Kun katsoo taivaalle, maailmankaikkeus näyttää hyvin samanlaiselta kaikissa suunnissa ja joka paikassa. Erityisesti se, että kosmisen mikroaaltotaustan lämpötila on sadastuhannesosan tarkkuudella sama kaikissa suunnissa osoittaa, että maailmankaikkeus on hyvin tasainen.

Niinpä kosmologisia havaintoja analysoidaan sellaisen mallin puitteissa, joka on täysin samanlainen joka suunnassa ja joka paikassa, laajenee vain ajan myötä. Sisällöksi otetaan tunnetun aineen (atomiytimet, elektronit, neutriinot ja fotonit) lisäksi pimeää ainetta. (Pimeä aine on kosmologian kannalta muuten samanlaista kuin tavallinen aine, mutta vuorovaikuttaa valon kanssa erittäin heikosti, ja on siksi näkymätöntä.) Laajenemisnopeuden ja ainesisällön liittää toisiinsa yleinen suhteellisuusteoria.

Näistä lähtökohdista saadaan selville, että laajeneminen hidastuu. Koska kiihtyvää laajenemista osoittavien havaintojen paikkansapitävyys on kiistämätön, teoriassa on jotain väärin. Pitää valita kolmesta vaihtoehdosta: on olemassa jotain eksoottista ainetta joka aiheuttaa kiihtyvän laajenemisen, yleinen suhteellisuusteoria ei pädekään suurilla etäisyyksillä, tai maailmankaikkeus ei ole samanlainen joka suunnassa ja paikassa.

Pimeä energia

Suosituin vaihtoehto kosmologien keskuudessa on ainesisällön muuttaminen. On helppo ymmärtää, miksi kaikki tavallinen aine johtaa hidastuvaan laajenemiseen. Newtonin gravitaatioteorian mukaan massat vetävät toisiaan puoleensa. Maailmankaikkeutta voi verrata laajenevaan pölypilveen: sen osat vetävät toisiaan puoleensa ja jarruttavat laajenemista.

Yleisessä suhteellisuusteoriassa tilanne on hieman monimutkaisempi. Gravitaatioon vaikuttavat massan lisäksi myös aineen muut ominaisuudet, kuten paine, pyörimisnopeus ja niin edelleen. Tavallisen aineen paine on paljon pienempi kuin massatiheys (minkä takia Newtonian teoria toimii aurinkokunnassa niin hyvin). Mutta jos olisi eksoottista ainetta, jolla on valtava paine, joka olisi vielä negatiivinen, niin sen painovoima olisi hylkivää. (En aio selittää tarkemmin, mitä negatiivinen paine tarkoittaa, mutta todettakoon että tavallisen aineen paine on aina positiivinen.) Jos aine täyttäisi koko maailmankaikkeuden tasaisesti, ja sen paine olisi isompi kuin tavallisen aineen massatiheys, niin kiihtyvä laajeneminen olisi selitetty.

Tällaiselle hypoteettiselle aineelle on annettu nimi pimeä energia. Pimeä siksi, että sitä ei ole suoraan nähty, joten sen täytyy vuorovaikuttaa valon kanssa heikosti. Energia siksi, että nimitys "pimeä aine" oli jo varattu. (Osuvampi nimitys olisi kyllä "pimeä paine".)

On osoittautunut vaikeaksi ymmärtää, mitä pimeä energia oikein voisi olla. On esitetty tusinoittain toinen toistaan kummallisempia vaihtoehtoja, mutta vakuuttavia kandidaatteja on vain yksi. Hiukkasfysiikan teorioiden mukaan tyhjälläkin tilalla on energiaa. Tyhjän tilan energiatiheyteen liittyvä paine on negatiivinen, ja voisi selittää havainnot. Asiaan liittyy kuitenkin merkittävä ongelma: miksi nyt?

Maailmankaikkeuden laajetessa tavallisen aineen energiatiheys laskee samaa tahtia kuin tilavuus kasvaa. (Jos maailmankaikkeuden tilavuus kasvaa kaksinkertaiseksi, energiatiheys putoaa puoleen, koska aineen määrä ei muutu.) Tyhjön energiatiheys (ja paine) sen sijaan säilyy muuttumattomana. Laajeneminen kiihtyy, kun tavallisen aineen energiatiheys (joka vetää puoleensa ja siis hidastaa) putoaa alle tyhjön paineen (joka hylkii ja siis kiihdyttää).

Kiihtyvä laajeneminen on alkanut viimeisten muutaman miljardin vuoden aikana. Toisin sanoen, tyhjön energia olisi saanut tavallisen aineen kiinni aivan lähimenneisyydessä, kosmologisella aikaskaalalla. Teoreettisesti tämä olisi kuitenkin voinut tapahtua koska tahansa (tyhjön energiatiheyttä ei toistaiseksi pystytä teoreettisesti laskemaan). Miksi satumme olemaan olemassa juuri sinä aikana, kun laajeneva kiihtyminen on hiljattain alkanut? Tämän ongelman takia kiihtyvää laajenemista pidetään yleisesti kosmologian suurimpana mysteerinä. (Jotkut -lähinnä kai eräät kosmologit itse- pitävät sitä jopa koko tieteen suurimpana mysteerinä.)

Erilainen gravitaatiolaki

Pimeä energia on kosmologienkin mielestä omituista. Vaihtoehdoksi on tarjottu gravitaatiolain muuttamista. Ehkä yleinen suhteellisuusteoria ei pädekään niin hyvin kuin on luultu, ja tavallisen aineen gravitaatio muuttuu miljardien valovuosien etäisyyksillä puoleensavetävästä hylkiväksi?

Richard Feynman sanoi ihmisistä, jotka kirjoittivat hänelle ehdottaakseen, että ehkä tämä tai tuo luonnonlaki ei pädekään, että on helppo tehdä aukkoja, mutta niiden paikkaaminen on vaikeampaa. Jos yleinen suhteellisuusteoria ei päde, niin mikä sitten on oikea teoria?

On osoittautunut vaikeaksi rakentaa gravitaatioteoriaa, joka johtaisi kiihtyvään laajenemiseen pitkillä etäisyyksillä, mutta olisi sopusoinnussa aurinkokunnassa tehtyjen gravitaatiomittausten kanssa. (Yleisen suhteellisuusteorian ennusteita aurinkokunnassa on testattu erittäin suurella tarkkuudella.) Yritelmiä on muutama, mutta ei ole selvää toimiiko niistä yksikään. Poikkeuksena on niin kutsuttu kosmologinen vakio, joka on matemaattisesti samanlainen muutos gravitaatioon kuin tyhjön energia on ainesisältöön. Usein ilmaisuja "tyhjön energia" ja "kosmologinen vakio" käytetäänkin sekaisin. (Kysymys on vain siitä, lisääkö termin yhtälön oikealle vai vasemmalle puolelle.)

Vaihtoehtoiset gravitaatioteoriat, vaikka toimisivatkin, eivät vastaa kysymykseen "miksi nyt" sen paremmin kuin pimeä energia.

Epätasaisuus

Kolmas kosmologinen oletus on se, että maailmankaikkeus on samanlainen kaikissa suunnissa ja kaikissa paikoissa. Varhainen maailmankaikkeus todella on hyvin tasainen, mutta miljardien vuosien kuluessa kehittyy monimutkaisia rakenteita. (Ks. linkki Millennium Simulaationiin merkinnässä "Tyhjää".)

Rakenteiden muodostumisen vaikutusta laajenemiseen on tutkittu melko vähän. Eräs syy tähän on se, että maailmankaikkeus näyttää nykyäänkin samalta kaikkialla isolla skaalalla tarkasteltuna. (Tämä tarkoittaa seuraavaa: otetaan kuutio, jonka sivu on vähintään 500 miljoonaa valovuotta. Heitetään kuutio jonnekin maailmankaikkeudessa nykypäivänä. Laittoipa kuution mihin vain, sen sisään jäävän avaruuden keskimääräiset ominaisuudet -tiheys, laajenemisnopeus, ja niin edelleen- ovat suunnilleen samat.)

On kuitenkin niin, että maailmankaikkeus, joka sisältää rakenteita, ei laajene samalla tavalla kuin täysin tasainen maailmankaikkeus, vaikka rakenteet olisivatkin tasaisesti jakautuneet. Tämä ei ole aivan ilmeistä, ja asia on saanut merkittävää huomiota vasta viime vuosina.

Rakenteiden muodostumisen vaikutus laajenemiseen on pääasiallinen tutkimusaiheeni. Isot rakenteet muodostuvat maailmankaikkeuden ollessa joitakin miljardeja vuosia vanha, jolloin kiihtyminenkin on alkanut, mikä saattaa tarjota vastauksen kysymykseen "miksi nyt".

Tässä lyhyt selitys: Rakenteiden muodostuessa massa keskittyy ylitiheisiin alueisiin, joiden laajeneminen hidastuu. Alitiheät alueet vastaavasti laajenevat nopeammin, koska niissä on vähemmän ainetta jarruttamassa. Keskivertoa nopeammin laajenevien alueiden osuus tilavuudesta kasvaa, joten keskimääräinen laajenemisnopeus voi kasvaa - eli laajeneminen voi kiihtyä.

Rakenteiden vaikutuksen tarkka laskeminen on vaikeaa, eikä vielä tiedetä ovatko ne vastuussa kiihtymisestä, vai tarvitaanko pimeää energiaa tai uutta gravitaatiolakia. Tietystä näkökulmasta havaintojen selittyminen tunnetuilla rakenteilla tunnetun gravitaatioteorian puitteissa olisi tylsin vaihtoehto: ei ole löydetty mitään uutta. Minusta tämä olisi mahdollisuuksista kaunein: ei tarvita uusia hypoteeseja, vaan mysteeri voidaan ratkaista yleisen suhteellisuusteorian tarkemmalla hahmottamisella.

Fysiikan kehityksessä ei ole kyse vain löytöjen tekemisestä, vaan syvemmän ymmärryksen saavuttamisesta.

Kommentit (36)

Tarkkailija

Kiitos Syksylle aikaisemmista vastauksista. Tässä lisää sarjassamme ”maallikkojen tyhmiä kysymyksiä”:

Kirjoitit m.m: ”Koska kiihtyvää laajenemista osoittavien havaintojen paikkansapitävyys on kiistämätön, teoriassa on jotain väärin.”

Onko todella noin, kuten sanoit? Vai olisiko sittenkin mahdollista, että havaintoja tulkitaan väärin? Esimerkiksi, että punasiirtymä toimii loogisesti vielä kymmenien miljoonien valovuosien skaalassa, mutta ei enää puhuttaessa miljardeista valovuosista, kun valo on riittävästi ”vanhentunut”?

Onhan esimerkiksi Aurinkokuntaamme (eli kotitalomme piharappusia) tutkittaessa käynyt ilmi, että planeettojen koostumus (Saturnuksen renkaat tai Jupiter) on muuttunut viime vuosiin asti, sitä mukaan, kun toinen toistaan tarkempia luotainhavaintoja on saatu.

Eli vielä kerran: Jos Universumin kiihtyvä laajeneminen pitää kiistattomasti paikkansa, eikö kiihtyvästi loittoneva materia loppujen lopuksi muutu energiaksi? Ja mitä sen jälkeen tapahtuu?

MrKAT

Siis tarkoitatko nyt yli-/alitiheillä alueilla meille näkyvää maailmankaikkeuttamme(sen kuplan sisällä), vai kuten jossain lehtijutussa näin että toisessa (meille näkymättömässä) maailmankaikkeudessa tiivistyy ja meille näkyvässä osassa laajenee..?

Automekaanikko?

Kuinka varmaa on että tila laajenee, eikä avaruuden mahdollisesti täyttävä hiukkaskenttä, tilan koon pysyessä muuttumattomana?
Onko em. kentän hiukkasten ominaisuuksista olemassa mitään arvailuja, massattomia hiukkasia?
Miksi fotonit kiihtyvät heti valonnopeuteen ja voiko myös massalla/muulla energialla olla sama ominaisuus, kiihtyminen vain vie aikaa Higgsin bosonien tai em. kentän aiheuttaman inertian vuoksi?
Johtuuko gravitaatio tilan vai em. kentän geometriasta, jos kaareutuminen on oikea näkemys asiasta.
Yli 10 vuotta opiskelua kemianlaitoksella ym. riittää, joten en viitsi enää ryhtyä opiskelemaan fysiikkaa, varsinkin kun ala on ehkä liian vaativa.
Rakenteiden vaikutus kiihtyvään laajenemiseen ei varmasti tule useimmille ensimmäisenä mieleen, kuinka aine (gravitaatio) kuitenkaan voisi estää tilaa syntymästä lisää jos sitä yleensä syntyy?

Syksy

Tarkkailija:

Ilmaisuni oli yksinkertaistettu, ja hieman väärin. Olisi ollut oikein sanoa: on kiistämätöntä, että havaitut etäisyydet ovat pidempiä kuin mallissa joka on tasainen, sisältää vain tavallista ainetta ja käyttäytyy yleisen suhteellisuusteorian mukaisesti.

Kiihtyvän laajenemisen välttämiseksi on eräs mahdollisuus, josta en maininnut liiallisten yksityiskohtien välttämiseksi. Mutta nyt kun kysyit, voin korjata tilanteen.

Etäisyydet liittyvät yksikäsitteisesti laajenemisnopeuteen vain silloin kun maailmankaikkeus on tasainen. (Tarkasti sanottuna etäisyyden tuntemiseen tarvitaan silloin laajenemisnopeus ja avaruuden kaarevuus.) Jos maailmankaikkeus ei ole tasainen, etäisyydet saattavat kasvaa nopeasti vaikka laajeneminen ei ole nopeampaa.

Tämä johtuu siitä, että etäisyydet määritellään valon käyttäytymisen avulla (siis pienemmältä näyttävä kohde on määritelmällisesti kauempana), kun taas laajeneminen liittyy vain paikallisen tilavuuden kasvuun.

Ei ole poissuljettua, että rakenteet vaikuttavat valon käyttäytymiseen siten, että kohteet näyttävät himmeämmiltä ja pienemmiltä (eli ovat kauempana), vaikka laajeneminen ei kiihtyisikään.

Joka tapauksessa siis olisi kyse rakenteiden vaikutuksesta.

Periaatteessa olisi myös mahdollista, että valon kulkuun vaikuttaa jokin aiemmin tuntematon fysiikan teoria, joka ei liity laajenemiseen. (Tällainen selitys vaikuttaa hyvin epätodennäköiseltä, mutta en ole varma, onko oikein sanoa että se on kiistämättömän mahdotonta.) On esimerkiksi ehdotettu, että osa fotoneista muuttuu matkalla muiksi hiukkasiksi, joita ei havaita. Tämä voisi kuitenkin selittää korkeintaan supernovien himmeyden. Kosmisesta mikroaaltotaustasta ja galaksien jakaumasta voidaan mitata etäisyys mittaamalla kokoa, ja kokoon fotonien katoaminen ei vaikuta.

Syksy

MrKAT:

Ylitiheät alueet ovat galakseja, galaksiryppäitä, ja vastaavia rakenteita, alitiheät alueet ovat näiden välissä.

Muilla maailmankaikkeuksilla (sikäli kun kyseinen ilmaus on edes mielekäs) ei ole asian kanssa mitään tekemistä.

Syksy

Automekaanikko?:

Mikäli ei tunne jotain alaa, ei kannata yrittää kommunikoida käyttäen sen teknisiä termejä ja piirteitä, joita ei ymmärrä.

Automekaanikko?

Syksy--> Mikäli ei tunne jotain alaa..

Kyllä ala on jonkin verran tuttu, sekä siihen liittyvät termit.
Onko nyt niin että olet vetänyt herneen nenään joistakin aikaisemmista viesteistä(tämä on 2. viestini blogiisi) , kysymyksiin ei tiedä kukaan vastausta vai onko fysiikassa käytettävien termien käyttäminen sallittua vain fyysikoille???
Eräs vaihtoehto on että kysymyksiä oli liikaa, etkä siksi viitsinyt vastata, olisin erittäin kiitollinen jos saisi lisävalaistusta johonkin valitsemaasi kysymykseen.
En yritä tulla neuvomaan sinua, haluaisin vain ammattilaisen näkemyksen asioista, joihin ei löydy vastausta tiedefoorumin keskusteluissa tai netistä etsimällä.

Syksy

Automekaanikko?:

Kysymystesi perustat ovat virheellisiä, ja niissä käytetään teknisiä termejä tavalla joka ei tarkoita mitään.

Esimerkiksi ensimmäinen kysymys: "Kuinka varmaa on että tila laajenee, eikä avaruuden mahdollisesti täyttävä hiukkaskenttä, tilan koon pysyessä muuttumattomana?"

Asiaan ei liity mitään "hiukkaskenttää", eikä ilmaisu "kentän laajeneminen" merkitse mitään (sikäli kun kyse on hiukkasfysiikan kentistä - esimerkiksi jalkapallokenttä voi toki laajentua).

Tarkkailija

Syksylle: Olet teoreettinen fyysikko, jolle meidän maallikoiden pitäisi esittää järjellisiä kysymyksiä, jotta tämä koko blogi olisi edes lähtökohdiltaan mielekäs. Minunkin toistaiseksi esittämäni pari mielipidettä ovat olleet siinä rajoilla, kehtaanko edes niitä julkaista, koska itse kysymykset paljastavat, miten ”pihalla” me maallikot saatamme olla Sinun ammattiasioittesi suhteen.
Hyvin kärsivällisesti ja perusteellisesti olet kuitenkin vastannut. Kiitos siitä!

Nyt kysyn kuitenkin, vastaisen varalta, miten hyvin itse tahdot täällä esitetyt kysymykset perusteltavan? Tuskin on tarkoitus, että ydinfyysikot vaihtavat täällä käsityksiään toistensa kanssa; meillä maallikoilla on vain mielikuva siitä todellisuudesta, mistä te ammattilaiset kommunikoitte keskenänne. Näin alkuunsa minulle on muodostunut sellainen käsitys, että monetkin foorumilaiset eivät ”kehtaa” esittää Sinulle kysymyksiä, koska ne saattavat olla kysyjän mielestä hyvinkin metsässä. Ihan kuten minullakin.

Automekaanikko?

Kiitoksia vastauksestasi,
Syksy--> Mutta jos olisi eksoottista ainetta...
Syksy--> Jos aine täyttäisi koko maailmankaikkeuden tasaisesti...
Jos olisi eksoottista ainetta, eikös se muodostuisi hiukkasista ja jos hiukkaset täyttäisivät koko avaruuden, eikö kyseessä olisi tässä tapauksessa dynaaminen skalaarikenttä?
Rakenteiden vaikutus laajenemiseen on aika fiksusti päätelty, nähtäväksi jää, oletko ensimmäinen (ja viimeinen) tiedefoorumiin kirjoitellut tuleva Nobelinpalkinnon saaja.

Syksy

Tarkkailija:

Ei-asiantuntijoillehan blogi on suunnattu. Mutta en vastaa kysymyksiin, joihin ei ole mielekästä vastata.

Syksy

Automekaanikko?:

Vastaus ensimmäiseen kysymykseesi on "ei välttämättä" ja toiseen "ei".

Ei tiedetä mitä pimeä energia on (jos sitä ylipäänsä on olemassa). Yksi paljon tutkittu mahdollisuus on, että pimeä energia on maailmankaikkeuden täyttävä skalaarikenttä. Tällöin kentän energia saisi aikaan kiihtyvän laajenemisen. (Kysymys ei siis olisi siitä, että kenttä laajenee.)

N.Wessman

Voisiko olla niin, että laajeneminen on yksinkertaisesti tilan perusominaisuus? Tämä hypoteesi olisi yksinkertaisempi, kuin suorastaan "paranormaali" pimeä energia/pimeä paine, jonka ainoa tarkoitus ja ainoa viite sen olemassaolosta on se, että sillä yritetään saada teoria ja havainnot vastaamaan toisiaan.

Vastaavasti voisiko laajenemisen kiihtyminen johtua siitä, että tilan laajenemisella on tavallaan "hitausmomentti"? Eli tilan laajenemisnopeuden kiihtyvyys on vakio.

Tarkkailija

Nasan luotain rekisteröi 19.3. toistaiseksi massiivisimman tunnetun gammapurkauksen: (ote Nasan kotisivulta) :

"A redshift of 0.94 translates into a distance of 7.5 billion light years, meaning the explosion took place 7.5 billion years ago, a time when the universe was less than half its current age and Earth had yet to form. This is more than halfway across the visible universe."

Gammapurkaukseen liittyen esittäisin kaksiosaisen kysymyksen.
1. Kuinka luotettavana/tarkkana pidät tuota 7,5 mrd valovuotta?
2. Pystytkö jotenkin havainnollistamaan tai suhteuttamaan sen, miten paljon energiaa (esim. kuinka monta Auringon massaa) tarvitaan tuollaisen räjähdyksen syntymiseen?

Syksy

N.Wessman:

Se mahdollisuus, että tasainen tyhjä (tai tarpeeksi pienen energiatiheyden sisältävä) avaruus laajenisi kiihtyvästi kuuluu vaihtoehdon kaksi alle: gravitaatio on erilainen kuin tavallisessa yleisessä suhteellisuusteoriassa. Kosmologisessa vakiossa on kyse juuri tästä: se muuttaa tyhjän tilan käyttäytymistä.

Asiaan ei liity inertiaa eikä hitausmomenttia.

Syksy

Tarkkailija:

Pääsääntöisesti en vastaa kysymyksiin, jotka eivät liity blogimerkinnän aiheeseen.

Automekaanikko?

Syksy--> Eksoottista ainetta, pimeä energia on maailmankaikkeuden täyttävä skalaarikenttä?
Kari Enqvist--> Alkuräjähdysteorian kannalta ei ole välttämätöntä että avaruus kerran syntyi, alkuräjähdys saattoi olla ikuisen, tyhjän avaruuden välitilinpäätös.
Michiganin yliopisto--> (Siellä valmistui juuri maailman tehokkain laser), At even more extreme intensities, laser beam could potentially "boil the vacuum", which scientist theorize would generate matter by merely focusing light into empty space.
Jos avaruus ja eksoottisesta aineesta muodostuva skalaarikenttä oli olemassa ennen alkuräjähdystä, voisiko olla mahdollista että tästä kentästä syntyi aine BB:ssä jonkin luonnon laserin vaikutuksesta?

Si.S

Terve Syksy, kiitos tekstistäsi!

Itselläni on taas kysyttävää ja paljon kyseenalaistettavaa.

Esimerkkinä, jos sinulla on iiiso ämpärillinen vettä ja laitat sinne dynamiitin. Kuvaat pelkästään dynamiitin räjähdyksen. Sen jälkeen otetaan kourallinen ihmisiä tulkitsemaan mitä tässä tapahtuu, ja kaikki ovat varmasti sitä mieltä että tässähän on roinaa joka laajenee. Mutta jos katsotaan asiaa hetken päästä niin itseasiassa vesi painaa dynamiitin aiheuttaman kuplan takaisin kasaan ja tilanne on sama kuin ennenkin.

Aiemmassa blogissasi kyseenalaistin tiedot universumin koosta, no eipä siitä tullut kovin varmaa vieläkään. Myös tuo äskeinen esimerkki, miten ihmisellä on pakkomielle kuvitella olevansa keskipiste, eli jos Meidän näkyvä avaruus näyttää joltain niin oletus että kaikki on täysin samanlaista? Miten tämä meidän näkyvä avaruus EI olisi vain "kupla" koko avaruudessa, joka sattuu paikallisesti laajenemaan?
Eli varsinainen kysymys, mistä tiedetään että koko maailmankaikkeus laajenee, vaikka AINOA vertauskuva on meillä näkyvä avaruus, toistaiseksi en ole nähnyt hubblen kuvia maailmankaikkeuden reunalta. Ja koska tätä ei ymmärretä, luodaan pimeät energiat, aineet ja paineet. Mikä ei sinänsä ole huono asia, pääseehän niillä lähemmäs totuutta, kait, jos ymmärretään edes valon käyttäytyminen pitkillä matkoilla oikein. Vaarallisia oletuksia, mutta jostainhan sitä on lähettävä purkamaan että mistä kaikki koostuu.
Väittäisin rauhallisin mielin että erilaiset tulkinnat painovoimasta aiheuttavat ristiriitaisuuden ymmärtää asioita. Sikäli kun muistan oikein, nykyään uskotaan painovoiman vaikuttavan kaikkialla kaikkeen(?), vaikka todennäköisempää olisi että painovoiman vaikutus on hyvinkin paikallinen, silti niinkin suuri että esim mustat aukot pitävät galakseja läjissä, galaksit pitävät galaksiryppäinä toisensa kasassa, galaksiryppäät pitävät suuremmat kokonaisuudet jne jne.

Mikä estäisi pimeän aineen, energian tai paineen olemasta pelkästään väärin tulkittua painovoiman käytöstä? Jos avaruudessa muutenkin atomeja on noin 2-3cm välein, jos niitä on vaikka metrin välein parin galaksin välissä, ne ei heijasta mitään näkyvää koska se on niin harvaa, muttei niiden vaikutusta koko massallaan voi jättää huomiotta. Tätä olisi mielestäni pimeä aine ja sen käytös olisi täysin ymmärrettävää.

Sinänsä hupaisaa sikäli kun pimeä aine on vain havaitsematonta ainetta, niin siinä on mysteeri joka ei ikinä aukea, koska pimeä aine = ainetta kunhan se on tunnistettu.
Eihän UFOkaan ole ufo kun tiedetään mikä se on.

Ystävällisesti,
Si.S

Si.S

Unohdin vielä mainita, kirjoitat että voidaan ottaa 500 miljoonan valovuoden neliö mistä vain avaruudesta, ja tämän alueen tiheys materiasta yms olisi samanlainen.
Tätä väittämää ei läpäise mm. Suuri alue jossa ei ole mitään. Tästä oli joko tiede tai TK-lehdessä juttua.
Tämä vaikuttaa Täysin tyhjältä alueelta eikä säteile mitään niinkuin muu avaruus. Onko tämä sitten maailmankaikkeuden alkupiste missä alkuräjähdys tapahtui? Vieraan siviilisaation jättämä merkki että he tuhosivat useita galakseja, vai onko mk vain muokkautunut tälleen ajan kanssa? Ainakaan se ei täsmää MK-muokkaantuvuus-simulaatioiden kanssa.

Ystävällisesti,
Si.S

Tarkkailija

Syksy vastasi viimeisimpään kysymykseeni, että hän ei vastaa kysymyksiin, jotka eivät liity blogimerkinnän aiheeseen.
Mielestäni tuo vastaus on hieman kummallinen, koska ainakin minun maallikkojärkeni mukaan gammapurkauksilla saattaa hyvinkin olla ainakin välillinen yhteys Syksyn viimeisimmän blogin perusaiheeseen.
Jos hiukkasfyysikot eivät vielä tiedä tarkkaa vastausta siihen, miksi Universumin laajeneminen näyttäisi kiihtyvän, ollaan vähän samanlaisessa tilanteessa kuin oikeuslääketieteellisessä tutkimuksessa, jossa tiedetään, että murha on tapahtunut, mutta murha-ase puuttuu; siinä vaiheessa tutkimuksia vastausta ongelmaan etsitään vaikkapa välillisten asiayhteyksien kautta. Tässä tilanteessa pitäisi olla sallittua, että maallikotkin yrittävät arvailla mistä kenties on kysymys.
Gammapurkaukset ovat maailmankaikkeuden suurimpia räjähdyksiä sitten Big Bangin. Tuo mainitsemani 19.3.2008 gammapurkaus (goodinimeltään GRB080319B) säteili hetken ajan suuremmalla energiamäärällä, kuin mitä koko muu maailmankaikkeus säteilee yhteensä! Lisäksi räjähdys tapahtui (mikäli pinasiirtymädiagnoosi pitää paikkansa) 7,5 miljardia vuotta sitten, jolloin kaikkeus oli ”vasta” n. 5,5 miljardin vuoden ikäinen, Maa ei ollut silloin vielä edes syntynyt!
Minun käsitykseni mukaan nämä säännöllisesti päivittäin eripuolilla kaikkeutta tapahtuvat gammapurkaukset sisältävät niin valtavat määrät massaa/energiaa, että niillä luulisi olevan jonkinlainen syy-yhteys kaikkeuden rakenteisiin, kiihtyvyyksiin ja kokonaisuuteen.

Syksyn blogiesitteessä lukee m.m: ”Syksy kirjoittaa kosmologiasta, hiukkasfysiikasta ja niiden tekemisestä, tai ainakin asioista sinne päin.”

Koska Syksyn vastauksista päätellen minä en osaa kysellä edes ”sinne päin”, lopetan omat kyselyni kosmologiasta tähän ja jään mielenkiinnolla lukemaan, mitä itseäni viisaammat kyselevät ja vastailevat.

Ystävällisin terveisin, Tarkkailija

Mike

Jos universumi on 13-14 miljardia vuotta vanha, niin miksi muutamia miljardeja vuosia sitten alkanut muutos olisi epätodennäköisen lähellä nykyhetkeä? Varsinkin jos muutoksen aiheuttamat ilmiöt ovat kuitenkin molemmat vanhempia kuin muutos itse? (Vai onko syytä olettaa, että universumi olisi huomattavasti tuota vanhempi?)

Avaimen haltija

Voiko kaikki näkyvän maailmankaikkeuden aine/energia liikkua yhdessä hetkessä pois siitä tilasta jossa se nyt on, niin että liike jatkuu koko ajan yhtä huimana?

Eli näkyvässä maailmankaikkeudessa liikuva valokin liikkuisi tuota huimaa kaiken aineen liikettä kaiken muun näkyvän maailmankaikkeuden aineen/energian mukana pois päin yhdestä pisteestä joka on todella kaukana näkyvän maailmankaikkeuden ulkopuolella.

Eli vaikka fotoni liikuisi kohti tuota yhtä pistettä josta kaikki työntyy pois päin, niin se ei silti lähestyisi sitä, vaan liikkuisi kaiken aineen/energian mukana huimaa vauhtia siitä pois päin.

Tämähän ei ilmeisesti sodi Einsteinin suhteellisuusteoriaa vastaan, koska kaikki näkyvän maailmankaikkeuden aine ja valo olisi syntynyt tuon huiman liikkeen aikana.

Rauhaa ja Rakkautta

:);):)

Syksy

Mike:

Ei tiedeta mitaan syyta, minka takia maailmankaikkeus lakkaisi olemassa olemasta tulevaisuudessa. Tyhjon energiasta johtuva kiihtyva laajeneminen voisi periaatteessa alkaa koska tahansa maailmankaikkeuden historiassa - vaikkapa vasta maailmankaikkeuden ollessa tuhat miljardia vuotta vanha.

Hieman vahemman ilmeinen seikka on se, etta kosmologiassa vuosia luontevampi ajan mitta on maailmankaikkeuden koon muutos. Usein tama ilmaistaan punasiirtyman z avulla: jos maailmankaikkeuden skaalatekija suhteessa nykypaivaan on a (siis kun a kasvaa, pituudet kasvavat), punasiirtyma on a=1/(1+z).

Kevyet alkuaineet syntyivat kun z= 10^(10), atomit (ja mikroaaltotausta) muodostuivat kun z=1100, ensimmaiset tahdet syttyivat noin z=10 tienoilla, ja kiihtyva laajeneminen on alkanut luultavasti valilla z=0.5-1. Nykyaan on z=0. Nain mitattuna kiihtyva laajeneminen on alkanut hyvin lahella nykypaivaa.

Is it really so strange?

Olen koko ikäni pohtinut ns.perimmäisiä kysymyksiä ja mitä enemmän lukenut ja nähnyt dokumentteja sitä enemmän olen vakuuttunut että kaikki teoriat painovoimasta ja maailmankaikkeuden synnystä ovat täysin pielessä.
Eniten minua on askarruttanut se että sanotaan ettei avaruudessa ole suuntaa. Miksi sitten esim.kuitenkin maan pinnalla tiputetut kappaleet tippuvat alaspäin?! Mielestäni siinä ei ole mitään järkeä. Ei ilmalla ole suuntaa..Tai energialla.Loppuu ymmärrys.
En myöskään usko avaruuden äärettömyyteen tai sen laajenemiseen. Kaikki tämä aiheuttaa kamalan päänsäryn!
Äh, ehkä olen vain tyhmä maallikko mutta maallikon silmin, niin, ei missään tuossa ole mitään järkeä.

Syksy

Mike:

Asiaa kenties havainnollistaa se, etta tavallista ainetta ja tyhjön energiaa sisältävän tasaisen maailmankaikkeuden kiihtyvyys on verrannollinen tekijään

- (tavallisen aineen energiatiheys) + 2*(tyhjön energiatiheys) .

Tyhjön energiatiheys on vakio, ja tavallisen aineen energiatiheys on kääntäen verrannollinen tilavuuteen, eli a^(-3), eli (1+z)^3. Energiatiheyksien suhde on tällä hetkellä noin 1:3, tyhjön energiaa on kolminkertainen määrä. Mikroaaltotaustan muodostumisen aikaan suhde oli noin 1:10^(-9), kevyiden alkuaineiden synnyn aikaan noin 1:10^(-30), ja tulevaisuudessa se kasvaa rajatta. Elämme siis hyvin erikoislaatuisena aikana. (Olettaen siis, että tämä malli pitäisi paikkansa.)

Simppeli

Onko se todella varmaa, ettei koko universumi voisi olla pyörivässä liikkeessä ja massaan vaikuttaisi ihan tavallinen keskipakoisvoima. Mitä kauempana kohteet olisivat, sitä enemmän pyörimisen poistovoima vaikuttaisi massaan?

Syksy

Simppeli:

Tämä mahdollisuus kuuluu vaihtoehdon kolme alle: pyörimisliike edellyttää sitä, että maailmankaikkeus ei ole samanlainen kaikissa suunnissa.

Pyöriminen toki vaikuttaa kiihtyvyyteen positiivisesti. Galakseissa ja galaksiryppäissä pyöriminen on tärkeää (pyöriminen kumoaa gravitaation puoleensavetävän osuuden, niin että rakenteet eivät romahda).

Isommassa mittakaavassa pyörimisellä tuskin on merkitystä, koska galaksien osuus tilavuudesta on pieni, ja tyhjät laajenevat alueet eivät juurikaan pyöri. (Lisäksi galaksit pyörivät kaikkiin suuntiin yhtä paljon, niin että kun ottaa tarpeeksi monta galaksia, kokonaispyöriminen on pieni. Isot alueet eivät pyöri kokonaisuutena.)

Jos näkyvä maailmankaikkeus pyörisi merkittävästi, niin se näkyisi kosmisessa mikroaaltotaustassa. (Karkeasti, mikroaalloissa taivaalla näkyisi spiraali ympäri kiertosuunnan.) Asiaa on tutkittu, ja suurin mahdollinen pyörimisen määrä on noin satatuhatta kertaa liian pieni selittämään kiihtyvää laajenemista.

Astronomy

Olen viime vuosina kiinnostunut varsin paljon maailmankaikkeuteen liittyvästä tietoudesta, mikä tietous on kasvanut mielestäni "eksponentiaalisesti" viimeisten 20 vuoden aikana, tälle aavistukselle en osaa heittää mitään tutkimusfaktaa, onpahan vaan "semmonen fiilinki". Se mikä minut yllätti on se, että en osaa edes luoda kysymystä asiaan mikä ihmetyttää ja mietityttää, suurin osa uusimmista fysiikan havainnoista on niin ihmeellisiä että vaikka menisin opiskelemaan muutamaksi vuodeksi niin ehkä vain valmistuisin havaitakseni että olen uusimmasta tiedosta kuitenkin ihan pihalla. Nyt maallikkona mä seuraan vaan mitä maailmankaikkeudesta havaitaan, ja olen kuin Liisa Ihmemaassa, yhtä hämmentynyt, silti uteliaisuuttani äärettömän kiinnostunut. Syksylle kiitos että tällainen foorumi on aiheineen olemassa!

Matkamies

Pääseekö Liisa perille, löytääkö vastausta perimmäisiin kysymyksiin? Plokille on käymässä kuin maailmankaikkeuden laajenemiselle; mitä enemmän aikaa kuluu (alkuräjähdyksestä) sitä harvemmaksi keskustelu (aine) käy...

Oma kysymykseni vuosien takaisesta maailmankaikkeuden pohdiskelusta on tiivistynyt yhteen (riittävän isoon!) kysymykseen - riippumatta supistuuko vai laajeneeko kaikkeutemme: missä kaikkeutemme ylipäätään "kelluu"; mihin se liittyy; onko se osa kaikkeuksien kaikkeutta, vai onko kaikkeutemme ainutlaatuinen. Kysymykset ovat filosofisia, mutta niihin saatanee vastaus teoreettisen fysiikan menetelmin vähän kerrallaan, ehkä nytkin jotain lisää ja ehkäpä joskus saadaan tyhjentävä selitys tälle ihmeellemme! Nyt käsitys näistä kysymyksistä perustuu enemmän ja vähemmän pelkkiin uskomuksiin ja fiktiivisiin spekulaatioihin sekä 'mututuntumaan'. Oma mutuni on, että jossain kellumme ja johonkin kokonaisuuteen kaikkeutemme kuuluu - mutta mihin, ja että kaikkeutemme ja sen sisältämä aine on syntynyt, eli muodostanut aina uuden kaikkeuden aineen ikuisen kierron kautta ikiaikaisesti alkuräjähtämällä yhä uudelleen ja uudelleen käsittämättömien aikajaksojen kuluessa.

Onko Syksyllä vastauksia näin filosofiselta näkökulmalta?

ykskivi

Vielä lisää edelliseen kommenttiini:

"On helppo ymmärtää, miksi kaikki tavallinen aine johtaa hidastuvaan laajenemiseen. Newtonin gravitaatioteorian mukaan massat vetävät toisiaan puoleensa. Maailmankaikkeutta voi verrata laajenevaan pölypilveen: sen osat vetävät toisiaan puoleensa ja jarruttavat laajenemista."

Pitää paikkaansa, jos kyseessä on rajallinen avaruus. Mutta pitääkö, jos onkin kyse rajattomasta avaruudesta, kuten omamme? Tällöin mihin tahansa pisteeseen vaikuttava muun universumin aiheuttama gravitaatiovoima on tasan nolla, eli ei kai sen silloin pitäisi hidastaa myöskään laajenemista?

Vaikutusta alkaa olla, jos ajattelemme avaruuden olevan neliulotteisen avaruuden kolmiulotteinen pinta. Tällöin vaikutus ei kuitenkaan tule suoraan Newtonin kaavoista, vaan etäisyydessä tulee ottaa huomioon 'pallon' kaareva pinta.

H Pekka K

Laajenevan maailamankaikkeuden ongelma.
Havaintomme maailmankaikkeuden kiihtyvästä laajenemisesta parustunevat miljardien vuosien takaisiin tapahtumiin, eli meillä ei ole aavistustakaan siitä, millä nopeudella kaukana avaruudessa olevat kohteet liikkuvat juuri tällä hetkellä. Eli olemmeko vastanneet havaintojemme seurauksena väärään kysymykseen "kuinka kaukana ilmiö (siis nopeammin etääntyvä kohde) on?", kun meidän olisi pitänyt vastata kysymykseen "kuinka kauan sitten se tapahtui?" Jos jälkimmäinen kysymys olisikin se oikea, koko kysymys laajevan maailmankaikkeuden kiihtyvästä laajenemisesta olisi ilmeisesti turha. Näin siksi, että miljardeja vuosia sitten, eli lähempänä alkuräjähdystä, maailmankaikkeus olisi luontevasti laajentunut nopeammin ja ajan myötä laajeneminen olisi hidastunut nykyiseen lähiavaruudessa havaittuun arvoonsa, ja hidastuisi todennäköisesti edelleenkin ja kääntyisi jossain vaiheessa miljardien vuosien kuluessa supistumiseksi. - Ajattelen, siis olen.

Aineen synty - blogit - Tiede.fi

[...] ainetta. Baryogenesis on eräs kosmologian merkittävistä tutkimusaiheista, pimeän aineen, pimeän energian ja inflaation [...]

Sähkömies*

Voisiko siis maailmankaikkeuden laajenemisen selittää sillä että, se on massojen keskittymisestä johtuva, taipuva avaruus, joka luo havainnon siitä että maailman kaikkeus laajenee. Kasvavat ja keskittyvät massat "painuvat aina vain syvemmälle" kolmiulotteisessa avaruudessa ja alkavat kadota horisonttien taakse, näinhän on näillä näkymin käymässäkin. Mutta tällöin ei tapahtuisi mitään suurta repeämistä vaan lähi galaksijoukkomme tähdet kerääntyisivät aikanaan yhdeksi mega-galaksiksi, mustaksi aukoksi ja säteilisi vielä pidemmän ajan kuluessa olemattomiin.

Seuraa 

Maailmankaikkeutta etsimässä

Blogin päivittäminen on päättynyt.

Syksy Räsänen on teoreettinen fyysikko Helsingin yliopistossa. Syksy kirjoittaa kosmologiasta, hiukkasfysiikasta ja niiden tekemisestä, tai ainakin asioista sinne päin.

Teemat

Blogiarkisto