gör någonting kommer att bli en "stor borrning".
Bilden och förstoringen här till vänster är en supernova som Hubble fångade på en kamera som exploderade för 10 miljarder år sedan. Kallades 1997ff, det förstärkte kraftigt fallet för existensen av mörk energi som genomsyrar kosmos. Foto med tillstånd av NASA-GSFC Precis som astronomer kämpade med påverkan av mörk materia, de gjorde en upptäckt som fick dem att gå tillbaka till svarta tavlan igen. Upptäckten kom 1998, när världens bästa teleskop avslöjade den typen Ia supernovor - döende stjärnor som alla har samma inneboende ljusstyrka- var längre bort från vår galax än de borde ha varit. För att förklara denna observation, astronomer föreslog att universums expansion faktiskt accelererar eller påskyndas. Men vad skulle göra att expansionen gick snabbare? Är inte gravitationen inneboende i mörk materia tillräckligt stark för att förhindra en sådan expansion?
Som det visar sig, det finns mer i den kosmiska historien än man tidigare trott. Vissa kosmologer tror nu att något annat - något lika oförklarligt och obemärkt som mörk materia - lurar i universum. De hänvisar ibland till dessa osynliga saker som mörk energi . Till skillnad från gravitationen, som drar på universum och bromsar dess expansion, mörk energi driver på universum och arbetar för att påskynda expansionen. Och det är mycket av det. Astronomer uppskattar att universum kan vara 73 procent mörk energi. Mörk materia, de tror, utgör ytterligare 23 procent, och vanlig materia - det vi kan se - utgör ynka 4 procent [källa:Brecher]. Med sådana siffror och med tanke på att mörk energi är en inflationskraft, det är lätt att se hur den stora krisen aldrig kan hända alls.
Intressant, Albert Einstein förutspådde förekomsten av mörk energi redan 1917 när han försökte balansera ekvationerna för hans allmänna relativitetsteori. Han kallade det inte mörk energi då. Han kallade det för kosmologisk konstant och märkte det lambda i sina beräkningar. Även om han inte kunde bevisa det, Einstein tyckte att det måste finnas en motbjudande kraft i universum för att sprida allt så jämnt. Så småningom, han ångrade sig, kallar lambda sin största misstag.
Nu, forskare undrar om Einstein kan ha rätt igen - om inte, självklart, han har fel. Strax, vi kommer att undersöka varför vissa fortfarande håller den stora krisen högt och varför det kanske inte är slutet på universum, men en andra början.
Den stora studsen tar på universums livscykel HowStuffWorks
Klart, det finns inget enkelt svar när det gäller att förutsäga universums öde. Men låt oss för ett ögonblick föreställa oss att universums densitet ligger över det kritiska värde som krävs för att stoppa expansionen. Detta skulle leda till den stora krisen, vilket på många sätt skulle vara som att slå tillbaka på knappen på en videobandspelare. När tyngdkraften i universum drog tillbaka allt, galaxkluster skulle komma närmare varandra. Sedan skulle enskilda galaxer börja smälta samman tills, efter miljarder år, en megagalax skulle bildas.
Inuti denna gigantiska kittel, stjärnor skulle smälta ihop, vilket gör att allt utrymme blir varmare än solen. Så småningom, stjärnor skulle explodera och svarta hål skulle dyka upp, långsamt först och sedan snabbare. När slutet närmade sig, de svarta hålen skulle suga upp allt omkring dem. Till och med de skulle samlas vid något tillfälle för att bilda ett monstruöst svart hål som skulle dra universum stängt som en dragsko. I slutet, ingenting skulle förbli utom en super het, supertät singularitet-fröet till ett annat universum. Många astronomer tror att fröet skulle gro i en "stor studs, "börja hela processen om igen.
Det är inte den enda teorin. Några kosmologer, ledd av Paul J. Steinhardt från Princeton University och Neil Turok från Cambridge University, har nyligen hävdat att den stora kyla och den stora krisen inte utesluter varandra. Deras modell fungerar så här:Universum började med big bang, som följdes av en period av långsam expansion och gradvis ackumulering av mörk energi. Det är här vi är idag. Vad som händer sedan är mycket spekulativt, men Steinhardt och Turok tror att den mörka energin kommer att fortsätta att ackumuleras och, som det gör, kommer att stimulera kosmisk acceleration. Universum kommer aldrig att sluta expandera, men kommer att spridas ut över biljoner år, sträcker all materia och energi till en sådan extremitet att vårt enda universum kommer att delas upp i flera universum. Inuti dessa universum, den mystiska mörka energin kommer att förverkligas till normal materia och strålning. Detta kommer att utlösa ännu en stor smäll - kanske flera av dem - och en annan cykel av expansion.
Om du är upprörd över allt det här snacket om att krossa och expandera, du kan trösta dig med att veta att universums öde inte kommer att bestämmas för miljarder, kanske till och med biljoner, av år. Det ger dig gott om tid att fokusera på saker som är lite säkrare, som din egen livscykel för födseln, tillväxt och död.
Ursprungligen publicerat:2 mar, 2009
