Kosmologia fizyczna

Z testwiki
Przejdź do nawigacji Przejdź do wyszukiwania

Kosmologia fizyczna (kosmologia relatywistycznaSzablon:Odn, kosmologia przyrodniczaSzablon:R, fizyka WszechświataSzablon:Odn) – dziedzina nauk fizycznych, zajmująca się badaniem i opisywaniem Wszechświata w wielkich skalachSzablon:RSzablon:OdnSzablon:Odn, jego powstania, ewolucji do stanu obecnegoSzablon:R oraz przyszłościSzablon:Odn.

Historia

Szablon:Grafika rozwinięta Za początki kosmologii fizycznej uważane są postulaty Alberta Einsteina z 1917, dotyczące statyczności WszechświataSzablon:OdnSzablon:R, zrewidowane odkryciem w 1929 powiązań odległości do galaktyk z przesunięciem ku czerwieni ich światła (prawo Hubble’a)Szablon:Odn. Późniejsze połączenie niestatycznych modeli Wszechświata Friedmana-Lemaître’a z geometrią Robertsona-Walkera zaowocowało powstaniem modelu kosmologicznego FLRWSzablon:R.

W 1933 roku Fritz Zwicky (na podstawie obserwacji gromady Coma) oraz Sinclair Smith (obserwując gromadę w Pannie) postulują istnienie ciemnej materiiSzablon:R.

W 1948 Hoyle, Gold oraz Bondi opracowują teorię stanu stacjonarnegoSzablon:Odn. W 1965 Penzias i Wilson odkrywają, a Peebles i Dicke poprawnie interpretują mikrofalowe promieniowanie tłaSzablon:R. Odkrycie tego promieniowania wraz z obserwacjami szybko rozwijającej się radioastronomii dezaktualizują teorię stanu stacjonarnegoSzablon:Odn.

W latach 70. XX wieku powstała kosmologia obserwacyjnaSzablon:R. W 1971 ukazała się jedna z pierwszych książek, zawierających nazwę nauki w tytule: Physical Cosmology Jima PeeblesaSzablon:Odn. W 1981 Alan Guth formułuje hipotezę inflacji kosmologicznej (z poprawkami Lindego i Steinhardta)Szablon:Odn.

18 listopada 1989 NASA wynosi w przestrzeń kosmiczną jednego z pierwszych satelitów dedykowanych badaniom kosmologicznym – COBE, badającego nieregularności mikrofalowego promieniowania tłaSzablon:R. Wyniki jego badań zostają doprecyzowane w 1999 przez eksperyment BOOMERanGSzablon:R. Wystrzelona w 2001 sonda WMAP tworzy mapę rozkładu temperatur mikrofalowego promieniowania tłaSzablon:R, skorygowaną przez wystrzelonego w 2009 satelitę PlanckSzablon:R.

Uruchomiony w 2006 eksperyment WiggleZ Dark Energy Survey uprawdopodobnia istnienie ciemnej energiiSzablon:R, a seria eksperymentów BICEP – fal grawitacyjnychSzablon:R.

Przedmiot badań

Przedmiotem badań kosmologii fizycznej jest opis Wszechświata w dużych skalach: odległości kosmologiczne są najczęściej mierzone w parsekach, a masy w masach SłońcaSzablon:Odn. Koncepcja ta zakłada, że nic poza Wszechświatem nie istnieje, jest on izolowanym układem fizycznym, którego ewolucja jest uzależniona od wzajemnego oddziaływania jego składników. Spośród czterech znanych podstawowych oddziaływań fizycznych tylko grawitacja działa na dużych odległościach[uwaga 1]. Dlatego ewolucja Wszechświata w wielkich skalach jest uzależniona jedynie od oddziaływania grawitacyjnego.

Grawitacja została opisana w ogólnej teorii względności równaniem pola grawitacyjnego (równanie Einsteina):

Rμν−12gμνR+Λgμν=−8πc4GTμν.

zawierającego stałą kosmologiczną ΛSzablon:Odn. Od wartości tej stałej (a konkretnie od jej wpływu na gęstość krytyczną) zależy topologia Wszechświata i tym samym (najprawdopodobniej) jego przyszłośćSzablon:Odn.

Obserwacje kosmologiczne są kluczowe do badania podstawowych właściwości czterech obszarów fizyki: ciemnej energii, ciemnej materii, neutrin oraz inflacjiSzablon:Odn.

Założenia

Badania kosmologii fizycznej są oparte na pewnych założeniachSzablon:Odn:

  • zasada kosmologiczna – Wszechświat w wielkich skalach jest jednorodny i izotropowy. Właściwości (rozkład mas, promieniowanie itp.) Wszechświata nie zależą od położenia obserwatoraSzablon:R
  • zasada ekstrapolacjiSzablon:R – znana nam fizyka opisuje całość Wszechświata, tzn. jest taka sama w każdym z jego regionów
  • główną siłą jest grawitacja, a efekty fizyki barionów mogą być pominięteSzablon:U
  • grawitacja jest opisana przez ogólną teorię względności (choć w wielu aspektach sprawdza się również mechanika klasyczna Newtona)
  • globalną metryką jest metryka FLRWSzablon:U

Model standardowy

Szablon:Główny artykuł Nie istnieje jedyny, całkowicie słuszny opis ewolucji Wszechświata, żaden z modeli kosmologicznych nie został całkowicie potwierdzonySzablon:R. Tym niemniej na początku XXI w. ogromna ilość danych, zebranych nowymi instrumentami pomiarowymi, pozwoliła opracować standardowy model kosmologiczny (Szablon:Ang.), opisujący pochodzenie, skład i ewolucję Wszechświata w wielkich skalachSzablon:Odn. W modelu Lambda-CDM lambda oznacza stałą kosmologiczną Λ, odpowiadającą ciemnej energii, odpowiedzialnej za ekspansję Wszechświata, a CDM jest angielskim akronimem wyrażenia zimna ciemna materia (Szablon:Ang.).

Ekspansja Wszechświata

Rozszerzanie się Wszechświata oznacza rozszerzanie się czasoprzestrzeni. Każda współporuszająca się część Wszechświata powiększa swoją objętość (powiększając jednocześnie próżnię). Obiekty fizyczne (cząstki elementarne, gwiazdy, galaktyki itp.) nie rozszerzają sięSzablon:Odn. Ekspansja Wszechświata jest potwierdzonym faktem, podobnie jest z jej przyśpieszaniemSzablon:Odn.

Geometria

Szablon:Osobny artykuł Kształt Wszechświata jest uzależniony od związku pomiędzy gęstością materii Wszechświata a gęstością krytyczną. Obecnie na podstawie obserwacji nie można rozstrzygnąć, czy Wszechświat jest otwarty, zamknięty czy płaskiSzablon:RSzablon:Odn.

Wiek Wszechświata

Szablon:Osobny artykuł Wiek Wszechświata został oszacowany na około 13,7 miliarda lat. Wielkość ta jest uśrednioną wartością, uzyskaną z pomiarów za pomocą czterech niezależnych metodSzablon:Odn:

Pomiary wieku Wszechświata
Metoda Otrzymana wartość
Analiza stygnięcia i obecności białych karłów w Drodze Mlecznej > 11–13 mld lat, ale < 15 mld lat
Punkt odgięcia gwiazd w gromadach kulistych 13–14 mld lat
Tempo ekspansji Wszechświata 13,5–14 mld lat
Analiza widma mikrofalowego promieniowania tła 13,5–14 mld lat

Przyszłość

Szablon:Osobna sekcja Podobnie jak kształt Wszechświata, jego przyszłość jest uzależniona od związku pomiędzy gęstością materii a gęstością krytyczną. Jeżeli gęstość materii jest mniejsza niż krytyczna, to Wszechświat będzie się rozszerzał bez końca, co odpowiada scenariuszowi Wielkiego Zamarzania (Szablon:Ang.). Rozszerzający się w nieskończoność Wszechświat będzie stopniowo obniżał średnią temperaturę swoich składowych.

Jeżeli gęstość materii jest większa niż krytyczna, to siła grawitacji przeważy nad siłami ekspansji i Wszechświat czeka Wielki Kolaps (Szablon:Ang.). Ekspansja Wszechświata zatrzyma się, ewentualnie wystartuje od nowa. Najnowsze obserwacje wskazują, że rozszerzanie się Wszechświata przyśpiesza dzięki ciemnej energii, co wskazywałoby na scenariusz Wielkiego ZamarzaniaSzablon:R. Poza tymi modelami jest wiele hipotez dotyczących przyszłości Wszechświata, niemożliwych do zweryfikowania zgodnie z obecną wiedzą.

Skład

W skład Wszechświata wchodzi kilkanaście różnych substancji i falSzablon:Odn:

Odległości w dużych skalach

Szablon:Osobny artykuł Prawdziwy bezpośredni pomiar odległości do ciała niebieskiego jest możliwy tylko dla tych obiektów, które są wystarczająco blisko (do około tysiąca parseków) od Ziemi. Techniki określania odległości do bardziej oddalonych obiektów opierają się na różnych korelacjach pomiędzy metodami poprawnymi dla mniejszych odległości a metodami, które działają dla dalszych. Odległości do obiektów poza naszą Galaktyką określane są serią technik, wykorzystujących właściwości gwiazd, gromad kulistych, mgławic i całych galaktyk lub też mają charakter statystyczno-probabilistycznySzablon:R.

Zobacz też

Szablon:Commonscat Szablon:Wikisłownik

Uwagi

Szablon:Uwagi

Przypisy

Błąd rozszerzenia cite: Znacznik <ref> o nazwie „Theuns”, zdefiniowany w <references>, nie był użyty wcześniej w treści.
Błąd rozszerzenia cite: Znacznik <ref> o nazwie „Politowicz”, zdefiniowany w <references>, nie był użyty wcześniej w treści.
Błąd rozszerzenia cite: Znacznik <ref> o nazwie „Urania0487”, zdefiniowany w <references>, nie był użyty wcześniej w treści.
Błąd rozszerzenia cite: Znacznik <ref> o nazwie „Ellis”, zdefiniowany w <references>, nie był użyty wcześniej w treści.
Błąd rozszerzenia cite: Znacznik <ref> o nazwie „Uweb”, zdefiniowany w <references>, nie był użyty wcześniej w treści.
Błąd rozszerzenia cite: Znacznik <ref> o nazwie „Urania0389”, zdefiniowany w <references>, nie był użyty wcześniej w treści.
Błąd rozszerzenia cite: Znacznik <ref> o nazwie „astronautica”, zdefiniowany w <references>, nie był użyty wcześniej w treści.
Błąd rozszerzenia cite: Znacznik <ref> o nazwie „Crill”, zdefiniowany w <references>, nie był użyty wcześniej w treści.
Błąd rozszerzenia cite: Znacznik <ref> o nazwie „greene294”, zdefiniowany w <references>, nie był użyty wcześniej w treści.
Błąd rozszerzenia cite: Znacznik <ref> o nazwie „nature2010”, zdefiniowany w <references>, nie był użyty wcześniej w treści.
Błąd rozszerzenia cite: Znacznik <ref> o nazwie „esaPlanck”, zdefiniowany w <references>, nie był użyty wcześniej w treści.
Błąd rozszerzenia cite: Znacznik <ref> o nazwie „spaceinfo”, zdefiniowany w <references>, nie był użyty wcześniej w treści.
Błąd rozszerzenia cite: Znacznik <ref> o nazwie „Hanson”, zdefiniowany w <references>, nie był użyty wcześniej w treści.
Błąd rozszerzenia cite: Znacznik <ref> o nazwie „JacobyAdopted”, zdefiniowany w <references>, nie był użyty wcześniej w treści.
Błąd rozszerzenia cite: Znacznik <ref> o nazwie „NASAUni”, zdefiniowany w <references>, nie był użyty wcześniej w treści.
Błąd rozszerzenia cite: Znacznik <ref> o nazwie „Rubin”, zdefiniowany w <references>, nie był użyty wcześniej w treści.
Błąd rozszerzenia cite: Znacznik <ref> o nazwie „Griest”, zdefiniowany w <references>, nie był użyty wcześniej w treści.
Błąd rozszerzenia cite: Znacznik <ref> o nazwie „Rincon”, zdefiniowany w <references>, nie był użyty wcześniej w treści.

Bibliografia

Linki zewnętrzne

Szablon:Kosmologia fizyczna Szablon:Działy fizyki

Szablon:Kontrola autorytatywna
Błąd rozszerzenia cite: Istnieje znacznik <ref> dla grupy o nazwie „uwaga”, ale nie odnaleziono odpowiedniego znacznika <references group="uwaga"/>

Źródło: „https://pl.wiki.beta.math.wmflabs.org/w/index.php?title=Kosmologia_fizyczna&oldid=7412”