الفلك

التفسير الأساسي لتذبذبات الباريون الصوتية ؛ ماذا لو كان أي شيء يتأرجح بالفعل؟

التفسير الأساسي لتذبذبات الباريون الصوتية ؛ ماذا لو كان أي شيء يتأرجح بالفعل؟

يطلق مشروع Sloan Digital Sky Survey Collaboration التابع لشركة Sci-News روابط جديدة ثلاثية الأبعاد لخريطة الكون لمقطعي الفيديو

ويقول

سيتم نشر نتائج الفريق في سلسلة من 20 ورقة بحثية في الإخطارات الشهرية للجمعية الفلكية الملكية.

بعد01:30في الفيديو الثاني ، يقول جيامين هو من معهد ماكس بلانك لفيزياء خارج الأرض:

ومع ذلك ، يحتوي الانزياح الأحمر على عنصر إضافي يرجع إلى سرعة المجرة نفسها ، والذي يتحرك استجابة لجاذبية الجاذبية للمادة المحيطة ، ولا يمكن فصل هذين المكونين عن بعضهما البعض. لكن التحليل الإحصائي لنظام eBOSS يسمح لنا بتمييز تأثيرات السرعة عن تأثيرات التوسع.

لقد بحثت أيضًا في:

  • ويكيبيديا: Baryon_acoustic_oscillations ؛ صوت كوني
  • استطلاعات SDSS.org ؛ eBOSS

لكن لا يمكنني فهم ما يعنيه مصطلح "اهتزازات الباريون الصوتية" حقًا.

سؤال: هل من الممكن ان اكتب أو اقتبس شرحًا أساسيًا ما هؤلاء؟ على سبيل المثال ، هل يعني التذبذب أن هناك أشياء تتحرك ذهابًا وإيابًا بسبب بعض قوة الاستعادة؟ هل يوجد شيء مشابه "لموجة صوتية" في مكان ما؟ أم أن هناك مجرد قطعة من شيء يظهر خطًا متذبذبًا يرتفع لأعلى ولأسفل؟


TL ؛ dr لا شيء يتأرجح الآن ، لكنه كان في بداية الكون. الآن فقط نرى الآثار المجمدة

هذه مجرد محاولة لتفسير مبسط لمقالة ويكيبيديا المرتبطة بالسؤال.

كانت هناك موجات ضغط في بدايات الكون. لقد أتوا من توازن الجاذبية وضغط الإشعاع (كانت المادة في ذلك الوقت ساخنة بدرجة كافية لتكون معتمًا). حيثما تصادف وجود كثافة أعلى محليًا (للمادة والإشعاع والمادة المظلمة) ، فإن الضغط الزائد سيؤدي إلى تمدد ، ثم تتسبب الجاذبية في حدوث تقلص يرسل موجات (وفقًا للمقال) بنصف سرعة الضوء.

مع توسع الكون وتبريده ، أصبحت المادة شفافة في النهاية (كانت الهيدروجين وغاز الهيليوم) مما سمح لضغط الإشعاع بالهروب وترك كثافات أعلى في موقع التركيز الأصلي وفي قمة الموجة على بعد مسافة معينة (لكن نفس المسافة المعينة للموجات الأولى من كل تركيز). تلك الكثافات العالية هي المكان الذي تشكلت فيه المجرات ، لذا ما نبحث عنه اليوم هو فائض من المجرات عند فاصل معين وهذا ما نراه.


عند تشغيل الطاقة المظلمة (تحديث)

يساعد سجل التذبذبات الصوتية للباريون (الدوائر البيضاء) في خرائط المجرة علماء الفلك على تتبع تاريخ الكون المتوسع. تظهر هذه الصور التخطيطية الكون في ثلاث أوقات مختلفة. تُظهر الصورة ذات الألوان التمثيلية الموجودة على اليمين "الخلفية الكونية الميكروية" ، وهو رقم قياسي لما بدا عليه الكون الصغير جدًا قبل 13.7 مليار سنة. ثم نمت الاختلافات الصغيرة في الكثافة إلى عناقيد وجدران وخيوط المجرات التي نراها اليوم. تضمنت هذه الاختلافات إشارة التذبذبات الصوتية الباريونية الأصلية (دائرة بيضاء ، يمين). مع توسع الكون (في الوسط واليسار) ، لا تزال هناك أدلة على تذبذبات الباريون ، مرئية في "ذروة الفصل" بين المجرات (الدوائر البيضاء الأكبر). نتائج SDSS-III التي تم الإعلان عنها اليوم (وسط) هي لمجرات تبعد 5.5 مليار سنة ضوئية ، في الوقت الذي كانت فيه الطاقة المظلمة مفعّلة. مقارنتها بالنتائج السابقة من المجرات التي تبعد 3.8 مليار سنة ضوئية (على اليسار) تقيس كيف توسع الكون بمرور الوقت. الائتمان: E.M. Huff ، وفريق SDSS-III ، وفريق تلسكوب القطب الجنوبي. رسم زوسيا رستميان

(PhysOrg.com) - على بعد حوالي ستة مليارات سنة ضوئية ، تقريبًا في منتصف المسافة من الآن إلى الانفجار العظيم ، كان الكون يمر بتغير عنصري. كان الكون يتوسع بشكل أبطأ من أي وقت مضى ، حيث تم الاحتفاظ به حتى ذلك الحين بسبب الجاذبية المتبادلة لجميع المواد التي يحتويها. ثم ، مع انتشار المادة وتناقص كثافتها ، سيطرت الطاقة المظلمة وبدأ التوسع يتسارع.

أعلن اليوم BOSS ، المسح الطيفي لتذبذب باريون ، وهو أكبر مكون في مسح سلون الرقمي الثالث للسماء (SDSS-III) ، عن القياس الأكثر دقة حتى الآن لمقياس المسافة في الكون خلال العصر الذي كانت فيه الطاقة المظلمة قيد التشغيل.

يقول David Schlegel من قسم الفيزياء في الولايات المتحدة: "لقد أجرينا قياسات دقيقة للهيكل الواسع النطاق للكون منذ خمسة إلى سبعة مليارات سنة مضت & # 150 وهو أفضل مقياس حتى الآن لحجم أي شيء خارج مجرة ​​درب التبانة". مختبر لورانس بيركلي الوطني التابع لوزارة الطاقة (مختبر بيركلي) ، الباحث الرئيسي في BOSS. "نحن ندفع إلى المسافات عندما يتم تشغيل الطاقة المظلمة ، حيث يمكننا البدء في إجراء تجارب لمعرفة سبب التوسع المتسارع."

كيفية قياس التوسع في الكون المتسارع

تم الإعلان عن التوسع المتسارع قبل أقل من 14 عامًا من قبل كل من مشروع علم الكونيات المستعر الأعظم (SCP) ومقره في Berkeley Lab وفريق High-z Supernova Search المتنافس ، وهو اكتشاف نتج عنه جوائز نوبل لعام 2011 لفريق SCP's Saul Perlmutter و High-z Team عضوين بريان شميت وآدم ريس. قد ينتج التسارع عن شيء غير معروف يُدعى "الطاقة المظلمة" & # 150 أو قد تكون الطاقة المظلمة مجرد وسيلة للقول إننا لا نفهم كيف تعمل الجاذبية حقًا.

تتمثل الخطوة الأولى في اكتشاف ذلك في إنشاء تاريخ مفصل للتوسع. على عكس عمليات البحث عن المستعرات الأعظمية ، التي تعتمد على سطوع النجوم المتفجرة ، يستخدم BOSS تقنية تسمى اهتزاز الباريون الصوتي (BAO) لتحديد المسافات إلى المجرات البعيدة.

يقيس تذبذب الباريون الصوتي الزاوية عبر السماء لهياكل ذات حجم معروف ، وهي القمم التي تتجمع فيها المجرات بكثافة أكبر في شبكة من الخيوط والفراغات التي تملأ الكون. نظرًا لأن قمم الكثافة هذه تتكرر بانتظام ، فإن الزاوية بين أزواج المجرات المناسبة كما تم قياسها بدقة من الأرض تكشف عن المسافة بينهما & # 150 كلما كانت الزاوية الظاهرة أضيق ، كلما كانت أبعد.

معرفة المسافة إلى جسم ما يخبرنا عن عمره أيضًا ، لأن ضوءه ينتقل من هناك إلى هنا بسرعة معروفة. ويكشف الانزياح الأحمر للضوء كيف توسع الكون منذ ذلك الوقت ، حيث يمتد التمدد للفضاء نفسه ، يمتد الطول الموجي للضوء الذي يسافر عبر الفضاء باتجاه الأرض بشكل متناسب ، ليصبح أكثر احمرارًا ويكشف عن تمدد الكون منذ أن غادر الضوء مصدره.

"أول نتائج كونية رئيسية لـ BOSS تحدد المواضع الدقيقة ثلاثية الأبعاد لـ 327،349 مجرة ​​ضخمة عبر 3275 درجة مربعة من السماء ، وصولًا إلى الانزياح الأحمر 0.7 & # 150 أكبر عينة من الكون تم مسحها على الإطلاق بهذه الكثافة العالية ،" يقول Martin White من قسم الفيزياء في Berkeley Lab ، وهو أستاذ الفيزياء وعلم الفلك في جامعة كاليفورنيا في بيركلي ورئيس فرق المسح العلمي BOSS. "متوسط ​​الانزياح الأحمر لـ BOSS هو 0.57 ، أي ما يعادل حوالي ستة مليارات سنة ضوئية. يعطي BOSS هذه المسافة في حدود 1.7 بالمائة & # 150 2094 ميغا فرسخس زائد أو ناقص 34 ميغا فرسخاخ & # 150 وهي المسافة الأكثر دقة التي تم الحصول عليها من مسح المجرة "

كان أصل BAO ، وهو التجمع المنتظم للمادة العادية (يسمى "الباريونات" حسب الاصطلاح الفلكي) ، هو ضغط الموجات الصوتية ("الصوتية") التي تتحرك عبر الكون عندما كان لا يزال ساخناً لدرجة أن الضوء والمادة كانا مختلطين معًا في نوع من الحساء ، حيث تخلق الموجات الصوتية مناطق ذات كثافة متفاوتة بانتظام ("التذبذب"). بحلول 380000 سنة بعد الانفجار العظيم ، أدى التمدد إلى تبريد الحساء بدرجة كافية حتى تتكثف المادة العادية في ذرات الهيدروجين (كانت المادة المظلمة غير المرئية أيضًا جزءًا من الحساء) ولكي يسير الضوء في طريقه المنفصل.

في تلك اللحظة ، تم الحفاظ على الاختلافات في الكثافة كتغيرات في درجة حرارة الخلفية الكونية الميكروية (CMB) ، وهي ظاهرة تم قياسها لأول مرة من قبل عالم الفيزياء الفلكية في مختبر بيركلي جورج سموت ، والتي شارك فيها جائزة نوبل لعام 2006. المناطق الأكثر دفئًا في مناطق إشارة CMB حيث كانت كثافة المادة أكبر ، كانت هذه المناطق تزرع المجرات وعناقيد المجرات التي تشكل بنية الكون واسعة النطاق اليوم. وهكذا فإن الخلفية الكونية الميكروية تحدد المقياس الأساسي لتذبذب الباريون الصوتي المستخدم لقياس تاريخ تمدد الكون.

يمكن تطبيق بيانات BOSS الخاصة بتكتل المجرات والانزياح الأحمر ليس فقط على BAO ولكن أيضًا على تقنية منفصلة تسمى "تشوهات الانزياح الأحمر في الفضاء" & # 150 وهو اختبار مباشر للجاذبية يقيس مدى سرعة تحرك المجرات المجاورة معًا لتشكيل عناقيد مجرية.

لكل تعريض لمدة 15 دقيقة للسماء العميقة ، يقوم علماء الفلك بتوصيل ألف ألياف بصرية في لوحة تناسب المستوى البؤري لتلسكوب سلون. تغذي كل ليف ضوء مجرة ​​فردية لجهاز BOSS الطيفي المتقدم. مصدر الصورة: دان لونج ، كبير مهندسي العمليات ، مرصد أباتشي بوينت

ماذا لو لم تكن الطاقة المظلمة قوة أو مادة غير معروفة ، ولكنها عوضًا عن ذلك قصور في نظرية النسبية العامة لألبرت أينشتاين ، أفضل نظرية لدينا حتى الآن عن الجاذبية؟ تتنبأ النسبية العامة بمدى السرعة التي يجب أن تتحرك بها المجرات تجاه بعضها البعض في عناقيد المجرات ، وفي المجمل ، تتنبأ بمدى سرعة نمو بنية الكون. أي خروج عن تنبؤاته سيعني أن النظرية معيبة.

"نحن نعتمد على الانزياح الأحمر لمعرفة معدلات التوسع وكيف كانت البنية تنمو في أوقات مختلفة في الماضي" ، كما تقول بيث ريد ، زميلة هابل في مختبر لورانس بيركلي الوطني الذي أدار دراسة BOSS للانزياح الأحمر في الفضاء. "لكن الانزياحات الحمراء ليست موحدة. يتم نقل المجرات في تدفق هابل مع تمدد الكون ، ولكن لها أيضًا سرعاتها الخاصة. تميل إلى السقوط نحو المناطق الأكثر كثافة ، على سبيل المثال. لأن المجرات الموجودة على الجانب البعيد من المنطقة قادمة نحونا ، فإن انزياحها الأحمر يجعلها تبدو أقرب مما هي عليه في الواقع ، والعكس صحيح بالنسبة للمجرات الموجودة على الجانب القريب ، والتي تتساقط بعيدًا عنا & # 150 فهي تنظر بعيدًا. "

يمكن أن يأخذ التحليل الإحصائي للانزياح الأحمر لمئات الآلاف من المجرات في مجموعة بيانات BOSS في الاعتبار خصوصيات التباين المحلي ولا يزال ينتج مقياسًا يمكن الاعتماد عليه للمسافة ومعدل توسع هابل ومعدل نمو البنية في الكون. باستخدام هذه التقنيات ، قامت ريد وزملاؤها بقياس الجاذبية على مقياس من 100 مليون سنة ضوئية ، وهو أكبر بكثير من مقياس الجاذبية الأكثر دقة حتى الآن ، والذي يعتمد على المسافة من الأرض إلى القمر.

الأدوات المناسبة للقيام بالمهمة

حصل BOSS على هذه المقاييس الأفضل حتى الآن مع تلسكوب سلون واسع المجال في مرصد Apache Point في نيو مكسيكو ، المصمم خصيصًا لمسوح المجرات ولكن تركيب مطياف أكثر تعقيدًا بكثير مما كان متاحًا لمسوحات SDSS السابقة.

تقول ناتالي رو ، مديرة قسم الفيزياء في مختبر بيركلي وعالمة الأدوات في BOSS ، "يظل تلسكوب سلون البالغ طوله 2.5 مترًا المرفق الأول في العالم للتحليل الطيفي واسع النطاق لأنه يستخدم أجهزة قياس الطيف التي تعمل بالألياف ، والتي توفر ميزة عددية هائلة". توجيه البناء لأجهزة الطيف الجديدة.

لكل تعريض مدته 15 دقيقة ، يغطي ثلاث درجات من السماء ، يتم إدخال ألف ألياف بصرية يدويًا في "ألواح التوصيل" المصنوعة من الألومنيوم ، ويتم وضعها في المستوى البؤري للتلسكوب ، ويتم استهداف كل ليف من الألياف الضوئية في مجرة ​​لامعة بعيدة محددة ، تم اختيارها من SDSS سابقًا التصوير. تستخدم أداة BOSS أليافًا أكثر بنسبة 50 في المائة من عمليات SDSS السابقة ، ولكل منها قطر أدق لمزيد من التغطية ودقة أكثر دقة ، يشتمل مخطط الطيف الجديد على كاميرتين أحمرتين باستخدام أجهزة CCD الفلكية السميكة والحساسة للأحمر التي تم اختراعها وتصنيعها في مختبر بيركلي ، بالإضافة إلى اثنتين كاميرات زرقاء جديدة.

يقول ستيفن بيلي من قسم الفيزياء ، الذي يصف نفسه بأنه "جليسة الأطفال لخط الأنابيب" جميع البيانات التي جمعتها BOSS تتدفق عبر خط أنابيب معالجة البيانات في مختبر بيركلي. من خلال العمل مع شليغل في مختبر بيركلي وآدم بولتون في جامعة يوتا ، قام بايلي "بتحويل البيانات إلى شيء يمكننا استخدام & # 150 كتالوجات لمئات الآلاف من المجرات ، وفي النهاية أكثر من مليون مجرة ​​، تم تحديد كل منها من خلال مواقعها ثنائية الأبعاد في السماء وانزياحاتهم الحمراء ". تتم معالجة البيانات وتخزينها على مجموعة كمبيوتر Riemann ، التي تديرها مجموعة خدمات الحوسبة عالية الأداء في Berkeley Lab.

يعتمد المحصول الحالي من أوراق BOSS على أقل من ربع البيانات التي ستستمر BOSS في جمعها حتى انتهاء المسح في عام 2014. حتى الآن ، تشير جميع خطوط الاستفسار إلى ما يسمى "نموذج التوافق" للكون: الكون "المسطح" (الإقليدي) الذي ازدهر من الانفجار العظيم قبل 13.7 مليار سنة ، ربعه مادة مظلمة باردة و # 150 بالإضافة إلى نسبة قليلة في المائة من المادة الباريونية المرئية العادية (الأشياء التي صنعناها). يُعتقد أن كل ما تبقى هو طاقة مظلمة في شكل ثابت آينشتاين الكوني: طاقة صغيرة ولكن غير قابلة للاختزال من أصل محير والتي تمد الفضاء نفسه باستمرار.

يقول شليغل إنه من السابق لأوانه الاعتقاد بأن هذه نهاية القصة. "استنادًا إلى الملاحظات المحدودة للطاقة المظلمة التي أجريناها حتى الآن ، قد يكون الثابت الكوني هو أبسط تفسير ، ولكن في الحقيقة ، لم يتم اختبار الثابت الكوني على الإطلاق. إنه متوافق مع البيانات ، ولكن لدينا حقًا فقط القليل من البيانات. لقد بدأنا للتو في استكشاف الأوقات التي تعمل فيها الطاقة المظلمة. إذا كانت هناك مفاجآت كامنة هناك ، نتوقع العثور عليها ".

"تجميع المجرات في المسح الطيفي لتذبذب الباريون SDSS-III: قياسات نمو البنية ومعدل التمدد عند z = 0.57 من التجمع متباين الخواص ،" بواسطة Reid et al ، تم تقديمها إلى الإخطارات الشهرية للجمعية الفلكية الملكية.


ما نوع القوة التي تنتج التذبذب؟

القوة التي تحافظ على نظام الكتلة الزنبركية يتأرجح ذهابًا وإيابًا ، من اليسار إلى اليمين ثم من اليمين إلى اليسار - يجب أن تكون مختلفة عن تفاعل كولوم. يظل تفاعل كولوم جذابًا إذا تفاعلت الجسيمات المشحونة عكسيا. يتسارعون تجاه بعضهم البعض. الجسيمات المشحونة عكسيا ، مثل الإلكترون و

يمكن للبروتون في ذرة الهيدروجين أن يسلك مسارات متذبذبة متبادلة فيما يتعلق ببعضها البعض ، أقرب وأبعد وأقرب وأبعد. لكن القوة لا تغير اتجاهها أبدًا - دائمًا نحو الجسيم الآخر.

يظل تفاعل كولوم أيضًا مثيرًا للاشمئزاز إذا تفاعل جسيمان مشحونان. يسرعون الابتعاد عن بعضهم البعض. يتباطأ الإلكترون الذي يتحرك نحو إلكترون آخر بسبب التنافر ، ثم يتوقف ، ثم يستدير وينطفئ. لكن القوة لا تغير الاتجاه أبدًا - دائمًا بعيدًا عن الجسيم الآخر.

يكون تفاعل الجاذبية دائمًا جذابًا ، بغض النظر عن حالة حركة كتلتين: إذا كانت الكتلتان في البداية تتحركان بعيدًا عن بعضهما البعض ، فإنها تبطئ فقط وقد تستدير ، وهي نقطة تحول في الحركة. في علم الفلك ، نرى هذا طوال الوقت عند النظر إلى نظام نجمي ثنائي ، نجمان هائلان يدوران حول مركز كتلتهما في مدارات بيضاوية للغاية في بعض الأحيان ، مثل النجم 1 (الأحمر) والنجم 2 (الأزرق) في الرسم التخطيطي. لكن قوة الجاذبية لا تغير الاتجاه أبدًا - دائمًا تجاه الجسم الآخر.

ومع ذلك ، فإن الينابيع مختلفة.

بالنسبة لنظام الكتلة الزنبركية ، يجب أن تغير القوة اتجاهها ، مرتين في كل دورة. عندما يكون النظام في

الوضع "المريح" ، نسميه التوازن ، حيث ينتهي الزنبرك بعد أن يستنزف الاحتكاك كل الطاقة الحركية. من الملائم الإشارة إلى هذا الموضع على أنه نقطة الصفر لمحور التذبذب: x = 0.00 m. في هذا الوضع ، يكون الزنبرك جالسًا هناك ، يتراخى ، ولا يدفع أو يسحب.

ومع ذلك ، عندما تكون الكتلة على يسار التوازن ، على سبيل المثال ، عند x = -0.12 م ، باللون الأحمر في الرسم البياني أدناه ، يتم ضغط الزنبرك بمقدار 12 سم ، 0.12 م ، لذلك يدفع الزنبرك للخلف. كمرجع ، x = 0.00 م

الخط متضمن باللون الرمادي. يدفع الزنبرك الكتلة إلى اليمين بقوة F1. إذن ، سوف تتسارع الكتلة جهة اليمين ، وتكون Δv جهة اليمين:

  • إذا كانت الكتلة تتحرك إلى اليسار ، فإنها تتباطأ ، ولكن
  • إذا كانت الكتلة تتحرك إلى اليمين ، فإنها تتسارع.

بالابتعاد عن التوازن إلى اليسار ، فإنه يستسلم للسرعة ، ولكن في طريق العودة نحو التوازن ، يستعيد السرعة. ماذا يحدث عندما تكون الكتلة حقًا في التوازن؟ لنفترض أنك لاحظت الكتلة تتحرك على الجانب الأيمن من التوازن وأخذ لقطة ، في اللحظة التي يكون فيها مركز كتلتها 12 سم من

التوازن x = 0.12 م باللون الأزرق في الرسم البياني أدناه. لقد امتد الربيع الآن ، ويريد العودة إلى حالة التراخي عند التوازن. لذلك يسحب الزنبرك إلى اليسار بقوة F2. سيكون تسارعها يسارًا ، والآن Δv إلى اليسار:

  • إذا كانت الكتلة تتحرك إلى اليسار ، فإنها تتسارع ، ولكن
  • إذا كانت الكتلة تتحرك إلى اليمين ، فإنها تستسلم بسرعة.

يمكننا الآن أن نرى كيف ، كما كتب كينيدي وليندسي عن تذبذب القطب الشمالي ، يطيع نظام كتلة الربيع أيضًا المفهوم القائل "[في] الطرف الآخر ، تنعكس الظروف." على الجانب الأيمن من التوازن ، "الطرف الآخر" ، يسلم الطاقة الحركية عند الانتقال إلى اليمين ولكنه يستعيد الطاقة الحركية بعد أن يستدير ويعود إلى اليسار.

قد تقول لنفسك ، "د. بروكنر ، هل قلت الطاقة الحركية؟ عمل؟" نعم ، لقد كتبتها ، وحالات الطاقة تتغير دائمًا. لكن الشغل مرتبط بالقوة التي تؤدي العمل على طول مسار ما مع الإزاحة Δx ، لذلك دعونا نلقي نظرة على قانون قوة الزنبركات.

يجب أن يكون لقانون القوة إشارة سلبية لتشفير الاتجاه.

  1. عندما يكون الموضع موجبًا ، تكون القوة متجهة إلى اليسار ، وبالتالي تحصل على إشارة سالبة.
  2. عندما يكون الموضع سالبًا ، تكون القوة متجهة إلى اليمين ، وتتغير الإشارة السالبة من سلبية إلى إيجابية للاتجاه الأيمن.

يجب أن ينص قانون القوة أيضًا على تبعية المنصب. في القرن السابع عشر ، اكتشف روبرت هوك أنه بالنسبة للزنبركات ، فإن القوة تتناسب طرديًا مع الإزاحة من التوازن. هذا يعني أن قانون القوة بسيط إلى حد ما:

مع ثابت التناسب ، المعروف باسم ثابت الربيع لربيع معين. هذا يجعل القوة عددًا سالبًا من نيوتن عندما تكون x موجبة - عندما تكون الكتلة في حالة توازن. والعكس صحيح ، القوة هي عدد موجب من نيوتن عندما تكون x سالبة وموضع الكتلة على يمين التوازن.

يشفر ثابت الزنبرك k الصلابة النسبية للربيع. نوابض لولبية صلبة حقًا مثل تلك المستخدمة في تعليق السيارة ، لها قيم كبيرة جدًا . للحصول على قدر كبير من قوة الدفع لدعم وزن السيارة ، فإن الإزاحة الصغيرة تولد دفعًا كبيرًا. ولكن إذا كان k صغيرًا ، فإن الربيع يكون ناعمًا نسبيًا. نفس الإزاحة الصغيرة التي حصلت على الكثير من النيوتن من زنبرك السيارة ستحصل على عدد قليل من النيوتن ، إذا كان k أصغر.

هذا مثال ، باستخدام رقم دائري لطيف لثابت الربيع: لفصل الربيع المذكور أعلاه ، جنبًا إلى جنب مع المواقف x1 = -0.12 م و x2 = 0.12 م. قد يكون زنبرك هذه الصلابة مفيدًا في آلة صغيرة مثل الساعة.

F1 = -k x1 = - (120 نيوتن / م) (- 0.12 م) = 14.4 نيوتن. إنها قوة موجبة ، يمينًا.

F2 = -kx2 = - (120 نيوتن / م) (0.12 م) = -14.4 نيوتن ، سالبة ، قوة يسرى.

إذا نقلنا الكائن إلى نقطة أخرى ، أبعد من ذلك ، إلى x3 = 0.22 م ، فإن قوة التراجع ستكون أقوى ، F3 = -26.4 نيوتن.

قد يحتوي زنبرك ملفوف للسيارة على ثابت زنبركي في حدود 80000 نيوتن / م ، وهو ما يعادل حوالي 450 رطلاً لكل بوصة من الضغط. سيكون ذلك مناسبًا لعقد سيارة أصغر أثناء قيادتها على طريق وعر.


لماذا يعد الجدل المتسع لعلم الكونيات مشكلة أكبر مما تدركه

هناك مجموعة كبيرة من الأدلة العلمية التي تدعم صورة الكون المتوسع. [+] والانفجار العظيم. ومع ذلك ، فإن معدل التوسع اليوم له آثار غير عادية على أصولنا الكونية ، والتي قد يمثل بعضها أزمة لمجموعة واحدة من قيم معدل التوسع صحيحًا بينما مجموعة أخرى معيبة.

انظر إلى مجرة ​​بعيدة ، وسترى أنها كانت في الماضي البعيد. لكن الضوء الذي يصل بعد ، على سبيل المثال ، رحلة مدتها مليار سنة لن يأتي من مجرة ​​تبعد عنا مليار سنة ضوئية ، بل مجرة ​​أبعد من ذلك. لماذا هذا؟ لأن نسيج كوننا نفسه يتوسع. كان هذا التنبؤ بالنسبية العامة لأينشتاين ، الذي تم التعرف عليه لأول مرة في عشرينيات القرن الماضي ثم تم التحقق منه من خلال الملاحظة من قبل إدوين هابل بعد عدة سنوات ، أحد الأركان الأساسية لعلم الكونيات الحديث.

لاحظ فيستو سليفر لأول مرة أنه كلما كانت المجرة بعيدة ، في المتوسط ​​، كلما لوحظت أسرع. [+] تنحسر بعيدًا عنا. لسنوات ، ظل هذا يتحدى التفسير ، إلى أن سمحت لنا ملاحظات هابل بتجميع الأجزاء معًا: كان الكون يتوسع.

فيستو سليفر ، (1917): Proc. عامر. فيل. المجتمع ، 56 ، 403

ومع ذلك ، فقد ثبت أن تحديد قيمة معدل التوسع أكثر صعوبة. إذا تمكنا من قياسه بدقة ، بالإضافة إلى ما يتكون منه الكون ، فيمكننا معرفة مجموعة كاملة من الحقائق الحيوية حول الكون الذي نعيش فيه جميعًا. هذا يتضمن:

  • مدى سرعة تمدد الكون في أي وقت في الماضي ،
  • كم عمر الكون منذ اللحظات الأولى للانفجار العظيم الساخن ،
  • أي الأجسام مرتبطة ببعضها جاذبيًا مقابل الأشياء التي ستتوسع بعيدًا ،
  • وما هو المصير النهائي للكون في الواقع.

لسنوات عديدة حتى الآن ، كان هناك جدل تختمر. طريقتان مختلفتان للقياس - إحداهما باستخدام سلم المسافة الكوني والأخرى باستخدام أول ضوء يمكن ملاحظته في الكون - تعطي نتائج غير متسقة بشكل متبادل. في حين أنه من المحتمل أن تكون إحدى المجموعتين (أو كليهما) مخطئة ، فإن التوتر له آثار هائلة على وجود خطأ ما في كيفية تصورنا للكون.

توترات القياس الحديثة من سلم المسافة (الأحمر) مع بيانات CMB (الأخضر) و BAO (الأزرق). ال . [+] النقاط الحمراء من طريقة سلم المسافة ، والأخضر والأزرق من طرق "بقايا البقايا".

أوبورج وإريك وآخرون. فيز ريف. D92 (2015) رقم 12 ، 123516.

إذا كنت تريد معرفة مدى سرعة تمدد الكون ، فإن أبسط طريقة تعود إلى هابل نفسه. فقط قم بقياس شيئين: المسافة إلى مجرة ​​أخرى ومدى سرعة ابتعادها عنا. افعل ذلك مع كل المجرات التي تحصل عليها كدالة للمسافة ، ويمكنك استنتاج معدل التوسع الحديث للكون. من حيث المبدأ ، هذا بسيط للغاية ، ولكن في الممارسة العملية ، هناك بعض التحديات الحقيقية.

قياس سرعة الانكماش أمر سهل: ينبعث الضوء بطول موجي محدد ، ويمتد توسع الكون هذا الطول الموجي ، ونلاحظ تمدد الضوء عند وصوله. يمكننا استنتاج سرعته من مقدار تمدده. لكن قياس المسافة يتطلب معرفة جوهرية بما نقيسه. فقط من خلال معرفة مدى سطوع الجسم بشكل مطلق ، يمكننا أن نستنتج ، من السطوع الذي نلاحظه ، إلى أي مدى يكون بعيدًا حقًا.

الشموع القياسية (L) والمساطر القياسية (R) هما طريقتان مختلفتان يستخدمهما علماء الفلك للقياس. [+] تمدد الفضاء في أوقات / مسافات مختلفة في الماضي. بناءً على كيفية تغير الكميات مثل اللمعان أو الحجم الزاوي مع المسافة ، يمكننا استنتاج تاريخ توسع الكون.

هذا هو مفهوم سلم المسافة الكوني ، لكنه محفوف بالمخاطر للغاية. أي أخطاء نرتكبها عندما نستنتج المسافات إلى المجرات القريبة ستضاعف نفسها عندما نذهب إلى مسافات أكبر وأكبر. أي شكوك في استنتاج السطوع الجوهري للمؤشرات التي نلاحظها ستنتشر في أخطاء المسافة. وأي أخطاء نرتكبها في معايرة الأشياء التي نحاول استخدامها يمكن أن تحيز استنتاجاتنا.

في السنوات الأخيرة ، كانت أهم الأجسام الفلكية لهذه الطريقة هي النجوم المتغيرة Cepheid والنوع Ia المستعرات الأعظمية.

يتضمن بناء سلم المسافة الكونية الانتقال من نظامنا الشمسي إلى النجوم إلى. [+] المجرات القريبة من المجرات البعيدة. تحمل كل "خطوة" شكوكها الخاصة ، خاصةً متغير Cepheid وخطوات المستعرات الأعظمية ، كما أنها ستكون منحازة نحو قيم أعلى أو أقل إذا كنا نعيش في منطقة منخفضة الكثافة أو مفرطة الكثافة.

ناسا ، ووكالة الفضاء الأوروبية ، وأ. فيلد (STScI) ، وأ. ريس (STScI / JHU)

دقتنا محدودة بما يلي:

  • فهمنا للقفويات ، بما في ذلك فترة النبضات وإشراقها ،
  • نوع Cepheid الذي هم عليه ،
  • قياسات المنظر إلى Cepheids ،
  • ومعرفة البيئات التي نراقبها فيها.

بينما لا تزال هناك شكوك كبيرة نعمل على فهمها ، فإن أفضل قيمة لمعدل التوسع من هذه الطريقة ، H0، 73 كم / ثانية / مليون متر مكعب ، مع عدم التيقن من أقل من 3٪.

التوهج المتبقي من الانفجار الكبير ، CMB ، ليس موحدًا ، ولكن به عيوب صغيرة و. [+] تقلبات درجات الحرارة على مقياس بضع مئات من الميكرو كلفن. تعلمنا أنماط هذه التقلبات عن تكوين الكون وأصله.

تعاون وكالة الفضاء الأوروبية وبلانك

من ناحية أخرى ، هناك طريقة ثانية: استخدام الضوء المتبقي من الانفجار العظيم ، والذي نراه اليوم كخلفية موجية كونية. بدأ الكون متماثلًا تمامًا تقريبًا ، بنفس الكثافة في كل مكان. ومع ذلك ، كانت هناك عيوب صغيرة في كثافة الطاقة على جميع المقاييس. بمرور الوقت ، تفاعلت المادة والإشعاع ، واصطدمت ، كل ذلك بينما عملت الجاذبية على جذب المزيد والمزيد من المادة إلى المناطق ذات الكثافة الزائدة.

لكن مع توسع الكون ، تبرد ، مع انزياح الإشعاع بداخله نحو الأحمر. في مرحلة ما ، وصلت إلى درجة حرارة منخفضة بدرجة كافية يمكن أن تتشكل فيها الذرات المحايدة. عندما أصبحت البروتونات والنوى الذرية والإلكترونات مرتبطة بذرات متعادلة ، أصبح الكون شفافًا لهذا الضوء. مع إشارة كل تلك التفاعلات المطبوعة الآن على هذا الضوء ، يمكننا استخدام تقلبات درجات الحرارة على جميع المقاييس لاستنتاج كل من ما كان في الكون ومدى سرعة تمدده.

نمط القمم الصوتية التي لوحظت في CMB من القمر الصناعي بلانك يستبعد بشكل فعال أ. [+] الكون الذي لا يحتوي على مادة مظلمة ، كما أنه يقيد بشدة العديد من المعلمات الكونية الأخرى.

ص. Ade et al. وتعاون بلانك (2015)

تُعرف النتائج بدقة غير عادية ، مما يسمح لنا باستنتاج كل من مكونات الكون ومدى سرعة تمدده. في حين أنه عادة ما يكون من أكثر الاستنتاجات الملحوظة معرفة أن كوننا غني بالمادة المظلمة والطاقة المظلمة ، فإننا نتعلم معدل التوسع أيضًا:0 = 67 km / s / Mpc ، مع حالة عدم يقين تبلغ حوالي ± 1 كم / ثانية / Mpc في ذلك.

من المحتمل أن تكون هذه مشكلة كبيرة جدًا. هناك العديد من الحلول المحتملة ، مثل وجود مجموعة واحدة لديها خطأ منهجي لم يتم تفسيره. من المحتمل أن يكون هناك شيء مختلف يحدث في الكون البعيد عن الكون القريب ، مما يعني أن كلا المجموعتين على صواب. ومن الممكن أن تكون الإجابة في مكان ما في المنتصف. ولكن على المستوى الكوني ، إذا كانت النتائج من الكون البعيد غير صحيحة ، فنحن في الكثير من المياه الساخنة.

رسم توضيحي لأنماط التجميع بسبب تذبذبات Baryon الصوتية ، حيث احتمالية. [+] العثور على مجرة ​​على مسافة معينة من أي مجرة ​​أخرى تحكمه العلاقة بين المادة المظلمة والمادة العادية. مع توسع الكون ، تتوسع هذه المسافة المميزة أيضًا ، مما يسمح لنا بقياس ثابت هابل ، وكثافة المادة المظلمة ، وحتى مؤشر الطيف القياسي. تتفق النتائج مع بيانات بلانك.

تحتوي الخلفية الكونية الميكروية على كمية لا تصدق من المعلومات فيها. منذ أن أصدر القمر الصناعي بلانك نتائجه الأولى ، تمكنا من استخراج كمية هائلة من هذه المعلومات. لحسن الحظ (أو لسوء الحظ ، اعتمادًا على الطريقة التي تنظر بها) ، ترتبط العديد من المعلمات المستخرجة التي تحتوي على مساحة كبيرة للمناورة بمعلمات أخرى يمكن تقييدها بوسائل أخرى.

يعد ثابت هابل ، وكثافة المادة ، ومؤشر الطيف القياسي (الذي يصف الكثافة الزائدة وقلة الكثافة في الكون) أحد الأمثلة على هذه المعلمات ذات الصلة. المشكلة هي أنه لا يمكنك تغيير واحد دون تغيير الآخرين.

قبل بلانك ، كان أفضل توافق مع البيانات يشير إلى معلمة هابل تبلغ حوالي 71 كم / ثانية / Mpc. [+] لكن القيمة التي تبلغ 70 تقريبًا أو أعلى ستكون الآن كبيرة جدًا بالنسبة لكثافة المادة المظلمة (المحور السيني) التي رأيناها عبر وسائل أخرى والمؤشر الطيفي القياسي (الجانب الأيمن من المحور الصادي) الذي رأيناه تتطلب بنية الكون واسعة النطاق أن تكون منطقية.

ص. Ade et al. وتعاون بلانك (2015)

لدينا قياسات لهذه المعلمات دقيقة للغاية من مصادر أخرى إلى جانب الخلفية الكونية الميكروية وحدها. على سبيل المثال ، تضع التذبذبات الصوتية الباريونية والهيكل الواسع النطاق للكون قيودًا صارمة للغاية على كل من كثافة المادة ومؤشر الطيف القياسي الذي نعرف أن الأول يجب أن يكون بين حوالي 28-35 ٪ والأخير يجب أن يكون متساويًا إلى حوالي 0.968 ± 0.010.

ولكن إذا كان فريق بلانك مخطئًا بشأن معدل توسع الكون وكان فريق سلم المسافة صحيحًا ، فإن مادة الكون ستكون قليلة جدًا (تصل إلى حوالي 25٪) وسيكون مؤشر طيفي مرتفع جدًا (عند حوالي 25٪). 0.995) لتكون متوافقة مع الملاحظات. من الواضح أن المؤشر الطيفي ، على وجه الخصوص ، في حالة صراع هائل. هذا الاختلاف الضئيل ، من 0.96 إلى 1.00 على سبيل المثال ، لا يمكن التوفيق بينه وبين البيانات.

الارتباطات بين جوانب معينة من حجم تقلبات درجة الحرارة (المحور ص) مثل أ. [+] دالة المقياس الزاوي المتناقص (المحور السيني) تظهر كونًا متسقًا مع مؤشر طيفي عددي يبلغ 0.96 أو 0.97 ، ولكن ليس 0.99 أو 1.00.

إن السؤال عن مدى سرعة توسع الكون هو السؤال الذي أزعج علماء الفلك وعلماء الفيزياء الفلكية منذ أن أدركنا لأول مرة أن التوسع الكوني كان ضرورة. في حين أنه من المثير للإعجاب بشكل لا يصدق أن طريقتين مستقلتين تمامًا تسفر عن إجابات قريبة من أقل من 10 ٪ ، فإن حقيقة عدم اتفاقهما مع بعضهما البعض أمر مزعج.

إذا كانت مجموعة سلم المسافة خاطئة ، وكان معدل التمدد في النهاية المنخفضة حقًا وقريبًا من 67 كم / ثانية / Mpc ، فقد يقع الكون في الخط. ولكن إذا كانت مجموعة الخلفية الكونية الميكروية مخطئة ، وكان معدل التوسع أقرب إلى 73 كم / ثانية / مليون قطعة ، فقد يكون لدينا أزمة في علم الكونيات الحديث.

لا يمكن أن يمتلك الكون كثافة المادة المظلمة والتقلبات الأولية التي قد تدل عليها هذه القيمة. حتى يتم حل هذا اللغز ، يجب أن نكون منفتحين على احتمال حدوث ثورة كونية في الأفق.


الخلفية الكونية الميكروويف

سكوت دودلسون ، فابيان شميدت ، في علم الكونيات الحديث (الطبعة الثانية) ، 2021

9.3.2 الحلول شديدة التقارن

المعادلة التي استخلصناها والتي تحكم التذبذبات الصوتية للسائل الفوتوني الباريوني (9.22) هي معادلة تفاضلية عادية من الدرجة الثانية. لحلها ، سنستخدم طريقة Green & # x27s مرة أخرى (كما في القسم 8.3.1) لإيجاد الحل الكامل. أولًا نجد حلين للمعادلة المتجانسة. ثم نستخدمها لبناء حل معين.

من حيث المبدأ ، للحصول على الحلول المتجانسة ، يجب علينا حل معادلة المذبذب التوافقي المخمد (9.22) بحيث يكون الجانب الأيمن مساويًا للصفر. من الناحية العملية ، يكون مصطلح السحب من رتبة R (0 +) / η 2 بينما يكون مصطلح الضغط أكبر بكثير ، من رتبة k 2 cs 2 (Θ 0 + Φ) (بتعبير أدق ، يكون أكبر عندما تكون الأوضاع داخل الأفق أو متى ص صغير). فيزيائيًا ، يكون المقياس الزمني للتذبذبات التي يسببها الضغط أصغر بكثير من وقت التمدد الذي يعمل خلاله السحب. بالنسبة للتقريب الأول ، دعنا نهمل مصطلح السحب ونحصل ببساطة على الحلول المتذبذبة التي يمكنك تصحيحها عن طريق تطبيق تقريب WKB في التمرين 9.5. في هذا الحد ، الحلين المتجانسين هما

حيث حددنا ال أفق الصوت مثل

نظرًا لأن c s هي سرعة الصوت ، فإن أفق الصوت هو مسافة الانتقال التي تقطعها موجة صوتية بمرور الوقت η.

يمكن بناء المحلول المرتبط بإحكام لدرجة حرارة الفوتون من الحلول المتجانسة لـ Eq. (9.23):

هنا مرة أخرى ، قمنا بإسقاط كل تكرارات ص إلا في الحجج المتغيرة بسرعة الجيب وجيب التمام. أي أن حجة S 1 ، على سبيل المثال ، لا تزال تؤخذ على أنها k r s مع قيمتها غير الصفرية ص. نصلح الثوابت C 1 و C 2 في المعادلة. (9.25) عن طريق المطابقة مع الشروط الأولية ، عندما يكون كلا من 0 و ثوابت. نظرًا لأن Θ 0 ′ و Φ ′ يختفيان في البداية ، يجب أن يختفي معامل الحد الجيب C 1. ثم لدينا C 2 (ك) = Θ 0 (ك ، 0) + Φ (ك ، 0). يتقلص المقام في التكامل إلى - ك ج ث (η ˜) → - ك / 3 في الحد الذي نعمل فيه. أخيرًا ، الفرق بين حاصل الضرب في بسط المُتكامل هو ببساطة - sin ⁡ [k (r s - r s ′)] ، لذلك

مكافئ. (9.26) هو تعبير عن تباين الخواص في الحد المترابط بإحكام ، مشتق لأول مرة بواسطة Hu and Sugiyama (1995). يُظهر السمات المميزة للظروف الأولية من التضخم ، والتي تثير فقط وضع جيب التمام. يأتي هذا مباشرة من حقيقة أن الاضطرابات قد نشأت عندما خرجت من الأفق أثناء التضخم ، وظلت ثابتة خارج الأفق. تؤدي الظروف الأولية لجيب التمام النقي إلى التذبذبات المتماسكة في Θ + Φ. السيناريوهات البديلة ، التي تولد الاضطرابات عندما تدخل الأوضاع في الأفق ، تتنبأ عادةً بوجود وضعي الجيب وجيب التمام. في هذه الحالة ، لن يكون هناك هيكل ذروة / قاع واضح في Θ 0.

في الواقع ، مكافئ. (9.26) يتنبأ بدقة بمواضع الذروة التي تم الحصول عليها من حل رقمي كامل ، أي الحد الأقصى لـ Θ 0 + عند η = η ⁎ كدالة لـ ك كما في الشكل 9.2. من أجل تقييم المعادلة. (9.26) على وجه التحديد ، نحن بحاجة إلى إجراء التكامل العددي على (Φ - Ψ) (ك ، η ˜) في الحد الثاني. يمكنك القيام بذلك في التمرين 9.6. هنا ، دعونا نبسط أكثر. في حد أن المصطلح الأول في المعادلة. (9.26) ، يجب أن تظهر القمم في أقصى درجات cos ⁡ (k r s) ، أي عند

يشار إلى مواقع الذروة التقريبية هذه في الشكل 9.7. تكون قيمة k pk المتوقعة في حدود 10٪ من النتيجة العددية الكاملة.

الشكل 9.7. احتكار Θ0 + Ψ وثنائي القطب 3Θ1 في إعادة التركيب في علم الكون الإيماني. تشير الخطوط العمودية المتقطعة إلى مواقع الذروة التحليلية التقريبية لـ Eq. (9.27). ثنائي القطب خارج تمامًا عن الطور مع أحادي القطب ، ويختفي لأنماط الطول الموجي الأطول التي لم تدخل الأفق عن طريق إعادة التركيب.

بالإضافة إلى أحادي القطب ، يحتوي توزيع الفوتون على ثنائي القطب غير مهمل عند إعادة التركيب. باستخدام المعادل. (9.13) ، يمكننا الحصول على محلول تحليلي لثنائي القطب عن طريق تمييز المعادلة. (9.26):

المصطلح الأول خارج تمامًا عن الطور مع أحادي القطب (sin ⁡ (k r s) مقابل cos ⁡ (k r s)). يوضح الشكل 9.7 أن هذه الميزة تظل حتى بعد حساب المصطلح المتكامل. سيكون لعدم تطابق المرحلة هذا آثار مهمة على طيف التباين النهائي.


كيف توقف الكون عن الإحساس

هنا & # x27s الرابط إلى النسخة المنشورة مسبقًا من الورقة المذكورة في تلك المقالة.

هنا & # x27s رابط إلى موقع HOLiCOW الذي تم استخدامه لـ & quot تشديد & اقتباس المنطقة الصفراء من الرسم البياني الملون في المقالة.

هنا & # x27s رابط لورقة Planck 2019 التي سأعلق عليها أدناه.

الصورة أدناه مأخوذة من موقع HOLiCOW وتحكي القصة بأكملها القبيحة والمحرجة باختصار. يعرض ما يسمى & quottension & quot الموجود حاليًا بين مختلف & quotcamps & quot الذين يحاولون معرفة ثابت هابل لنموذج ΛCMD. من المؤكد أنه لا يسير على ما يرام بالنسبة لنموذج علم الكونيات theseCDM هذه الأيام ، في الواقع هو & # x27s يحدث وكذلك البحث السائد & # x27s عن أشكال غريبة من المادة غير المرئية في المختبر ، وبعبارة أخرى ، ليس جيدًا على الإطلاق. بشكل أساسي ، أصبحت التذبذبات الصوتية الباريونية المرتبطة بالخلفية الكونية الميكروية بمثابة حبل مشدود دائمًا حول عنق نموذج ΛCMD.

في حين أن تقديرات Cepheid و SN1A و Lensing لثابت هابل كلها متوافقة تمامًا مع بعضها البعض ، إلا أنها ببساطة لا تبدو متوافقة مع التقديرات المستندة إلى تقديرات BAO لـ CMB.

في حين أنه قد يكون من الممكن تغيير بعض النسب المئوية من المادة المظلمة والطاقة مع الاستمرار في الحصول على تنبؤات التخليق النووي للعمل مع دراسات SN1A و Cepheid و Lensing ، فمن المستحيل تقريبًا تغيير النسب المئوية للطاقة المظلمة والمادة المظلمة و لا يزال مناسبا لمنحنى BAO.

إما أن CMB ليس & # x27t مرتبطًا فعليًا بـ & # x27t & quotsurface للتشتت الأخير & quot كما يفترضه الاتجاه السائد ، فإن الانزياح الأحمر ليس & # x27t ناتجًا بالفعل عن التوسع ، أو كليهما. أعتقد أنه من الآمن القول أنه & # x27s كليهما.

إذا لاحظت أن الخط المتعلق ببيانات Planck 2019 قصير جدًا مقارنة بالطرق الأخرى. إنه & # x27s أكثر تقييدًا & quot ؛ في الغالب بسبب منحنى BAO.لا يبدو أنه من الممكن تغيير النسب المئوية المختلفة للمادة العادية والمادة المظلمة والطاقة المظلمة كثيرًا ولا يزال من الممكن الحصول على ملاءمة مناسبة لمنحنى BAO ، وبالتالي فإن أشرطة الخطأ المرتبطة بلانك 2019 صغيرة جدًا. لا يوجد مساحة كبيرة للمناورة.

إذا كان الانزياح الأحمر ناتجًا بالفعل عن التمدد ، فإن بيانات العدسة وبيانات Cepheid و SN1A كلها تصطف جيدًا ، ولكن بعد ذلك يمكن أن تكون CMB & # x27t مرتبطة بالفعل بسطح من التشتت الأخير. قد لا يبدو هذا فرقًا كبيرًا ، ولكن في الواقع ، هناك توتر خطير جدًا ، 4.4 سيجما على وجه الدقة.

من ورقة Planck 2019:

القياس الأخير من Riess et al. (2019) يتعارض مع قيمة Planck base-ΛCDM لـ H0 عند مستوى 4.4 درجة تقريبًا. هذا التناقض الكبير ، وآثاره المحتملة على علم الكونيات ، تمت مناقشته في الطائفة. 5.4

ثم يطرح السؤال عما إذا كان هناك امتداد معقول لنموذج Base-CDM يمكنه حل التناقض. يلخص الجدول 5 قيود Planck على H0 لمتغيرات ΛCDM التي تم النظر فيها في هذه الورقة. يظل H0 متعارضًا مع R18 في جميع هذه الحالات ، باستثناء النماذج التي نسمح فيها بتغير معادلة الطاقة المظلمة للحالة.

إنها & # x27s مثيرة للاهتمام للغاية IMO ، وهي تخبرنا تمامًا أن هذه هي المرة الثانية في العقدين الماضيين التي فشل فيها التفسير التوسعي للانزياح الأحمر الكوني في توقع & اقتباس ملاحظات مستقبلية مهمة جدًا بشكل صحيح.

فشلت نماذج التوسع السابقة في التنبؤ بالتسارع في البداية ، والآن (على ما يبدو) فشلوا في التنبؤ & quotjerk & quot أيضًا.

في سياق نظرية الموارد الوراثية وحدها ، كان ممكنًا ومبررًا رياضيًا إحياء ما أشار إليه أينشتاين بأنه & quot؛ أكبر خطأ & quot ، وإعادة تقديم & quot؛ & quot؛ ثابت & quot؛ غير صفري في سياق GR ، ولكن لا يوجد في الواقع & # x27s متأصلة (في نظرية GR) التبرير الرياضي لإضافة * متغير * جديد لنظرية GR. هذا & # x27s يعد خروجًا رياضيًا وفلسفيًا كبيرًا عن نظرية الموارد الوراثية في الواقع.

لن يكون & # x27t في الواقع نموذجًا لتوسيع CDM & quotlambda & quot بعد الآن ، لأنه سيكون شيئًا * آخر * غير ثابت ، بل سيكون متغيرًا يتغير بمرور الوقت. يبدو أن استبدال الثابت بمتغير يبدو قليلاً ، جيد ، & quot؛ & quot؛ في سياق نظرية الموارد الجينية ، لا سيما إذا كان المرء يحاول تبرير نموذجهم بناءً على صحة نظرية الموارد الوراثية.

إن الشيء & quotlogical & quot الذي يجب القيام به هو إعادة تقييم الافتراض الأصلي حول الانزياح الأحمر الكوني الذي يتم & quot؛ سببه & quot بواسطة & quot؛ توسيع / ​​تسريع / رعشة & quot؛ وإعادة النظر في التفسير * الآخر * المحتمل للانزياح الأحمر الكوني الذي ناقشه إدوين هابل واعتنقه في النهاية ، وهو & quottired light & quot / خيارات الانزياح الأحمر للبلازما .

بدلاً من ذلك ، يبدو أن & quotpush & quot من حيث تشديد أشرطة الخطأ للملاحظات المختلفة هو الحصول على التوتر بين الملاحظات المختلفة إلى المستوى السحري 5+ سيجما مع النية الصريحة للمطالبة باكتشاف & quotn جديد & quot لبعض أخرى مخصصة. عنصر ليتم تضمينه في نموذج التوسع.

لم يتم استخدام آخر & quottest & quot في نموذج التوسيع لتزييف التفسير التوسعي للانزياح الأحمر الكوني ، وبدلاً من ذلك اخترعوا أداة مساعدة ميتافيزيقية مخصصة تسمى الطاقة المظلمة لإصلاح المشكلة. لا يبدو أن هذا الفشل الثاني (الظاهر) يقود التيار السائد نحو إعادة تقييم تفسيرهم التوسعي للانزياح الأحمر أيضًا. يبدو فقط أنه يثبت أنه لا توجد طريقة فعلية لتزييف التفسير التوسعي للانزياح الأحمر والذي يبدو أنه يحرك نماذج علم الكونيات الموجهة للتوسع خارج عالم العلم القابل للتزييف ، وبشكل مباشر إلى عالم & quot؛ عقيدة & quot؛ غير قابلة للدحض. هذا & # x27s حيث تقف الأشياء في عام 2019.

Adios ΛCDM ، وقل مرحباً بـ & quotJerk-CDM & quot!

من المضحك كيف يحل الكون الثابت مع الانزياح الأحمر للبلازما جميع المشكلات في وقت واحد :-)

هناك أيضًا مشكلة في النجوم القديمة جدًا والمجرات القديمة جدًا. حسنًا ، ماذا لو كانوا كبارًا حقًا؟

لقد لاحظت كيف يبدو توزيع & quotdark-energy & quot مثل السحب. كأنها سببها مادة مثل .. البلازما.

لا يزال بإمكان الكون البلازمي الساكن أن يكون له بداية. بلازما.

أنا & # x27m آمل أن يضع JWST المسمار الأخير في مفهوم التوسع / تفسير الانزياح الأحمر من خلال التحقق من وجود الكوازارات الهائلة والمجرات الضخمة في المناطق الأكثر بعدًا في الكون وتفجير الأبواب أمام المفهوم الكامل لتطور المجرات . يكافح التيار الرئيسي بالفعل مع هذه المشكلة ويتجاهلها إلى حد كبير ، لكنني أظن أن برنامج JWST سيجعل من المستحيل عليهم دعم فكرة تطور المجرات بمرور الوقت.

أعتقد فقط أنه & # x27s مضحك أن CMB قد وضعت بالفعل مشنقة ضيقة حول عنق نموذج LCDM وخنقها بالفعل حتى الموت. :) أنا متأكد من أن التيار السائد & # x27t يعترف بهذا الانزياح الأحمر يستطع تكون مرتبطة بالانزياح الأحمر للبلازما ، ومع ذلك ، فإنهم & # x27re سيبتكرون مفهومًا مخصصًا آخر لـ & quotfix & quot ؛ وحشهم الميتافيزيقي بدلاً من تبني الفيزياء التجريبية.

وهناك المزيد من الارتباك فيما يتعلق بتقديرات التوسع. نُشرت دراسة جديدة تعتمد على مسافات القطر الزاوي لعدسات الجاذبية القوية الشهر الماضي:

باستخدام هذه المسافات المطلقة لمعايرة 740 مسافات نسبية تم قياسها مسبقًا لـ SNe ، نقيس ثابت هابل ليكون H0 = 82.4 (+ 8.4 ، −8.3) كيلومترًا في الثانية لكل ميجا فرسخ.

فيما يتعلق بالرسم البياني السابق ، وضعت دراسة القطر الزاوي الجديدة هذه الثابت في مكان ما بين 74.1 و 90.8. يتداخل هذا النطاق مع دراسات أحذية 2019 و HOLiCOW 2019 في الطرف الأعلى من أشرطة الخطأ الخاصة بهم ، ويخرج عن الرسم البياني إلى اليمين. إنه متوافق أيضًا مع دراسات SHOES و HOLiCOW ، ولكن ليس تقديرات Plank.

وهناك & # x27s المزيد من المشاكل في الجنة LCDM.

يُقدر حاليًا أن نجمًا قديمًا جدًا يُدعى ميثوسالح يبلغ عمره 14.27 مليار سنة ، زائد أو ناقص 800 مليون سنة. في حين أن هذا التقدير (بما في ذلك الأخطاء) متوافق في النهاية مع تقديرات توسع Planck ، إلا أنه & # x27s غير متوافق مع تقديرات دراسة SN1A و Cepheid و Lensing.

ومع ذلك ، يعتقد ماثيوز أن المشكلة لم تحل بعد. كان علماء الفلك في مؤتمر دولي لكبار علماء الكونيات في معهد كافلي للفيزياء النظرية في سانتا باربرا ، كاليفورنيا ، في يوليو 2019 ، محيرين بشأن الدراسات التي اقترحت أعمارًا مختلفة للكون. كانوا يبحثون في قياسات المجرات القريبة نسبيًا مما يشير إلى أن الكون أصغر بمئات الملايين من السنين مقارنة بالعمر الذي تحدده الخلفية الكونية الميكروية.

في الواقع ، بعيدًا عن كونه يبلغ 13.8 مليار سنة ، وفقًا لتقديرات تلسكوب بلانك الفضائي الأوروبي والقياسات التفصيلية للإشعاع الكوني في عام 2013 ، قد يكون عمر الكون 11.4 مليار سنة. أحد أولئك الذين يقفون وراء هذه الدراسات هو الحائز على جائزة نوبل آدم ريس من معهد علوم التلسكوب الفضائي في بالتيمور بولاية ماريلاند.

يحدد معدل التمدد في النهاية العمر المقدر لكون LCDM ، لذا فإن معدل التوسع الأسرع يعادل كونًا أصغر سنًا. في حين أن تقديرات SN1A و Cepheid و Lensing لثابت هابل كلها متوافقة مع بعضها البعض ، إلا أنها & # x27re غير متوافقة مع العمر المقدر لأقدم النجوم أو تقديرات بلانك.

فشل التفسير التوسعي للانزياح الأحمر الكوني في & quot؛ التنبؤ & & quot؛ ملاحظات مستقبلية مهمة للغاية.

ما هو الانزياح الأحمر؟ إنه مجرد تغيير في هندسة الطول الموجي للضوء. تصبح زاوية الطول الموجي أكبر قليلاً. هذا يعني أن التردد يتم إزاحته.

طريقة واحدة للقيام بذلك هي عبر نوع من تأثير دوبلر. إذا أطلقت صافرة أثناء ابتعدي عنك أو نحوك ، فإن الملاحظة التي تسمعها ستتغير وفقًا لذلك.

ولكن هناك طريقة أخرى. ولا تتطلب / تعتمد على السرعة التفاضلية بين المراقب ومصدر الضوء.

يصل الضوء إلينا بالمرور عبر (أو عبر) المجال الكهرومغناطيسي الذي يتبع (أو مرتبطًا) بالزمكان. نحن نعلم أن الضوء هو تصورنا لانتشار الطاقة عبر المجال الكهرومغناطيسي. نحن نعلم أن هذا المجال يتبع محيط الزمكان (بسبب عدسة الجاذبية).

فماذا لو لم تكن & # x27s حركة ، ولكن الهندسة؟ كيف ذلك؟

إذا رسمت مثلثًا على قطعة مسطحة من الورق ، فيجب أن يكون مجموع الزوايا 180 درجة. لكن إذا رسمت مثلثًا على سطح منحني (كروي) ، يمكن أن يكون مجموع الزوايا أكثر من 180 درجة. ويمكن أن يختلف قليلاً اعتمادًا على مقدار انحناء المثلث & quot؛ الخبرات & quot (لعدم وجود كلمة أفضل).

هل من الممكن أن يكون هناك & # x27s شيء به انحناء يمكن أن يفرض تأثيرًا مشابهًا على الطول الموجي للضوء؟ بالتأكيد هناك.

يمر الضوء عبر المجال الكهرومغناطيسي نفسه. وكذلك الزمكان. أقترح أن الوقت نفسه يمثل شكلاً من أشكال الانحناء (سطح إضافي واحد) ذلك الضوء & quot؛ الخبرات & quot لأنه يمر من مصدر النموذج إلى المراقب.

كلما زادت المسافة ، كلما زاد الوقت (وبالتالي الانحناء) سوف يمر الضوء. وكلما زاد مقدار الانزياح نحو الأحمر. وفقًا لهذا الخط البسيط من التفكير ، فإن الانزياح الأحمر جوهري وسببه انحناء الزمن. ليس عن طريق توسع الفضاء نفسه.

الأمر & quot؛ منطقي & quot؛ الذي يجب القيام به هو إعادة تقييم الافتراض الأصلي حول الانزياح الأحمر الكوني الذي & quot؛ سببه & quot بواسطة & quot؛ توسيع / ​​تسريع / رعشة & quot؛ وإعادة النظر في آخر التفسير المحتمل للانزياح الأحمر الكوني الذي ناقشه إدوين هابل واعتنقه في النهاية ، وهو & quottired light & quot / plasma redshift.

& # x27s لا حاجة لأي من هذا. مجرد فهم أساسي للهندسة غير الإقليدية.

يستمر الناس في محاولة التعقيد عندما يكون التبسيط أكثر أناقة وأفضل بكثير.

& gt يواصل الأشخاص محاولة التعقيد عندما يكون التبسيط أكثر أناقة وأفضل بكثير.

كان بطليموس مثالًا تاريخيًا رائعًا آخر على قيام علماء الفلك ببناء نماذج أكثر تعقيدًا من أي وقت مضى بدلاً من تبني التبسيط. لمدة 1400 عام بعد أن اقترح Aristarchus of Samos نموذج مركزية الشمس لهم ، تجاهل علماء الفلك ببساطة الحل الواضح والبسيط وقاموا ببناء & quot؛ دورات & quot؛ أكثر تعقيدًا & quot؛ بدلاً من ذلك. * في النهاية * أقنعهم كوبرنيكوس بإعادة النظر في نموذج مركزية الشمس مرة أخرى ، لكن التيار السائد جر أقدامهم لمدة 14 قرنًا ، وهم يركلون ويصرخون طوال الطريق ، لأنهم كانوا مرتبطين جدًا بنماذج مركزية الأرض.

نموذج الانفجار العظيم هو ما يعادل العصر الحديث لبطليموس. كل عقد أو عقدين يجب أن يصبح الأمر أكثر تعقيدًا من الناحية الرياضية لأن الافتراض الأساسي حول سبب الانزياح الأحمر خاطئ ، وفازوا & # x27t بتبني البدائل المنطقية (والمختبرية المثبتة) لهذا الهراء. بدلاً من ذلك ، قاموا & quot؛ برفع & quot؛ & اقتباس نموذجهم باستخدام mumbo-jumbo الرياضي الأكثر تعقيدًا من أي وقت مضى لمنعه من الانهيار عند اللحامات. عاجلاً أم آجلاً سوف يتبنون & # x27ll & # x27ll شرح & quotsimpler & quot للانزياح الأحمر الكوني (البلازما) ، ولكن حتى يفعلوا ذلك ، فإنهم & # x27ll يواصلون فقط اختلاق الأعذار المخصصة لسبب امتلاك نموذجهم مثل هذا السجل التنبئي * الرهيب *. هراء ميتافيزيقي مخصص وأكثر تعقيدًا من أي وقت مضى لمحاولة & اقتباس & اقتباس نموذج التوسع الخاص بهم.

عندما يتبنون في النهاية الحل الأبسط للضوء المتعب ، فإنهم & # x27ll يختارون شخصًا عشوائيًا ويتظاهرون بأن الانزياح الأحمر للبلازما هو نوع من & quot؛ اكتشاف جديد & quot ، ويعطون الفضل إلى الشخص الخطأ ، تمامًا كما فعلوا مع مركزية الشمس ، لمحاولة إخفاء الحقيقة وتبرير حقيقة أنهم & # x27 كانوا مخطئين لفترة طويلة يبعث على السخرية.

ما هو الانزياح الأحمر؟ إنه مجرد تغيير في هندسة الطول الموجي للضوء. تصبح زاوية الطول الموجي أكبر قليلاً.

ماذا تقصد ب "زاوية الطول الموجي"؟

هذا يعني أنه يتم تغيير التردد.

بكم؟ هل يمكنك تحديد هذا كميًا وإظهار مدى اعتقادك أن التردد يتغير كدالة لـ "الزاوية" (أيًا كان المقصود بذلك)؟

وفقًا لخط التفكير البسيط هذا ، فإن الانزياح الأحمر جوهري وسببه انحناء الزمن

ماذا تقصد ب "انحناء الزمن"؟

ما هي الحجج السائدة في علم الفلك لإبقاء البلدان الأقل نموًا على قيد الحياة؟

يضربني. هم تستخدم للادعاء بأن نموذج LCDM قدم مجموعة من & # x27 تنبؤات ناجحة & # x27 ، والتي بالطبع لم تكن & # x27t حتى تنبؤات حقيقية & # x27 & # x27 ولكنها كانت بالأحرى postditions التي قاموا بها بمرور الوقت بناءً على الملاحظة.

إنه & # x27s سجل حافل & quot؛ تنبؤي & & quot؛ على مدار العقدين الأخيرين (منذ أن توقعوا الطاقة المظلمة) كان فظيعًا للغاية ، سواء في المختبر أو في الفضاء. & quotDark matter & quot كان مطاردة ميتافيزيقية ميتافيزيقية بمليارات الدولارات ، وقد تم تزوير & quot التنبؤات & quot عن ذلك من خلال تجارب مختلفة. كانت & # x27s & quot ؛ التنبؤات & quot فيما يتعلق بملاحظات الانزياح الأحمر الأعلى سيئة بنفس القدر. حتى الحالي & quot؛ & quot؛ هو بين قياسات Cepheid و SN1A (أقرب إلى) ، و CMB الذي يفترض أنه من السطح السحري الأسطوري & quotsurface للتشتت الأخير & quot من فجر التاريخ (بعيدًا) ، يوضح أنه لا & # x27t في الواقع & quot؛ توقع & quot أي شيء بدقة . يُظهر التوتر أن & # x27 تنبؤاتهم & # x27 حول الكون المبكر بناءً على مجموعات بياناتهم اللاحقة (في الوقت المناسب) Cepheid و SN1A لا تحتوي على أي ماء. إنهم ينهارون. كما أن تنبؤاتهم حول الكون المبكر (الأبعد) من حيث حجم المجرة وحجم الكوازار قد فشلت فشلاً ذريعًا. نرى خطوط H-Alpha من المجرات البعيدة خلال وقت كان من المفترض أن يكون فيه الكون & quot؛ كوبيك & quot؛ لمثل هذه الأطوال الموجية وفقًا لنموذجهم أيضًا. باختصار ، كان سجل التتبع الفعلي & quot التنبؤي & quot لتفسير التوسع للانزياح الأحمر كارثة كاملة وفشلًا ملحميًا. آخر مرة انفجرت في وجوههم & # x27fixed & # x27 عن طريق إضافة 70 في المائة من شكل ميتافيزيقي جديد للطاقة أطلقوا عليه & quotdark energy & quot ؛ وقاموا بإحياء أينشتاين & # x27s non-zero & quotconstant & quot من الأموات.

لكن هذه المرة ، ليس لديهم ساق رياضية للوقوف عليها. لا يوجد سبب رياضي صالح مرتبط بـ GR نفسها لتقديم & quot متغير & quot جديد يتغير بمرور الوقت. باختصار ، يتعين عليهم & # x27d التخلي عن GR تمامًا للقيام بذلك ، أو على الأرجح & quot ؛ & quot ؛ & # x27re & quotimproving & quot نظرية GR بطريقة ما. إنه ليس سيناريو جميل ولكن من حيث نظرية الموارد الوراثية. نظرية GR لا تتطلب أو تحتاج إلى أي شيء من هذا القبيل ، فقط نماذج علم الكونيات المعيبة بشكل مثير للشفقة ستحتاج إليها.

في الوقت الحالي ، يعملون على تقليل أشرطة الخطأ في أساليبهم المختلفة لمحاولة رفع التوتر من مستوى 4.4 سيجما حيث يقف اليوم إلى المستوى السحري 5+ سيجما المرتبط بـ & # x27 اكتشافات جديدة & quot. من الواضح أن هذا & # x27s ينوون & quot؛ تبرير & & quot؛ إدراج & quotjerk & quot في نموذج التوسيع.

فكر فقط كيف أن هذا المنطق غير منطقي للحظة. بدلاً من & quot اكتشاف & quot أن ادعاءاتهم التوسعية فيما يخص سبب الانزياح الأحمر قد & # x27 مزيفة & # x27 بالأدلة ، فإنهم يعتزمون المطالبة & quot؛ سبب & quot من الانزياح الأحمر لا يزال صحيحًا ، وقد اكتشفوا & # x27ve & quot ؛ شكلًا جديدًا بالكامل من الطاقة لإدخاله في نموذجهم. & quotDark energy & quot؛ will & quotmorph & quot من كونه & quot كونستانت & quot (شبه مبرر في GR) ليصبح & quotvariable & # x27 (حتى لا يكون مبررًا عن بعد في GR) والذي يزيد على الزيادات الأسية المتعددة في الحجم ، وهم ما يزال فاز & # x27t بتفسير لكيفية حدوث مثل هذه الزيادة في المقام الأول. أي مجال آخر للطاقة & يجب أن يتناقص مع التمدد ، ولا يبقى ثابتًا كما هو الحال حاليًا ، ناهيك عن ذلك في ازدياد في الكثافة خلال عملية التوسع.

& # x27s سيء بما فيه الكفاية أن كلاً من & # x27space توسيع & quot مفهوم & quot؛ ثابت & quot مفاهيم الطاقة المظلمة كلاهما ينتهكان قوانين حفظ الطاقة. الآن ومع ذلك سيحاولون التبرير في ازدياد كثافة الطاقة المظلمة أثناء توسع الكون ، وهي آلة الطاقة المطلقة & quot؛ الحرة & quot. باختصار ، لقد تخلوا عن الفيزياء التجريبية تمامًا ، وسيزداد الأمر سوءًا ، وليس أفضل.

في الوقت الحالي ، فإنهم جميعًا يخدشون رؤوسهم ، ويحاولون معرفة كيفية بيع هذه الفوضى ونقلها للجمهور. هم & # x27re يعتمدون على الجمهور ليس يتشكك في & سلطتهم & quot ؛ لكن قصصهم تتغير كل عقد أو عقدين وهذا النوع من التغيير يتطلب منهم التخلي عن نظرية الموارد الوراثية بالكامل تقريبًا. لا توجد سابقة رياضية لإضافة جديد كليًا عامل لنظرية GR. إنه إدخال مخصص بحت من شأنه أن يجعل أينشتاين يتدحرج في قبره. كان آينشتاين آسفًا لأنه أدخل ثابتًا غير صفري في GR وأعاده مرة أخرى. الآن يعتزمون سحب الثابت للخارج واستبداله بمتغير جديد غير مبرر بالكامل ، ومحاولة & # x27re تبريره لأن نموذجهم فشل! الحجة الكاملة حول إضافة متغير واحدة كبيرة تؤكد المغالطة المترتبة على ذلك. & quot ؛ لم يتنبأ نموذجنا & # x27t بأي شيء بدقة ، لذا & quot؛ هناك شيء جديد & quot؛ فعل ذلك & quot! شيش. إن نموذج التوسع هو أحد الخرافات الميتافيزيقية العملاقة التي تزداد سوءًا بمرور الوقت بسببها فشل كل ذلك & # x27s والتنبؤات الفعلية & quot.


في فلسفة علم الكونيات ☆

تقدم هذه الورقة لمحة عامة عن القضايا المهمة في فلسفة علم الكونيات ، بدءًا من التأكيد على تفرد الكون وطريقة استخدام النماذج في الوصف والتفسير. ثم يأخذ في الاعتبار ، القيود الأساسية على الملاحظات ، الحاجة إلى اختبار طرق بديلة لاختبار الاتساق والآثار المترتبة على تفرد الكون فيما يتعلق بالتمييز بين قوانين الفيزياء والظروف الطارئة. يمضي في النظر إلى فكرة الكون المتعدد كتفسير علمي للحقائق حول الضبط الدقيق ، ولا سيما النظر في معايير النظرية العلمية وتبرير الكيانات غير المرئية. إنه يأخذ في الاعتبار العلاقة بين القوانين الفيزيائية وطبيعة الوجود ، ويؤكد على حدود معرفتنا بالفيزياء ذات الصلة بالكون المبكر (أفق الفيزياء) ، والطبيعة غير المادية لبعض اللانهايات المزعومة. يبحث القسم الأخير بإيجاز في قضايا أعمق ، ويعلق على نطاق البحث في النظرية الكونية وحدود العلم فيما يتعلق بخلق الكون.


لا ، الطاقة المظلمة ليست مجرد وهم

المستعرات الأعظمية التي لوحظت في المجرات القريبة والبعيدة تقدم بعضًا من أفضل الأدلة على الظلام. [+] الطاقة.لكن النظريات البديلة تحاول تفسير نفس الظاهرة بدونها.

في عام 1998 ، أعلن فريقان من العلماء اكتشافًا مروعًا: كان توسع الكون يتسارع. لم تكن المجرات البعيدة تنحسر عنا فحسب ، بل كانت سرعة ركودها تتزايد بمرور الوقت. على مدى السنوات القليلة التالية ، كانت القياسات الدقيقة لثلاث كميات مستقلة - المجرات البعيدة التي تحتوي على مستعرات أعظم من النوع Ia ، ونمط التذبذب في الخلفية الكونية الميكروية ، والارتباطات واسعة النطاق بين المجرات على مسافات متنوعة - كل ذلك يدعم ويؤكد هذه الصورة . التفسير الرئيسي؟ أن هناك شكلاً جديدًا من أشكال الطاقة متأصل في الفضاء نفسه: الطاقة المظلمة. القضية قوية لدرجة أنه لم يشك أحد في الأدلة بشكل معقول ، لكن العديد من الفرق قدمت حالات بديلة للتفسير ، زاعمة أن الطاقة المظلمة نفسها يمكن أن تكون مجرد وهم.

إن توسع (أو تقلص) الفضاء هو نتيجة ضرورية في الكون الذي يحتوي. [+] الجماهير. لكن معدل التمدد وكيف يتصرف بمرور الوقت يعتمدان كميًا على ما هو موجود في كونك.

لفهم ما إذا كان هذا هو الحال ، نحتاج إلى السير من خلال أربع خطوات مباشرة:

في العلم ، كما هو الحال في جميع الأشياء ، من السهل جدًا تقديم سيناريو بديل "ماذا لو" للفكرة الرائدة. ولكن هل يمكن أن تصمد أمام الصرامة العلمية؟ هذا هو الاختبار الحاسم.

الكون المغلق (الزائد) والمفتوح (المنخفض الكثافة) والحرج (المسطح) إما أن ينهار. [+] توسع إلى الأبد ، أو اجعل خط التمدد المقارب للصفر ، على التوالي ، في كون بدون طاقة مظلمة.

قبل أن نتخيل الطاقة المظلمة ، في عشرينيات وثلاثينيات القرن الماضي ، اشتق العلماء كيف يمكن للكون بأكمله أن يتطور ضمن النسبية العامة. إذا افترضت أن الفضاء ، على المقاييس الأكبر ، كان موحدًا - بنفس الكثافة ودرجة الحرارة في كل مكان - فهناك ثلاثة سيناريوهات قابلة للتطبيق لوصف الكون الذي كان يتوسع اليوم. إذا ملأت الكون بالمادة والإشعاع ، كما يبدو لنا ، فإن الجاذبية ستحارب التوسع ، ويمكن للكون أن:

  • التوسع إلى حد ما ، والوصول إلى الحد الأقصى للحجم ، ثم البدء في الانكماش ، مما يؤدي في النهاية إلى الانتكاس التام.
  • يتمدد ويبطئ إلى حد ما ، لكن الجاذبية غير كافية لإيقافها أو عكسها ، وبالتالي سوف تتوسع إلى الأبد في الهاوية الكونية العظيمة.
  • توسع ، مع الجاذبية والتوسع يوازنان بعضهما البعض بشكل مثالي ، وبالتالي فإن معدل التمدد وسرعة الركود لكل شيء يقاربان إلى الصفر ، لكن لا ينعكسان أبدًا.

كانت تلك هي المصائر الكلاسيكية الثلاثة للكون: أزمة كبيرة ، أو تجمد كبير ، أو كون حرج ، والذي كان على الحدود بين الاثنين.

بدون الطاقة المظلمة ، لن يتسارع الكون.

وكالة ناسا ووكالة الفضاء الأوروبية ، من النماذج المحتملة للكون المتوسع

ولكن بعد ذلك ظهرت الملاحظات الحاسمة ، واتضح أن الكون فعل ذلك لا أحد من هذه الأشياء الثلاثة. خلال الستة مليارات سنة الأولى أو نحو ذلك بعد الانفجار العظيم ، بدا أننا نعيش في كون حرج ، مع التوسع الأولي وتأثيرات الجاذبية التي توازن بعضها البعض بشكل مثالي تقريبًا. ولكن عندما انخفضت كثافة الكون إلى أقل من قدر معين ، ظهرت مفاجأة: بدأت المجرات البعيدة تتسارع ، بعيدًا عنا وعن بعضها البعض. كان هذا التسارع الكوني غير متوقع ، لكنه قوي ، واستمر بنفس المعدل منذ ذلك الحين ، على مدى 7.8 مليار سنة الماضية.

يمكن للقياس بالزمن والمسافة (على يسار "اليوم") أن يخبرنا عن كيفية تطور الكون. [+] وتسريع / تباطؤ بعيدًا في المستقبل. يمكننا أن نتعلم أن التسارع قد تم تشغيله منذ حوالي 7.8 مليار سنة.

شاول بيرلماتر من بيركلي

لماذا حدث هذا؟ لا يمكن لأشكال الطاقة الحالية والمعروفة في الكون - الجسيمات والإشعاع والحقول - تفسير ذلك. لذلك افترض العلماء شكلاً جديدًا من أشكال الطاقة ، الطاقة المظلمة، يمكن أن يتسبب ذلك في تسارع توسع الكون. يمكن أن يكون هناك مجال جديد يتخلل كل الفضاء مما يتسبب في أنه يمكن أن يكون طاقة نقطة الصفر للفراغ الكمومي ويمكن أن يكون ثابت أينشتاين الكوني من النسبية العامة. تبحث التجارب والمراصد الحالية والمخططة عن التواقيع المحتملة التي من شأنها أن تميز أو تبحث عن حالات الخروج عن أي من هذه التفسيرات المحتملة ، ولكن حتى الآن تتوافق جميعها مع كونها الطبيعة الحقيقية للطاقة المظلمة.

علاقة المسافة / الانزياح الأحمر ، بما في ذلك الأشياء الأكثر بعدًا على الإطلاق ، التي تُرى من النوع Ia. [+] مستعر أعظم. تفضل البيانات بشدة التسارع الكوني ، على الرغم من وجود قطع بيانات أخرى الآن.

نيد رايت ، بناءً على أحدث البيانات من Betoule et al.

ولكن تم اقتراح بدائل كذلك. يجب أن تكون إضافة نوع جديد من الطاقة إلى الكون هو الملاذ الأخير لشرح ملاحظة جديدة ، أو حتى مجموعة جديدة من الملاحظات. كان الكثير من الناس متشككين في وجودها ، لذلك بدأ العلماء يسألون سؤالًا عما يمكن أن يحدث أيضًا؟ ما الذي يمكن أن يقلد هذه التأثيرات؟ ظهر عدد من الاحتمالات على الفور:

  • ربما لم تكن المستعرات الأعظمية البعيدة هي نفسها المستعرات الأعظمية القريبة ، وهل كانت أضعف بطبيعتها؟
  • ربما كان هناك شيء ما حول البيئات التي حدثت فيها المستعرات الأعظمية والذي تغير؟
  • ربما كان الضوء البعيد ، في الطريق ، يمر بتفاعل تسبب في عدم وصوله إلى أعيننا؟
  • ربما كان هناك نوع جديد من الغبار ، يجعل هذه الأشياء البعيدة تبدو أكثر خفوتًا بشكل منهجي؟
  • أو هل يمكن أن يكون الافتراض الذي قامت عليه هذه النماذج - أن الكون ، على المقاييس الأكبر ، موحدًا تمامًا - معيبًا بما يكفي لأن ما يبدو أنه طاقة مظلمة هو ببساطة التنبؤ "الصحيح" لنظرية أينشتاين؟

تم استبعاد سيناريوهات حجب الضوء ، أو فقدان الضوء ، أو اختلافات الضوء المنهجية من خلال طرق متعددة ، حتى لو تمت إزالة المستعرات الأعظمية من المعادلة تمامًا ، فإن الدليل على الطاقة المظلمة سيظل ساحقًا. من خلال القياسات الدقيقة للخلفية الكونية الميكروية ، والتذبذبات الصوتية للباريون ، والهياكل واسعة النطاق التي تتشكل وتفشل في التكوين في كوننا ، فإن حالة تغير معدل تمدد الكون بالطريقة التي قمنا بقياسها لا تشوبها شائبة .

قيود على الطاقة المظلمة من ثلاثة مصادر مستقلة: المستعرات الأعظمية ، و CMB و BAO. لاحظ أن . [+] حتى بدون المستعرات الأعظمية ، نحتاج إلى الطاقة المظلمة.

مشروع علم الكون المستعر الأعظم ، أمان الله ، وآخرون ، Ap.J. (2010)

لكن ماذا عن هذا الاحتمال الأخير؟ الكون ، بعد كل شيء ، لا موحد تماما. لديها مناطق كثيفة ضخمة: خيوط كونية ، ومجموعات مجرية عملاقة ، ومجرات مرتبطة بشكل فردي ، ونجوم ، وكواكب ، وسحب غبار ، وحتى ثقوب سوداء ، ناهيك عن المادة المظلمة. لديها مناطق أقل كثافة: فراغات كونية ليس لها عمليا نجوم أو مجرات بداخلها ، وتمتد لما يصل إلى عشرات الملايين من السنين الضوئية. وإذا كان الكون غير متجانس - وعلى وجه الخصوص ، إذا انتقل من حالة أكثر اتساقًا إلى حالة أكثر عدم انتظامًا بمرور الوقت - فربما يكون ما نراه كطاقة مظلمة مجرد تفسير خاطئ للطاقة في هذه العيوب؟

كون به طاقة مظلمة (حمراء) ، كون به طاقة عدم تجانس كبيرة (أزرق) ، و. [+] الكون الحرج الخالي من الطاقة المظلمة (أخضر). لاحظ أن الخط الأزرق يتصرف بشكل مختلف عن الطاقة المظلمة.

كانت هذه هي فكرة ورقة بحثية جديدة ، نُشرت قبل أسابيع قليلة فقط ، بواسطة Gábor Rácz والمتعاونين معه. أو ، بشكل أكثر دقة ، هذه فكرة قديمة تظهر كل بضع سنوات ، ويتم نشرها ، ولا تزال مستبعدة. لماذا هو مستبعد؟ لأن تأثيرات عدم التجانس هذه على التوسع الكوني قد تم تحديدها كمياً ، والنتائج معروفة منذ سنوات عديدة. الاستنتاجات الكبيرة التي يمكن للمرء استخلاصها هي:

  • تساهم العيوب الكونية مثل الانحناء المكاني ، مما يجعلها غير قادرة على إحداث تأثير شبيه بالتوسع المتسارع.
  • إنهم يساهمون بأقل من 0.01٪ في معدل التوسع في جميع الأوقات ، حتى أنهم يستنبطون مليارات السنين في المستقبل.
  • وهذه الطاقة الكامنة للجاذبية هي أكبر مساهم في هذه العيوب الكونية ، لكنها لا تلعب دورًا مهمًا على أي مقاييس في الكون: من التفردات إلى ما وراء الكون المرئي.

مساهمات طاقة عدم التجانس في التوسع الكوني (الخط العلوي) ، حتى اليوم (1 على. [+] المحور السيني) ، والمساهمة الجزئية في معدل التمدد. لاحظ أنه حتى في المستقبل البعيد ، فإن المساهمة لا تقترب أبدًا من 1. الخطوط المستقيمة تقريبية خطية والمنحنيات هي الحساب الكامل.

سيجل و ج. فراي ، 2005

على الرغم من أنني كتبت بنفسي واحدة من الأوراق المهمة التي حددت هذا التأثير كمياً ، إلا أن هذه النتيجة معروفة منذ عام 1995 على الأقل ، عندما قدم أوروس سيلجاك ولام هوي علاجهما في ندوة. الكون في الواقع غير كامل ، لكننا نعرف بالضبط كيف (وكم) هو غير كامل. كانت فكرة مثيرة للاهتمام ، لكن آثار هذه العيوب مفهومة جيدًا ، ولا يمكنها تفسير التسارع الملحوظ. الطاقة المظلمة موجودة لتبقى.

إذا كنت ستحيي فكرة قديمة ، فمن الأفضل أن يكون لديك سبب جديد لعدم انطباق الاعتراضات القديمة التي استبعدتها. حتى يأتي ذلك اليوم ، يمكنك أن تطمئن إلى أن الطاقة المظلمة ليست مجرد وهم!


عندما يوصف الانفجار العظيم ، على سبيل المثال ، بأنه حدث قبل 13.7 مليار سنة ، كيف يمكن قياس ذلك؟

هناك بعض القضايا التي لا أفهمها هنا. أستطيع أن أرى أن مثل هذا الرقم سهل الفهم وذو صلة ، ولكن:

السنة هي وحدة زمنية يحددها تقدم كوكبنا حول نجم ، فكيف يمكن اعتبار ذلك ثابتًا لبدايات الكون؟

ألم & # x27t يمثل الانفجار العظيم بداية الزمن نفسه ، وبالتالي ، ألم يكن الوقت نفسه مشوهًا وتغيرًا خلال المراحل الأولى من الكون؟

أخيرًا ، كيف توصلت إلى مثل هذا التقدير؟

هذه أسئلة رائعة. شكرا على السؤال!

السنة هي وحدة زمنية يحددها تقدم كوكبنا حول نجم ، فكيف يمكن اعتبار ذلك ثابتًا لبدايات الكون؟

عندما يتم حساب عمر الكون ، يتم حسابه بالنسبة إلى مجموعة خيالية من المراقبين تسمى & quotcomoving المراقبون. & quot ، هؤلاء المراقبون ثابتون بالمعنى التالي: إذا كانت هناك شبكة بحجم الكون ، وكل نقطة على الشبكة تكون المسمى ، وكل نقطة على الشبكة تمثل مراقبًا قادمًا ، ثم مع توسع الكون ، سيبقى هؤلاء الراصدون في نفس نقطة الشبكة. ومع ذلك ، فإن هؤلاء المراقبين القادمين ليسوا ثابتين بالمعنى التالي: سيتحرك المراقبون فيما يتعلق ببعضهم البعض وفقًا لتوسع الكون. فيما يلي تصور مفيد لكيفية بقاء المراقبين ثابتين فيما يتعلق بالشبكة ، لكنهم يتحركون فيما يتعلق ببعضهم البعض.

ومع ذلك ، لا يجب أن تبقى الكائنات الموجودة في نقاط الشبكة هناك ، وبصفة عامة لا يجب أن تظل هناك & # x27t. في الواقع ، فإن معظم الأجسام لها ما يسمى بسرعات غريبة بسبب تفاعلات الجاذبية المحلية (بين المجرات ، على سبيل المثال) بالإضافة إلى السرعات المتحركة بسبب التوسع الكوني. الأجسام ذات السرعات الغريبة لم تعد مراقبين حقيقيين. هذه مشكلة بالنسبة لنا ، لأننا نعيش على الأرض ، والأرض في مجرة ​​درب التبانة ، ودرب التبانة لها سرعة غريبة فيما يتعلق بالمراقبين القادمين. ومع ذلك ، فإن سرعتنا الخاصة صغيرة جدًا فيما يتعلق بسرعة الضوء ، لذلك لا يوجد فرق كبير بين الوقت منذ الانفجار العظيم كما اختبره مراقب قادم مقارنة بالوقت منذ الانفجار العظيم كما حدث من قبل شخص ما. مراقب على الأرض.

ومع ذلك ، فمن الصحيح أن عمر الكون هو كمية تعتمد على المراقب. إنه & # x27s فقط أن الإطار الذي يُحسب فيه هذا الرقم ، أو الإطار المتحرك أو & quotCMB إطار الراحة & quot (ما أطلق عليه حتى الآن مجموعة المراقبون القادمون) ، هو إطار طبيعي جدًا لحساب الكثير من الكميات المادية حول الكون . وذلك لأن الكون في هذا الإطار متجانس بشكل أساسي وخواص الخواص. لذلك ، نظرًا لأن الكون يمتلك هذه الصفات في هذا الإطار ، فإن وصف توسع الكون بسيط جدًا (نسبيًا ، بالطبع!).

الخلاصة هنا هي أنه عندما يقتبس الفيزيائيون لك عمر الكون ، فإنهم يشيرون ضمنيًا إلى عمر عاشه المراقبون القادمون. هذا مراقب منطقي جدًا يجب وضعه في الاعتبار ، لأن الوصف المادي لميزات الكون على نطاق واسع واضح بشكل خاص لمثل هؤلاء المراقبين. بالإضافة إلى ذلك ، في حين أنه ليس من الصحيح من الناحية الفنية التفكير في الناس على الأرض كمراقبين قادمون ، إلا أنه صحيح تقريبًا لأن السرعة الغريبة للأرض صغيرة بالنسبة لسرعة الضوء.

ألم & # x27t يمثل الانفجار العظيم بداية الزمن نفسه ، وبالتالي ، ألم يكن الوقت نفسه مشوهًا وتغيرًا خلال المراحل الأولى من الكون؟

قبل أن أجيب على هذا السؤال ، اسمحوا لي أن أكون متحذلقًا قليلاً. The Big Bang هي في الحقيقة نظرية تقدم وصفًا للكون بعد t = 0. لا نعرف حقًا ما حدث عند t = 0 ، والانفجار العظيم ليس نظرية تقول أي شيء عنه.

فيما يتعلق بالسؤال نفسه ، دعنا نناقش فكرة تمدد الوقت قليلاً. في النظرية النسبية الخاصة ، نستخدم كائنًا يسمى مقياس Minkowski لوصف هندسة الزمكان. في هذا المقياس ، لا يوجد تنسيق زمني مفضل ، وهذا يفسح المجال لمناقشات حول تمدد الوقت: هناك العديد من المراقبين بالقصور الذاتي (مشابه للمراقبين القادمين) ، لكن هؤلاء المراقبون الذين يعانون من القصور الذاتي لا يجب أن يكونوا ثابتين فيما يتعلق ببعضهم البعض. كل ما هو مطلوب منك لتصنيفك كمراقب بالقصور الذاتي هو أنك لا تتسارع. يحدث تمدد الوقت لأن المراقبين بالقصور الذاتي يمكن أن يتحركوا فيما يتعلق ببعضهم البعض ، وبالتالي فإن المراقبين الذين يتحركون فيما يتعلق ببعضهم البعض سيرون المراقبين الآخرين بساعات أبطأ.

في النظرية العامة للنسبية ، غالبًا ما يكون هذا هو نفسه. على سبيل المثال ، مقياس Schwarzschild هو مقياس يستخدمه علماء الفيزياء لوصف ، لتقريب جيد ، الكواكب والنجوم والثقوب السوداء. هذا المقياس ، مثل مقياس مينكوفسكي ، ليس له إحداثي زمني مفضل ، ولذا سيرى مراقبو شوارزشيلد المختلفون مراقبون آخرون يقيسون أوقاتًا مختلفة.

ومع ذلك ، فإن المقياس المستخدم لوصف التوسع الكوني ، مقياس FLRW ، في الواقع لديها تنسيق الوقت المفضل. في حين أن مراقبي Schwarzschild المختلفين ومراقبين Minkowski المختلفين سيكون لديهم تزامن مختلف للساعة وبالتالي سيواجهون تمددًا زمنيًا ، فإن مراقبي FLRW المختلفين (ما أسميته سابقًا مراقبون قادمون هم & quot ؛ إطار راحة CMB & quot ؛ مراقبون) سيكون لديهم نفس مزامنة الساعة. تنسيق الوقت هذا ، بالنسبة لمراقبي FLRW ، لا يتغير مع توسع الكون ، وبالتالي تقيس ساعات مراقبي FLRW في الماضي الفترات الزمنية نفسها مثل الساعات الحالية لمراقبي FLRW.

الخلاصة هنا هي أن تمدد الوقت لا ينطبق على مناقشة التوسع الكوني لأنه ينشأ فقط في فضاءات معينة أخرى. بالنسبة لمراقبي FLRW ، سيكون الفاصل الزمني في الماضي هو نفسه الآن.

أخيرًا ، كيف توصلت إلى مثل هذا التقدير؟

من الصعب قياس المعلمات الكونية ، لكن لدينا قيودًا من مصادر مثل الخلفية الكونية الميكروية ، وعدسات الجاذبية القوية ، والتذبذبات الصوتية الباريونية ، وما إلى ذلك. إن عمر الكون ليس في الواقع كمية يمكن ملاحظتها بشكل مباشر ، ولكن يمكن استنتاجها إذا قمنا بقياس أشياء مثل معلمة هابل ومحتوى المادة والطاقة المظلمة في كوننا. إذا قمنا بقياس هذه الأشياء ، يمكننا استخدام معادلات فريدمان لحساب عمر الكون.

اتمنى ان يكون ذلك مفيدا. حاولت أن أكون حريصًا في تجنب الإفراط في استخدام اللغة التقنية أثناء التقاط الجوهر الحقيقي لكل جزء من أسئلتك. إذا كان هناك أي توضيحات يمكنني تقديمها ، فيرجى إبلاغي بذلك!


تمارا ديفيس

مرحبا بكم في صفحة البحث الخاصة بي. أنا عالم كوزمولوجي ، وأمضي معظم وقتي في محاولة معرفة سبب تسارع توسع الكون. بمعنى آخر ، البحث عن الطاقة المظلمة. يؤدي ذلك أحيانًا إلى مسارات مفاجئة ، كما ستظهر بعض الملخصات أدناه. اتبع الروابط للحصول على أوصاف أكثر تفصيلاً للجوانب الأكثر إثارة وغرابة في الكون.

للحصول على نظرة عامة مفصلة ولكن غير رياضية لعلم الكونيات الحديث ، وشرح أدلة المراقبة للطاقة المظلمة والمادة المظلمة ، تحقق من هذه المراجعة التي كتبتها في عام 2014.

وزن الثقوب السوداء الهائلة

OzDES: المسح الأسترالي للطاقة المظلمة (2013-2020)

النوى المجرية النشطة (AGN) هي أكثر مصادر الكون إشراقًا واستمرارية. إنها تغذيها الثقوب السوداء الهائلة التي تستهلك الغاز في مراكز المجرات. بينما يتساقط الغاز فيه ، يصبح ساخنًا بشكل جنوني (مصطلح تقني) ويضيء بشكل ساطع ، مؤينًا فقاعة حوله وإضاءة سحب الغبار والغاز في الضواحي. يتنوع السطوع مع سقوط كتل من المادة. نحن نشاهد السطوع يختلف باستخدام الصور من تلسكوب بلانكو في تشيلي ثم نكتشف "انعكاس" ذلك الضوء من الغيوم المحيطة باستخدام الأطياف من التلسكوب الأنجلو-أسترالي. من خلال قياس التأخير الزمني بين الاثنين يمكننا "وزن" الثقب الأسود ، لأن الثقوب السوداء الأكثر ضخامة تصنع غازًا أكثر سخونة ، مما يؤين فقاعة أكبر ، لذلك يجب أن يسافر الضوء لفترة أطول قبل أن ينعكس من سحب خط الانبعاث.

باستخدام تقنية "رسم خرائط الارتداد" هذه ، نراقب حوالي 800 مجرة ​​نشطة على مدار خمس سنوات ، والتي نتوقع من خلالها قياس التأخيرات الزمنية لنحو 30-40٪ من العينة ، مما ينتج عنه حوالي 250 قياسًا جديدًا للثقوب السوداء الهائلة. الأمر الأكثر إثارة هو أن ملاحظاتنا تصل إلى مجرات بعيدة جدًا لدرجة أن الضوء المنبعث الذي نراه قبل 12 مليار سنة (أي انزياح أحمر يبلغ حوالي 4). تحتوي الحالة الحالية للعينة الفنية على 41 AGN خارجًا فقط

0.3). لذا فللمرة الأولى سيكون لدينا قياسات مباشرة توضح كيف نمت الثقوب السوداء الهائلة خلال الـ 12 مليار سنة الماضية.

نوع جديد من الشمعة القياسية

بمجرد أن نتمكن من قياس التأخير الزمني ، يمكننا استنتاج اللمعان الجوهري لمراكز هذه المجرات النشطة المتوهجة. (كلما كانت أكثر إشراقًا ، زاد التأخير الزمني.) مرحبًا ، لدينا شمعة قياسية! في عام 2011 ، نشرنا ورقة توضح أول مخطط هابل (السطوع مقابل الانزياح الأحمر) لـ AGN.هذه النوى المجرية النشطة كائنات كبيرة فوضوية ، لكن فيزياء الضوء والتأين بسيطة للغاية ، لذلك هناك سبب وجيه لتوقع أنها ستكون شموعًا قياسية جيدة - ومع ذلك ، سنختبرها بتفاصيل أكثر. أوزديس.

حصل هذا الاكتشاف على المركز الرابع في أفضل 10 اختراقات في عالم الفيزياء لعام 2011 "!

سوبر نوفا كوزمولوجيا

اكتشاف الطاقة المظلمة. ومحاولة معرفة ما هو!

المستعرات الأعظمية هي نجوم متفجرة. في أوائل التسعينيات ، تم اكتشاف أن المستعرات الأعظمية من النوع Ia تصنع شموعًا قياسية رائعة. هذا يعني أننا نعرف مدى إشراقها في جوهرها. هذا مفيد للغاية في علم الفلك ، لأنه بمجرد قياس مدى سطوعها يمكنك قياس المسافة البعيدة. بالاقتران مع قياس الانزياح الأحمر ، الذي يخبرنا بمدى سرعة انحسارها عنا ، سمح هذا الاكتشاف لعلماء الفلك بقياس معدل تمدد الكون في الماضي البعيد ومقارنته بمعدل التوسع الآن. ولدهشتنا كثيرًا ، يبدو أن التمدد يتسارع ، على عكس توقعنا المعتاد بأن الجاذبية لا تسحب إلا أبدًا! في عام 2011 ، فاز بعض زملائي بجائزة نوبل لهذا الاكتشاف. (تهانينا لبريان وشاول وآدم!)

خلال مسيرتي المهنية حتى الآن ، كنت جزءًا من ثلاثة استطلاعات رئيسية للمستعرات الأعظمية لمتابعة الاكتشاف الأصلي للكون المتسارع وقياسه بمزيد من التفاصيل لمعرفة سبب ذلك. (تُظهر السنوات الموجودة بين قوسين أدناه السنوات التي أمضيتها في حياتي في هذه الاستطلاعات. عمل أشخاص آخرون لفترة أطول لتحقيق ذلك!)

المسح الأسترالي للطاقة المظلمة (OzDES: 2013-2020)

OzDES عبارة عن مسح مدته 5 سنوات باستخدام 100 ليلة على التلسكوب الأنجلو-أسترالي لأخذ أطياف المجرات في الحقول العميقة العشرة التي تتم مراقبتها بواسطة مسح الطاقة المظلمة الدولي. من بين العديد من الأهداف المتنوعة لهذا المسح رصد حوالي 2500 مستعر أعظم من النوع Ia والحصول على انزياح أحمر للمجرات المضيفة ، حتى نتمكن من اختبار الطاقة المظلمة. تم اكتشاف الطاقة المظلمة الأصلية الحائزة على جائزة نوبل باستخدام 52 سوبر نوفا فقط بين المجموعتين. مع بضعة آلاف من المستعرات الأعظمية ، لا يمكننا فقط إجراء أفضل قياس على الإطلاق للتمدد ، ولكن يمكننا أيضًا إجراء أنواع جديدة تمامًا من الاختبارات ، مثل البحث عن تأثير عدسة الجاذبية على تضخيم المستعرات الأعظمية.

مسح سلون الرقمي للسماء (SDSS: 2007-2009)

اكتشف مسح سوبر نوفا SDSS مئات المستعرات الأعظمية في المنطقة بين انزياح أحمر 0.1 و 0.3 ، والمعروف باسم "الانزياح الأحمر". ومن المفارقات أن الوصول إلى نطاق الانزياح الأحمر المتوسط ​​هذا كان أكثر صعوبة من الوصول إلى المستعرات الأعظمية الأبعد لأنك تحتاج إلى تلسكوب بمجال رؤية هائل حتى تتمكن من تغطية مساحة كبيرة بما يكفي من السماء. في أواخر عام 2009 ، نشرنا سلسلة من ثلاث أوراق بحثية تغطي نتائج السنة الأولى للبيانات. كشفت إضافة 103 سوبر نوفا إلى العينة العالمية عن بعض القضايا المثيرة للاهتمام ، وربما الأهم من ذلك أننا بحاجة إلى فهم أفضل للمستعرات الأعظمية ومنحنيات الضوء الخاصة بها. كانت هناك بعض التلميحات المحيرة إلى أن بعض النماذج الكونية الأكثر غرابة قد تحسن تفسيرنا الكوني الثابت القياسي للطاقة المظلمة ، ولكن مع تحسن البيانات بعد هذه المنشورات اختفت هذه التلميحات.

ايسنس (2004-2007)

كان ESSENCE عبارة عن تعاون يهدف إلى قياس معادلة حالة الطاقة المظلمة إلى أفضل من 10٪. في ذلك الوقت ، كان هذا هدفًا طموحًا (إنه مؤشر على المدى الذي وصل إليه المجال في غضون عقد واحد فقط ونحن الآن نحاول تحقيق ما هو أفضل من 1٪). اكتشفنا ورصدنا حوالي 200 مستعر أعظم من النوع Ia بين انزياح أحمر 0.3 و 0.8.

في عام 2007 أصدرنا أول نتائج كونية. تم نشرها في سلسلة من ثلاث ورقات بحثية في عدد سبتمبر 2007 من مجلة الفيزياء الفلكية. لقد قادت المجموعة الثالثة ، والتي اختبرت نماذج كونية غريبة باستخدام معايير اختيار النموذج. يمكنك قراءة المزيد عن الجزء الخاص بي من المشروع هنا.

كجزء من Davis et al. ورقة 2007 تمحيص النماذج الكونية الغريبة أصدرنا أكثر مجموعة بيانات مجمعة كاملة عن المستعر الأعظم حتى الآن ، بما في ذلك بيانات Supernova Legacy Survey و ESSENCE و Higher-Z مع العينة القريبة. يمكنك تنزيل مجموعة البيانات هذه واستخدامها للقيام بما يناسبك من علم الكونيات من http://www.dark-cosmology.dk/archive/SN.

يركب الضوء أفعوانية الفضاء

قياس الطاقة المظلمة باستخدام عدسة الجاذبية.

عندما ينتقل الضوء عبر الفضاء ، يركب صعودًا وهبوطًا على التلال والوديان في الفضاء المنحني. عندما يقع في مجموعات ، فإنه يكتسب الطاقة (يتحول إلى اللون الأزرق) ثم يفقد الطاقة (يتم إزاحته إلى الأحمر) بينما يتسلق طريقه مرة أخرى. إنه عازم أيضًا لأنه يتم التركيز عليه عندما يمر ببقع كثيفة وينتهي التركيز أثناء مروره عبر الفراغات. لذا فإن الضوء الذي نلاحظه ليس هو الضوء الأصلي المنبعث ، ولكن الضوء الذي تنوع بشكل دقيق حسب المسار الذي سلكه للوصول إلينا. من خلال النظر إلى تلك الاختلافات الدقيقة في الانزياح الأحمر والتكبير يمكننا اكتشاف وجود المادة (بما في ذلك المادة المظلمة) وتأثير الطاقة المظلمة على توزيع المادة. هذا يعطينا طريقة أخرى لاختبار علم الكونيات.

تأثير بيئتنا المحلية

عندما يركب الضوء السفينة الدوارة في الفضاء ، عادة ما يقترب التأثير من المتوسط ​​بينما يرتفع صعودًا وهبوطًا على تلال الجاذبية. ومع ذلك ، فإن التأثير الوحيد الذي لا يلغى هو بيئتنا المحلية. إذا كنا نعيش في واد ، فلن يكون للضوء أبدًا فرصة للتسلق للتعويض عن الطاقة التي اكتسبها من الدخول. علاوة على ذلك ، فإن كل الضوء الذي يصل إلى موقعنا سوف يتأثر بالمثل. حتى التحول المنهجي الصغير جدًا (0.0001) في الانزياح الأحمر يمكن أن يسبب تحيزًا في قياساتنا الكونية. في هذه الأوراق أشرنا إلى ذلك وحددناه كمياً.

تذبذبات الباريون الصوتية

مسح الطاقة المظلمة WiggleZ

من قال أن الموجات الصوتية لا تنتشر في الفضاء؟ حسنًا ، لم يعد بإمكانهم ذلك ، لكن بالعودة إلى بدايات الكون ، كانت المادة والضوء بسهولة كثيفة بدرجة كافية للحفاظ على الموجات الصوتية. تركت التموجات المتبقية من هذه الاهتزازات الهائلة على مستوى الكون بصماتها على نمط المجرات الذي نراه الآن في السماء. تُعرف هذه التذبذبات الصوتية باسم Baryon Acoustic Oscillations ، والآن أصبحت التلسكوبات وأجهزة قياس الطيف قوية بما يكفي يمكننا بالفعل قياس هذه التموجات المتبقية.

في عام 2008 ، عدت إلى أستراليا للعمل مع استطلاع WiggleZ Dark Energy. هذا مسح تذبذب صوتي للباريون تم إجراؤه على التلسكوب الأنجلو أسترالي الذي لاحظ أكثر من 200000 مجرة ​​إلى انزياح أحمر بمقدار 1.0 ، أي إلى نصف عمر الكون قبل. كان هذا أكبر مسح للانزياح الأحمر للمجرة تم إجراؤه على الإطلاق في ذلك الوقت ومعه تمكنا من القيام بكل أنواع العلوم الرائعة. بصرف النظر عن الأسئلة الكونية العادية ، مثل الطاقة المظلمة والمادة المظلمة ، تمكنا أيضًا من القيام بأشياء مثل قياس تجانس الكون ووضع حد أعلى لكتلة النيوترينو. فيزياء الجسيمات باستخدام المجرات - لماذا لا ؟!

تم إصدار البيانات النهائية في عام 2012 ويمكنك تنزيلها من: http://smp.uq.edu.au/wigglez-data/

نشرنا أكثر من 20 ورقة بحثية ، لذا لن أذكرها جميعًا هنا. بدلاً من ذلك ، إليك فقط عددًا قليلاً من المفضلة (بعضها موجود في قسم الهيكل واسع النطاق أدناه):
مسح الطاقة المظلمة WiggleZ:
إصدار البيانات النهائية والنتائج الكونية: باركنسون ، ريمر سورنسن ، بليك ، بول ، ديفيس ، وآخرون. 2012
قياس تاريخ التوسع الكوني باستخدام اختبار Alcock-Paczynski والمستعرات الأعظمية البعيدة: بليك ، جلازبروك ، ديفيس وآخرون. 2011
رسم خريطة علاقة انزياح المسافة مع التذبذبات الصوتية الباريونية: بليك ، كازين ، بيوتلر ، ديفيس ، باركنسون وآخرون. 2011
اختبار النموذج الكوني باستخدام اهتزازات الباريون الصوتية عند z = 0.6: بليك ، ديفيس وآخرون. 2011
تصميم المسح وإصدار البيانات الأولى: درينكووتر وآخرون. 2009
مسح الطاقة المظلمة WiggleZ: بليك وآخرون. 2009 ، علم الفلك والجيوفيزياء

هيكل واسع النطاق

مسح الطاقة المظلمة WiggleZ

توزيع المجرات في الكون ليس عشوائيا. يحتوي النمط على بصمة الموجات الصوتية في الكون المبكر بالإضافة إلى أثر الآفاق. يمكن أن تبدأ الهياكل في النمو فقط بمجرد أن تؤثر الجاذبية عليها ، وبما أن الجاذبية تنتقل فقط بسرعة الضوء ، فإن الأشياء الكبيرة في الكون المبكر لم تكن تعلم حتى الآن أنها يجب أن تنهار! (ربما كانت هذه هي الطريقة التي تمكن بها وايل إي. كويوت من التحليق للحظة عندما سقط من المنحدرات). ومن ثم ، فإن قياس توزيع المجرات في الكون يعطينا الكثير من المعلومات حول ما كان يحدث في الكون المبكر ، وكيف تتفاعل الجسيمات ، و مدى سرعة توسعها. يتيح لنا ذلك أيضًا معرفة ما تم تصنيعه منه. أشياء رائعة جدا.

تجانس

الافتراض الأساسي وراء معظم علم الكونيات ، هو أن الكون متجانس ، أي أنه في الأساس هو نفسه في كل مكان (إذا كان متوسط ​​الحجم أكثر من الأحجام الكبيرة). لقد تم تحديد ذلك جيدًا بالفعل من خلال النظر إلى الإشعاع المتبقي من الانفجار العظيم (الخلفية الكونية الميكروية) ، ولكن كانت هناك بعض الخلافات حول ما إذا كانت المجرات قد انتشرت بشكل متجانس. باستخدام WiggleZ ، أجرينا مسحًا كبيرًا بما يكفي لقياس الانتقال بشكل لا لبس فيه من الكون المحلي المتكتل ، إلى الكون الأملس المتوسط ​​على المقاييس الكبيرة. قاد هذا الطالب موراج سكريميجور (شاهد الفيديو).

النيوترينوات (باستخدام المجرات للقيام بفيزياء الجسيمات!)

صدق أو لا تصدق ، يمكننا استخدام قياسات لأكبر الهياكل في الكون - تجمعات المجرات - للقيام بفيزياء الجسيمات. كتلة النيوترينو لغز ، كونها واحدة من الأشياء القليلة التي لم تكن جزءًا طبيعيًا من النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات. لكن النيوترينوات كان لها تأثير على كيفية تشكل البنى في بدايات الكون ، وبالتالي يمكننا قياس كتلتها ، وحتى عددها ، من خلال النظر إلى المجرات.

سرعات غريبة

كل حركة ليست توسيع الفضاء

تشير السرعات الغريبة إلى جميع السرعات التي لا تتوافق تمامًا مع التمدد السلس للفضاء. في المتوسط ​​، يتوسع الكون ، ولكن عندما تنظر بالتفصيل إلى أي بقعة منه ، سترى المجرات يتم سحبها من قبل بعضها البعض ، أو تدور أو تدور ، أو تقوم بشكل عام بأشياء مثيرة للاهتمام. تخبرنا مشاهدة هذه الحركة بمدى قوة الجاذبية على المقاييس المتوسطة. نحن نعلم أن الجاذبية جذابة هنا على الأرض. نحن نعلم أن شيئًا ما يبدو أنه يجعل الجاذبية منفرة على مقياس الكون المرئي (مما يتسبب في تسارعها). ما يحدث في منطقة Goldilocks بينهما يمكن أن يخبرنا شيئًا عن مكان حدوث الانتقال وما الذي يسبب التسارع. الأهم من ذلك ، يمكن للسرعات الغريبة التمييز بين النماذج التي تتنبأ بتاريخ التوسع نفسه ، ولكنها تختلف في تفاصيل تكوين الهيكل.

تقيس السرعات الغريبة عن طريق قياس المسافة بينهما (على سبيل المثال باستخدام المستعرات الأعظمية كشموع قياسية) ومقارنتها بالمسافة التي تتوقعها بسبب الانزياح الأحمر. يمكن تفسير الإزاحة (جزئيًا) بالسرعة الغريبة. على الرغم من أن المستعرات الأعظمية هي طرق واضحة لقياس المسافة ، إلا أنها نادرة جدًا لتكون مفيدة للغاية للسرعات الغريبة ، حيث تريد حساب متوسط ​​حركة آلاف المجرات. لذلك نقيس المسافات باستخدام المستوى الأساسي للمجرات الإهليلجية و تولي فيشر طريقة المجرات الحلزونية.

سوبرنوفا منحة البحث

كل شيء آخر مستعر أعظم

تمدد الزمن في الكون البعيد (المستعرات الأعظمية البطيئة!)

بسبب توسع الكون ، يجب أن نحصل على تمدد زمني للأجسام البعيدة. وهذا يعني أن المستعرات الأعظمية البعيدة يجب أن تبدو وكأنها تستغرق وقتًا أطول حتى تتألق وتتلاشى مقارنة بالمستعرات الأعظمية القريبة ، حتى لو كانت متطابقة جوهريًا. لقد كتبنا ورقة باستخدام أطياف المستعرات الأعظمية كساعات ، والتي أظهرت أن نعم ، يحدث تمدد الوقت تمامًا كما هو متوقع! على الرغم من أننا لم نكن نتوقع بجدية العثور على أي شيء مختلف ، فإن السبب في أن هذا رائع هو أنه يؤكد التوسع في أن الانزياح الأحمر للمجرات البعيدة يرجع حقًا إلى توسع الكون ويضع المسمار الأخير في نعش الأفكار مثل "ضوء متعب" (لا يعني ذلك أنه يحتاج إلى المزيد من المسامير!).

المجلة طبيعة كان لطفًا كافيًا لكتابة هذا ضمن أبرز أبحاثهم الشهرية (ص 806) لشهر أغسطس 2008.

صنع المستعرات الأعظمية أفضل الشموع القياسية

السوبرنوفا من أفضل الشموع القياسية المتوفرة لدينا ، لكنها ليست مثالية. يختلف سطوع الذروة في الواقع بحوالي ترتيب من حيث الحجم ، ولكن بطريقة قابلة للمعايرة. تلك الأكثر إشراقًا تضيء لفترة أطول. لذلك من خلال قياس المدة التي يستغرقها المستعر الأعظم للسطوع والتلاشي ، يمكننا حساب مدى سطوعه في الواقع ، وتقليل عدم اليقين إلى حوالي 10٪.

نظرًا لأن قياساتنا أصبحت أكثر دقة والنماذج التي نختبرها أصبحت أكثر تطلبًا دقة 10٪ لم تعد كافية. لذلك ، فإن هدفنا هو إيجاد طريقة أفضل لمعايرة المستعرات الأعظمية. شيء يتيح لنا معرفة السطوع الجوهري حتى 1٪. نحن نستخدم شكلاً من أشكال تحليل المكونات الرئيسية (PCA) لمحاولة إيجاد أنماط في الأطياف يمكن استخدامها لتحسين المعايرة. PCA هي تقنية تُستخدم في أشياء مثل ضغط الصور لاستخراج وصف بسيط من المعلومات المعقدة. لقد نشرنا بعض أوراق إثبات المفهوم ، ونعمل الآن على القيام بعمل أفضل بكثير باستخدام مجموعات بيانات أكبر.

توسيع اللبس

توضيح المفاهيم الخاطئة الشائعة حول توسع الكون والآفاق الكونية

من الذي لم ينظر إلى النجوم وتعجب من كيفية عمل الكون؟ في عالم الفيزياء ، الذي غالبًا ما تتناثر فيه المعادلات المجردة ، يبذل الكثير من الجهد لربط تلك المعادلات المجردة بالعالم الذي نراه. يعيق هذا المسعى عائقان رئيسيان. أحدهما ببساطة هو عدم دقة اللغة. نادرًا ما تكون الكلمات دقيقة مثل المعادلات التي تشرحها ، لذلك في بعض الأحيان ينشأ الجدل حول التناقضات الواضحة في الأدبيات التي هي في الواقع ليست أكثر من صياغة قذرة. العقبة الأكثر أهمية هي صعوبة شرح المفاهيم غير البديهية لفيزياء الكم والنسبية من حيث نظائرها اليومية. بعض المفاهيم في الفيزياء الحديثة ببساطة ليس لها تطابق مباشر مع تجربتنا اليومية. وبالتالي فإن عدم دقة اللغة يضاعف من استحالة وصف الأشياء التي ليس لدينا كلمات لها بشكل طبيعي.

حتى الآن لفهم الفيزياء حقًا ، من الضروري ربط حلولنا الرياضية بالعالم المرئي. لقد قضيت بعض الوقت في العمل مع هذه المشكلة ، ومحاولة شرح توسع الكون هو طريقة واضحة ودقيقة. آمل أنه من خلال شرح بعض السمات الغريبة للكون بوضوح ، فإن بعض السمات الغريبة للنسبية العامة قد تصبح أيضًا أكثر سهولة.

هل يمكن أن يتمدد الفضاء أسرع من سرعة الضوء؟

في الجزء الأول من رسالتي للدكتوراه ، استكشفت معنى توسع الكون وحاولت فضح المفاهيم الخاطئة الشائعة. اقرأ هذا وتعلم كيف يمكن أن تنحسر المجرات أسرع من سرعة الضوء دون انتهاك النسبية الخاصة ، وكيف تتشكل آفاق الحدث في كون متسارع بحيث يشبه كوننا المرئي ثقبًا أسودًا معكوسًا ، وكيف يمكن للضوء الذي يسافر في اتجاهنا أن يُسحب بعيدًا عنا بواسطة توسع الفضاء ، وكم عدد المجرات التي نلاحظها في صور مثل حقل هابل العميق هي بالفعل خارج أفق الحدث لدينا بحيث لا يمكننا التواصل معها أبدًا.

إلى اليسار: سلسلة مشروحة من الرسوم التخطيطية للزمكان تصور كوننا (يُعرف أيضًا باسم ملخصي للكون المتوسع في صفحة واحدة).

قراءة:
الجوانب الأساسية لتوسع الكون والآفاق الكونية: أطروحة دكتوراة في جامعة نيو ساوث ويلز 2004. (فاز هذا بالفعل بجائزة أفضل دكتوراه في العلوم من جامعة نيو ساوث ويلز لعام 2004).
توسيع الارتباك: المفاهيم الخاطئة الشائعة عن الآفاق الكونية والتوسع الفائق للكون: Davis & Lineweaver 2004 (لاحظ أن إصدار astro-ph يصحح خطأً في الإصدار المنشور!)
حلول لمشكلة المجرة المقيدة في الكون الآخذ في الاتساع ومراقبة انحسار الأجسام الزرقاء: ديفيس ، Lineweaver & Webb 2003

قد تكون مهتمًا أيضًا بهذه ، وهي بعض من أفضل الأوراق التي نشأت عن الموضوعات التي طرحتها في أطروحتي:
هل يتمدد الفضاء في نماذج الكون فريدمان؟: Gr & Oslashn & Elgar & Oslashy 2007 تنسيق الارتباك في علم الكون المطابق : لويس وفرانسيس وبارنز وجيمس 2007 توسيع الفضاء: أصل كل الشرور؟: فرانسيس ، بارنز ، جيمس ولويس 2007 الانضمام إلى تدفق هابل: الآثار المترتبة على توسيع الفضاء: Barnes، Francis، James & Lewis 2006. وفي هذا ، الذي يلتقط خطأً في القسم 4.2 من بحثي لعام 2004 PASA (والذي تم تصحيحه في نسخة astro-ph!):علم الكونيات تحت ظل ميلن: تشودوروفسكي 2005

مقالات Scientific American

بعد متابعة أوراق "توسيع الارتباك" ، كانت مجلة Scientific American لطيفة بما يكفي لتطلب مني كتابة مقالة مراجعة حول هذا الموضوع. في ذلك نجيب على أسئلة مثل: أي نوع من الانفجار كان الانفجار العظيم؟ هل تستطيع المجرات أن تنحسر أسرع من الضوء؟ ما هو الانزياح الكوني نحو الأحمر؟ ما هو حجم الكون المرئي؟ ما يتوسع؟

بعد نشر أول مقال مشهور ، كتبت حرفيًا مئات الصفحات من الردود على أسئلة الجمهور. سأل ثلث هؤلاء الناس "أين تذهب الطاقة عندما ينزاح الفوتون نحو الأحمر بسبب تمدد الكون؟" تمكنت في النهاية من كتابة مقال آخر يجيب على جميع أنواع الأسئلة حول الحفاظ على الطاقة في الكون الآخذ في الاتساع ، والتي أصبحت قصة الغلاف لشهر يوليو 2010.

انفجارات أشعة جاما

أكثر الانفجارات نشاطا في الكون

انفجارات أشعة جاما (GRBs) هي أكثر الانفجارات نشاطا على الإطلاق. في بضع ثوانٍ ، تصدر طاقة أكثر مما تصدره مجرتنا بأكملها في 100 عام. تم اكتشافها في البداية في الستينيات من قبل الأقمار الصناعية الأمريكية ، التي تم إطلاقها لمراقبة التجارب النووية السوفيتية ، وظل وجودها سريًا لعدة سنوات. بعد الإعلان عن وجودها في أوائل السبعينيات ، استغرق الأمر 20 عامًا أخرى قبل أن يتم بناء أقمار صناعية علمية قادرة على اكتشافها.

أعطتنا سلسلة من الأقمار الصناعية الآن صورة أوضح بكثير لهذه الأشياء الغامضة. أحدث قمر صناعي هو Swift ، الذي يكتشف في المتوسط ​​اثنين أو ثلاثة من GRB كل أسبوع. نعتقد أن هناك نوعين ، طويل وقصير ، ونعتقد أن النوع الطويل هو نتيجة انفجار نجمي هائل حيث ينهي نجم حياته في مستعر أعظم. ولكن حتى عندما تقاربنا على هذا الإجماع ، ظهر انفجار غريب أكثر من المعتاد في السماء. تابعت مجموعتنا في مركز علم الكونيات المظلمة ، بالإضافة إلى بعض المجموعات الأخرى في جميع أنحاء العالم ، انفجارًا كان يجب أن يكون به شفق مستعر أعظم ولكن لم يحدث. لقد صدمنا هذا من منطقة الراحة الخاصة بنا وأظهر أنه حتى لو فهمنا الآن الكثير عن هذه الانفجارات أكثر مما فعلناه في التسعينيات ، فلا يزال هناك الكثير لنتعلمه.

مسبار تسريع SuperNova (SNAP)

تصميم تلسكوب فضائي. التي لم تطير (2004-2006)

عندما يتم الانتهاء من الجيل الحالي من استطلاعات المستعرات الأعظمية ، سنظل بحاجة إلى بيانات أفضل إذا أردنا تحديد سبب تسارع الكون. كان SNAP أحد الاحتمالات لمهمة الطاقة المظلمة المشتركة (JDEM) - وهي مهمة مشتركة بين وزارة الطاقة الأمريكية ووكالة ناسا لبناء مسبار لقياس الطاقة المظلمة. في عام 2007 ، تم تسمية JDEM بالمهمة ذات الأولوية في وكالة ناسا ما وراء أينشتاين البرنامج ، ولكن للأسف تم قطع التمويل لذلك لم يطير. الآن نأمل أن WFIRST ، وهو تطور لمفهوم JDEM سوف يملأ الفجوة.

ما نحتاجه في كثير من علم الكونيات هو تلسكوب واسع المجال في الفضاء ، قادر على التقاط صور بدقة تلسكوب هابل الفضائي ، لكنه يغطي منطقة تشبه إلى حد كبير حجم البدر (بدلاً من شيء بحجم فوهة البركان). سيكون مثل هذا التلسكوب قادرًا على قياس الآلاف من المستعرات الأعظمية ، ولكن ربما الأكثر إثارة ، أيضًا قياس العدسة الضعيفة - وهي طريقة لقياس الطاقة المظلمة باستخدام التواء الجاذبية للضوء بواسطة المجرات البعيدة - وتذبذبات باريون الصوتية (انظر وصفي لـ BAO أعلاه) . نظرًا لأن التلسكوب واسع المجال في الفضاء سيكون متعدد الاستخدامات ، فهناك قدر كبير من العلوم المساعدة التي يمكن القيام بها.

لقد عملت على تحسين المستعر الأعظم لـ SNAP ، ولا سيما تصميم ممرات الموجات.

الممرات المثالية لعلم الكونيات المستعر الأعظم من النوع الأول: ديفيس ، شميدت وكيم ، 2006
مسبار تسريع المستعر الأعظم ، ورقة بيضاء لفريق عمل الطاقة المظلمة: ألبرت وآخرون. 2005
رؤية طبيعة تسريع الفيزياء: إنها SNAP ، ورقة بيضاء عامة لفريق عمل الطاقة المظلمة: ألبرت وآخرون. 2005


المفتوحة والمغلقة هي ببساطة لانهائية أو محدودة.
بالنسبة للهندسة ، فهي عامل كثافتها الحرجة.
إذا كانت معامل الكثافة أكبر من 1 ، فسيكون الكون مغلقًا (محدودًا) ومنحنيًا بشكل إيجابي مثل سطح الكرة.
إذا كانت معامل الكثافة أقل من 1 ، فإنها مفتوحة بانحناء سلبي مثل السرج. (فتح يساوي لانهائي)
إذا كانت تساوي 1 بالضبط ، فهذا يعني أنها مسطحة وغير محدودة
تظهر نتائج WMAP أن مسطحها.

في الهندسة المسطحة ، من المفترض أن يكون هذا التوسع بمعدل ثابت. الطاقة المظلمة هي سبب تسارعها.

شكرًا ، هذا مفيد جدًا.

عندما نتحدث عن التسطيح أو الانحناء ، أفترض أنك تقصد تسطيح / انحناء الزمكان ، وليس الفضاء فقط؟

وأيضًا ، ما نوع التأثيرات الفيزيائية التي تتوقع رؤيتها من كون مفتوح أو مغلق بسبب انحناءه؟ على سبيل المثال ، إذا قمت بإنشاء مثلث ضخم عبر جزء كبير جدًا من الفضاء ، فهل تتوقع أن يكون مجموع زواياه أكثر أو أقل من 180 درجة؟

أنا لست عالم فيزياء فلكية ، لكن هذا ما أؤمن به.

عندما نتحدث عن مسطح أو منحني ، فإننا نتحدث بالفعل عن مقياس الزمكان ، المرتبط بالموتر المتري G.

الموتر المتري هو موتر (متغير) من المرتبة 2 تتكون عناصره من المنتجات النقطية لمتجهات الأساس المباشر:

g [itex] _[/ itex] = ه[itex] _[/ itex] [itex] bullet [/ itex]ه[itex] _[/ itex]

يتم تعريف نواقل الأساس المباشر بواسطة ه[itex] _[/ itex] = دس/ dq [itex] ^[/ itex] حيث q [itex] ^[/ itex] هو متغير في نظام الإحداثي الخاص بك و س هو التعبير عن متجه عنصر الطول في نظام الإحداثي الخاص بك.

على سبيل المثال: لنفترض أن لدينا نظام إحداثيات ديكارتي ثنائي الأبعاد. س = س x + ص ذ. سيكون متجهات الأساس 2 بعد ذلك

ه[itex] _[/ itex] = d (x، y) / dx = dx / dx x + dy / dx ذ = x
ه[itex] _[/ itex] = d (x، y) / dy = dx / dy x + دى / دى ذ = ذ

كموتر من الرتبة 2 ، يمكننا تمثيله بشكل ملائم كمصفوفة. الموتر المتري الإقليدي الذي نعرفه يمثل الرسوم البيانية التي نعرفها:

g [itex] _[/ itex] = ه[itex] _[/ itex] [itex] bullet [/ itex]ه[itex] _[/ itex]
= x[itex] bullet [/ itex]x = 1

g [itex] _[/ itex] = ه[itex] _[/ itex] [itex] bullet [/ itex]ه[itex] _[/ itex]
= ذ[itex] bullet [/ itex]ذ = 1

g [itex] _[/ itex] = g [itex] _[/ itex] = ه[itex] _[/ itex] [itex] bullet [/ itex]ه[itex] _[/ itex] = x[itex] bullet [/ itex]ذ = 0

وبالتالي فإن الموتر المتري بالكامل G هو المصفوفة التالية:

لاحظ أنها مصفوفة متماثلة. هذا يعني أن نواقل الأساس متعامدة. لاحظ أيضًا أن مقادير نواقل الأساس واحدة. وبالتالي هذا هو نظام إحداثيات مصنوع من أساس متعامد كما نتوقع.

هذا يبدو سهلاً للغاية. لنقم بمثال غير بديهي: أنظمة الإحداثيات القطبية ثنائية الأبعاد.

x = rcosθ ، y = rsinθ
س = rcosθ x + rsinθ ذ

ه[itex] _[/ itex] = د (rcosθ x + rsinθ ذ) / dr = cosθ x + sinθ ذ

ه[itex] _<θ>[/ itex] = د (rcosθ x + rsinθ ذ) / dθ = r (-sinθ x + كوسθ ذ)

g [itex] _[/ itex] = ه[itex] _[/ itex] [itex] bullet [/ itex]ه[itex] _[/ itex]
= cosθ x * كوس x + 2 كوسθ x * الخطيئة ذ + sinθ ذ * الخطيئة ذ = cos [itex] ^ <2> [/ itex] θ + 0 (لأن x و ذ متعامدة) + sin [itex] ^ <2> [/ itex] θ = cos [itex] ^ <2> [/ itex] θ + sin [itex] ^ <2> [/ itex] θ = 1

g [itex] _[/ itex] = g [itex] _<θr>[/ itex] = ه[itex] _[/ itex] [itex] bullet [/ itex]ه[itex] _<θ>[/ itex]
= 0

g [itex] _<θθ>[/ itex] = ه[itex] _[/ itex] [itex] bullet [/ itex]ه[itex] _<θ>[/ itex]
= r (-) sinθ x * ص (-) sinθ x -2 rsin x * كوس ذ + rcosθ ذ * rcosθ ذ = r [itex] ^ <2> [/ itex] cos [itex] ^ <2> [/ itex] θ + r [itex] ^ <2> [/ itex] sin [itex] ^ <2> [/ itex ] θ = r [itex] ^ <2> [/ itex]

من الواضح أن هذا ليس سطحًا مستويًا. يصبح هذا الأمر أكثر تعقيدًا بالنسبة للأشكال الأخرى. الآن قمنا بإعداد المسرح للحديث عن الفضاء المنحني - كما نرى ، يمكن أن يكون الفضاء منحنيًا!

الآن لدينا موتر متري. ماذا نفعل معها؟ حسنًا ، أولاً نلاحظ أن معاملات عناصر المصفوفة ليست بالضرورة 1. هذه المعاملات تمثل المقدار. يمكننا الآن تقديم مفهوم يسمى المعامل المتري ، أو في لغة الفيزياء ، عامل المقياس.

عامل التدرج لعنصر من عناصر المصفوفة h [itex] _[/ itex] = [itex] sqrt<>> [/ itex]

لاحظ أنه بالنسبة للإحداثيات القطبية ، لدينا عامل مقياس مع r. هذا يعني أنه مع زيادة r ، يزداد ناقل الأساس الآخر! هل يمكن أن يتصرف الزمكان بنفس الطريقة؟ بالتأكيد!

يمكننا أيضًا ملاحظة أن بعض الإحداثيات لا تؤدي إلى موتر متري متماثل. سيؤدي هذا إلى مساحة غير متعامدة. بالتأكيد ، هذا يبدو معقدًا حقًا ، لماذا هو مفيد؟

اتضح أنه في الزمكان ، تتحرك الأشياء على طول الجيوديسيا إذا لم تعطِ قوة إدخال. المسافة الجيوديسية هي أقرب مسافة إحداثية بين نقطتين تتطلب قوة.

إذا كان لدينا زمكان رباعي الأبعاد هو إقليدي ، فسيكون الجيوديسي خطًا مستقيمًا. ولكن إذا لم يكن إقليديًا ، بل تم تحديده بواسطة موتر متري آخر ، فقد لا يكون الجيوديسيا خطًا مستقيمًا.

في الواقع ، قد يؤدي إلى شيء ما. مثل مصدر الجاذبية. هذا هو السبب في أننا نتحدث عن انحناء الزمكان بالكتلة - الموتر المتري في وجود تغييرات الكتلة.

يؤدي هذا في الواقع إلى فكرة مخيفة: لولا القوة الكهرومغناطيسية ، لقوة الانحطاط. إلى أين تقود الجيوديسيا؟ تحاول كل الجسيمات اتباع الجيوديسيا ، إلى نقطة واحدة: مركز كتلتها. كل الجسيمات تحاول أن تصبح ثقوبًا سوداء. النوم على ذلك.

لكن هذه المشاكل هي أسئلة النطاق المحلي. يمكن أيضًا تعريف الكون ككل بواسطة موتر متري ليس إقليديًا. قد يعني ذلك أن الجيوديسيا لن تكون خطوطًا مستقيمة ، مما يعني أن زوايا المثلثات لن تزيد عن 180 درجة.

دون أن تثقل كاهل الرياضيات والمصطلحات ، سيحاول كل شيء بشكل طبيعي اتباع مساره الجيوديسي.

. لا ترى سفينة تسير في المحيط تحاول القفز من الماء. إنه يتبع فقط مسارًا حول سطح منحني. على الرغم من تغييرات الاتجاه المحلي.

. قد تجعلها قوة على تلك السفينة بالذات تقفز من الماء ، لكن هذا ليس ميلها الطبيعي. وهكذا فإن الشيء نفسه مع جميع الأجسام التي تحتوي على كتلة ، حيث `` يسقط '' أي شيء هائل وهذا فقط لأن قوة أولية دفعت الجسم الهائل إلى الخارج ، فإن ميله سيكون للتراجع تدريجيًا إلى وضعه الأكثر استقرارًا ، إذا غير هادئ ..

. إن فيزياءنا على الأرض هي مجرد مرآة للفيزياء الأكثر تقلبًا في الكون الأوسع

تشير الأشكال الثلاثة الممكنة للكون إلى الهندسة المكانية. إنها تشير إلى الطريقة التي ينظر بها الكون إلى مراقب في لحظة معينة من الزمن (قد تسمع هذه "اللقطات" للكون يشار إليها باسم الشرائح المكانية ، أو الأسطح الفوقية الشبيهة بالفضاء). سيكون لانهائيا. بالإضافة إلى الهندسة ، فإن المشعب الفيزيائي الذي يتكون من الكون له أيضًا خصائص طوبولوجية. توجد أسطح مستوية هندسيًا محدودة ومحدودة نتيجة لطوبولوجيا غير بديهية ، مثل الطارة ، على سبيل المثال.

سعيد لأنك نسيت أنني نسيت إضافة الجزء المحدود

كان هناك الكثير من الضوضاء في هذا الموضوع ، لذلك اعتقدت أنني سأحاول التوضيح إلى حد ما. أولاً ، خذ معادلة فريدمان الأولى:

(ملاحظة متحذلق: لقد أهملت الثوابت في محاولة لتحسين الوضوح)

هنا لدينا أربعة أشياء يجب أخذها في الاعتبار. الأول هو [itex] H [/ itex] ، معدل التوسع. والثاني هو إجمالي الكتلة / كثافة الطاقة [itex] rho [/ itex]. هذه دالة لعامل القياس [itex] a [/ itex] لأن الكثافة تتغير مع توسع الكون (وتعتمد كيفية تغيره على نوع المادة / الطاقة). عامل المقياس هو المقدار الذي توسعت به الأشياء. نحدد عادةً عامل المقياس بأنه يساوي واحدًا اليوم ، مما يعني أنه عندما كان عامل المقياس 0.5 ، كانت الأشياء ، في المتوسط ​​، متباعدة بمقدار النصف. المعلمة النهائية ، [itex] k [/ itex] ، هي الانحناء المكاني: [itex] k = 0 [/ itex] مسطح ، [itex] k & gt 0 [/ itex] مغلق ، [itex] k & lt 0 [/ itex] مفتوح.

ماذا يعني هذا؟ حسنًا ، لمعرفة ذلك ، انظر إلى المصطلحات الأخرى في المعادلة: إنها معدل تمدد الكون وكثافته. إذا كان لديك طاقة / كثافة كتلة عالية ، ولكن معدل تمدد منخفض ، فهذا يعني أن لديك انحناء موجب كبير [itex] k [/ itex] ، والكون مغلق. طالما لديك مادة عادية ، فسيكون هذا التمدد بطيئًا جدًا بالنسبة لجاذبية كل هذه المادة الكثيفة وسوف تنهار على نفسها.

وبالمثل ، إذا كان التمدد أسرع بكثير من كثافة الطاقة ، فسيتم موازنة ذلك من خلال وجود انحناء سلبي كبير ، وهو كون مفتوح يميل إلى التمدد إلى الأبد.

هناك نقطة وسط يوازن فيها معدل التمدد كثافة الطاقة بالضبط ، وهذا ما يسمى بالكون المسطح.

بسبب الطريقة التي تعمل بها النسبية العامة ، فإن هذا له تأثيرات هندسية بحيث إذا كان لديك قدر كبير من الانحناء المكاني ، والمثلثات المرسومة عبر مناطق كبيرة من الكون ، على سبيل المثال عن طريق إرسال الضوء عبر مليارات السنين الضوئية ، سوف تميل إلى أن يكون لها زوايا لا تصل إلى 180 درجة.

سأنتهي بنقطة متحذلق: الجزء المفتوح / المسطح / المغلق لا يقول في الواقع ما هو المصير النهائي للكون. المسألة فيما يتعلق بكيفية تأثير الانحناء مع التوسع:

إذا كان لدينا كون متوسع ، وبعض الأشياء التي تتكون منها [itex] rho (a) [/ itex] تضعف بشكل أبطأ من [itex] 1 / a ^ 2 [/ itex] ، إذن إذا كان الكون مسموحًا للتوسع بدرجة كافية ، سيسود هذا الشكل من الطاقة المخففة ببطء ، وتصبح حقيقة وجود انحناء أقل أهمية. هذا هو الحال مع الطاقة المظلمة ، على سبيل المثال. لذلك إذا كانت هذه الأشياء الإضافية التي تخفف ببطء أكثر تميل إلى جعل الكون يتمدد بشكل أسرع ، كما في حالة الطاقة المظلمة ، فإن الكون المغلق سوف يتوسع إلى الأبد على أي حال.

وبالمثل ، يمكن أن يمتلك المرء طاقة مظلمة سلبية تؤدي إلى عودة الكون المفتوح إلى الانهيار.

في الواقع ، يبدو كوننا قريبًا جدًا من المسطح ، مع [itex] | k | & lt 0.01 [/ itex] في بعض الوحدات ، مما يعني أن معدل التمدد [itex] H ^ 2 [/ itex] يختلف عن الكثافة [itex] rho [/ itex] بما لا يزيد عن جزء واحد في المائة.


شاهد الفيديو: التفسير الصوتي لسورة المسد مع الترتيل (شهر اكتوبر 2021).