KESKUSTELU

Huono pajatso. Nimittäin minusta taitaa alkutilanteesta poiketen tuntua, että nimenomaan radioaalloilla katsotaan pitemmälle kuin näkyvällä valolla vaikka vastasit että ei katsota.

Mutta mikä on tuo erotus valovuosina? Olkoon näkyvä valo vaikka punainen siitä keskeltä punaista kaistaa ja radioaallon taajuus 1 GHz.

Tuntuu ennemminkin siltä, että et hiffaa mitä punasiirtymä on, ja miten se ilmenee s/m-aalloissa.

Kosminen taustasäteily ei näy maailmankaikkeuden vanhimpana valona siksi, että se on radioaaltoja vaan se on radioaaltoja nykyään siksi, että se on niin vanhaa.

Ajattele näin: Kun kosminen taustasäteily syntyi, se oli näkyvää valoa. 13,7 miljardia valovuotta kuljettuaan, on se punasiirtynyt radioaalloiksi. Tämä vanha kosmisen taustasäteilyn fotoni sai kaverin 6,35 miljardia vuotta myöhemmin syntyneen tähden valosta ja yhdessä kuljettuaan ne saapuvat tähtitieteilijän kaukoputken linssiin. Alkujaan kumpainenkin valo oli samantaajuista, mutta kosmisen taustasäteilyn valo on pidemmän matkan kuljettuaan punasiirtynyt huomattavasti enemmän. Valo, joka oli sekä tähdestä lähtiessään että kosmisen taustasäteilyn alkuvälähdyksestä lähtiessään samantaajuista, tussahtaa ne tähtitieteilijän havaintolaitteeseen eritaajuisina. Kosminen taustasäteily radioaaltoina ja tähden valo infrapunasäteilynä. Silti kumpainenkin oli syntyessään näkyvää valoa.

Kun kosminen taustasäteily syntyi, se säteily oli näkyvää valoa. Mitään muuta säteilyä ei silloin syntynyt johtuen nuoren maailmankaikkeuden koostumuksesta.

Yritetäänpä selittää näin:

Alkuräjähdyksen jälkeen maailmankaikkeus oli hyvin kuuma, jolloin kaikki sen sisältämä aine oli ionisoitunutta. Aine oli hyvin tiheää ja vuorovaikutti jatkuvasti keskenään törmäyksien ja lämpötilansa määräämän sähkömagneettisen säteilyn kautta (ns. mustan kappaleen säteily). Tämä alkuplasma oli myöskin hyvin tarkasti termisessä tasapainossa, suurimpien poikkeamien ollessa noin vain noin 1/100 000 keskimääräisestä lämpötilasta. Fotonit etenivät tässä plasmassa allonpituudesta riippumatta vain hyvin lyhyitä matkoja ennenkuin vuorovaikuttivat plasman hiukkasten kanssa, joten plasma oli sähkömagneettiselle säteilylle käytännössä täysin läpinäkymätöntä.

Koska maailmankaikkeus kuitenkin laajeni, aine muuttui pikkuhiljaa harvemmaksi lämpötilan samalla pienentyessä. Kun lämpötila laski noin 6000 asteeseen, elektronit jäivät loukkuun ionien ympärille jolloin maailmankaikkeus muuttui samalla fotoneille läpinäkyväksi. Tämä tapahtui maailmankaikkeuden ollessa noin 380 000 vuoden ikäinen ja siitä lähtien fotonit ovat voineet edetä maailmankaikkeudessa vuorovaikuttamatta käytännössä ollenkaan sen sisältämän materian kanssa.
Siten tuo ajankohta määrää yksikäsitteisesti sen, kuinka pitkälle ajassa voimme tänä päivänä maksimissaan nähdä. Etäisyydestä puhuessa asia ei ole täysin lineaarinen, sillä maailmankaikkeuden laajenemisnopeus on ajassa muuttuva (a(t)) ja etäisyys aika-avaruudessa noudattaa kaavaa (c*dt = a(t)*dR).

Punasiirtymällä ei siten ole mitään merkitystä sen suhteen kuinka kauas voimme nähdä. Tilanne olisi toinen, jos maailmankaikkeus olisi ollut olemassa, ja toisaalta myös läpinäkyvä, ikuisesti.

Tulinpa pohtineeksi sitäkin, että nuoren maailmankaikkeuden ioneillahan oli eri energiat omaavat atomiorbitaalit. Plasmamössö oli ionisoitunutta vetyä ja heliumia, sekä ripaus litiumiakin ymmärtääkseni. Litiumilla näkyy olevan 1s-orbitaalin ionisoitumisenergia näistä se suurin — se siis kerran elektronin napattuaan varmimmin pitää tämän itsellään. Ulkoelektronien irroitustyö onkin huomattavasti helpompaa ja siten yleisempää. Koska tuolloin oltiin miltei termisessä tasapainossa, on ionien pelkistymisen täytynyt tapahtua varsin tarkassa järjestyksessä laskevan ionisaatioenergian mukaan universumin hiljalleen jäähtyessä. Toisaalta tällöin olettaisin taustasäteilyssä näkyvän viimeisenä pelkistymisenä tapahtuneen litiumin 2s-orbitaalin miehittämisen emissiopiikin — tuolloinhan sähkömagneettista säteilyä sirotti enää se vähä litiumioniplasma mitä oli jäljellä ja universumi oli jo miltei läpinäkyvä. Olenko oikeassa?
Mikäli universumin lämpötila ajan funktiona tiedettäisiin, plasmamössön koostumusta voisi kai lähteä karkeasti arvioimaan sen avulla, että tietyssä lämpötilassa olevan plasman keskimääräisen hiukkasen keskimääräinen liike-energia on kutakuinkin kunkin ionisaatioenergian suuruinen.

http://fi.wikipedia.org/wiki/Jaksollinen_järjestelmä_(ionisoitumisenergiat)

Joko upposi?

"Punasiirtymän takia näemme vain hieman yli 13 miljardin valovuoden päähän."
Tässä on se kupru.
Ei siis punasiirtymän takia joku vaan toisinpäin.

13G ja 75G ovat eri laatuisia.
Se valo jonka näemme nyt on lähtenyt siitä pisteestä jossa lähde oli silloin.
Siitä pisteestä jossa lähde on nyt emme voi vielä valoa nähdä.
On siis näkyvän ja näkymättömän kaikkeuden reauna.

Siirtymiä:
Suhteellisesta nopeudesta johtuvat etääntyvä(puna)- ja kohtaava(sini)siirtymä.
Avaruuden laajenemisesta johtuva kosminen(puna)siirtymä.
Kosmisesta sinisiirtymästä en osaa sanoa tuon taivaallista.
Gravitaatiopunasiirtymä on eri peli, gravitaatiosinisiirtymästä puhumattakaan.
(muita ei tule mieleen)

Kosmisesti punasiirtynyt valo ei siis ole sitä etäisyydestä johtuen.
(samalla etäisyydellä voi olla erilaista laajenemista)

Kosminen taustasäteily oli ennen tähtiä, sen taajuus on siis alaraja.
Jos korkeammalla taajuudella ei tähtiä löydy niin sitten ei löydy.
Punasiirtymää ei siis ole liikaa vaan matalammalla taajudella on hiljaista.
Numeroarvona (Hubblen vakio) tätä nykyä kaiketi ~71 km/s/Mpc.

Tää Urpiainen , se vasta on etevä tiäteilijä . Mailmankaikkeus oli hyvin kuuma , alkuplasma oli termisessä tasapainossa , fotonit etenivät hyvin lyhyitä matkoja jne. On tainut kurkistaa tän niinsanotun alkuräjähdyksen ytimeen , tai ollut peräti mukana koko touhussa . Olisi voinut aloittaa " Nykyteorian mukaan oletetaan että alku.....

Höh, oon edelleen nyyppä.
(ei voi muokata)
Olisin vain vaihtanut sanan "kohtaava" sanaan "lähestyvä" tossa edellisessä viestissä.
(ja nyt sitten ilmoitan tämän viestin ylläpidolle)
(meniköhän tässä nyt kaikki niin kuin piti)

Mutta, sivuaihe.
Kosminen sinisiirtymä.
Joku voisi siitä tarinoida jotain.

En nyt osaa muutakaan "tarinoida", mutta tällaisen löysin:
http://www.astro.utu.fi/zubi/spectra/doppler.htm
Katso se toinen kuva ylhäältä, missä tähti lähestyy silmää.

Tässä annat lukijoiden ymmärtää että BB alkoi yhdestä pisteestä ja että maailamankaikkeus on siis pallomainen , jolloin sillä siis on keskipiste.
Kun kuitenkin olet kertonut varmana tietona kaikkeuden muuttuneen läpinäkyväksi vasta 380000 vuoden kuluttua. niin missähän nuo ensimmäiset fotonit tuolloin olivat?
Kun tutkijat ovat selittäneet kaikkeuden laajentuneen inflatoorisesti eli valoa nopeammin niin:
- Jäivätkö tuon ensi välähdyksen fotonit laajentumisen sisälle? vai
- Etenivätkö ne tyhjyyteen inflaationopeuden ja valonnopeden summanopeudella?
- Elleivät fotonit sotkeutuneet tiheään plasmapuuroon niin suuri laajentumisnopeuden punasiirtymä vei ne kuitenkin havaintomahdollisuuksiemme ulkopuolelle.
Aikakäsityksemme on sidottu valon nopeuteen jolloin partikkelin/sähkömagneettisen aallon liikkuessa valonnpeudella sen aika ei kulu. Herää paljon kysymyksiä:
- Kun inflatoorisen laajentumisen aika luultavasti kului takaperin niin mitenkä se suhtautui kausaliteettiin?
- Mikä oli maailmankaikkeutemme ( pallo jonka sisällä kaikki avaruutemme pisteet ovat ) laajuus sen muuttuessa läpinäkyväksi? Säde vähintäin 380000 valovuotta?
- Jatkuiko nopea laajentuminen vielä läpinäkyvässäkin avaruudessa?
- Jatkuuko se vieläkin? Avaruuden valoa nopeampi laajeneminen?
- Jos on olemassa absoluuttinen aika. joka alkaa ensimmäisestä välähdyksestä, niin paikan, josta havaitsemme alkusäteilyn tulevan lokaali aika säteilyn lähtöhetkellä on nolla.

Kyllä, näkyvä maailmankaikkeutemme on pallomainen, joka alkoi yhdestä pisteestä, kuten koko maailmankaikkeutemme. Sillä ei tarvitse olla keskipistettä, edes maalaisjärjellä ajateltuna.



Fotonit poukkolivat absorboituen ja emittoituen maailmankaikkeuden aineessa, joka päästi fotonit kulkemaan vasta jäähdyttyään. Fotonit ja aine sijaitsi maailmankaikkeudessamme.



Jep. Ne olivat syntyessään laajenevan maailmankaikkeuden sisällä ja tulevat olemaan myös kuollessaan siellä (mikäli energia voi jotenkin tuhoutua...)



Kaikki aine leviää inflaationopeuden ja valonnopeuden summanopeudella. Koska mekin olemme osa tätä "kaikkea ainetta" jää suhteelliset nopeudet sen verran pieniksi, että ainakin vielä kykenemme lukemaan tietokoneen näytöltä tulevia fotoneja silmämunaamme.

Tulevaisuudessa ei välttämättä enää ole näin, kiitos näkyvän maailmankaikkeutemme kiihtyvän laajenemisnopeuden.



Kausaliteetti ei rikkoudu, koska vain väliaine laajeni ilman että itse fotonit liikkuisivat ylivalonnopeudella maailmankaikkeuden koordinaatistoon verrattuna.



Meille näkyvä maailmankaikkeus oli tuon kokoinen, koko maailmankaikkeus huomattavasti suurempi.




Kyllä. Suurin osa maailmankaikkeudesta, sen aineesta ja fotoneista jopa niin nopeasti, ettemme tule niitä ikinä näkemään.



Kyllä, näkyvän maailmankaikkeutemme ulkopuolella tavara viuhuu moninkertaista valonnopeutta meistä poispäin.

Ja näkyvästä maailmankaikkeudestamme tekemien mittausten perusteella vieläpä nopeuttaan kiihdyttäen.



No niinpäs taitaa olla. Mitä yrität sanoa?

Itse usein pohdiskelen tuota punasiirtymää ja galaksien loittonemista toisistaan. Siitä on vaarallista olla jotain muuta mieltä, koska leima lyödään otsaan heti, eikä vasta hetken perästä.

Mutta periaatteessa tietokoneelle voidaan tehdä kaksi simulaatiota, jotka kummatkin johtavat samanlaisiin havaintoihin.

a) Avaruus laajenee ja sen alkiot pysyvät paikallaan.

b) Avaruus ei laajene, mutta sen alkiot kiitävät räjähdyspisteestä poispäin etäisyyden neliössä.

Jälkimmäisessä päästäisiin ehkä soveltamaan Newtonin mekaniikkaa sellaisena, kuin se on.

Mutta jos riittävän tarkasti maailmaa havainnoidaan, huomataan että pelkkiä Newtonin oppeja hyväksikäyttäen emme voi selittää kaikkia maailman toimintoja. Joten miksi haaskata aikaansa turhaan?

Hubsu jo ehtikin vastailla, mutta koska aloitin tämän vastauksen eilen kirjoitin sen nyt vielä loppuun. Koska en viitsi kirjoittaa vähän joka väliin "kosmologisen standardimallin mukaan", mainitsen sen tässä: alla oleva on siis kirjoitettu nykykosmologian Lambda-CDM-mallin ja tehtyjen havaintojen perusteella.

Konteksti, konteksti, konteksti. Ensimmäisillä fotoneilla Hubsu tarkoitti ensimmäisiä vapaasti liikkumaan päässeitä fotoneita, jotka havaitaan punasiirtyneenä kosmisena mikroaaltotaustana. Hän ei puhu mistään pallomaisesta maailmankaikkeudesta tai sen keskipisteestä.

Meille havaittavissa oleva maailmankaikkeus näkyy joka suuntaan samansäteisenä. Se on siis pallomainen avaruuden alue, jonka keskipisteessä me havaitsijat olemme ja jonka ulkopuolella olevia maailmankaikkeuden alueita emme voi edes periaatteessa havaita - tätä rajoittaa maailmankaikkeuden ikä ja valon nopeus. Havaittavissa oleva maailmankaikkeus on siis vain osa koko maailmankaikkeudesta, eikä sen pallonmuotoisuus tarkoita itse maailmankaikkeuden olevan muodoltaan pallo keskipisteineen.

Joskus myös puhutaan meille näkyvästä maailmankaikkeudesta. Näkyvä maailmankaikkeus on se pallonmuotoinen alue jonka voimme havaita sähkömagneettisen säteilyn eri aallonpituuksilla (valo, radio jne). Se rajoittuu noin 380 000 vuoden ikäisen (*) maailmankaikkeuden viimeiseen sirontapintaan, jota ennen maailmankaikkeus ei ollut sähkömagneettiselle säteilylle läpinäkyvä. Sitä kauemmaksi emme voi siis nähdä ja tämän viimeisen sirontapinnan havaitsemme kosmisena taustasäteilynä.

Havaittavissa olevan maailmankaikkeuden säde on nyt noin 46,5 miljardia valovuotta. Näkyvän maailmankaikkeuden säde on hieman tätä pienempi. Pieni ero johtuu siitä, että voisimme ainakin periaatteessa havaita viimeistä sirontapintaa kaukaisempiakin asioita: maailmankaikkeuden historian aivan ensi sekunneilta peräisin olevia neutriinoita tai gravitaatioaaltoja - ehkä joskus tulevaisuudessa niitä pystytään havaitsemaankin. Näkyvä maailmankaikkeus rajoittuu sähkömagneettisen säteilyn viimeiseen sirontapintaan.

Koska se mikä laajenee on maailmankaikkeus ja maailmakaikkeuden fotonit kuuluvat tähän maailmankaikkeuteen ne väistämättä "jäävät laajentumisen sisälle" - jos ymmärsin tarkoituksesi oikein. Maailmankaikkeuden ulkopuolelle ne eivät laajenemisen vuoksi päädy.

Tässä yhteydessä kannattaa muistaa, että kosmologisten mallien inflatorisen laajenemisen aikakausi tapahtui hyvin varhain ja oli tavattoman lyhyt: noin 10^-36..10^-32 sekuntia alkuräjähdyksen jälkeen. Kosminen taustasäteily on peräisin paljon myöhäisemmältä ajalta noin 380 000 vuotta alkuräjähdyksen jälkeen.

Miksi ihmeessä aika olisi kulkenut takaperin?
Avaruushan voi aivan hyvin laajentua ylivalonnopeudella eikä suhtiksen nopeusraja tai kausaliteetti rikkoudu, sillä laajeneva avaruus ei välitä signaalia (informaatiota) ylivalonnopeudella tai materia liiku avaruudessa ylivalonnopeudella. Avaruuden laajeneminenhan ei tarkoita aineen liikettä koordinaatistossa vaan sen voisi ajatella olevan itse koordinaatiston laajenemista, jolloin aine kulkee mukana.

Pallo on tässä yhteydessä harhaanjohtava kuvaus maailmakaikkeuden muodosta, ja toisaalta maailmankaikkeus on voinut tuolloin olla kooltaan ääretönkin (maailmankaikkeus saattoi olla ääretön jo alkuräjähdyksessä). Ei tiedetä mikä on koko maailmankaikkeuden koko nyt tai tuolloin.

Mutta jos tarkoitat näkyvää maailmankaikkeutta on se tosiaan pallomainen avaruuden alue ja sen säde oli tuolloin noin 0, sillä sähkömagneettinen säteilyhän ei voinut liikkua vapaasti ennen tuota läpinäkyvyyden ensi hetkeä. Kun maailmankaikkeus muuttui läpinäkyväksi SM-säteilylle alkoi tähän meidän kohtaan maailmankaikkeutta saapua valoa paikkamme ympäriltä hetki hetkeltä yhä kauempaa ja kauempaa. Niinpä näkyvän maailmankaikkeuden säde kasvoi pallomaisesti ja sen ulkoreuna muodostui kosmisesta taustasäteilystä. Toisaalta havaittavissa olevan maailmankaikkeuden säde ei ollut tuolloinkaan nolla vaan paljon suurempi sillä periaatteessa olisi ollut mahdollista havaita 380 000 vuotta vanhaa neutriinosäteilyä tai gravitaatioaaltoja maailmankaikkeuden ensi sekunneilta.

Valon nopeuden vuoksi kauas katsominen tarkoittaa samalla menneisyyteen katsomista. Nykyään havaitsemamme kosminen taustasäteily on peräisin noin 13,7 miljardin vuoden takaa noin 380 000 vuoden ikäisestä maailmankaikkeudesta. Se on siis matkannut laajenevassa avaruudessa noin 13,7 miljardia vuotta ja matkalla avaruuden laajeneminen on venyttänyt sen aallonpituutta mikroaaltoalueelle. Ne maailmankaikkeuden alueet, joilta nyt näkemämme kosminen taustasäteily on peräisin olivat tuolloin muinoin vain noin 36 miljoonan valovuoden etäisyydellä meidän paikastamme (=angular distance). Sittemmin avaruus on laajentunut ja nyt ne alueet ovat noin 46 miljardin valovuoden etäisyydellä meistä (=comoving distance, mukana liikkuva etäisyys).

Tästä saa kaksi sädettä nyt näkyvälle maailmankaikkeudelle: sen säde silloin muinoin oli noin 36 miljoonaa valovuotta ja laajenemisen vuoksi sen säde on nyt noin 46 miljardia valovuotta.

Laajeneminen kyllä, muttei inflatorinen laajeneminen.

Nykyään havaittu avaruuden laajenemisen nopeus on noin 70,8 km/s/Mpc. Yksiköistä voi päätellä, että mitä kaukaisempi kohde, sitä nopeammin se laajenevan avaruuden mukana etääntyy meistä. Kaksi avaruuden pistettä voivat nykyäänkin etääntyä toisistaan valoa nopeammin, jos ne ovat kyllin etäällä toisistaan. Tämä ylivalonnopeudella loittoneminen ei kuitenkaan suoraan muodosta rajaa havaittavissa olevalle tai näkyvälle maailmankaikkeudelle. Itse asiassa valtavan monet havaitsemamme kohteet ovat niin kaukana, että ne nyt loittonevat meistä yli valon nopeudella ja silti voimme havaita ne (sellaisina kuin ne muinoin olivat).

Jo kohde, jonka punasiirtymä on noin z~=2 etääntyy laajenevan avaruuden mukana yli valon nopeudella meistä. Tällaisen punasiirtymän 2 kohteen valo on matkannut laajenevassa avaruudessa noin 10,3 miljardia vuotta, sen etäisyys meistä oli tuolloin noin 5,7 miljardia valovuotta ja etäisyys nyt noin 17,1 miljardia valovuotta.

Tässä en ihan tavoita tarkoitustasi. Viimeisestä sirontapinnasta havaitsemamme kosminen taustasäteily on peräisin ajalta noin 380 000 vuotta alkuräjähdyksen jälkeen.


(*) WMAP-luotaimen havaintojen mukaan maailmankaikkeuden läpinäkyväksi muuttanut vedyn rekombinaatio tapahtui 376 000 (± 3100) vuotta alkuräjähdyksen jälkeen.

Muuten esityksesi oli ymmärrettävä, mutta mitä tuo oikeastaan tarkoittaa. Tarkoittaako se vain sitä, että sitä ennen ei ole syntynyt säteilyä, jonka taajuus olisi edustanut valon aallonpituutta vai tarkoittaako se sitä että avaruudella ei olisi ollut ominaisuutta joka olisi voinut välittää sähkömagneettisia aaltoja ko. taajuudella.

Sitä, etteivät fotonit aiemmin voineet edetä nuoressa varattujen hiukkasten täyttämässä tiheässä ja kuumassa universumissa, sillä Thomsonin sironnan vuoksi nuori maailmankaikkeus oli fotoneille läpinäkymätön. Vasta vedyn rekombinaation tapahduttua maailmankaikkeuden ollessa noin 380 000 vuoden ikäinen fotonit pääsivät etenemään vapaasti. Havaitun kosmisen taustasäteilyn ajatellaan olevan se viimeinen sirontapinta, jossa Thomsonin sironta vielä esti maailmankaikkeuden fotonien vapaan etenemisen.