Nadaljevalec»sferične tradicije« Aperion in sfairos V predsokratski kozmologiji


download 215.14 Kb.
jenengNadaljevalec»sferične tradicije« Aperion in sfairos V predsokratski kozmologiji
Kaca5/6
KoleksiDokumen
a.kabeh-ngerti.com > Astronomi > Dokumen
1   2   3   4   5   6

3. doba delcev, do : nastajajo prvotni delci, čeprav sevanje še prevladuje

  • ostane prese delcev (elektroni, nevtrini in kvarki) nad antidelci (pozitroni…)presežek

4. doba jeder, do ≈ 300.000 oziroma 3 x let : prevlada snov nad sevanjem

  • nastajajo protoni oz. vodikova jedra (H), nevtroni, devterij (D)in helij (He)

  • “rekombinacija”, konec stanja plazme: pri ≈ 3 x  let oz. pri T ≈3000 ºK postane vesolje transparentno za fotone, tj. svetlobo: sprosti se prasevanje

5. doba atomov, do ≈ 1 milijarde oziroma  let ; vesolje ni več “ognjena krogla”

  • prevladujejo vodikovi (≈3/4) in helijevi (≈1/4) atomi, začnejo nastajati zvezde

6. doba galaksij, od ≈ 1 milijarde let (ali prej) do danes : galaksije, jate galaksij …

  • na začetku je mnogo galaksij z “aktivnimi jedri”(kvazarji →črne luknje)

7. doba Sonca in Zemlje, od ≈ 9 milijard let do danes, do ≈ 14 milijard let

  • Sonce je zvezda druge ali celo tretje “generacije”v naši Galaksiji, Mlečni cesti

  • nastanek življenja na Zemlji (≈ 10 milijard let), vse do vrste homo sapiens življenja

  • človeška zavest je doslej edini znani razumni “opazovalec” vesolja

kultura in zgodovina: če bi celoten dosedanji kozmološki čas (≈ 14 milijard let) primerjali z enim samim dnevom, bi zgodovinski čas človeštva (≈ 5000 let) obsegal komaj tri stotinke zadnje sekunde pred polnočjo
76. Kateri so najpomembnejši fizikalni dogodki v zgodnjem vesolju?

Najbrž tile v odgovoru na vprašanje 75. 
77. Kaj pravi hipoteza vesoljnega »napihnjenja« (inflacije)? In kaj rešuje?

- Standardni kozmološki model ne more odgovoriti na več vprašanj, med katerimi sta najbolj pomembni dve:

  1. Problem horizonta: V katerokoli smer pogledamo lahko vidimo, da je nebo izotropno. Enako velja tudi za prasevanje, saj je temperatura neba skoraj popolnoma homogena in znaša 2.7 K, odstopanja se meri v desettisočinkah stopinje. Tisto kar je pri tem zanimivo je, kako je možno, da je prišlo do te homogenosti, saj ni bilo časa, da bi se informacije razširile po celotnem področju (spomnimo se, vesolje se je razprlo s hitrostjo večjo od svetlobne). Eden izmed možnih odgovorov je, da je bilo vesolje tako dobro naravnano že v samem začetku, a takšne neverjetne spekulacije fizikom ne dišijo.

  2. Problem ravnosti: Vesolje je več ali manj ravno (ravnost je opredeljena z obliko svetlobnih žarkov, ki potujejo po prostoru), izvzemši lokalne distorzije, ki jih povzročajo planeti. To ne bi bilo tako zanimivo, če ne bi vedeli, da je za ravnost vesolje potrebna povprečna gostota, ki je ravno enaki kritični gostoti med zaprtim (sferičnim) in odprtim (hiperboličnim) vesoljem.

- Kot poskus razrešitve teh problemov je leta 1981 Alan Guth podal hipotezo »inflacije vesolja«. Njegova hipoteza pravi, da se je vesolje v drobnem delcu prve sekunde napihnilo za velikanski faktor 1030 ali več; tj. za (približno) razmerje med velikostjo atomskega jedra in celotnega Osončja. Ta silni dogodek, ki ga lahko izenačimo s samim prapokom – čeprav se ne zgodi v hipotetičnem kozmološkem času nič, niti v t.i. Planckovem času (10–43 s), ko začne teči smiselno opredeljeni fizikalni čas, ki ureja dogodke glede na relacijo prej–potem, ampak malce malce pozneje, a še vedno v prvi sekundi – naj bi bil povzročen s t. i. »fazno spremembo« ob zlomu simetrije med močno in elektro-šibko jedrsko silo, ki naj bi sprostila velikansko energijo, potrebno za inflacijski prapok. Hipoteza napihnjenja vesolja v prvi sekundi lahko odgovori tudi na zastavljeni vprašanji horizonta in ravnosti kajti inflacijsko raztezanje naj bi bilo hitrejše od svetlobne hitrosti c (kar ni v nasprotju z Einsteinovo relativnostno teorijo, saj gre pri inflaciji za raztezanje prostora, ne za hitrost med masami) – in to »od bliska hitrejše« raztezanje naj bi omogočilo homogenizacijo in izravnavo sicer vzročno (svetlobno) ločenih regij.

- Malo bolj jasno povedano – terorija inflacije rešuje oba problema na sledeč način:

  • Problem ravnosti: Inflacija povzroči tudi izravnavanje prostora, ki je bil ukrivljen v skladu s Einsteinovo splošno teorijo relativnosti, podobno kot postaja površina balona vedno bolj ravno, bolj ko jo napihujemo. Predstavljajmo si majhnega lenivca na površini balona. Lenivec na majhnem balonu čuti ukrivljenost, a ko balon bolj napihnemo, lenivca skorajda ne more več razločiti, ali je na ravni površini ali na ukrivljeni površini balona. Če bi balon napihnili na velikost Zemlje, bi celo mi sami lahko mislili, da je raven. Izravnavanje prostora med obdobjem inflacije je bilo tako učinkovito, da je skorajda izničilo vso ukrivljenost, ki jo je vesolje imelo prej.

  • Problem horizonta: Hipoteza inflacije težavo razreši tako, da predpostavi, da je bilo celotno opazljivo vesolje veliko le 10-35 svetlobne sekunde (približno 10-27 m), preden se je gromozansko napihnilo. Sevanje, ki potuje s svetlobno hitrostjo, je imelo pred inflacijo tako dovolj časa, da je izravnalo razlike v temperaturi in gostoti materije v določeni regiji vesolja. Inflacije je nato te zglajene regije razpihnila daleč stran eno od druge. Izenačenje temperature in inflacija takoj za izenačenjem sta tako skupaj povzročili, da je danes temperatura opazljivega vesolja v vseh smereh približno enaka oz., da je sevanje kozmičnega ozadja tako gladko.

78. Kako pojmujemo kozmološki čas?

- Kozmološki čas je lastni čas idealnega kozmičnega opazovalca, ki miruje glede na raztezanje vesolja. Relativnostna teorija ukine absolutni čas, kot časovno ozadje dogodkov. Ta teorija zato uvede distinkcijo med lastnim časom (čas, kot ga vsakdo doživlja) in koordinatnim časom (tu lahko nastopi diletacija). Za primer si lahko predstavljata enega dvojčka na Zemlji in enega v hitri raketi. Lastni čas dvojčka na Zemlji bo potekal normalno, medtem ko bo njegov koordinatni čas tekel raztegnjeno glede na dvojčka v raketi.

- Razliko med koordinatnim časom in lastnim časom lahko pokažemo na naslednem primeru:


- Kozmološki čas je pomemben za kozmologe ko razlagajo potek razvoja vesolja. O “prvih treh minutah” vesolja ne bi mogli govoriti v kolikor bi uporabljali lastni čas, saj le-ta predvideva referenčni okvir, ki pa bi relativiziral dogajanje. “Prve tri minute” so v bistvu lastni čas samega vesolja, oziroma idealnega kozmičnega opazovalca.

79. »Prapok se je zgodil povsod« (kaj to pomeni?)

Prapoka si ne smemo predstavljati kot eksplozijo, ki se je dogodila na neki točki in se raztezala skozi prostor. Prostor se razpira šele s širitvijo vesolja, ki samo vsebuje prostor in čas. Dokaz tega je “sled” prapoka – izotropno prasevanje.
80. Kako je opredeljen horizont v sodobni kozmologiji?

Pri našem odkrivanju/opazovanju vesolja smo omejeni. Deloma to izhaja iz naših čutiov, deloma pa tudi iz instrumentov, ki jih uporabljamo za opazovanje. Poleg tega pa nas omejuje tudi t.i. horizont. To je meja med aktualnim in potencialno dostopnim vesoljem. Sodobna kozmologija loči različne vrste horizontov glede na to, kaj nam zastirajo (bodisi dogodke v vesoljnem prostoru-času, bodisi “delce” vesolja, bodisi sevanje). Horizont je “optična meja” pogleda v vesolje, ni pa ne fizična meja in ne fizikalna meja.

  1. Horizont fotonov sferično obdaja vsakega opazovalca na razdalji, ki jo je svetloba, potujoča s hitrostjo  , lahko prepotovala v času od prapoka do trenutka opazovanja. Torej horizont predstavlja mejo med vidnim in zaradi raztezanja še nevidnim delom vesolja. Torej, sfero vidnega vesolja dobimo, če Hubblov čas ( ) pomnožimo s  - in dobimo sfero nekje med 10 in 20 mrd svetlobnih let. Zdaj pa pride na vrsto zapleten del : Za to sfero se nahaja vesolje, ki še ni vidno in ki zaobsega tiste zvezde/galaksije, ki se od opazovalca oddaljujejo s hitrostjo večjo od hitrosti svetlobe. Dasiravno to morda zveni kot da vesolje krši zakone, ki izhajajo iz splošne teorije relativnosti (nič ne gre hitreje od c) pa temu ni tako, saj se razteza sam prostor v katerem galaksije mirujejo na “raztezajočih” se koordinatah.

  2. Miselni horizont – teoretske meje kozmološke fizike. To so npr. singularnosti v katerih odpovedo vsa miselna orodja in teorije. V bistvu, če smo natančni, lahko rečemo, da je poglavitna ovira Planckov čas, saj zaradi njega do singularnosti niti ne moremo priti.

  3. Kozmološka konstanta tudi predstavlja neke vrste misleni horizont. Vesolje v modelih vedno nastopa kot celota in ob tem se predpodstavlja, da je le-to homogeno in izotropno. Sicer imamo za to dobre razloge(bolj verjetno kot ne je, da v vesolju ni “nič posebnega”, prasevanje je izotropno, videz vesolja je izotropen…), a vseeno je indukcija iz enega primera (torej našega zornega kota) vsaj malce sumljiva . Vsekakor se lahko izkaže, da je naše področje netipično, ko ga bomo primerjali z vesoljem onstran trenutne fotonske sfere.

81. Nakaži povezavo med teorijo črnih lukenj in kozmološkim modelom prapoka

Hawking-Penrosovega teorem o singularnosti: Če v mladem vesolju ni deloval kak neznani proces, potem se je vesolje začelo s singularnostjo. Vesolje naj bi se rodilo kot neskončno majhna in zelo gosta točka, v kateri je bila kljub nepredstavljivi majhnosti zapakirana prav vsa snov, ki nas danes obkroža. Količine, kot so temperatura, gostota in sila gravitacije, naj bi imele po predvidevanju splošne teorije relativnosti ob začetku vesolja neskončne vrednosti; to pa so razmere, v katerih vsaka fizikalna teorija odpove. Če pride do singularnosti, pomeni, da relativnostna teorija v tistem trenutku ni več uporabna, ker tam preprosto pregori - kot žarnica, ki jo priključimo na previsoko napetost.
82. Razloži pomen odkritja in raziskovanja prasevanja v sodobni kozmologiji

Prasevanje je (elektromagnetno) sevanje samega praznega vesolja (izvzeta so sonca, eksplozije ipd.). To sevanje je skoraj popolnoma izotropno. Valovna dolžina sevanja je 0.2 cm, kar glede na Wienov zakon pomeni, da ima to sevanje temperaturo 2.7 K (oziroma, da bi bila to temperatura črnega telesa, ki bi sevalo s to valovno dolžino). To prasevanje je sled prapoka (torej sled prvotne “ognjene krogle”).
83. Katere s največje znane strukture v vesolju in kako jih raziskujemo?

- Največje znane strukture so osončja, galaksije in galaktične jate (Našli so npr. skupek zvezd, ki meri 500 miljonov svetlobnih let v dolžino, 200 miljonov v širino in “le” 15 miljonov svetlobnih let v globino – poimenovali so ga “veliki zid”. Po teoriji velikega poka so galaksije nastale, ker je bilo mlado vesolje za malenkost gostejše v nekaterih svojih delih. Če ne bi bilo teh razlik, bi bila sila gravitacije v vseh delih vesolja enaka, kar bi vzdrževalo ravnovesje in protogalaktični oblaki se ne bi nikoli formirali. Poleg tega so našli tudi ogromne praznine v vesolju – največja je t.i. kopernikova praznina, ki ima premer dolg 230 miljonov svetlobnih let (po vsej verjetnosti praznina ne šteje kot struktura, a je vseeno zanimivo).

- Raziskujemo jih s teleskopi. Stvar na katero smo nabolj pozorni je rdeči premik (se še spomnita?) – majhne razlike v rdečem premiku nam pomagajo, da jim določimo prostorsko razporeditev. Za opazovanje oddaljenih galaksij, pa je koristno tudi ukrivljanje žarkov okoli velikih galaksij, saj to včasih povzroči lečenje svetlobe – slika galaksije, ki je za to galaksijo, ki ukrivlja žarke, se dobesedno poveča, kot pri povečevalnem steklu).
84. Kaj lahko rečemo o začetku časa in vlogi Boga stvarnika v sodobni kozmologiji?

Dobra ubranost vesolja kar kliče po neki razlagi. Ker je težko sprejeti, da bi bila posledica nekega naklučja, moramo odgovore iskati drugod. Ena izmed možnosti je, da je na delu nek telos, torej božja previdnost. V tem primeru si je Bog izbral pravšnje parametre, da se je porodilo vesolje, kot ga poznamo danes. Dognanja o tem, da se je vesolje rodilo iz singularnosti je še toliko bolj podkrepilo vero v stvarnika, saj naj bi že po klasičnih razumevanjih Bog ustvaril svet iz nič.
85. Kaj mislimo, če rečemo, da je vesolje »dobro naravnano« (»well tuned«) za obstoj nas, opazovalcev vesolja?

- V fiziki je splošno sprejeto prepričanje, da je večina dejstev našega vesolja popolnoma kontingentnih – tu je mišljena oblika vesolja, razmerje med masami delcev v začetni fazi vesolja, vse osnovne fizikalne konstante (gravitacijska, Planckova, svetlobna hitrost ipd), razmerja med štirimi osnovnimi silami ipd. Kar je tu zanimivo pa je, da bi vsakršna, še tako majhna deviacija v the kontingencah onemogočala obstoj nas, opazovalcev.

- Primeri:

  1. Če bi bila hitrost širjenja vesolja premajhna, bi se le-to sesedlo, še predenj bi se uspelo razviti inteligentno življenje.

  2. Če bi se vesolje širilo prehitro, bi kmalu postalo skorajda prazno in kot tako ne bi moglo podpirati življenja.

  3. Četudi bi se vesolje širilo z ravno pravšnjo hitrostjo, pa si lahko zamislimo takšno vesolje, v katerem vrednosti fizikalnih konstant niso primerne za življenje.

  4. Če bi bil električni naboj elektrona za las drugačen, bi zvezde bodisi ne mogle kuriti vodika, ali pa ne bi mogle eksplodirati.


86. Razloži »antropično načelo« in njegov razlagalni pomen za sodobno kozmologijo

- Antropično načelo je prvi formuliral Brandon Carter leta 1974. To načelo je postavljeno nasproti novoveški kozmologiji, ki trdi, da naš položaj v vesolju ni v nobenem pogledu priviligiran (kopernikansko načelo). A Carter noče obuditi priviligiranosti v smislu geocentrizma, temveč v dejstvu, da smo opazovalci, torej, da imamo čute in razum s katerim lahko motrimo vesolje in se čudimo, kako to, da je tako dobro ubrano in da smo se v njem rodili mi, opazovalci… Iz tega izpelje antropično načelo, ki se glasi “tisto, kar lahko pričakujemo, da bomo opazovali, mora biti omejeno s pogoji, ki so nujni za našo prisotnost kot opazovalcev […] Čeprav naš položaj ni nujno središčni, je neizbežno do neke mere priviligiran”.

- Antropično načelo ima svojo šibko in močno različico:

  1. Šibko antropično načelo: “Pripravljeni moramo biti upoštevati dejstvo, da je naš položaj v vesolju nujno priviligiran v tem smislu, da je združljiv z našim obstojem kot opazovalcev”

  2. Močno antropično načelo: “da vesolje (in torej osnovni parametri, od katerih je odvisno) mora biti takšno, da dopušča nastanek opazovalcev znotraj sebe na neki svoji razvojni stopnji. Če parapraziramo Kartezija: Mislim, torej svet takšen je”

- Preko šibkega atropičnega načela poskušajo razložiti, zakaj je vesolje danes tako veliko. Pravi, da vesolje mora biti tako zelo staro, da se v njem rodijo opazovalci (mi), saj so sestavljeni iz elementov, ki nastanejo v jedru zvezd in se ob eksplozijah razpršijo po vesolju. Ti elementi se morajo zbrati na nekem planetu in nastati morajo opazovalci. Ta postopek je zelo dolg in zato je vesolje tako veliko...

- A antropično načelo je smisleno zgolj, če si zamislimo mnoštvo vesolj (le tako lahko pokažemo dobro ubranost našega vesolja).
1   2   3   4   5   6

Astronomi


Nalika Nyalin materi nyedhiyani link © 2000-2017
kontak
a.kabeh-ngerti.com
.. Home