Evrenin ömrü 13,6 milyar yıl ise 46 milyar ışık yılı uzaktaki galaksileri nasıl görebiliriz?
Gözlem sınırımız nedir? Evrenin kenarı bizden ne kadar uzakta? Neden bu kadar büyük bir boşluk var? Bunun arkasında basit bir fizik bilgisi var.
Evrenimizin 13.77 milyar yıllık bir ömrü olduğu tahmin edilmektedir. Gözlemleyebildiğimiz en uzak nesne, bizden yaklaşık 13.4 milyar ışıkyılı uzaklıkta. Bununla birlikte, evrenin teorik olarak gözlemlenebilir kenarı ile aramızdaki sözde "doğru" mesafenin 46,5 milyar ışık yılı olduğu tahmin edilmektedir. Evren, gözlemlenebilen en uzak nesneden tahmin edilen gerçek menzilden nasıl çok daha büyük olabilir?
Yukarıdaki soruları yanıtlamak için daha kapsamlı bir deneysel analiz olarak, geçen tren ve onun düdüğü hakkında bir analoji burada.
Resim kaynağı: "Samanyolu Yaşını Ölçmenin Yeni Bir Yolu", 2019, evrenden günümüze.
Tren istasyonuna vardığımızda trenin çoktan istasyondan ayrıldığını hayal edin. Beş dakika sonra trenin düdüğünü duyduk. Şu anda tren bizden ne kadar uzakta? Açıktır ki, siren çaldığında trenin nereye gittiğini (mesafe 1) belirlemek için ekstrapolasyonu (aşağıya bakınız) kullanabiliriz. Ancak, sesin kulağımıza ulaşması zaman aldığından, düdüğü duyduğumuzda tren çoktan biraz mesafe kat etmişti. Bu nedenle düdük sesini duyduğunuzda trenin ray üzerindeki gerçek mesafesi daha uzun olacaktır (mesafe 2). Burada birinci uzaklık 13,4 milyar ışıkyılına, ikinci uzaklık ise 46,5 milyar ışık yılına eşittir.
Tren analojisi teorisini daha da açıklığa kavuşturmak için bazı sayısal hesaplamalar.
Resim kaynağı: "Doppler etkisi deneyi, 1845", sciencephoto'dan.
Tren durağan ve bize yakınken sirenin çıkardığı sesin yoğunluğunu ölçtüğümüzü varsayalım. Aynı zamanda düdük perdesini (ses dalgasının titreşim frekansı) da bu sırada ölçtük.
Yukarıdaki bilgileri kullanarak, trenin bizden ne kadar uzakta olduğunu tahmin etmek için ses basıncı logaritmik mesafe teoremini kullanabiliriz. Ses basıncı logaritmik mesafe teoremi, ses basıncı 6 desibel düştüğünde, ses kaynağı ile dinleyici arasındaki mesafenin iki katına çıktığı anlamına gelir.
[Örneğin: Tren bizden 100 metre uzaktayken düdüğünün ses yoğunluğunun 100 desibel olduğunu (zaten çok yüksek) varsayalım. Tren hareket etmeye başladığında ve 10 saniye sonra siren çaldığında, ölçtüğümüz sirenin ses şiddeti 94 desibel (6 desibel düşüş) idi. Ses basıncı logaritmik mesafe teoremini kullanarak, şu anda trenle aramızdaki mesafe 200 metredir]
Bu nedenle sirenler çok uzak bir tren tarafından çaldığında ölçtüğümüz ses şiddeti 70 desibel idi.Daha sonra ses şiddeti mesafenin 100 metre olduğu zamana göre 30 desibel (5 × 6 desibel) daha düşük olduğu için Tren düdüğünü çaldığında bizden 3.200 metre uzakta olduğu tahmin edilebilir. (Çünkü 100m × 25 = 3200m)
Aynı zamanda siren perdesinin düştüğünü yani sesin frekansının düştüğünü de görebiliriz. Bu, bu trenin hareketsiz durmadığı, bizden gittikçe uzaklaştığı anlamına geliyor. Bunun nedeni, ses dalgası frekansını genişleten Doppler etkisidir. Ses frekansındaki değişimin büyüklüğünü ölçerek ve bunu tren dururken düdük frekansıyla karşılaştırarak trenin hızını hesaplayabiliriz.
Şimdi, tren düdüğünün perdesinin yeterince uzatıldığını (azaltıldığını) varsayalım, böylece hesaplamalar yoluyla trenin 240 km / s hızla gittiğini bilebiliriz.
Yani şu anda, artı önceki varsayımlar, trenle aramızdaki mesafenin 3200 metre olduğunu ve düdük çaldığında hareket hızının 240 km / s olduğunu bilebiliriz.
Bu veriler, gözlemlediğimiz evrenin yarıçapı gibi 13.4 milyar ışıkyılıdır: Görünüşe göre bizden en uzak olan galaksi 13.4 milyar ışık yılı ışık yayıyor.
Ancak ses dalgalarının tarafımızdan alınması belirli bir süre aldığından, ayrıca bilmemiz gereken şey, sonunda düdüğü duyduğumuzda trenin nerede olduğu (doğru mesafesi).
Hepimizin bildiği gibi, havadaki ses yayılma hızı 340 m / s (1224 km / s), yani 3200 m'yi 340 m / s'ye böldükten sonra 9,4 saniyedir, bu durumda düdüğün konumumuza yayılmasının 9,4 saniye sürdüğünü biliyoruz.
Tren, 66.6m / s olan 240km / s hızla gidiyor. 9.4 × 66.6m / s, kabaca 0.6km olan 620 metreye eşittir.
Bu nedenle, trenin düdüğünü duyduğumuzda tren, düdük çalındığında olduğundan 0,6 km daha uzun yol kat etmişti. 6,4 km'yi 0,6 km'ye eklemek 7 km'dir. Tren istasyonundan 7 km uzaklıkta ıslık sesini duyduğumuzda trenin gerçek yeri burası.
Bu gerçek mesafe, sirenin ses yoğunluğu değişikliklerinin basitçe analiz edilmesiyle elde edilen 6,4 km'lik "algılanan" mesafeden daha uzaktır.
Şimdi, geçen tren ile genişleyen evren arasında daha detaylı bir benzetme yapabiliriz. Bir trenin benzetmesi, genişleyen evrendir ve bir ıslık sesi, evrendeki "standart mum ışığı" yıldızlarının yaydığı ışığa benzer. "Standart mum" yıldızının yoğunluğu artık tam olarak biliniyor ve yüzeyinin parlaklığı (veya ilgili) sayesinde galaksinin uzaklığını tahmin edebiliriz. Ses hızı, ışık hızına benzer. Aynı zamanda, düdük frekansındaki azalma, galaksi bizden uzaklaştıkça Doppler kırmızısına kayma ile karşılaştırılabilir.
Bu benzetmede, en büyük kozmolojik fark, trenlerimizin birleşik bir uzayda hareket ederken, galaksiler dünyasında bulundukları uzay da genişliyor ve galaksileri birlikte hareket etmeye itiyor.
Resim kaynağı: "Evrenin Yaşı", 2015, anlamlı yaşamdan.
Daha fazla düşünme .....
İlginçtir ki, burada trenin "doğru" mesafesi, tamamen "algılanan" mesafenin (7 km'ye karşı 6.4 km) yalnızca yaklaşık% 110'udur. Bunun nedeni, 240km / s'lik tren hızının 1224km / s'lik ses hızının yalnızca çok küçük bir kısmı olmasıdır, bu nedenle düdük istasyona ulaştığında tren ray üzerinde uzun bir mesafe katetmez. Buna karşılık, evren teorisinin gerçek gözlemlenebilir yarıçapının 46,5 milyar ışık yılı olduğu tahmin ediliyor, ancak algılayabildiğimiz yarıçap sadece 13,33 milyar ışık yılı. Evren durumunda, gerçek mesafe gözlemlenebilir mesafenin 3,5 katıdır. Neden ikisi% 110 ile% 350 arasında bu kadar büyük bir uçurum var?
Bu soruyu daha iyi cevaplamak için trenin hızını 800 km / saate (trenin gidebileceğinden çok daha hızlı) artıralım ve ses hızını 89,5 m / sn'ye (gerçek ses hızından çok daha yavaş) indirelim. ). Sonra, bu varsayımsal sayıları hesaplamalara koyarız.
Şu anda trenin sireninin ses şiddetinin 57.7 desibel olduğunu ölçebiliyoruz.Bu verileri kullanarak, siren çaldığında tren ile aramızdaki mesafenin 133.3km olduğunu hesaplayabiliriz. (Çünkü 100-57,7 = 42,3, 42,3 = 6db × 7,05, 100 × 27,05 = 13334m) Bu mesafe daha önce varsayılan trene göre çok daha uzundur.
Aynı zamanda, sirenler 149 saniye yayıldıktan sonra istasyona ulaştı (çünkü 13334m ÷ 89.5 / s = 149s). Bu aynı zamanda gerçek tren düdük sesinden çok daha uzundur çünkü mesafe daha uzaktır ve ses hızı daha düşüktür. Hareket halindeki trenin düdük sesinin daha düşük frekansına göre (hareketsiz haldeki düdük sesinin frekansına göre) sürüş hızının 800 km / saat (222 m / s) olduğu sonucuna varılabilir. Düdük çaldıktan sonraki 149'larda tren, pistte 33,16 km (149 × 222 = 33160 m) daha da ilerledi. Bu mesafe (33,16 km) "algılama" mesafesinin yaklaşık 2,5 katıdır.
46.5km elde etmek için 13.33km ve 33.16km ekleyin. Bu aynı zamanda, sonunda düdüğü duyduğumuzda trenin son "doğru" pozisyonudur.
Bu ikisi (13.3 ve 465), 13.33 milyar ışıkyılı gözlemlenebilir evren yarıçapı ve 46.5 milyar ışıkyılı gerçek yarıçapı ile orantılıdır. İlk sayı, 13,33 milyar ışıkyılı, şu anda evrende gözlemleyebildiğimiz en uzak nesnedir (en uzak galaksi "ışık boynuzunu çaldığında") ve 46,5 milyar ışıkyılı, 13.33 milyar ışık yılı önce bir nesneden yayılan ışığı algıladığımızda, nesne şimdi bizden yaklaşık olarak gerçek uzaklıktadır.
(Çünkü 89.5m / s 322.2km / s'dir.)
Hayal edilen bu iki deneysel veriyi, 800 km / s'lik gerçekçi olmayan tren hızı ve 322.2 km / s'lik ses hızı ile karşılaştırın. 2,49 oranını elde etmek için böleriz. Bu, trenin hızının ses hızının 2,5 katı olduğu anlamına gelir. Bununla birlikte, gerçekte tren hızı, ses hızının beşte biridir.
Hayali tren deneyimizin sonuçlarını, evrenin kendisi fenomenine taşımak, evrenin şu anda var olan gözlemlenebilir kenarının ışık hızının neredeyse 2,5 katı hızla genişlediğini ortaya çıkarabilir. "Yerel uzay" da hiçbir şey ışık hızından daha hızlı değildir. Bununla birlikte, evren için hiçbir şey onun ışık hızından daha hızlı genişlemesini engelleyemez. İçinde yaşadığımız evrenin genişleme hızı, ışık hızının ortalama 2,5 katıdır.
Tren benzetmesinde, basitlik adına trenin hızının sabit olduğu unutulmamalıdır. Bununla birlikte, emin olabileceğimiz şey, evrenin kenarının, ömrü boyunca (örneğin, genişleme aşamasında) farklı hızlarda genişlemesi gerektiğidir, ancak 13,8 milyar yıllık bir dönemde, bu hızların ışık hızının ortalama 2,5 katı olduğu.
Resim kaynağı: "Hubble Teleskobu Tarafından Görülen Görülen En Uzak Gökada", 2016, bugün evrene geliyor.
Yukarıdaki analizi özetlemek gerekirse: Aslında, en uzaktaki nesnenin gerçek konumunu göremiyoruz. Sadece ışık yaydıklarında nerede olduklarını gözlemledik, ki bu yaklaşık 13.44 milyar yıl önceydi. Bu nesnelerin kırmızıya kayması nedeniyle, etraflarındaki hızla genişleyen evrenin göreceli hızını bilebiliriz ve şu anda nerede olduklarını, yani dünyadan yaklaşık 46,5 milyar ışıkyılı uzaklıkta olduklarını tahmin edebiliriz (kesin bir inandırıcılıkla). s konumu.
Referans
1. WJ Ansiklopedisi
2. Astronomik terimler
3. Illidan-Walter Murch
İlgili herhangi bir içerik ihlali varsa, silmek için lütfen 30 gün içinde yazarla iletişime geçin
Lütfen yeniden basım için yetki alın ve bütünlüğü korumaya ve kaynağı belirtmeye dikkat edin
