Maailmankaikkeuden syntynäkemys (nykykäsitys 2016)

Transkriptio

1 Maailmankaikkeuden syntynäkemys (nykykäsitys 2016) Kvanttimeri - Kvanttimaailma väreilee (= kvanttifluktuaatiot eli kvanttiheilahtelut) sattumalta suuri energia (tyhjiöenergia) << m Inflaatio o Kosminen inflaatio: laajeneminen valoa nopeammin (eksponentiaalinen laajeneminen) Kuuma alkeishiukkaskaasu = kuuma alkuräjähdys Inflaatio loppuu 13,8 mrd v. sitten meidän universumimme laajenee normaalisti. laajeneminen kiihtyy o jäähtyminen o syntyy rakenteita ################################################################################### - tyhjä avaruus laajenee: välimatkat näyttävät venyvän - atomit ja galaksit eivät laajene (sidottu toisiinsa) - maailmankaikkeuden historia on laajenemisen ja jäähtymisen historiaa

2 Kosminen mikroaaltotausta = kuva maailmankaikkeudesta vuotta sitten - inflaatio synnytti tiheysvaihteluita, jotka näkyvät mikroaaltotaustassa rakenteiden synty ( galaksien siemenet ) kuumia alueita (sin) kylmiä alueita (pun) Planck-satelliitin havaintojen pohjalta luotu kartta kosmisen taustasäteilyn jakautumisesta (2013). (K. Enqvist 2015) Kosminen taustasäteily eli kolmen kelvinin säteily (2,73 K -270 C) on kaikkialle maailmankaikkeuteen suhteellisen tasaisesti jakautunutta mikroaaltosäteilyä. Kosminen mikroaaltotausta on jäänne maailmankaikkeuden varhaisvaiheilta, jolloin universumi oli paljon tiheämpi ja lämpimämpi. Maailmankaikkeus koostui tuolloin vain säteilystä ja hiukkasista. Maailmankaikkeuden laajentuessa ja viilentyessä noin vuoden ikäisenä alkoi muodostua kevyitä alkuaineita: vetyä ja heliumia (rekombinaatio). Kosminen taustasäteily syntyi maailmankaikkeuden ollessa noin vuoden ikäinen, jolloin ensimmäiset atomit muodostuivat elektronien liittyessä atomoytimiin noin 3000 kelvinin lämpötilassa. Maailmankaikkeus muuttui tällöin läpinäkyväksi ja säteily pääsi vapaasti kulkemaan. Avaruuden laajentuessa ja jäähtyessä alkuperäinen infrapunasäteily ja valo on tällöin punasiirtymän takia (Dopplerin ilmiö) muuttunut lyhytaaltoiseksi radiosäteilyksi (λ 1 mm). Maailmankaikkeuden kehitys

3 KOSMOLOGIAN AIKAKAUDET (S. Räsänen 2015) IKÄ LÄMPÖTILA TAPAHTUMA a 3 K tänään a 5 K laajeneminen kiihtyy a 200 K ensimmäiset rakenteet a 3000 K valo ja aine eroavat 3-30 min 10 9 K Big Bang Nucleosynthesis 10-5 s K QCD - Faasitransitio (?) s K sähköheikko faasitransitio (?) s s K K baryogeneesi (?) s s K K inflaatio (?) s s K K kvanttigravitaatio (?)

4 NYKYHETKESTÄ --> UNIVERSUMIN ALKUUN: KOSMOLOGIAN AIKAKAUDET tänään: a alusta laajenemien kiihtyy: a ensimmäiset rakenteet syntyvät: a rekombinaatio: a: atomit muodostuvat --> universumi läpinäkyvä kosminen taustasäteily syntyy Big Bang Nucleosynthesis: 3-30 min: kevyiden alkuaineiden synty - (H, He, Li) QCD - faasitransitio: 10-5 s: protonit ja neutronit syntyivät kvarkeista sähköheikko faasitransitio: s: alkeishiukkaset saavat massan baryogeneesi:10-13 s s: aineen ja antiaineen epäsymmetrian synty (~10-10 ) alkuräjähdys alkaa: kuuma alkeishiukkaskaasu laajenee ("Big Bang") inflaatio: s s: avaruuden valoa nopeampi laajeneminen - hiukkaset alkoivat syntyä energiasta kvanttigravitaatio: s s: kvanttimekaniikan ja painovoiman yhdistävä teoria Planckin epookki: 0 s s Alkuräjähdyksen ydinsynteesi eli alkuräjähdyksen nukleosynteesi (Big Bang nucleosynthesis eli BBN) tarkoittaa kosmologiassa mailmankaikkeuden varhaisen vaiheen aikana pian alkuräjähdyksen jälkeen tapahtunutta ydinsynteesiä eli atomiytimien muodostumista fuusioitumalla. Syntyneitä ytimiä olivat tavallisen vety-ytimen 1 H lisäksi deuterium eli 2 H, helium-isotoopit 3 He ja 4 He, 1 H ja litium-isotooppi 7 Li. Kosminen inflaatio on kosmologian teoria, jonka mukaan maailmankaikkeus koki alkuräjähdystä seuraavien sekunnin murto-osien aikana tyhjiöenergian aiheuttaman eksponentiaalisen laajenemisen vaiheen. Laajenemisen nopeus ylitti valonnopeuden. Baryonigeneesi on kosmologiassa hypoteettinen tapahtuma, joka synnytti epäsymmetrian baryonien ja antibaryonien määrien välille pian alkuräjähdyksen jälkeen. Tämän seurauksena olisi sitten nykyisin havaittavassa aineen suurempi runsaus maailmankaikkeudessa antiaineeseen verrattuna. Kvanttigravitaatio eli kvanttipainovoima on teoria, jossa painovoima ja kvanttimekaniikka yhdistetään. Planckin epookki on saksalaisen fyysikon Max Planckin mukaan nimetty ajanjakso maailmankaikkeuden historiassa, kun kaikkeus oli s vanha. Planckin epookki on varhaisin hetki koko maailmankaikkeuden historiassa. Epookkia ei voida kuvailla nykytietämyksen mukaan yleisellä suhteellisuusteorialla, vaan sen kuvaamiseen tarvittaisiin kvanttigravitaatiomallia, jota ei olla vielä onnistuttu kehittämään (Wikipedia). Kysymys: Mitä oli ennen alkuräjähdystä? - ei tarkoita mitään, kysymys ei ole mielekäs suhteellisuusteorian kannalta, koska myös aika alkaa alkurähdyksestä - alkuräjähdyksellä ei ole syytä, se on maailmankaikkeuden ominaisuus, kuten esim. pallonmuotoisuus - vrt. Mitä on pohjoisnavasta pohjoiseen? - vrt. Mitä on sisään pallon keskipisteestä? Toisaalta nykyisin on esittey myös teoriaspekulaatioita, että ennen alkuräjähdystä on ollut tapahtumia ja ehkäpä toinen universumia tai universumeja? On eepäilty, että onko suhteellisuusteorian ennustamaa alkusignulariteettia ollut edes olemassa?

5 Yleinen suhteellisuusteoria ei päde hyvin varhaisina hetkinä, ei tiedetä, mitä silloin on tapahtunut - ensin maailmankaikkeutta dominoi säteily, sitten aine ja lopulta tyhjiö - havaintojen mukaan aineesta nykyään noin 10-4 on säteilyä, 30 % ainetta ja 70 % tyhjiön energiaa - ainetta on energiatiheydestä noin 30 %, josta 4 % on tavallista ainetta ja loput 26 % pimeää ainetta - pimeä aine on näkymätöntä, se ei vuorovaikuta valon kanssa - pimeä aine on havaittu gravitation kautta - pimeä aine koostuu luultavasti tuntemattomista hiukkasista, joilla ei ole sähkövarausta - energiatiheydestä on noin 70 % pimeää energiaa, joka saa aikaan kiihtyvän laajenemisen (negatiivinen paine) - pimeä energia on havaittu vain kiihtyvän laajenemisen kautta Lähteet: Kari Enqvist: Ihminen kosmoksessa (Youtube 2015) Kari Enqvist: Ensimmäinen sekunti, WSOY, 2014 Syksy Räsänen: Maailmankaikeuden alusta maapallon alkuun 1-2/2 (Youtube 2014) Syksy Räsänen: Maailmankaikkeus ja kuvamme siitä (Youtube 2014) Wikipedia