İnsanlık, evrenin 13,8 milyar yaşında olduğunu nasıl belirler?
Hiç şüphe yok ki evren Big Bang'den bu yana 13,8 milyar yıldır var ve bilim adamları bu sayıya çok güveniyor. Aslında, bu sayının belirsizliği (hata) tahmini yaşın% 1'inden azdır. Ama geçmişte yanlıştı (evrenin yaşı hakkında 20 milyar yaşında, 15 milyar yaşında, 13.7 milyar yaşında, 3 milyar yaşında gibi birçok veri vardı) En doğrusu 13.817 milyar yaşında yine yanlış olabilir mi?
Yeterince uzağa bakarsanız, görebileceğiniz en uzak zaman 13,8 milyar yıldır: evrenin yaşı hakkındaki tahminimiz, ama bu doğru mu? Resim: NASA / STScI / A. Felid
Lord Kelvin, güneşin yaşının 20 ila 40 milyon yıl arasında olduğunu tahmin ediyor, çünkü onun modeli kuantum mekaniğini ve göreliliği içermiyor (yok). Evreni gözlemlerken benzer hatalar yapmak mümkün mü? Tarihi konulara bir göz atalım ve daha fazlasını öğrenmek için modern duruma geçelim.
Evrenin zamanını tahmin etmek için yıldız kümeleri, yıldızlar ve bulutsular Samanyolu Yolumuzda çok faydalıdır, ancak yıldızları anlamamamız güneş sistemimizin yaşının yanlış tahminine yol açarsa, evrenin yaşını da yanıltacak mıyız? Resim: ESO / VST anketi
19. yüzyılın sonunda evrenin yaşı konusunda büyük bir tartışma vardı. Charles Darwin, biyoloji ve jeoloji çalışmalarından, milyarlarca yıl olmasa da, dünyanın kendisinin en az birkaç yüz milyon olması gerektiği sonucuna vardı. Ancak Sir Kelvin yıldızların nasıl çalıştığına baktı ve güneşin kendisinin daha genç olması gerektiği sonucuna vardı. Tek bildiği reaksiyon, yanma ve kütleçekimsel büzülme gibi kimyasal reaksiyonlardır.İkincisi, sonunda bir beyaz cüce yıldızın enerjisinin nasıl elde edildiğini kanıtlar, ancak bu kadar çok enerji açığa çıkarmak için, güneşin yaşam döngüsü yalnızca on milyonlarca yıla eşittir.
Güneş patlamalarından bizden uzaktaki yıldızlardan fırlatılan maddeye kadar, güneş sistemine nükleer füzyonun kütle kaybı ihmal edilebilir, bu da güneşin toplam kütlesinin% 0,03'ünü düşürür: kayıp Satürn'ün kütlesine eşittir. Ancak, nükleer füzyonu keşfetmeden önce güneşin yaşını tam olarak tahmin edemeyiz. Resim: NASAnın Solar Dynamics Gözlemevi / GSFC
Tabii ki, nükleer reaksiyonların keşfi ve Einstein'ın E = mc2 hidrojen füzyonunun güneşte uygulanmasıyla bu problem on yıllar sonra çözüldü. Tam hesaplamalar yaptıktan sonra, güneşin yaşam döngüsünün 1 ile 12 milyar yıl arasında olacağını ve güneş sistemimizin 4,5 milyar yıldır var olduğunu fark ettim. Güneşin (astronomiden), dünyanın (jeolojiden) ve yaşamın (biyolojiden) yaşı, tutarlı bir görüntüde düzenlenmiştir.
Güneş, dünya ve dünyadaki yaşam tarihinin hepsinin istikrarlı bir dönemi vardır, ancak 19. yüzyılın sonundaki dünyanın yaşına dair kanıtlar, güneşten önemli ölçüde daha büyük olduğunu göstermektedir (ama bu yanlıştır). Resim: ISS Expedition 7 Crew, EOL, NASA
Bugün evrenin yaşını hesaplamanın iki yolu vardır: yıldızların ve galaksilerin yaşını gözlemlemek ve genişleyen evrenin fiziğini çalışmak. Yıldızların kendileri o kadar hassas ölçümler değildir, çünkü onları sadece bir an görebiliriz ve sonra yıldızların geriye doğru evrimini çıkarabiliriz. Bu, küresel kümeler gibi çok sayıda yıldızınız olduğunda kullanışlıdır, ancak tek bir yıldız için daha zordur. Yöntem basittir: Çok sayıda yıldız bir araya geldiğinde boyutları ve renkleri sıcak, büyük ve maviden soğuğa, küçük ve kırmızıya değişir. Daha büyük yıldızlar yakıtlarını zaman içinde en hızlı şekilde yakarlar, bu nedenle ölene kadar evrimleşmeye başlarlar.
Bir yıldızın yaşam döngüsü, şekilde gösterilen renk / büyüklük diyagramı bağlamında anlaşılır. Yıldızların yaşı büyüdükçe, veri çizelgesindeki bilgiler değişir ve yıldız kümesi galaksilerinin yaşını belirlememize olanak tanır. Telif hakkı: Richard Powell, c.c.-by-s.a.-2.5 (L); R.J. Hall under c.c.-by-s.a.-1.0 (R)
Bu nedenle hayatta kalanlar gözlenirse yıldızın yaşı belirlenebilir. Birçok küresel küme 12 milyar yıldan, hatta bazıları 13 milyar yıldan daha yaşlıdır. Gözlem teknolojisi ve yeteneklerinin gelişmesiyle birlikte tek bir yıldızın sadece karbon, oksijen veya demir içeriği ölçülmekle kalmaz, aynı zamanda uranyum ve toryumun radyoaktif bozunma bolluğu da kullanılır.Evrendeki ilk süpernovanın ürettiği elementlerle birleştiğinde, onu doğrudan geriye doğru izleyebiliriz. Yaşları.
SDSS J102915 + 172927 kadim bir yıldızdır, ağırlığı güneşin ağırlığının sadece 1 / 2'si kadardır, yaşı 13 milyar yıldan fazla olmalıdır - Samanyolu'ndan önce bile evrenin en eski yıldızlarından biridir. oluşturulan. Telif hakkı: ESO, Digitized Sky Survey 2
Bu yıldızın kütlesi güneş kütlesinin yaklaşık% 80'i kadardır, güneşin demir elementinin sadece% 0.1'ini içerir ve radyoaktif element bolluğu 13.2 milyar yıla ulaşmıştır. 2015 yılında, Samanyolu'nun merkezinin yakınında 13,5 milyar yıl öncesine, yani Büyük Patlama'dan sadece 300 milyon yıl sonra ve Samanyolu'nun ilk oluşumundan önce oluşan dokuz yıldızdan oluşan bir grup,% 0,001'den daha az güneş demirine sahipti: şimdiye kadarki en ilkel yıldız. Tartışmalı olan ise yaklaşık 800 milyon yıllık belirsizliğe rağmen 14.46 milyar yılda ortaya çıkan bir Methuselah yıldızı olmasıdır.
Ancak evrenin yaşını ölçmenin daha iyi ve daha kesin bir yolu var: evrenin genişlemesi yoluyla.
Evrenimiz için dört olası gelecek kader: Sonuncusu, içinde yaşadığımız evrene karanlık enerjinin hakim olduğu görünüyor. Evrende var olan şeyler ve fizik yasaları sadece evrenin gelişimini değil, aynı zamanda evrenin tarihini de belirler. Resim: E. Siegel / Galaksinin Ötesinde
Bilim adamları, bugün evrendeki nesneler arasındaki mesafeyi, aralarındaki mesafeyi, aralarındaki mesafeyi ve maksimum mesafeyi ölçerek, evrenin genişleme geçmişini yeniden inşa edebilirler. Artık evrenimizin yaklaşık% 68 karanlık enerji,% 27 karanlık madde,% 4.9 normal madde,% 0.1 nötrino ve% 0.01 radyasyondan oluştuğu biliniyor. Ayrıca bu bileşenlerin zaman içinde nasıl geliştiğini de biliyoruz ve evren genel görelilik yasalarını takip ediyor. Evrenin kökeninin tek ve çekici bir resmini oluşturmak için bu bilgileri birleştirin.
Üç farklı ölçüm türü, uzak yıldızlar ve galaksiler, evrenin geniş ölçekli yapısı ve kozmik mikrodalga arka planın iniş çıkışları bize evrenin genişlemesinin tarihini anlatıyor. Telif hakkı: NASA / ESA Hubble (üstte L), SDSS (üstte R), ESA ve Planck İşbirliği (altta)
Birkaç saniye içinde, evren, sonunda soğuyan ve kalan çekirdeklerin birkaç dakika sonra oluşmasına izin veren bir iyonize parçacıklar ve antiparçacıklar kütlesidir. İlk kararlı nötr atom 380.000 yıl sonra oluştu. Yerçekimi, bu maddeyi on milyonlardan yüz milyonlara kadar yıldızlarda ve galaksilerde toplar. Milyarlarca yıl içinde, galaksiler bugün gördüğümüz evreni oluşturmak için bir araya geldiler. Kozmik mikrodalga arka plan, büyük ölçekli galaksi toplantıları, uzak süpernovalar ve baryon akustik salınımları dahil olmak üzere çeşitli kaynaklardan toplanan veriler, tek ve ilgi çekici bir resme ulaştı: 13,8 milyar yıllık bir evren.
Bilinen tüm evrenin kozmik tarihi, tüm maddesinin ve tüm ışığın kökeninden, sonunda evrenin genişlemesine ve sıcak Büyük Patlamanın başlangıcına kadar olması gerektiğini gösteriyor O zamandan beri, evren 13.8 milyar yıl yaşadı. Evrim, bu birden fazla kaynak tarafından onaylanan bir görüntüdür. Resim: ESA ve Planck İşbirliği / E. Siegel (düzeltmeler)
Bazı belirsizlikler var: Wikipedia, evrenimizin 1.3799 ± 0,021 milyon yaşında olduğunu aktarıyor. Bir yerde sistematik bir hata varsa, 21 milyon yıllık belirsizlik kolaylıkla 5 ila 10 kat daha fazla olabilir. Şu anda genişleme hızı ile ilgili tartışmalar var (Hubble sabiti) SPK, 67 km / s / Mpc'ye yakın olduğunu belirtirken, yıldızlar ve süpernovalar 74 km / s / Mpc'ye yakın olduğunu belirtti. Karanlık madde / karanlık enerji kombinasyonunda belirsizlik vardır, bazı ölçümler 1: 2 oranına sahipken, diğerleri 1: 3 oranına veya arada bir orana sahiptir. Bu bulmacaların çözülmesine dayanarak, evrenin 13,7 milyar yıl kadar genç veya 14 milyar yaşında olduğu düşünülebilir.
Evrenin genişlemesinin tarihini ölçmenin bir yolu, evren sadece 380.000 yaşındayken görebildiğimiz ilk ışığa geri dönmektir. Diğer yöntem geriye doğru gitmeyecektir, ancak sistem hataları nedeniyle de kirlenmiş olabilir. Resim: Avrupa Güney Gözlemevi
Ancak 13,8 milyar yıl önceki bu rakamın büyük bir düzeltmesi olması pek olası değil. Kuvvetler, parçacıklar ve etkileşimler hakkında bildiğimizden daha fazla temel fizik olsa bile, yıldızların nasıl çalıştığına, zamanla nasıl çalıştıklarına, evrenin nasıl genişlediğine ve radyasyon / madde / karanlığa ilişkin fiziğini değiştirme olasılığı düşüktür. Enerji, evrenimizi nasıl oluşturur? Bu şeyler farklı, kısıtlıdır ve insanların anladığı gibi, karanlık enerji gelişse bile, G, c veya h gibi temel sabitler zamanla değişir veya standart model parçacıklar daha da ayrıştırılabilir, evrenin yaşı Büyük Patlama'dan günümüze de değişmeyecek.
