የኮስሞሎጂ ቋሚ፡ ጽንሰ-ሀሳብ፣ ፍቺ፣ ስሌት ቀመር እና ችግሮች

2024 ደራሲ ደራሲ: Angel Austin | [email protected]. ለመጨረሻ ጊዜ የተሻሻለው: 2024-01-02 17:40

በ20ኛው ክፍለ ዘመን መጀመሪያ ላይ አልበርት አንስታይን የተባለ አንድ ወጣት ሳይንቲስት የብርሃን እና የጅምላ ባህሪያትን እና እንዴት እርስበርስ እንደሚዛመዱ ተመልክቷል። የእሱ ነጸብራቅ ውጤት የአንፃራዊነት ጽንሰ-ሐሳብ ነበር. ስራው ዛሬም በሚሰማው መልኩ ዘመናዊ ፊዚክስ እና አስትሮኖሚ ለውጦታል። ክብደት እና ጉልበት እንዴት እንደሚዛመዱ ለመረዳት እያንዳንዱ ተማሪ ታዋቂውን E=MC2 እኩልታ ያጠናል። ይህ የኮስሞስ ህልውና አንዱ መሰረታዊ እውነታ ነው።

የኮስሞሎጂ ቋሚው ምንድን ነው?

የአንስታይን እኩልታዎች ለአጠቃላይ አንጻራዊነት እንደነበሩ ችግር አቅርበዋል። በአጽናፈ ሰማይ ውስጥ ክብደት እና ብርሃን እንዴት እንደሚኖሩ ፣ ግንኙነታቸው ወደ የማይለወጥ (ይህም የማይሰፋ) አጽናፈ ሰማይ እንዴት እንደሚመራ ለማስረዳት ፈለገ። እንደ አለመታደል ሆኖ፣ የእሱ እኩልታዎች ወይ ይዋዋል ወይም እንደሚሰፋ፣ እና ለዘላለም እንደሚቀጥል ተንብየዋል፣ነገር ግን በመጨረሻ የሚዋዋልበት ደረጃ ላይ ይደርሳል።

ለእሱ ምንም አልተሰማውም፣ ስለዚህ አንስታይን የስበት ኃይልን የሚይዝበትን መንገድ ማስረዳት ነበረበት።የማይንቀሳቀስ አጽናፈ ሰማይን ለማብራራት. ደግሞም በዘመኑ የነበሩት አብዛኞቹ የፊዚክስ ሊቃውንትና የሥነ ፈለክ ሊቃውንት ይህ እንደ ሆነ ገምተው ነበር። ስለዚህ አንስታይን ፉጅ ፋክተርን ፈለሰፈ፣ “ኮስሞሎጂካል ቋሚ” ተብሎ የሚጠራውን እኩልታዎች በማዘዝ የማይሰፋ ወይም የማይዋሃድ ዩኒቨርስ ፈጠረ። በቦታ ክፍተት ውስጥ ያለውን የኃይል ጥንካሬ የሚያመለክት "ላምዳ" (የግሪክ ፊደል) የሚል ምልክት አወጣ. መስፋፋቱን ይቆጣጠራል, እና የእሱ እጥረት ይህን ሂደት ያቆማል. አሁን የኮስሞሎጂ ንድፈ ሃሳብን ለማብራራት አንድ ምክንያት አስፈለገ።

እንዴት ማስላት ይቻላል?

አልበርት አንስታይን የአጠቃላይ አንጻራዊነት ጽንሰ-ሀሳብ (GR) የመጀመሪያውን እትም እ.ኤ.አ. ህዳር 25 ቀን 1915 ለህዝብ አቀረበ። የአንስታይን የመጀመሪያ እኩልታዎች ይህን ይመስላል፡

በዘመናዊው ዓለም የኮስሞሎጂ ቋሚው ነገር፡ ነው።

ይህ እኩልነት የአንፃራዊነት ፅንሰ-ሀሳብን ይገልጻል። እንዲሁም ቋሚ የላምዳ አባል ተብሎም ይጠራል።

ጋላክሲዎች እና እየተስፋፋ ያለው ዩኒቨርስ

የኮስሞሎጂው ቋሚ ነገሮች እሱ በሚጠብቀው መንገድ አላስተካከላቸውም። በእውነቱ, ሰርቷል, ግን ለተወሰነ ጊዜ ብቻ. የኮስሞሎጂ ቋሚ ችግር አልተፈታም።

ይህ የቀጠለው ሌላ ወጣት ሳይንቲስት ኤድዊን ሀብል በሩቅ ጋላክሲዎች ውስጥ ተለዋዋጭ ኮከቦችን በጥልቀት እስኪመለከት ድረስ ነው። የእነሱ ብልጭልጭ ለእነዚህ የጠፈር አወቃቀሮች እና ሌሎች ርቀቶችን አሳይቷል።

የሀብል ስራ አሳይቷል።አጽናፈ ሰማይ ብዙ ሌሎች ጋላክሲዎችን ያካተተ መሆኑ ብቻ ሳይሆን እንደ ተለወጠ, እየሰፋ ነበር, እና አሁን የዚህ ሂደት ፍጥነት በጊዜ ሂደት እንደሚለዋወጥ እናውቃለን. ይህ በአመዛኙ የአንስታይንን የኮስሞሎጂ ቋሚ ወደ ዜሮ ዝቅ አደረገ፣ እናም ታላቁ ሳይንቲስት ግምቱን ማረም ነበረበት። ተመራማሪዎች ሙሉ በሙሉ አልተዉትም. ሆኖም፣ አንስታይን ከጊዜ በኋላ ቋሚነቱን ወደ አጠቃላይ አንፃራዊነት መጨመር በህይወቱ ውስጥ ትልቁን ስህተት ብሎ ተናገረ። ግን ነው?

አዲስ የኮስሞሎጂ ቋሚ

በ1998 ከሀብል የጠፈር ቴሌስኮፕ ጋር በመሥራት የሩቅ ሱፐርኖቫዎችን በማጥናት የሳይንቲስቶች ቡድን ሙሉ በሙሉ ያልተጠበቀ ነገር አስተውሏል፡ የአጽናፈ ሰማይ መስፋፋት እየተፋጠነ ነው። ከዚህም በላይ የሂደቱ ፍጥነት የጠበቁት እና ያለፈው አይደለም።

አጽናፈ ሰማይ በጅምላ የተሞላ በመሆኑ፣ በጣም ትንሽ ቢሆንም እንኳ መስፋፋቱ መቀዛቀዙ ምክንያታዊ ይመስላል። ስለዚህም ይህ ግኝት እኩልታዎች እና የአንስታይን ኮስሞሎጂካል ቋሚ ትንበያ ከተነበዩት ጋር የሚጋጭ ይመስላል። የስነ ፈለክ ተመራማሪዎች የሚታየውን የማስፋፊያ መፋጠን እንዴት እንደሚያብራሩ አልተረዱም። ለምን፣ ይህ እንዴት እየሆነ ነው?

የጥያቄዎች መልሶች

የፍጥነቱን እና ስለ እሱ ያለውን የኮስሞሎጂ እሳቤ ለማስረዳት ሳይንቲስቶች ወደ ዋናው ንድፈ ሃሳብ ተመልሰዋል።

የእነሱ የቅርብ ጊዜ መላምት ጠቆር ያለ ኢነርጂ የሚባል ነገር መኖሩን አያጠፋም። የማይታይ እና የማይሰማ ነገር ነው, ነገር ግን ውጤቶቹ ሊመዘኑ ይችላሉ. ከጨለማው ጋር ተመሳሳይ ነውቁስ፡ ውጤቱ በብርሃን እና በሚታየው ነገር ላይ እንዴት እንደሚነካ ሊወሰን ይችላል።

የስነ ፈለክ ተመራማሪዎች ይህ የጨለማ ሃይል ምን እንደሆነ እስካሁን ላያውቁ ይችላሉ። ይሁን እንጂ የአጽናፈ ሰማይ መስፋፋትን እንደሚጎዳ ያውቃሉ. እነዚህን ሂደቶች ለመረዳት, ለእይታ እና ለመተንተን ተጨማሪ ጊዜ ያስፈልጋል. ምናልባት የኮስሞሎጂ ፅንሰ-ሀሳብ እንደዚህ ያለ መጥፎ ሀሳብ አይደለም? ከሁሉም በላይ, የጨለማ ጉልበት መኖሩን በማሰብ ሊገለጽ ይችላል. በግልጽ ለማየት እንደሚቻለው፣ ይህ እውነት ነው እና ሳይንቲስቶች ተጨማሪ ማብራሪያዎችን መፈለግ አለባቸው።

መጀመሪያ ላይ ምን ሆነ?

የአንስታይን የመጀመሪያ የኮስሞሎጂ ሞዴል ሉላዊ ጂኦሜትሪ ያለው የማይንቀሳቀስ ተመሳሳይነት ያለው ሞዴል ነበር። የቁስ አካል ስበት ተጽእኖ በዚህ መዋቅር ውስጥ ፍጥነት እንዲጨምር አድርጓል, ይህም አንስታይን ሊያስረዳው አልቻለም, ምክንያቱም በዚያን ጊዜ አጽናፈ ሰማይ እየሰፋ መምጣቱ አይታወቅም ነበር. ስለዚህ, ሳይንቲስቱ የኮስሞሎጂ ቋሚውን የአጠቃላይ አንጻራዊነት እኩልታዎችን አስተዋውቋል. ይህ ቋሚ የሚተገበረው የቁስ አካልን የስበት ኃይል ለመመከት ነው፡ ስለዚህም እንደ ጸረ-ስበት ተጽእኖ ተገልጿል፡

ኦሜጋ ላምዳ

ከኮስሞሎጂካል ቋሚነት እራሱ ይልቅ ተመራማሪዎች በእሱ ምክንያት በሃይል ጥግግት እና በአጽናፈ ሰማይ ወሳኝ ጥግግት መካከል ያለውን ግንኙነት ያመለክታሉ። ይህ እሴት ብዙውን ጊዜ በሚከተለው መልኩ ይገለጻል፡ ΩΛ። በጠፍጣፋ አጽናፈ ሰማይ ውስጥ፣ ΩΛ ከኃይል ጥንካሬው ክፍልፋይ ጋር ይዛመዳል፣ ይህ ደግሞ በኮስሞሎጂካል ቋሚነት ይገለጻል።

ይህ ፍቺ አሁን ካለበት ወሳኝ ጥግግት ጋር የተያያዘ መሆኑን ልብ ይበሉ። በጊዜ ሂደት ይለዋወጣል, ግን እፍጋቱጉልበት በኮስሞሎጂካል ቋሚነት ምክንያት በአጽናፈ ሰማይ ታሪክ ውስጥ ሳይለወጥ ይቆያል።

እስኪ ዘመናዊ ሳይንቲስቶች ይህንን ንድፈ ሃሳብ እንዴት እንደሚያዳብሩት የበለጠ እናስብ።

የኮስሞሎጂ ማስረጃ

አሁን ያለው እየተፋጠነ ያለው አጽናፈ ሰማይ ጥናት አሁን በጣም ንቁ ነው፣ ብዙ የተለያዩ ሙከራዎች በጣም የተለያዩ የጊዜ መለኪያዎችን፣ የርዝመት መለኪያዎችን እና አካላዊ ሂደቶችን ይሸፍናሉ። አጽናፈ ሰማይ ጠፍጣፋ የሆነበት እና የሚከተሉት ባህሪያት ያሉት የኮስሞሎጂ ሲዲኤም ሞዴል ተፈጥሯል፡

የኃይል እፍጋት፣ ይህም ከባሪዮኒክ ቁስ 4% ያህላል፤
23% ጨለማ ጉዳይ፤
73% የኮስሞሎጂ ቋሚ።

የኮስሞሎጂን ቋሚ ወደ አሁኑ ጠቀሜታ ያመጣው ወሳኝ የምልከታ ውጤት የሩቅ Ia (0<z<1) ሱፐርኖቫዎች እንደ መደበኛ ሻማዎች እየተዘገመ ባለው አጽናፈ ሰማይ ውስጥ ከሚጠበቀው በላይ ደካማ መሆናቸውን ማወቁ ነው። ከዚያን ጊዜ ጀምሮ፣ ብዙ ቡድኖች ይህን ውጤት በብዙ ሱፐርኖቫ እና ሰፋ ባለ ቀይ ፈረቃ አረጋግጠዋል።

በተጨማሪ እንግለጽ። አሁን ባለው የኮስሞሎጂ አስተሳሰብ ውስጥ ልዩ ጠቀሜታ ያለው ምልከታዎች እጅግ በጣም ከፍተኛ ቀይ ፈረቃ (z>1) ሱፐርኖቫዎች ከሚጠበቀው በላይ ብሩህ ናቸው ፣ ይህም አሁን ካለንበት የፍጥነት ጊዜ በፊት ካለው ፍጥነት መቀነስ የሚጠበቀው ፊርማ ነው። እ.ኤ.አ. በ 1998 የሱፐርኖቫ ውጤቶች ከመውጣታቸው በፊት, በአንጻራዊ ሁኔታ ፈጣን መንገድን የሚከፍቱ በርካታ ማስረጃዎች ነበሩ.በሱፐርኖቫዎች እርዳታ የአጽናፈ ሰማይን ማጣደፍ ንድፈ ሃሳብ መቀበል. በተለይ ሦስቱ፡

አጽናፈ ሰማይ ከቀደምቶቹ ኮከቦች ያነሰ ሆነ። የዝግመተ ለውጥ ዝግመታቸው በሚገባ የተጠና ሲሆን በግሎቡላር ክላስተር እና በሌሎችም ቦታዎች ላይ የተደረገው ምልከታ እንደሚያሳየው በጣም ጥንታዊዎቹ ቅርጾች ከ13 ቢሊዮን ዓመታት በላይ ያስቆጠሩ ናቸው። ዛሬ ያለውን የማስፋፊያ መጠን በመለካት እና የቢግ ባንግ ጊዜን በመከታተል ይህንን ከዩኒቨርስ ዘመን ጋር ማወዳደር እንችላለን። አጽናፈ ሰማይ አሁን ባለበት ፍጥነት ከቀነሰ ዘመኑ አሁን ባለበት ፍጥነት ከጨመረ ያነሰ ይሆናል። ጠፍጣፋ፣ ጉዳይ-ብቻ አጽናፈ ሰማይ ወደ 9 ቢሊዮን ዓመታት ያህል ዕድሜ ይኖረዋል። ይህ ትልቅ ችግር ከቀደምቶቹ ከዋክብት ከበርካታ ቢሊዮን ዓመታት ያነሰ ነው። በሌላ በኩል፣ 74% የኮስሞሎጂ ቋሚ የሆነ ጠፍጣፋ አጽናፈ ሰማይ 13.7 ቢሊዮን ዓመታት ገደማ ይሆናል። ስለዚህ አሁን እየፈጠነች መሆኗን ማየቷ የእድሜ ፓራዶክስን ፈታው።
በጣም ብዙ የሩቅ ጋላክሲዎች። የአጽናፈ ሰማይን መስፋፋት መቀነስ ለመገመት በሚደረጉ ሙከራዎች ቁጥራቸው ቀድሞውኑ በሰፊው ጥቅም ላይ ውሏል። በሁለት ቀይ ፈረቃዎች መካከል ያለው የቦታ መጠን እንደ የማስፋፊያ ታሪክ (ለተወሰነው ጠንካራ ማዕዘን) ይለያያል። በሁለት ቀይ ፈረቃዎች መካከል ያለውን የጋላክሲዎች ብዛት እንደ የጠፈር መጠን መለኪያ በመጠቀም ተመልካቾች የሩቅ ነገሮች ፍጥነት እየቀነሰ ከሚመጣው አጽናፈ ሰማይ ትንበያ ጋር ሲነፃፀሩ በጣም ትልቅ እንደሚመስሉ ወስነዋል። የጋላክሲዎች ብሩህነት ወይም ቁጥራቸው በአንድ አሃድ መጠን በጊዜ ሂደት የተሻሻለው ባልተጠበቀ መንገድ ነው፣ ወይም እኛ ያሰላናቸው መጠኖች ስህተት ናቸው። የማፋጠን ጉዳይ ይችላል።ምንም አይነት እንግዳ የሆነ የጋላክሲ ዝግመተ ለውጥ ንድፈ ሃሳብ ሳያስነሳ ትዝብቶቹን ያብራራል።
የሚታየው የአጽናፈ ሰማይ ጠፍጣፋ (ያልተሟላ ማስረጃ ቢኖርም)። በኮስሚክ ማይክሮዌቭ ዳራ (ሲኤምቢ) ውስጥ የሙቀት መለዋወጥ መለኪያዎችን በመጠቀም አጽናፈ ሰማይ 380,000 ዓመታት ገደማ ከነበረበት ጊዜ ጀምሮ ፣ በቦታ ስፋት ወደ ጥቂት በመቶው ይደርሳል ብሎ መደምደም ይቻላል። እነዚህን መረጃዎች በአጽናፈ ሰማይ ውስጥ ካለው የቁስ መጠን ትክክለኛ መለኪያ ጋር በማጣመር፣ ከወሳኙ ጥግግት 23 በመቶው ብቻ እንዳለው ግልጽ ይሆናል። የጎደለውን የኃይል መጠን ለማብራራት አንዱ መንገድ የኮስሞሎጂካል ቋሚን መተግበር ነው. እንደ ተለወጠ ፣ የተወሰነ መጠን በሱፐርኖቫ መረጃ ላይ የሚታየውን ማጣደፍ ለማብራራት በቀላሉ አስፈላጊ ነው። አጽናፈ ዓለሙን ጠፍጣፋ ለማድረግ የሚያስፈልገው ይህ ብቻ ነበር። ስለዚህ፣ የኮስሞሎጂ ቋሚው በቁስ አካል ጥግግት እና በሲኤምቢ መካከል ያለውን ግልጽ ቅራኔ ፈትቷል።

ነጥቡ ምንድነው?

የሚነሱትን ጥያቄዎች ለመመለስ የሚከተሉትን አስቡባቸው። የኮስሞሎጂ ቋሚውን አካላዊ ትርጉም ለማብራራት እንሞክር።

የ GR እኩልታ-1917ን ወስደን ሜትሪክ ቴንሶር g_{abን ከቅንፍ አውጥተናል። ስለዚህ, በቅንፍ ውስጥ እኛ አገላለጽ ይኖረናል (R / 2 - Λ). የ R ዋጋ ያለ ኢንዴክሶች ይወከላል - ይህ የተለመደው, scalar curvature ነው. በጣቶቹ ላይ ካብራሩ - ይህ የክበብ / የሉል ራዲየስ ተገላቢጦሽ ነው. ጠፍጣፋ ቦታ R=0. ጋር ይዛመዳል}

በዚህ አተረጓጎም ዜሮ ያልሆነ የΛ ዋጋ ማለት ዩኒቨርስችን ጠምዛዛ ነው ማለት ነው።በራሱ, ምንም ዓይነት የስበት ኃይል በማይኖርበት ጊዜ ጨምሮ. ነገር ግን፣ አብዛኞቹ የፊዚክስ ሊቃውንት ይህንን አያምኑም እናም የታየው ኩርባ አንዳንድ ውስጣዊ ምክንያት ሊኖረው ይገባል ብለው ያምናሉ።

ጨለማ ጉዳይ

ይህ ቃል በአጽናፈ ሰማይ ውስጥ ላሉ መላምታዊ ጉዳዮች ጥቅም ላይ ይውላል። በመደበኛው ቢግ ባንግ የኮስሞሎጂ ሞዴል ብዙ ችግሮችን ለማብራራት የተነደፈ ነው። የሥነ ፈለክ ተመራማሪዎች እንደሚገምቱት 25% የሚሆነው የአጽናፈ ሰማይ ክፍል ከጨለማ (ምናልባትም መደበኛ ካልሆኑ እንደ ኒውትሪኖስ፣ አክሽን፣ ወይም ደካማ መስተጋብር የሚፈጥሩ ግዙፍ ቅንጣቶች (WIMPs) ካሉ) ነው። እና 70% የሚሆነው ዩኒቨርስ በሞዴሎቻቸው ውስጥ የበለጠ ግልጽ ያልሆነ የጨለማ ሃይልን ያቀፈ ነው፣ለተራ ቁስ 5% ብቻ ይቀራሉ።

የፈጣሪ ኮስሞሎጂ

በ1915 አንስታይን አጠቃላይ የአንፃራዊነት ፅንሰ-ሀሳቡን የማተምን ችግር ፈታው። ያልተለመደው ቅድመ ሁኔታ የስበት ኃይል ቦታን እና ጊዜን እንደሚያዛባ እና የፕላኔቶች እንቅስቃሴ በተለይ ከግዙፍ አካላት ጋር በሚቀራረቡበት ጊዜ የሕዋ ጠመዝማዛ በጣም በሚገለጽበት ጊዜ የሚመጣ ውጤት መሆኑን አሳይታለች።

የኒውቶኒያ የስበት ኃይል የፕላኔቶች እንቅስቃሴ ትክክለኛ መግለጫ አይደለም። በተለይም የቦታ ኩርባ ከዩክሊዲያን ጠፍጣፋነት ሲርቅ። እና አጠቃላይ አንጻራዊነት የተመለከተውን ባህሪ በትክክል ያብራራል። ስለዚህ፣ አንዳንዶች በፀሃይ አካባቢ በማይታይ የቁስ ቀለበት ውስጥ እንዳልነበሩ የጠቆሙት ጨለማ ጉዳይ፣ ወይም ፕላኔቷ ቩልካን እራሷ፣ ተቃራኒውን ሁኔታ ለማስረዳት አያስፈልግም።

ማጠቃለያ

በመጀመሪያዎቹ ቀናትየኮስሞሎጂካል ቋሚው ቸልተኛ ይሆናል. በኋለኞቹ ጊዜያት የቁስ አካል ጥግግት በመሠረቱ ዜሮ ይሆናል፣ እና አጽናፈ ሰማይ ባዶ ይሆናል። የምንኖረው ቁስ እና ቫክዩም ሲነጻጸር በዚያ አጭር የኮስሞሎጂ ዘመን ላይ ነው።

በጉዳዩ አካል ውስጥ፣ በግልጽ እንደሚታየው፣ ከሁለቱም የባሪዮን እና የባሪዮን ምንጭ ያልሆኑ መዋጮዎች አሉ፣ ሁለቱም የሚነጻጸሩ ናቸው (ቢያንስ ምጥጥናቸው በጊዜ ላይ የተመካ አይደለም)። ይህ ንድፈ ሃሳብ ከተፈጥሮ ውጪ በሆነው ክብደት ውስጥ ይንከራተታል፣ነገር ግን ከውድድሩ ቀደም ብሎ የማጠናቀቂያ መስመሩን ያልፋል፣ስለዚህ ከመረጃው ጋር ይጣጣማል።

ይህን ሁኔታ ከማረጋገጥ (ወይም ውድቅ ለማድረግ) በተጨማሪ በሚቀጥሉት አመታት የኮስሞሎጂስቶች እና የፊዚክስ ሊቃውንት ዋናው ፈተና እነዚህ ደስ የማይሉ የሚመስሉ የአጽናፈ ዓለማችን ገጽታዎች በቀላሉ አስገራሚ የአጋጣሚዎች መሆናቸውን ወይም እኛ የምንሆነውን መሰረታዊ መዋቅር እንደሚያንጸባርቁ መረዳት ነው። እስካሁን አልገባኝም።

እድለኛ ከሆንን አሁን ከተፈጥሮ ውጪ የሆኑ የሚመስሉ ነገሮች ሁሉ ለመሠረታዊ ፊዚክስ ጥልቅ ግንዛቤ ቁልፍ ሆነው ያገለግላሉ።