Kiihtyvästi laajenevasta universumista

Seuraa 
Viestejä45973
Liittynyt3.9.2015

Entisenä fyysikkona, ja nykyisenä maallikkona tämä aihe on jäänyt häiritsemään mieltä. Havainnot siitä, että universumimme laajenee kiihtyvällä vauhdilla, mikä vaatisi gravitaatiota vastustavaa ja sitä suurempaa voimaa toiseen suuntaan. Tähän kaksi pointtia, joihin mielelläni kuulisin vastaväitteitä

- Työkaveri totesi, että selitys tälle on tietysti keskipakovoima. Universumi pyörii ja sitä kautta vallitsee keskipakovoima joka voisi hyvin peitota gravitaation - miksei pyörisi? Mutta kesipakovoimahan on kääntäen verrannollinen etäisyyteen pyörimisen keskipisteestä, joten tällöinhän havaitun kiihtyvyyden pitäisi muuttua etäisyyden mukaan? Ymmärtääkseni näin ei kuitenkaan ole havaittu - onko jollain tutkimustuloksia tiedossa jossa tätä olisi käsitelty?. Eli huuhaata.

- Einsteinin yhtälöiden luonnollinen ratkaisuhan sisältää kosmologisen vakion, joka tietysti voi olla nolla, mutta miksi olisi. Joten voitaneen olettaa että se on oletusarvoisesti erisuuri kuin nolla. Tällä saadaan universumille matemaattinen malli joka näyttää hyvältä. Sitten tulee tietysti kysymys siitä, että mikä se "kosmologinen vakio" on, tai mikä sen aiheuttaa. Ehdotukset tälle ovat samaa luokkaa kuin Kopernikuksen edeltäjien, eli "pimeä ain", "negatiivinen paine" jne... Loogistahan olisi olettaa, että kyseinen vakio on aika-avaruuden sisäinen ominaisuus. Ts, sisäinen ominaisuus joka pakottaa aika-avaruudeen kohti vähemmän kaareutuntta tilaa, tai pakottaa aika-avaruudeen venymään.

Summasummarum, on uskomatonta, että mietimme universumissamme olevaa ilmiötä, joka on jopa varsin dominoiva, mutta emme tiedä mistä se johtuu tai mitä se on.. pari sataa vuotta sitten emme ymmärtäneen sähkömagnetismia edes pintapuolisesti.. mutta tilanne tämän kanssa lienee täysin sama. On olemassa fysikaalisia ominaisuuksia, joita emme ymmärrä...

Sivut

Kommentit (35)

Vierailija
curvature
- Työkaveri totesi, että selitys tälle on tietysti keskipakovoima. Universumi pyörii ja sitä kautta vallitsee keskipakovoima joka voisi hyvin peitota gravitaation - miksei pyörisi? Mutta kesipakovoimahan on kääntäen verrannollinen etäisyyteen pyörimisen keskipisteestä, joten tällöinhän havaitun kiihtyvyyden pitäisi muuttua etäisyyden mukaan? Ymmärtääkseni näin ei kuitenkaan ole havaittu - onko jollain tutkimustuloksia tiedossa jossa tätä olisi käsitelty?. Eli huuhaata.

No, ehkä huuhaa on vähän voimakas ilmaisu, mutta ei tuo mielestäni toimi. Tai voisi jollain lailla toimia, jos me olemme maailmankaikkeuden keskipisteessä. Jos emme olisi keskipisteessä, silloin punasiirtymä ei natsaisi nätisti etäisyyden kanssa joka suunnassa, vaan eiköhän jossakin suunnassa pitäisi näkyä pääsääntöisesti sinisiirtyneitä galakseja punasiirtyneiden sijasta. Lisäksi on havaittu, että galaksien punasiirtymää ei voi selittää pelkän Doppler-siirtymän avulla (eli punasiirtymä ei voi olla ainakaan kokonaan peräisin galaksien liikkeestä). Tämä on havaittu galaksien... (nyt tuli ongelma, en osaa termistöä Suomeksi!)... kulmakoon (angular size) kehityksestä punasiirtymän funktiona. Käy niin, että tietyllä etäisyydellä galaksien kulmakoko on suurempi kuin voisi olettaa, jos galaksit vain liikkuisivat staattisessa avaruudessa. Jos on tarvetta, pystyn varmaankin etsimään tästä myös jotain tutkimustietoa (ja selittämään sen vähän tarkemmin kun on enemmän aikaa...).

Vierailija

Siis asiahan on niin että yleisestä suhteellisuusteoriasta nousevat Friedmanniin yhtälöt kertovat meille että kiihtyvän laajenemisen voi aiheuttaa vain negatiivisen paineen omaava aine. Tavallisella materialla sekä säteilyllä tämä paine on positiivinen joten se ei voi olla kiihtymisen lähde. Ainoa järkevä ratkaisu asiaan jos haluamme olettaa edelleen että Friedmannin yhtälöt ovat oikeassa on se että meillä tosiaankin on energiakomponentti jolla on negatiivinen paine ja tätä kutsutaan "pimeäksi energiaksi". Se on koko universumiin tasaisesti levittäytynyt energia jolle luonnollisin selitys olisi tyhjiöenergia.

Maailmankaikkeuden laajeneminenhan siis ei ole galaksien liikettä vaan itse tilan venymistä.

Vierailija

Pimeän energian (tai poistovoiman) olemassaolo perustuu siis ihan havaintoihin joita saatiin 1990 luvulla COBE satelliitilla ja nyt 2000-luvulla WMAP satelliitilla. Havainnot ovat myös osoittaneet, että tämä poistovoima sai näkyvässä kosmoksessamme yliotteen gravitaatiosta noin 6-7 miljardia vuotta sitten. Myös monet teoriat ovat kautta aikojen ennustaneet Pimeän energian olemassaolon mutta sitä mainittua universumin laajentumisen kääntymistä hidastuvasta kiihtyväksi 6 miljardia vuotta sitten eivät mitkään teoriat ole ennustaneet.

Tämä ns. Pimeän energia olemus on edelleenkin ehkäpä suurin ratkaisematon kosmologian kysymys. Pimeän aineen tutkimuksissahan on aivan viime aikoina edistytty valtavasti. Nyt tiedämme miten se on galakseissa ja koko näkyvässä universumissammekin jakaantunut ja mitkä sen suhteet näkyvään aineeseen ovat. Mutta vielä tosin uupuu se ehkäpä tärkein tieto, mitä Pimeä aine on?

Pimeälle energialle on esitetty monia vaihtoehtoja mutta ehkäpä voimallisimmen se, että kyseessä olisi ns. tyhjiön energiasta, eli kvanttiporeilusta aiheutuva poistovoima (jota voimme kokeellisesti todentaa esim. Casimirin kokeella). Tässä on vain se hirveän iso ongelma, että teoria (kvanttikenttäteoria) antaa tyhjiön energialle 10^120 liian suuren energiatiheyden em. havaintoihin nähden! Siinä on varsinainen pähkinä purtavaksi ja tämä onkin modernin kosmologian tärkeimpiä tutkimusalueita, jossa muuten suomalaiset kosmologit ovat aivan eturivissä.

Myös eksoottisimpia selitysmalleja Pimeälle energialle löytyy. Kuten se, että universumimme olisikin jonkin sortin multiversumi ja tämä poistovoima johtuisi rinnakkaisista universumeista vuotavasta gravitaatiosta (M-teorian laajennukset eli Braaniteoriat). Tällä vuodolla on myös yritetty selittää Pimeä aine ja yhdistämään se Pimään energiaan. Tiedä häntä?

Lukuvinkki:
Jos populääriteokset kelpaavat, niin suosittelen lukemaan aivan äskettäin Ursan julkaiseman Pimeän aineen ja energian arvoitusta käsittelevän Leena Tähtisen yhdessä aviomiehensä (kumppaninsa?) Chris Flynnin kanssa kirjoittaman teoksen "Universumin pimeä puoli".

Vierailija
Vahinkolaukaus
Siis asiahan on niin että yleisestä suhteellisuusteoriasta nousevat Friedmanniin yhtälöt kertovat meille että kiihtyvän laajenemisen voi aiheuttaa vain negatiivisen paineen omaava aine.



Tämä lienee totta. Ymmärtääkseni kuitenkaan Friedmannin yhtälöt tietenkään eivät määrittele vaadittavaa "asiaa" "aineeksi", vain objektiksi joka aikaansaa loppupeleisseä mainitun negatiivisen paineen, eikö? Eikö tuo objekti voisi olla myös aika-avaruuden sisäänrakennettu ominaisuus?

Vierailija

Hypoteeseja on monia. Eikös Syksy Räsänen tuonut eräässä blogissaan esille myös sellaisen mahdollisuuden, että Universumi ei toimi samalla tavoin kaikkialla, kuten se Maasta tarkastellen näyttäisi toimivan.
Toisin sanoen: kiihtyvästi laajeneva kaikkeus ja suhteellisuusteoria näyttäisivät toimivan loogisesti meistä katsoen, mutta tosiasiassa kysymyksessä olisikin perspektiiviharha; kaukana meistä ovatkin voimassa erilaiset fysiikan lait...

Vierailija
Snaut

Pimeälle energialle on esitetty monia vaihtoehtoja mutta ehkäpä voimallisimmen se, että kyseessä olisi ns. tyhjiön energiasta, eli kvanttiporeilusta aiheutuva poistovoima (jota voimme kokeellisesti todentaa esim. Casimirin kokeella). Tässä on vain se hirveän iso ongelma, että teoria (kvanttikenttäteoria) antaa tyhjiön energialle 10^120 liian suuren energiatiheyden em. havaintoihin nähden!



En koskaan ole uskonut kvanttikenttäteorioihin, muuta kuin sen verran että matemaattisina malleina ne ennustavat jossain määrin havaittuja ilmiöitä. Koko kvanttifysiikan perusta perustuu illuusiolle, jota tukemaan olemme vain saaneet matemaattisen mallin joka "sopii havaintoihin". Sen fundamentaalinen perusta on mielestäni olematon ja tukeutuu vain matemaattisten mallien vahvistamiseen kokeellisin tuloksein. Se, ei vielä tarkoita, että jälki olisi oikea.

Snaut

Myös eksoottisimpia selitysmalleja Pimeälle energialle löytyy. Kuten se, että universumimme olisikin jonkin sortin multiversumi ja tämä poistovoima johtuisi rinnakkaisista universumeista vuotavasta gravitaatiosta (M-teorian laajennukset eli Braaniteoriat).



Eikö multiversumit, jotka hyvin voivat ollakin todellisuutta, mitätöisi toistensa vaikutukset, jos tilanne on symmterinen? Ja jos ei ole symmetrinen, niin eikö se pitäisi näkyä kokeellisissa havainnoissa?

Vierailija

Ellet usko laisinkaan kvanttikenttäilmiöihin, niin miten selität Casimirin efektin? Itse en ainakaan vielä, asian kanssa vasta muutama vuosikymmen tekemisissä olleena, ole tavannut parempaakaan selitystä! No, tietty sille voidaan esittää muitakin eksoottisiakin selityksiä mutta tässä kannattaa myös pitää mielessä se erään herran partaveitsi!

On toki totta, että monet humpuukimaakarit ovat asian ympärillä pyörineet, kuten se taannoinen Tampereen yliopistossa pitkään vaikuttanut Dr.Yevgeny Podkletnov Casimirin ilmiöön perustuvine antigravitaatiohyrrineen. No, tämä tohtorismieshän sittemmin hävisi kuin piuru Saharaan.

Vierailija
Hans Lankar
Hypoteeseja on monia. Eikös Syksy Räsänen tuonut eräässä blogissaan esille myös sellaisen mahdollisuuden, että Universumi ei toimi samalla tavoin kaikkialla, kuten se Maasta tarkastellen näyttäisi toimivan.
Toisin sanoen: kiihtyvästi laajeneva kaikkeus ja suhteellisuusteoria näyttäisivät toimivan loogisesti meistä katsoen, mutta tosiasiassa kysymyksessä olisikin perspektiiviharha; kaukana meistä ovatkin voimassa erilaiset fysiikan lait...



Niin, Räsänenhän toi vain esille sen tosiasian, että havaittavissa oleva universumimme (siis valohorisonttimme sisäpuolen sijaitseva 13,7 miljardin valovuoden säteinen pallo) on mitä todennäköisemmin vain häviävän pieni osa koko kosmoksestamme. Itse asiassa universumimme on teorioiden ja havointojenkin tukemana vähintäin säteeltään 10 kertainen tuohon verrattuna.

Siis, hän halusi käsittääkseni kertoa, että teorioidemme ja näkyvän universumimme havaintojemme perusteella emme välttämättä pysty vetämään sitä johtopäätöstä, että kosmos jatkuisi myös horisontin tuolla puolen samanlaisena. Siis, että ns. kosmologinen periaate pätisi universaalisti. No, tämä on sellaista jossittelua, johon emme todennäköisesti ikinä saa vastausta. Tämä siis koska horisonttimme takainen universumimme osa on meiltä ikuisesti piilossa.

Vierailija
curvature

Tämä lienee totta. Ymmärtääkseni kuitenkaan Friedmannin yhtälöt tietenkään eivät määrittele vaadittavaa "asiaa" "aineeksi", vain objektiksi joka aikaansaa loppupeleisseä mainitun negatiivisen paineen, eikö? Eikö tuo objekti voisi olla myös aika-avaruuden sisäänrakennettu ominaisuus?



Tyhjiöenergiahan olisi avaruuden itsensä ominaisuus eikä ainetta siinä mielessä kun se yleensä mielletään. Tietty oikea ratkaisu voi löytyä myös jostain Snautin mainitasemista multiuniversumi/säieteorioista jolloin ei mitään negatiivisen paineen omaavia aineita tarvita.

Vierailija
Snaut
Ellet usko laisinkaan kvanttikenttäilmiöihin, niin miten selität Casimirin efektin? Itse en ainakaan vielä, asian kanssa vasta muutama vuosikymmen tekemisissä olleena, ole tavannut parempaakaan selitystä! No, tietty sille voidaan esittää muitakin eksoottisiakin selityksiä mutta tässä kannattaa myös pitää mielessä se erään herran partaveitsi!



Ymmärtääkseni Casimirin efektistä ei ole olemassa täyttä konsensusta. Ainoa tietääkseni tutkittu tieto on, että kvanttifysiikan matemaattiset mallit pystyvät kuvaamaan kyseisen ilmiön. Se ei tarkoita, että teoria olisi oikea, vain sitä, että sen matemaattiset mallit ovat sopivia selittämään kyseisen ilmiön. Newtoninkin matemaattiset mallit selittivät maan kiertämisen auringon ympäri haivaintojemme rajoissa, muttei kai enää kukaan väitä, että Newtonin teoria gravitaatiosta olisi oikea.

Toisinsanoen, havaintojemme rajoissa kvanttikenttäteoriat antavat loistavasti ennustettavia tuloksia - matemaattisesti. Se ei tarkoita, että niiden fundamentaali idea edes olisi oikea.

Vierailija
curvature
Snaut
Ellet usko laisinkaan kvanttikenttäilmiöihin, niin miten selität Casimirin efektin? Itse en ainakaan vielä, asian kanssa vasta muutama vuosikymmen tekemisissä olleena, ole tavannut parempaakaan selitystä! No, tietty sille voidaan esittää muitakin eksoottisiakin selityksiä mutta tässä kannattaa myös pitää mielessä se erään herran partaveitsi!



Ymmärtääkseni Casimirin efektistä ei ole olemassa täyttä konsensusta. Ainoa tietääkseni tutkittu tieto on, että kvanttifysiikan matemaattiset mallit pystyvät kuvaamaan kyseisen ilmiön. Se ei tarkoita, että teoria olisi oikea, vain sitä, että sen matemaattiset mallit ovat sopivia selittämään kyseisen ilmiön. Newtoninkin matemaattiset mallit selittivät maan kiertämisen auringon ympäri haivaintojemme rajoissa, muttei kai enää kukaan väitä, että Newtonin teoria gravitaatiosta olisi oikea.

Toisinsanoen, havaintojemme rajoissa kvanttikenttäteoriat antavat loistavasti ennustettavia tuloksia - matemaattisesti. Se ei tarkoita, että niiden fundamentaali idea edes olisi oikea.


'
Casimirin efekti on täysin kokeellisesti todennettu. Itse olin erästä tällaista koetta todentamassa ensimmäisen kerran 1960-luvun alkupuolella Tartu Ülikoolissa just valmistuttuani sieltä Astrofüüsika Instituudist Astronoomia inseneriks. Tämän ilmiön syistä on tietty vuosikymmenien varrella esitetty mitä moninaisempia selityksiä, mutta maailman tieteilijöiden kesken vallitsee tässä tapauksessa nykyään aivan mahdottoman suuri konsensus siitä, että takana ovat nimenomaan kvanttiflukuaatit. Ken muuta väiittää, täytyy myös esittää perustelut ja mielellään kokeellisiakin tuloksia.

Vierailija
Snaut

Casimirin efekti on täysin kokeellisesti todennettu. Itse olin erästä tällaista koetta todentamassa ensimmäisen kerran 1960-luvun alkupuolella Tartu Ülikoolissa just valmistuttuani sieltä Astrofüüsika Instituudist Astronoomia inseneriks. Tämän ilmiön syistä on tietty vuosikymmenien varrella esitetty mitä moninaisempia selityksiä, mutta maailman tieteilijöiden kesken vallitsee tässä tapauksessa nykyään aivan mahdottoman suuri konsensus siitä, että takana ovat nimenomaan kvanttiflukuaatit. Ken muuta väiittää, täytyy myös esittää perustelut ja mielellään kokeellisiakin tuloksia.



uskon kyllä, että kyseinen koe on todistettu, vaikken tarkemmin asiaan olekaa perehtynyt. Ja uskon senkin että kvanttikenttäteorioiden kautta kyseinen ilmiö voidaan selittää. Mutta se voi olla vain sattumaa, eikä sinällään riitä todistamaan kvanttiajatuksen perusoikeutusta. Ehkä se sopii matemaattisiin malleihin, koska kokeellisesti emme pysty tarkempiin tuloksiin??

niin tai näin, mielestäni me ollaan aika lailla kuutamolla, vähän samalla tavalla kun aikanaan selitettiin auringon liikettä maan ympäri sopivilla käppyröillä. Kvanttifysiikka tekee samaa. Käppyrät osuu kyllä, mutta perusta vain jo on väärä.

Toisaalta, tää nyt menee vähän off tästä itse aiheesta, eli universumin laajenemisen kiihtymisestä. Sille ei edelleenkään ole selitystä tai ymmärrystä, ja se on hienoa ja mielenkiintoista. Ehkä pitäisi hylätä kaikki nämä tuntemamme mallit ja ajatella ihan uudesta perspektiivistä, vähän niinkuin einstein teki aikanaan...

derz
Seuraa 
Viestejä2431
Liittynyt11.4.2005
curvature
Ainoa tietääkseni tutkittu tieto on, että kvanttifysiikan matemaattiset mallit pystyvät kuvaamaan kyseisen ilmiön. Se ei tarkoita, että teoria olisi oikea, vain sitä, että sen matemaattiset mallit ovat sopivia selittämään kyseisen ilmiön.



Öh, fysiikassa teoria on matemaattinen malli, joka selittää havaittuja ilmiöitä. Eikös?
Kvanttiteoria (eritoten kvanttikenttäteoria) toimii perkeleen tarkasti ja sehän riittää fyysikolle. Siinä mielessä teoria on "oikea" kuvaus todellisuudesta.

Itse veikkaan tyhjiöenergian puolesta pimeänä energiana - tai sitten ilmiö liittyy vielä huonosti tunnettuun kvanttigravitaatioon. Ehkä selviää muutaman vuosikymmenen sisään.

∞ = ω^(1/Ω)

David
Seuraa 
Viestejä8875
Liittynyt25.8.2005
Snaut
Casimirin efekti on täysin kokeellisesti todennettu. Tämän ilmiön syistä on tietty vuosikymmenien varrella esitetty mitä moninaisempia selityksiä, mutta maailman tieteilijöiden kesken vallitsee tässä tapauksessa nykyään aivan mahdottoman suuri konsensus siitä, että takana ovat nimenomaan kvanttiflukuaatit. Ken muuta väiittää, täytyy myös esittää perustelut ja mielellään kokeellisiakin tuloksia.

Nooh, voisipa olla esim. kokoon puristuneiden ytimien gravitaation kasvu etäisyyden neliön mukaisesti niiden hiukkasten sulautuessa ja etäisyyden lähestyessä singulariteettia.

Tällöin hyvin sileiksi hiotuissa pinnoissa gravitaatio alkaisi vaikuttaa jossain määrin pintojen yli kappaleiden pinnassa olevien atomien kautta. Toisaalta samalla myös elektronien ratatasojen kääntyminen saattaisi aiheuttaa lisäksi magneettisen vetovoiman kappaleiden välille.

Eli kyse olisi sähkömagnetismin ja gravitaation ja/tai vahvojen voimien yhteisvaikutuksesta.

Tietysti mitä eksoottisempi selitys, sitä enemmän se herättää kiinostusta, siksi kvanttifluktuaatiot taitavat olla eniten esillä. Nykyään kun tieteessäkin tuntuu vallitsevan eräänlainen hype-kulttuuri.

Vierailija

Avaruuden laajeneminen?

Amerikkalainen tähtitieteilijä ja tieteiskirjailija Fred Hoyle kirjoitti artikkelin 1950 luvulla huumori mielellä, Suuresta Pamauksesta, koska hän ei hyväksynyt fyysikkojen teoriaa avaruuden laajenemisesta.
Sen ajan tiedemiehet ottivat sen tosissaan, näinhän se kaikki onkin alkanut. Kaikki sopi Big Bang teoriassa kohdalleen, saatiin maailmankaikkeudelle oikein ikäkin, 13.7 miljardia valovuotta, avaruus laajenee vielä pitkään eikä avaruuden massan vetovoima vielä pitkään aikaan vedä avaruuden ainetta taas yhteen pisteeseen. Kaukaisten tähtien spektrin punasiirtymä aina vain kiihtyy.
Se on taas maapallo koko maailmankaikkeuden keskipiste, katsoo kaukoputkella mihi suuntaan tahansa niin maailmankaikkeuden reunat on 13.7 mijardin valovuoden päässä. Muutama sata vuotta sitten silloiset tiedemiehet saivat viimein papistonkin uskomaan että maapallo on vaan ikäänkuin sivuroolissa taivaankappaleiden joukossa. Nyt se on taas kaikkeuden keskipiste uudestaan, jos uskomme tämän hetken tieteen ajattelutapaa.

Esitänkin oman näkemykseni asiasta ja ensin ns. punasiirtymästä. Ennenvanhaan oli sellainen mittayksikkö kuin peninkulma,(penin kuuluma),peni oli koira ja koiran haukunta kuului noin 10 km:n päähän. Ennen oli maaseudulla harvakseen taloja mutta kaikkien talojen koirien ääni kuului kymmenen kilometrin säteellä keskimäiseen taloon. Joskin kauimmaisten talojen koirien äänet olivat erittäin matalia, verrattuna aivan lähitalon koiran ääneen.
Jos verrataan 13.7 miljardin valovuoden päässä olevan tähden ja oman aurinkomme aineen spektrejä niin huomataan että kaukaisen tähden spektri on siirtynyt punaiseen päin. Doppler ilmiö kyllä aiheuttaa saman jos tähti etääntyy meistä. Mutta mielestäni vaikka tähti olisi paikallaankin niin pitkän matkan päässä niin tähden näkyvän valoaallon vaihekulma muuttuu suuremmaksi, valoaalto venyy pitkän matkan johdosta. Valoaallon nopeus pysyy samana.
Sama ilmiö kuin kaukaisen koirankin ääniaallotkin madaltuvat.

Toinen kysymys johon tiedemiehet tarttuvat Big Pang teoriassa on avaruuden laajeneminen joka vastustaa avaruuden aineen vetovoimaa kohti keskipistettään, jos sellainen on. Sitten vielä kaikelle saadaan alku ja loppu , ihmisen aivot kun haluaa alun ja lopun kaikkiin ajatelmiinsa.
Kun valitsen kahdesta avaruusmallista, Big Pangista tai staattisesta avaruudesta, valitsen jälkimäisen, aina vaan jatkuvan avaruuden joka suuntaan silloin myös kumoutuu avaruuden aineen yhteen pisteeseen vetävä voima kun mitään yhtä pistettä ei ole olemassa. Miten pitkälle avaruus jatkuu? Se jää tääsäkin kirjoituksessa auki.
Se on myös hyväksyttävä että valoaallon vaihe muuttu pitkillä matkoilla aiheuttaen spektrin punasiirtymän.
Peninkuuluma ja valon kantama ovat samansuuntaisia tapahtumia.

Sivut

Uusimmat

Suosituimmat