Evren yapısının "tohumu" nereden geldi? Yoğunluk dalgalanması değişirse ne olur?
"Tüm evrende tek bir varlık vardır, ancak formunda çeşitli değişiklikler vardır." - [Fransızca] Rametley: "İnsan bir Makinedir"
Evren hakkında konuştuğumuzda, sık sık şunu söylüyoruz: Mevcut evren bile çok pürüzsüz ve tek tip görünüyor. Bu cümlenin anlamını anlayamayabilirsiniz, çünkü evreni sık sık dünya gibi gezegenlerle, güneş gibi yıldızlarla ve Samanyolu gibi galaksilerle dolu görürsünüz, bunların hepsi yoğun madde kütleleri. Bazı yerlerde evren gerçekten boş Nasıl pürüzsüz ve tekdüze olabilir?
Aslında söylediğiniz yanlış değil ama düşündüğünüz ölçek çok küçük, milyarlarca ışık yılı kozmik ölçeğini bu kadar büyük bir ölçekte düşünürseniz, evrendeki madde yığınlar ve ince parçacıklardan oluşur. İpekten oluşan bir ağ yapısı ile malzemenin her yerde dağılımı ve yoğunluğu pürüzsüz ve tekdüze görünür. Erken evrende, daha küçük ölçeklerde bile pürüzsüz ve tekdüzeydi, ancak daha küçük ölçeklerde de pürüzsüzdü. Küçük yoğunluk dalgalanmaları var!
Bu küçük yoğunluk dalgalanmaları, günümüzün maddi yapısının tohumlarıdır. Daha sonraki evrimde, bugün görülen herhangi bir maddi yığın (yıldızlar, galaksiler, galaksi grupları ve galaksi kümeleri dahil) oluşmuştur. O halde sorun şu: Bu yoğunluk dalgalanmalarına ne oldu? Kuantum mekaniği perspektifinden, tamamen tek tip bir evrene sahip olmak mümkün müdür? Mümkün değilse, başlangıçta bizimkinden daha tekdüze bir evren olabilir mi ve bu evren bugün bizimkine benzer bir evreni daha uzun bir zaman ölçeğinde oluşturabilir mi?
Bugünün evreniyle başlayalım
Samanyolu ölçeğimizde yıldızlar, gezegenler, uydular, asteroitler ve hatta insanlar gibi birçok yoğun madde kümesini görebiliriz. Bu madde kütleleri arasında, yıldızlararası uzayın uçsuz bucaksız bir alanı vardır, ama aynı zamanda büyük miktarda daha fazla dağılmış gaz, toz ve plazma ile doludur.Bu maddeler ya daha önce ölmüş yıldızların kalıntıları ya da henüz yıldızları oluşturmamış orijinal maddedir. Tüm bu madde kümeleri bir araya gelerek galaksimizi oluşturur: Samanyolu.
Daha büyük bir ölçekte, tek bir galaksi evrende bağımsız olarak var olabilir (bu tür galaksi bir alan galaksisi olarak adlandırılır), aynı zamanda bir küme olarak birkaç galaksiden (yerel galaksi grubumuz gibi) veya daha fazlasından oluşabilir. Birçok galaksi (yüzler ile binlerce arasında) bir galaksi kümesi oluşturur! Daha büyük bir ölçeğe bakarsak, bu galaksi gruplarının ve galaksi kümelerinin, milyarlarca ışıkyılı genişleyen devasa ipliksi yapılar boyunca düzenlendiğini göreceğiz. Bu iplikçikler arasında, yalnızca birkaç galaksi ve yıldızın var olduğu düşük yoğunluklu bir bölge olan devasa bir kozmik boşluk vardır.
Evreni daha geniş bir ölçekte gözlemlersek, gördüğümüz herhangi bir belirli alanın diğer alanlarla aynı göründüğünü, aynı malzeme yoğunluğuna, aynı sıcaklığa ve aynı miktara sahip olduklarını bulacağız. Ve yıldız ve galaksi türleri vb. Her neyse, tamamen aynı görünüyorlar.
Diğer bir deyişle, en büyük ölçekte, evrenin herhangi bir alanı diğer alanlardan daha özel görünmeyecektir. Bizim görüşümüze göre farklı uzay alanları aynı özelliklere sahiptir. İzotropi hakkında sıklıkla söylediğimiz şey budur.
Ancak erken evren, şu anda gördüğümüz yığınlardan, iplikçiklerden ve boşluklardan oluşmamıştı. Kozmik mikrodalga arkaplan radyasyonunu gözlemlediğimizde, başlangıçtaki ölçüm doğruluğu sorunu nedeniyle, onu nasıl ölçersek ölçelim, erken kozmik madde dağılımının mükemmel bir şekilde tek tip olduğunu ve tüm gökyüzü sıcaklığının 2.725K olduğunu görürüz, bu da insanları şaşırtmaktadır! Tamamen tekdüze bir evrenin herhangi bir maddi yapı oluşturmayacağını bilmeliyiz.
Yoğunluğun ortalama yoğunluktan daha yüksek olduğu ve bazı alanların ortalama yoğunluktan daha düşük olduğu bazı bölgelerde 1990'lara kadar mikrodalga radyasyonu yoktu Bu, yukarıda bahsedilen, yaklaşık 80-90 mikrokelvin olan küçük yoğunluk dalgalanmasıdır. Başka bir deyişle, erken evren çok, çok tekdüzeydi, mükemmel tekdüzelikten sadece yaklaşık% 0.003 uzaktaydı.
Yukarıdaki resim, Planck uydusu tarafından Mikrodalga radyasyon sıcaklık dalgalanmasının ayrıntılı ölçümüdür.Bu hareketler tüm konumlarda ve ölçeklerde tutarlıdır. Bu nedenle, mevcut evrenin dağılımı büyük ölçeklerde de tutarlıdır. Basitçe söylemek gerekirse, erken evren Yapının tohumları aynıdır ve taşıdıkları meyveler kesinlikle aynıdır.
Yukarıdaki resimdeki kırmızı "sıcak noktalar" düşük yoğunluklu yerler, mavi "soğuk noktalar" ise yüksek yoğunluklu yerlerdir.İleride yüksek yoğunluklu yerlerde yerçekimi etkisi altında yıldızlar ve galaksiler oluşacaktır. Düşük yoğunluk kesin. Evrenin boşluğuna karşılık gelir. Evrenin yapısının oluşumu, bu kusurlu yoğunluk dalgalanmalarını gerektirir.
Anlaşılması kolay, eğer evren gerçekten iyi dağılmışsa ve yerçekimi kuvvetleri her yerde eşitse, o zaman hiçbir alan daha fazla maddeyi çekmeyecektir.Kütleçekim kuvveti artmazsa, yıldızlar kesinlikle bunu yapamayacaktır. form. Zamanla yoğunluk eşitsizliği ve maddenin kütleçekimsel birikimi varsa, evren 50 ila 100 milyon yıl sonra ilk yıldızlara sahip olacak ve galaksiler yüz milyonlarca yıl sonra oluşacak. 500 milyon yıla kadar, Evrende daha fazla yıldız ve galaksi oluşacak, yüksek enerjili radyasyon evrendeki nötr gazı yeniden iyonlaştıracak ve görünür ışık evrende özgürce dolaşabilecek. Milyarlarca yıl sonra bugün evrenin neye benzediğini göreceğiz.
Öyleyse, evrenin başlangıçtaki yoğunluk dalgalanmaları nereden geldi?
Yoğunluk dalgalanmaları olmayan bir evren yaratmak mümkün müdür? Tamamen tek tip bir evren mi? Genel olarak, eğer evren, evrenin doğduğu şekilde yaratılmış olsaydı, yoğunluk dalgalanmaları olmayan bir evren olmazdı. Evrenin sıcak Big Bang'de doğduğunu biliyoruz, bu dönemde evren yüksek sıcaklık, yüksek yoğunluklu madde, antimadde ve radyasyonla doluydu.
Termal büyük patlama durumu, evrenin şişmesinin sonundan gelir ve vakum enerjisi madde ve radyasyona dönüştürülür, ancak vakum enerjisinin kendisi kuantum dalgalanmalarına sahiptir ve şişme sırasında evrenin her yerine yayılır! Vakum enerjisinin dalgalanması, son yoğunluk dalgalanmasının kaynağıdır.
Evrenin kendisi şişirilmiş bir başlangıç aşamasına sahipse ve bildiğimiz şekliyle fizik yasalarını takip ederse, kesinlikle dalgalanmalar olacaktır ve bu da aşırı yoğunluklu ve düşük yoğunluklu alanların oluşumuna yol açacaktır.
Ama dalgalanmanın boyutunu ne belirler? Daha küçük olabilir mi?
Cevap Evet!
Enflasyon daha düşük bir enerji ölçeğinde meydana gelirse veya enflasyonun doğası, doğduğu zamanki evrenimizin doğasından tamamen farklıysa, bu yoğunluk dalgalanmaları çok daha küçük olabilir. Sadece on kat daha küçük olmakla kalmaz, aynı zamanda 100 kat, 1000 kat, 100 kat, 1 milyar kat daha küçük ve hatta daha küçük olabilir!
Ancak evrenin başlangıçtaki yoğunluk dalgalanmaları çok önemlidir çünkü evrenin yapısını oluşturmak uzun zaman alır. Evrenimizde, ilk dalgadan mikrodalga arka plan radyasyonunun emisyonuna kadar yüzbinlerce yıl geçmesi gerekiyor. Kozmik mikrodalga arka plan radyasyonundan evrensel çekimin neden olduğu ilk yıldızların oluşumuna kadar geçen süre yaklaşık 100 milyon yıl.
İlk yıldızlardan karanlık enerjinin hakim olduğu bir evrene sadece 7,8 milyar yıl geçmesi gerekiyor. Anahtar nokta, karanlık enerjinin evrene hakim olmasının ardından, yerçekiminin daha büyük ölçekte etkisini kaybetmesi ve karanlık enerji evrenin genişlemesini hızlandırmadan önce, Bir yapı oluşturmak için yerçekimi ile bağlanmamış olan maddelerin hepsi birbirinden uzaklaşarak ivmeleniyor.
Bu, başlangıçtaki yoğunluk dalgalanmasının daha küçük olması durumunda, ilk yıldızların oluşum süresinin gecikeceği, galaksilerin oluşumunun gecikeceği ve evrenin yapısının büyük değişikliklere uğrayacağı anlamına gelir. Dahası, yoğunluk dalgalanması çok küçükse, ilk yıldızları oluşturmak için zamanı olmayabilir ve karanlık enerji tüm maddelerin birbirinden uzaklaşmasına neden olursa, o zaman evrende gerçekten hiçbir şey yoktur.
Peki herhangi bir yapı oluşturamayan başlangıç yoğunluk dalgalanması ne kadar küçüktür? Aslında, cevap şok edicidir, evrenimizin sahip olduğu dalgalanmalardan yalnızca birkaç yüz kat daha küçüktür. Yani aşağıdaki şekildeki eğrinin dalgalanma değeri birkaç binden fazla değil, bir düzineden fazladır.
Bu tür bir evren bu güne kadar gelişirse, hiçbir yıldız ya da galaksi oluşmayacak ve biz de var olmayacağız, aslında gördüğümüz evrenle hiçbir ilgisi yok.
Yani evrenin başlangıç yoğunluk dalgalanmasındaki sınırlama aslında karanlık enerjinin varlığından kaynaklanmaktadır.Karanlık enerji yoksa, ilk dalgalanma ne kadar küçük olursa olsun, zaman yeterince uzun olduğu sürece madde yerçekimi etkisi altında bir yapı oluşturacaktır. Ancak belli bir süre içinde hızlanacak bir evren, evrenin maddi yapısının oluşumuna bir aciliyet duygusu getirir.Karanlık enerji evreni ele geçirmeden önce tüm yapılar oluşmamışsa, şans kalmayacaktır.
Bu nedenle, bugün gördüğümüz bir evren oluşturmak istiyorsak, ortalama dalgalanma aralığı ortalama yoğunluğun en az% 0,00001'i kadardır, böylece bariz bağlı bir yapıya sahip bir evren oluşturulabilir.
Evrenimizin bugün gördüğümüz evren olmasının nedeni, belirli bir genişleme oranına ve hareket etmeyen malzeme yoğunluğuna sahip olmasıdır.Bu iki faktör yanlış giderse, ya daha küçük, hatta yapılandırılmamış bir malzemeye yol açacaktır. Evren veya evren, ilk günlerde hızla ve çılgınca daha büyük yapılar oluşturacak ve kara deliklerle dolu felaket bir evrene yol açacaktır.
Bugün yaşadığımız evreni yaratmak için bir dizi son derece tesadüfi kombinasyon gerektirir ve neyse ki, evrenimiz tam olarak doğru görünüyor!
