Veličina i oblik univerzuma – Deo 3.

U poslednjem nastavku serijala, Igor Jošić vam prikazuje zašto gustina univerzuma predstavlja izuzetno važan faktor za njegov oblik.

U prethodna dva nastavka imali ste priliku da vidite koje su sve moguće geometrije (tj. oblici) univerzuma u kojem živimo. U ovom nastavku videćete od čega zavisi koju će geometriju univerzum da ima. Zbog čega je to bitno? Pa zbog toga što kada znamo od čega geometrija univerzuma zavisi, možemo na posredan ili neposredan način da izmerimo taj parametar i na taj način vidimo kojeg je oblika univerzum u kojem živimo. U ovom nastavku se zadržavam na ona tri klasična primera iz prvog članka ovog serijala (ravni, sferični i hiperbolični).

Od čega, dakle, zavisi, da li će univerzum biti ravan, sferičan ili hiperboličan? Zavisi od njegove gustine, preciznije rečeno, prosečne gustine. Dakle ukoliko je univerzum veoma gust, tj. u univerzumu ima dovoljno materije, ona će eventualno da zaustavi širenje univerzuma, i da indukuje njegovo kolapsiranje. Ukoliko u univerzumu nema dovoljno materije da zaustavi njegovo širenje, univerzum će nastaviti večno da se širi. Pod materijom se u ovom slučaju podrazumeva ne samo materija u klasičnom smislu (atomi i njihovi konstituenti) već i bezmasene čestice(kao što su fotoni, čestice svetlosti)… zapravo sve što postoji u univerzumu se podrazumeva pod materijom u ovom slučaju.

Prema tome, mora da postoji izvesna vrednost gustine univerzuma iznad koje će univerzum krenuti da kolapsira, dok ukoliko je gustina univerzuma ispod te vrednosti on će nastaviti eksponencijalno da se širi. Ta vrednost gustine naziva se kritična gustina. Da ponovim, ukoliko je gustina univerzuma veća od njegove kritične gustine, univerzum će biti sferičan, tj. gravitaciono dejstvo materije je dovoljno veliko da univerzum zakrivi, vremenom zaustavi njegovo dalje širenje i izazove kolapsiranje univerzuma. Ukoliko je gustina univerzuma manja od kritične gustine univerzum će biti hiperboličan i večno će se širiti. Ukoliko je gustina univerzuma jednaka kritičnoj gustini univerzum će biti ravan, i širiće se zauvek.

slika 1

Kritična gustina zavisi od Hablove konstante i za njenu izmerenu vrednost (vidi prethodne serijale) ona iznosi 5 vodonikovih atoma po kubnom metru (opet da napomenem radi se o prosečnoj gustini u univerzumu, naravno da postoje mesta u univerzumu, kao što je to naša planeta ili unutrašnjost zvezda, gde je ta vrednost znatno veća, ali isto tako postoje mesta gde je ta vrednost manja). Naravno ne moraju da budu pet vodonikovih atoma, već masa koja odgovara masi koju imaju 5 vodonikovih atoma.

Odnos gustine univerzuma i kritične gustine univerzuma astronomi su obeležili kao omega. Tako za slučaj hiperboličkog univerzuma (gde je prosečna gustina veća od kritične gustine) omega je manja od jedinice, za slučaj sfernog univerzuma omega je veća od jedinice, za slučaj ravnog univerzuma, gde je prosečna gustina univerzuma jednak kritičnoj gustini univerzuma omega je jednaka jedinici.
Simple enough, ali kako odrediti prosečnu gustinu univerzuma? Astronomi su osamdesetih godina probali da merenjem distribucije klastera i superklastera galaksija dobiju rezultat.

I dobili su rezultat da je omega jednaka 0,3 tj. da živimo u hiperboličkom univerzumu. Teoretičarima se međutim taj rezultat nije dopadao. Nije im se dopadao zbog toga što prema teorijskim modelima univerzum koji u početku poseduje malu devijaciju od jedinice ta razlika se veoma brzo poveća. Tako da su oni očekivali vrednost omege od ili približno nula (za slučaj da je na samom početku vrednost omege bila nešto ispod jedinice), ili blisko beskonačnosti (za slučaj da je početna vrednost bila nešto veća od jedinice) ili jednaka jedinici. Izmerena vrednost je bila veoma malo verovatna, i ona je upućivala na pomisao da ne poznajemo dobro sastav univerzuma, tj. da univerzum poseduje još, neki nama nepoznat, oblik materije.

I da bi na taj oblik materije trebalo da ide 70% ukupne mase u univerzumu. Kada je devedesetih godina, posmatranjem širenja univerzuma otkrivena tamna energija (za više detalja vidi ovaj članak) utvrđeno je na nju otpada 70% ukupne mase u univerzumu. Dakle kada se na ovo merenje kojim je dobijena vrednost omege od 0,3 doda i tamna energija dobija se rezultat od omega jednako JEDAN. Dakle naš univerzum je ravan? Ne mora nužno da znači. Vidljivi deo univerzuma je definitivno ravan. Međutim ukoliko je univerzum znatno veći od vidljivog dela mi bi ovaj vidljivi deo takođe percipirali kao ravan Iako bi univerzum u celosti mogao da bude zakrivljen (opet, slično kao što Zemlju u ravnicama percipiramo kao ravnu, iako ona to u celosti nije). Napisavši to, ovi rezultati definitivno ukazuju da je naš univerzum ipak najverovatnije ravan i beskonačno veliki.

slika 2

Ove je sve naravno potvrđeno novijim satelitskim metodama, merenjem fluktuacija u mirkotalasnom zračenju, gde su dobijenu isti rezultati (više o ovoj metodi u narednom serijalu)
Ok, da li to znači da 70% materije u univerzumu otpada na tamnu energiju, a 30% otpada na regularnu materiju (atome, i njegove konstituente, fotone, gluone, etc). Ne, na regularnu materiju otpada oko 5 % mase univerzuma, na tamnu energiju oko 70% mase (masa bezmasenih čestica se dobija iz čuvene Ajnštajnove relacije E=mC^2), a preostalih 25% na tamnu materiju. Šta je tamna materija, i više o tamnoj energiji saznaćete u narednom serijalu o tamnoj materiji i tamnoj energiji.

Komentari: