Космология — Расширяющаяся Вселенная

Космология — это изучение вселенной. Прослеживая в то время, было несколько школ мысли о происхождении вселенной. Многие ученые верили в устойчивую государственную теорию . Согласно этой теории, вселенная всегда была одинаковой, у нее не было начала.

В то время как была группа людей, которые верили в теорию Большого взрыва . Эта теория предсказывает начало вселенной. Были свидетельства горячей оставленной радиации от Большого взрыва, который снова поддерживает модель. Теория Большого взрыва предсказывает обилие легких элементов во вселенной. Таким образом, следуя знаменитой модели Большого взрыва, мы можем утверждать, что у Вселенной было начало. Мы живем в расширяющейся вселенной.

Hubble Redshift

В начале 1900-х годов самым большим телескопом в то время был современный телескоп Mt Wilson , 100-дюймовый телескоп. Хаббл был одним из выдающихся ученых, которые работали с этим телескопом. Он обнаружил, что за пределами Млечного Пути были галактики. Внегалактической астрономии всего 100 лет. Гора Уилсон была самым большим телескопом до тех пор, пока не была построена обсерватория Палмера, которая имела 200-дюймовый телескоп.

Хаббл был не единственным, кто наблюдал галактики за пределами Млечного Пути, Хьюмасон помог ему. Они начали измерять спектры близлежащих галактик. Затем они наблюдали, что галактический спектр находился в видимом диапазоне длин волн с непрерывным излучением. На континууме были линии эмиссии и поглощения. По этим линиям мы можем оценить, удаляется ли галактика от нас или к нам.

Когда мы получаем спектр, мы предполагаем, что самая сильная линия исходит от H-α . Из литературы самая сильная линия должна иметь место при 6563 Å , но если эта линия происходит где-то около 7000 Å , мы можем легко сказать, что она имеет красное смещение.

Из специальной теории относительности,

$$1 + z = \ sqrt {\ frac {1+ \ frac {v} {c}} {1- \ frac {v} {c}}}$$

где Z — красное смещение, безразмерное число, а v — скорость спада.

$$\ frac {\ lambda_ {obs}} {\ lambda_ {rest}} = 1 + z$$

Хаббл и Хьюмасон перечислили в своей газете 22 Галактики . Почти все эти галактики демонстрировали красное смещение. Они построили график зависимости скорости (км / с) от расстояния (Мпк). Они наблюдали линейную тенденцию, и Хаббл выдвинул свой знаменитый закон следующим образом.

$$v_r = H_o d$$

Это отношение расстояния Хаббла с красным смещением . Индекс r указывает на расширение в радиальном направлении. В то время как $v_r$ — это скорость падения, $H_o$ — это параметр Хаббла, d — это расстояние от нас до галактики. Они пришли к выводу, что далекие галактики удаляются от нас быстрее, если скорость расширения Вселенной одинакова.

Расширение

Все уходит от нас. Галактики не являются стационарными, всегда есть некоторая гармоника расширения. Единицами параметра Хаббла являются км с ^-1 Мпк ^-1 . Если выходить на расстояние — 1 Мпк, галактики будут двигаться со скоростью 200 км / сек. Параметр Хаббла дает нам скорость расширения. Согласно Хабблу и Хьюмасону, значение $H_o$ составляет 200 км / сек / Мпк.

Данные показали, что все галактики удаляются от нас. Таким образом, очевидно, что мы находимся в центре вселенной. Но Хаббл не совершил эту ошибку, по его мнению, в какой бы галактике мы ни жили, мы обнаружим, что все другие галактики удаляются от нас. Таким образом, вывод состоит в том, что пространство между галактиками расширяется, и нет центра вселенной.

Расширение происходит везде. Однако есть некоторые силы, которые противостоят экспансии. Химические связи, гравитационная сила и другие силы притяжения удерживают объекты вместе. Раньше все объекты были близко друг к другу. Рассматривая Большой Взрыв как импульсивную силу, эти объекты настроены удаляться друг от друга.

Шкала времени

В локальных масштабах кинематика регулируется гравитацией. В первоначальном законе Хаббла было несколько галактик, которые показывали синий сдвиг. Это можно приписать объединенному гравитационному потенциалу галактик. Гравитация отделила вещи от закона Хаббла. Галактика Андромеды приближается к нам. Гравитация пытается замедлить ход событий. Изначально расширение замедлялось, теперь оно ускоряется.

Из-за этого произошел космический рывок . Было сделано несколько оценок параметра Хаббла. Он развивался в течение 90 лет с 500 км / сек / Мпк до 69 км / сек / Мпк. Несоответствие в значении было из-за недооценки расстояния. Цефеидные звезды использовались в качестве калибраторов расстояний, однако существуют различные типы цефеидных звезд, и этот факт не учитывался при оценке параметра Хаббла.

Время Хаббла

Константа Хаббла дает нам реалистичную оценку возраста вселенной. $H_o$ даст возраст Вселенной, если галактики движутся с одинаковой скоростью. Обратное значение $H_o$ дает нам время Хаббла.

$$t_H = \ frac {1} {H_o}$$

Замена текущей стоимости $H_o, t_H$ = 14 миллиардов лет. Скорость расширения была постоянной в начале Вселенной. Даже если это не так, $H_o$ дает полезное ограничение на возраст вселенной. Предполагая постоянную скорость расширения, когда мы строим график между расстоянием и временем, наклон графика определяется скоростью.

В этом случае время Хаббла равно фактическому времени. Однако, если вселенная расширялась быстрее в прошлом и медленнее в настоящем, время Хаббла дает верхний предел возраста вселенной. Если раньше Вселенная медленно расширялась и ускорялась, то время Хаббла даст более низкий предел возраста вселенной.

• $t_H = t_ {age}$ — если скорость расширения постоянна.

• $t_H> t_ {age}$ — если вселенная расширялась быстрее в прошлом и медленнее в настоящем.

• $t_H <t_ {age}$ — если вселенная расширялась медленнее в прошлом и быстрее в настоящем.

$t_H = t_ {age}$ — если скорость расширения постоянна.

$t_H> t_ {age}$ — если вселенная расширялась быстрее в прошлом и медленнее в настоящем.

$t_H <t_ {age}$ — если вселенная расширялась медленнее в прошлом и быстрее в настоящем.

Рассмотрим группу из 10 галактик, которые находятся на 200 Мпк от другой группы галактик. Галактики внутри скопления никогда не приходят к выводу, что вселенная расширяется, потому что кинематика в локальной группе управляется гравитацией.

Космология — это изучение прошлого, настоящего и будущего нашей Вселенной.

Нашей вселенной 14 миллиардов лет.

Вселенная постоянно расширяется.

Параметр Хаббла является мерой возраста вселенной.

Текущее значение H _o составляет 69 км / сек / Мпк.