Kosmologi er læren om arten av universet som en hel enhet. Ordet ‘ kosmologi er avledet fra det greske kosmos betyr harmoni eller ordre. Cosmologists er interessert i dannelse, utvikling og fremtid av universet og dets bestanddeler.
de Fleste gjenstander vi kan se med teleskoper er store eller finnes på ekstreme avstander (f.eks. planeter, stjerner, galakser, klynger av galakser og til og med superclusters)., Flertallet vil vise til cosmologists er at alle disse objektene ble dannet etter en innledende, ekstremt varm og tett formasjon hendelsen, om 14 Gigayears siden, som har skapt (og fortsetter å skape) det rommet vi ser rundt oss. Dette arrangementet er kalt Big Bang.
Mens hot Big Bang-modellen ser ut til å forklare mye av det vi ser rundt oss, er det fortsatt mange grunnleggende spørsmål som eksisterer. Hva er de fleste av materie i universet er laget av? Hvor vanlig er planeter rundt stjerner? Hva forårsaker noen galakser å være elliptisk, spiral eller uregelmessig i form?, Hva er geometrien i universet? Hva er den mystiske mørke energien? Er det en kosmologisk konstant? Er det en variabel? Gjøre andre universer finnes?
samt egenskaper av de største objekter (f.eks. galakser i stor skala og struktur), kosmologi blir stadig mer opptatt med egenskapene til de minste objektene.
for Å finne ut hva som skjedde på begynnelsen av universet, cosmologists trenger hjelp av partikkel fysikere. Big Bang-modellen beskriver en svært varm og tett begynnelsen til universet der mange interessante partikkelfysikk fenomener oppstår., Disse fenomenene har påvirket den type universet vi lever i.
I de tidligste stadier av universet, var veldig varmt og saken ikke kunne eksistere. Universet ble stråling dominert. Som universet utvidet og avkjølt elementære partikler kunne bli opprettet, som senere dannet den letteste elementer som hydrogen, helium og litium. Tyngre elementer som måtte vente på stjernene for å danne slik at de kunne gjøres via nucleosynthesis i høy temperatur, trykk og tetthet sentre for massive stjerner.,
standardmodellen for partikkelfysikk er en matematisk beskrivelse av de 12 fundamentale partikler (6 leptons og 6 kvarker) og 3 styrker (elektromagnetisk, svak og sterk). Det er antatt at i ~10-11 sekunder etter Big Bang alle 4 (dagens dato) styrker (de tre nevnt ovenfor, pluss tyngdekraften) ble separate styrker. Men på rundt ~ ~ ~ 10-43 sekund etter Big Bang (det Planck Tid) alle 4 styrker ble samlet i én kraft. Prosessen med krefter å skille fra hverandre kalles spontan symmetri bryte.,
Den første cosmologists var Babylonerne og Egypterne som observerte himmelen og hvem kunne forutse den tilsynelatende bevegelse av Solen, månen, klareste stjernene og planetene.
I det 4. århundre F.KR., greske filosofer utledes at stjernene ble løst på en himmelsk sfære som roteres om sfæriske Jorden. Planetene, Solen og Månen flyttet i et flytende stoff som heter ether mellom Jorden og stjernene.,
Kreditt: Swinburne
I det 2. århundre E.KR Ptolemaios basert sitt arbeid på troen på at all bevegelse var sirkulær. Å ta hensyn til bevegelse av noen av planetene, som ser ut til å gå tilbake på seg selv, Ptolemaios introdusert epicycles slik at planetene beveget seg i sirkler på sirkler.
Nye observasjoner drive fremskritt i teorien, og nye teorier kan anspore nye observasjoner., Men mange århundrer gikk til en betydelig ny utvikling i kosmologi oppstått.
I det 16. århundre Nicholas Copernicus foreslått en heliocentric system der Jorden roterte om sin akse, og sammen med de andre planetene gikk i bane rundt Solen. Men observasjon bevis av tid favoriserte epicycle-basert Ptolemeiske systemet. Det Kopernikanske systemet ble fremmet av noen, men det var oppdagelsen av avviket på starlight i 1728 som viste seg å være uten tvil, at Jorden går i bane rundt Solen!,
I det tidlige 17. århundre Galileo Galilei oppdaget månene som går i bane rundt planeten Jupiter. Det er tydelig viste at Jorden ikke var spesielle og gjort mange tror på den Kopernikanske heliocentric modell av planeter som går i bane rundt Solen. Isaac Newton oppdaget den inverse-plassen lov for gravitasjonskraft, noe som kan forklare den elliptiske baner av planeter og kometer i solsystemet. En fysisk ramme for celestiale bevegelser hadde blitt funnet.
Hvis Jorden gikk i bane rundt Solen så posisjoner til nærliggende stjerner, i forhold til bakgrunnen, bør endres., Men første observasjoner gjorde ikke oppdage noen bevegelse. Fravær av observerbare skift eller parallax i stillinger av stjernene som Jorden gikk i bane rundt Solen underforstått at stjernene må være på store avstander fra Sola. Newton konkluderte med at universet må være en uendelig og evig hav av stjerner, hvert mye som vår egen Sol.
I det 18. århundre to kjente filosofer kommet med lignende ideer. I 1750 Thomas Wright foreslått at melkeveien, Galaxy, var en stor roterende plate bestående av stjerner og planeter., Immanuel Kant skrev «General Naturlige Historie og Teori av Himmelen» i 1755 i som antydet han at spiralen stjernetåker, svakt tåkete objekter observert over himmelen, var eksterne galakser eller øy-universer uavhengig av melkeveien.
Fysisk kosmologi, de kvantitative versjon av kosmologi, begynte med Albert Einstein i 1915, da han utviklet den første betydelige modeller av universet via løsninger til sin Generelle Relativitetsteori. Disse løsningene ble lagt til og forbedret betinget av Alexander Freidmann, Willem de Sitter, Georges Lemaitre, H. P., Robertson og Arthur Geoffrey Walker. På det stadiet astronomene var ikke klar over utvidelsen av universet, og Einstein hadde innført et matematisk begrep, en kosmologisk konstant, å sørge for at hans universet var statisk.,
Kreditt: Steve Maddox, Vil Sutherland, George Efstathiou og Jon Loveday
I 1912 Henrietta Leavitt oppdaget Cepheid variable stjerner i Magellanske Skyer og bekreftet at variablene med lengre perioder, hadde større luminosities. Fra 1912 og fremover Vesto Slipher ved Lowell-Observatoriet begynte å samle fart av spiral stjernetåker., Ved midten av 1920-tallet det store flertallet av disse stjernetåker hadde fart av resesjon, noen i tusenvis av km/s. Det var vanskelig ikke å tildele slike ekstreme hastigheter til eksterne galakser.
Ved midten av 1920-tallet J. C. Duncan og Edwin Hubble hadde også oppdaget Cepheid variable stjerner i Messier 33, Messier 31 og NGC 6822. Disse stjernene adlød en Periode-Lysstyrke forhold der den perioden av deres variabilitet var relatert til deres iboende lysstyrke., Når en kalibrering av nærliggende Cepheids med kjente avstander hadde blitt etablert en avstand til hver variabel kan bli tildelt basert utelukkende på den perioden av variasjon. Basert på disse variable stjerner dannes avstander var altfor stor til å tillate at disse spiral stjernetåker å være en del av vår Galakse. De var galakser i sin egen rett. Wright og Kant var riktige.
I 1929 Hubble publisert et landemerke papir som er beskrevet en sammenheng mellom avstanden til en galakse og dens observert radial velocity., Mer fjerntliggende galakser har større recessional fart (som hadde blitt sett med en mindre prøve av Vesto Slipher). En sak kan gjøres som Lundmark og Lemaitre hadde slått Hubble til dette funnet. Så vel, H. P. Robertson var den første til å beskrive resultater som kosmiske ekspansjonen. Einstein deretter kastet hans kosmologiske konstant. Universet ikke var statisk, men voksende.
I 1950-Hermann Bondi, Thomas Gull og Fred Hoyle lagt frem Steady State modell av universet., I denne modellen, og saken ble laget fra vakuum i verdensrommet og universet sett den samme i alle retninger og når som helst. Filosofisk elegant, det unngått en start og mål til universet. Det var imidlertid testbare. Den observerte utviklingen av radio kilder, og senere observert topp i antall tetthet av quasars, flere milliarder lysår borte, kalt Steady State modell inn i spørsmålet., I begynnelsen av 1960-tallet Arno Penzias og Robert Wilson oppdaget et veldig svakt signal i mikrobølgeovn regionen tilsvarer all-sky stråling på ~3 grader K at toppene i intensitet ved en bølgelengde på 2 mm. Robert Dicke og samarbeidspartnere hadde spådd et slikt signal, den Kosmiske Bakgrunnen, hvis universet hadde begynt i et varmt, tett staten.,
Kreditt: NASA/WMAP Science Team
De 3 grader K stråling som vi registrerer nå ble sluppet rundt 300 000 år etter Big Bang, da universet hadde avkjølt nok til plasma å danne en gass av nøytrale atomer. Etter at fotoner av den kosmiske bakgrunnen stråling har reist på rette linjer (for oss) uten samspill med saken siden den gang., Ytterligere observasjoner viste at strålingen var av forventet blackbody form for en veldig varm opprinnelse og varm Big Bang-modellen ble på nytt tent som foretrukket kosmologisk modell. Sammen med den Kosmiske Bakgrunnen, to andre observasjoner danner grunnlaget for Big Bang-modellen. Det ene er at nucleosynthesis i en tidlig hot universet riktig regnskap for den kosmiske overflod av lys kjernefysiske isotoper som for eksempel hydrogen, deuterium, helium-3, helium-4, og litium-7. Den andre var observert utvidelsen av universet som følger av bevegelser av fjerne galakser.,
Men Big Bang-modellen kan ikke forklare visse observasjoner av universet. Hvis vi dele plass i terninger på flere hundre millioner lysår, hver kube ville se lik i form av masse, tetthet, galaxy tetthet og mengden sammenhengende struktur. Denne store ensartethet er observert i fjern galakse undersøkelser., Imidlertid, i standard Big Bang-modellen universet utvikler seg så raskt at det ikke er tid for slike forhold skal etableres. Dette problemet er kjent som horisonten problem hvor horisonten er brukt for å indikere største avstand at informasjon eller energi kunne ha krysset siden chat av Big Bang, gitt restriksjoner for bestandighet av lysets hastighet. Enkelt sagt, universet er nesten homogene og isotropic på svært store skalaer.
Det andre problemet er flathet problem. Masse tetthet av universet som styrer dets utvikling og skjebne., Hvis massen tettheten overstiger en kritisk tetthet, så tyngdekraften vil være sterk nok til å reversere nåværende ekspansjonen, og universet har en geometri som kalles lukket. Hvis massen tetthet er mindre enn den kritiske verdien, universet vil gå på å utvide evig, og universet har en åpen geometri. Forholdet mellom den faktiske massen tettheten til den kritiske verdien er kjent som Omega. Den Generelle Relativitetsteorien innebærer at geometrien av universet er Euclidean bare hvis Omega er akkurat 1.0, slik at en Omega = 1-universet kalles flat., På nåværende tidspunkt mener vi at verdien av Omega for å være godt innenfor en faktor på 10 1.0. For verdien av Omega for å være så nær 1.0 på denne epoken er bemerkelsesverdig – hvis det var i utgangspunktet bare en svært liten mengde bort fra 1.0, noen 14 milliarder år med evolusjon ville ha drevet det langt ut fra denne verdien ved denne aktuelle epoken. Til alle formål universet vises flatskjerm.
Kreditt: NASA/GSFC Forestille seg Universet
for Å forklare disse observert ‘problemer’, i 1980 Alan Guth bestemt at en periode med ekstremt rask eksponensiell utvidelse, ‘inflasjon’, som oppstod rundt 10-34 sekunder etter Big Bang. Umiddelbart etter denne inflasjonsdrivende periode, universet synlig for oss hadde en radius på ~1 m. Universet deretter tilbake til normal (lineær) – modus av ekspansjon., Påfølgende finjustering av inflasjonen har vært gjort av Andrei Linde, Andreas Albrecht og Paul Steinhardt, og gjeldende versjoner inkluderer multi-universer alle gjennomgår noen form for inflasjon (f.eks. kaotisk, evig). Inflasjon kan være forbundet med streng teori og brane kosmologi som våre 4 dimensjonale (3 romlige, en gang dimensjon) brane kan betraktes som en del av en mye høyere dimensjon bulk.
Den veldig tidlige universet inflasjon periode, og det er fysiske årsaker, kan være relatert til en nyere observasjoner av universet., Fjern høy «rødforskyvning» supernovae synes å være litt mindre lys enn forventet, noe som kan tolkes som et univers som er inne i en fase av akselerert ekspansjon. Mørk energi har vært postulert som en slags anti-tyngdekraft som driver denne akselerasjonen.
Gjeldende aktuelle områder i kosmologiske forskning omfatter arten av mørk materie og mørk energi, søk etter den første stjerner og galakser, egenskaper av den kosmiske bakgrunnen, og numeriske simuleringer av stor skala og struktur.