Avaruus laajenee koko ajan kiihtyvällä vauhdilla, galaksit loittonevat toisistaan. Tapahtumaa usein verrataan pullataikinaan, ja galaksit ovat rusinoita.
Valo on lähtenyt liikkeelle kaukaisimmista (mitä voimme havainnoida) kohteista 13,7 mrd. vuotta sitten.
Kuinka kaukana on nyt galaksi, jonka valo on matkannut tänne 13,7 mrd. vuotta?
Jos sieltä katsoo sikäläistä maailmankaikkeutta, mitä näkyy?
Valo on lähtenyt liikkeelle kaukaisimmista (mitä voimme havainnoida) kohteista 13,7 mrd. vuotta sitten.
Kuinka kaukana on nyt galaksi, jonka valo on matkannut tänne 13,7 mrd. vuotta?
Jos sieltä katsoo sikäläistä maailmankaikkeutta, mitä näkyy?
Vastaukset 25
Vanhimmat
Muistaakseni Hesarin mukaan joku kosmologi (taisi olla Kurki-Suonio) oli laskenut päässään, että paikat, joista valo on tullut on noin 13,7 miljoonaa vuotta, ovat nyt noin 45 miljoonan valovuoden päässä.
Kosmoshan on paljon suurempi, mutta suurin ja nopein laajentuminen eli inflaatio, lienee tapahtunut jo ennen valojen syttymistä. Kuinka suuri koko kosmos kaikkiaan on, ei liene selvillä.
Näemme kosmoksesta pallon, jonka kuori on noin 45 valovuoden etäisyydellä. Meistä katsottuna kaukaisimmat galaksit ovat siis tämän pallon kuorella. Kustakin pallon kuorella olevasta pisteestä näkyy yhtä suuri, mutta eri pisteissä tietenkin hiukan erilainen samankokoinen pallo. Myös me olemme yhtenä pisteenä näiden pallojen kuorella.
Avaruuden kehitys on ollut kaikkialla liki samanlainen. Niinpä galakseista, joista valo on tullut 13,7 vuotta (noin 45 valovuoden etäisyydellä), meidän maailmamme ja muut kohteet, jotka ovat samalla etäisyydellä, näyttävät menneeltä maailmalta, kehityksen alkuvaiheelta.
Samalla kuin etägalakseista voi nähdä meidän galaksimme, niistä näkyy myös sellaisia kohteita, jotka ovat melko samanlaisia kuin meidän näkemämme, mutta emme voi nähdä niitä, koska ne jo pakenevat meistä katsoen liian suurella nopeudella.
Ei nyt tainnut ihan putkeen mennä?
Esitin selostuksessani aika monta asiaa, Jos joku niistä on mielestäsi väärin, kertonet, mikä. Itse en löydä siitä virhettä.Yleisluontoinen maininta, että "ei nyt tainnut ihan putkeen mennä", ei oikein ole riittävä keskustelun pohjaksi.
Mittayksiköt taisivat mennä sekaisin... kyse taisi olla miljardeista eikä miljoonista...
Olet oikeassa. Piti todellakin olla MILJARDEJA VALOVUOSIA, eikä miljoonia. Nyt kun huomautit, havaitsin, että olin puhunut myös jopa pelkistä valovuosista. Kaikkea sitä tulee kirjoittaneeksi! Anteeksi kamalasti!
Haitanneeko tuo mitään... tärkeintä oli viestin asiasisältö, joka oli mielestäni hyvä.
Ensimmäiset tähdet muodostuivat n. 560 milj. valovuotta universumin alkupisteen (olettaen, että kyse on singulariteetista, pisteestä) jälkeen. Nopeimman inflaation aika oli jo sekunnin murto-osan sisällä tuosta alkuhetkestä. Läpinäkyväksi universumimme muuttui sen jäähdyttyä 3000 kelvinin lämpötilaan, 380 000 vuotta alkuhetken jälkeen.
Varhaisimmat kohteet joita voimme havaita edes tulevaisuudessa, ovat siis tästä hetkestä laskettuna n. 13.82 - 0.56 = 13.26 miljardin vuoden takaa.
Maailmankaikkeus laajenee kuitenkin tällä hetkellä jo n. 6.5 -kertaisella valonnopeudella (toisistaan etäisimpien kohteiden erkaantumisnopeus, ja kun universumin säde on nyt n. 46.5 miljardia valovuotta, kaukaisimpien kohteiden etäisyys toisistaan on n. 93 miljardia valovuotta).
Erkaantumisnopeus on kiihtyvää, ja tällä hetkellä se on viimeisten mittausten mukaan muistaakseni n. 68 km/s/Mparsec - eli megaparsekin (n. 3.26 milj. valovuotta) etäisyydellä olevat pisteet erkanevat n. 68 km/s toisistaan. Vastaavasti tuplaetäisyydellä olevien pisteiden erkanemisnopeus on tuplat.
Tästä syystä n. 16 miljardin valovuoden etäisyydellä olevat pisteet erkanevat tasan valon nopeudella tällä hetkellä, ja tuo onkin raja, mitä kauempana _tällä_hetkellä_ olevista kohteista emme ikinä pysty saamaan valoa/säteilyä/informaatiota. Kiihtyvän laajenemisen myötä tuo raja tulee koko ajan lähemmäs, ja aikojen kuluttua ei ole mahdollista saada informaatiota kuin omasta galaksistamme (joka on toki jo yhdistynyt Andromedan kanssa tuolloin, ja varmasti muitakin törmäyksiä tapahtunut).
Ilmapallovertaus on helppo ymmärtää, mutta pallomaiden avaruuden muoto kuvaa positiivista kaarevuutta, kun tällä viime aikoina ollaan lähinnä pohdiskeltu todennäköisimmiksi negatiivista kaarevuutta (satulapinta tai torvimainen laajentuminen) tai omega-arvoa 0, eli tasomaista rajatonta pintaa (Planck 2015 -tulokset hyvin lähellä nollaa).
Kaarevuudet tarkoittavat pitkillä matkoilla kaarevuuksien vaihteluiden keskiarvoa, johon siis vaikuttavat positiivisina gravitaation kuopat (materia ja pimeä materia), ja toiseen suuntaan eli negatiivisena pimeä energia.
Piirtäkää mielessänne kolmioita kaareville pinnoille. Tai kuvitelkaa samansuuntaisia lasersäteitä, jotka joko erkaantuvat tai lähenevät toisiaan riippuen pääseekö kussakin sijainnissa voitolle gravitaatio vai pimeä energia.
Heitetään sekaan vielä uusi teoria siitä, että jos kuvitellaan rinnakkaisten lasersäteiden fotonien matka ajassa taaksepäin, ne eivät ehkä kohtaakaan universumin alkupisteessä, vaan menevät ohi (kvanttikorjatut Friedmannin yhtälöt)!
http://phys.org/news/2015-02-big-quantum-equation-universe.html
"PimeaValo", siinähän tuli tarkkoja lukuja roppakaupalla.
Eräs asia jäi askarruttamaan. Olen kosmologien selostuksesta saanut sen käsityksen, että kosmos olisi neliulotteisen pallon kolmiulotteinen pinta, joka suurenee ajan funktiona. Rajattomuuden vaatimuksen täyttää vain äärettomän suuri kolmiulotteinen kosmos tai äärellisen neliulotteisen pallon pinta. Kaikkeus ei voine olla ääretön, koska alkurajähdyksestä on kulunut vain rajallinen aika.
Menisimmepä siis mihin suuntaan tahansa, jos voisimme liikkua valoa nopeammin, tulisimme aina samaan paikkaan takaisin, niinkuin kaksiulotteisella pinnalla maapalloa kierrettäessä.
AJAN suhteen olisi toisin. Jos kaikkeus palaisi takaisin lähtöpisteeseen, maailmankaikkeuden säde seuraisi siniaallon pätkää tai paraabelia ajan suhteen. Jos laajeneminen olisi tasaista, kosmoksen säde kasvaisi suoraviivaisesti. Jos taas kosmoksen säde kasvaisi kiihtyvästi, sitä voitaisiin kuvata neliulotteisella koordinaatistolla, jolloin kosmoksen säde kasvaisi hyperbelisesti. Viimeksi mainitun sanotaan olevan nykytietämyksen mukaan tilanne.
Tätä siis tarkoittaisi avaruuden geometrinen muoto, galaksijoukot etääntyisivät toisistaan kiihtyvästi tai hyperbelisesti, mutta hetkellisesti katsoen kosmos noudattaisi pallogeometriaa.
Uudempi teoria, joka poistaisi alkuräjähdyksen, on vielä hypoteesiasteella. Suurin osahan hypoteeseista ammutaan alas. Saas sitten nähdä.
Jos pimeän energian avaruutta "ulos päin" taivuttava vaikutus on keskimäärin pienempi kuin materian ja pimeän materian "sisään päin" taivuttava vaikutus (omega < 1), universumin topologinen muoto on pallo (vaikka olisi mikä sukkula, topologisesti se on pallo), jossa kuljettaessa mihin tahansa suuntaan (imaginaarisesti, valon nopeus ylittäen), tultaisiin toisesta suunnasta takaisin. En ole topologikaan, mutta käsittääkseni tuo juurikin olisi 4-ulotteisen hyperpallon 3-ulotteinen projektio tai braani (mistään useammista konkreettisista ulottuvuuksista kuin 3 aika ei tietenkään ole näyttöä, vaikka esim. supersäieteorioissa noita useampia ulottuvuuksia vilisee - jotka toisaalta Maldacenan konjektuurin mukaan olisivat ekvivalentteja toistensa kanssa, ja jopa sen 2-ulotteisen holografisen teorian tason kanssa).
Mutta jos omega onkin 1 tai yli, avaruus ei kaareudu takaisin lähtöpisteeseen, vaan on avoin (mutta reunaton). Tällaista muotoa ei pysty kuvaamaan millään paperiarkilla, jossa luonnollisesti on reunat. Eihän sen suljetun versionkaan (omega < 1) todellinen muoto ole mikään pallon pinta, joka on 2-ulotteinen, vaan tuossa kyseessä olisi ilmeisesti sitten neliulotteisen hyperpallon kolmiulotteinen "varjo". (hyperkuutioiden ja hyperpallojen pyörittelyanimaatioita voi katsella, joskin niissä katsellaan sitä kolmiulotteista varjoa, joka vielä on projisoitu kaksiulotteiseksi ruudulle, tämä ehkä auttaa hahmottamista)
Paremmin ymmärtävät korjannevat ja tarkentanevat. Mitä siis jos voisimme kulkea äärettömällä nopeudella sen 93 miljardia valovuotta ja vaikka vähän päälle, ja omegan arvot ovat a) 1 b) >1 ? Emme siis tulisi lähtöpisteeseen kuten pallopintauniversumissa, joten loisimmeko uutta tilaa universumiin?
(Juu, emme voisi - mutta mikä olisi vaihtoehtoinen vertaus, joka kuvaisi avoimen universumin muotoa ja olemusta?)
Tuota Alin ja Dasin kvanttikorjattujen Friedmannin yhtälöiden tuomaa kosmologista mallia eivät ainakaan physicsforumin kirjoittelijat kovin varteenotettavana kosmologisena mallina pidä, mutta aika näyttää löytävätkö alan raskassarjalaiset siitä jotain käyttökelpoista.
Tämä suomalainen muuten aikoinaan kehitteli useampiulotteista (4 aika) kosmologista malliaan samoihin aikoihin kun Einstein omia suhteellisuusteorioitaan:
https://fi.wikipedia.org/wiki/Gunnar_Nordström
Harmi ettei suomenkielistä fysiikan ja kosmologian keskustelua tunnu löytyvän juurikaan netistä. Se vähä mitä löytyy esim. tiede.fi foorumilta, on itse keksittyjen villien teorioiden dominoimaa.
Wikipediasta (ilmeisesti kirjoitettu n. 2013, ja joka tapauksessa ennen viimeisimpien Planckin tulosten julkaisua):
"Sekä Planck että aiemmat luotaimet ovat vahvistaneet epätasaisuuksien läpimitaksi noin 1°. Tuoreimpien mittausten tarkkuus on 0,4 %. Maailmankaikkeus vaikuttaisi siis olevan paperimaisen laakea. Tällöin sen kokokin on hyvin suuri, huomattavasti havaittavaa maailmankaikkeutta suurempi, mahdollisesti jopa ääretön.[43]"
Tarkoittaakohan tuo siis sitä, että tuo saman Wiki-artikkelin universumin säde 46.5 miljardia valovuotta menisi uusiksi, ja tuo koko siis koskisi vain universumia, joka olisi pallon muotoinen (mitä se siis ei näyttäisi olevan)?
Mutta jos kaukaisimmat kohteet voidaan yhä laskea olevan meistä n. 93 miljardin valovuoden päässä, niin tuo koko päteekin yhä...
Lisätään vielä hieman pimeyden astetta holografisen teorian ajatuksella, että universumin muoto olisikin 2-ulotteinen taso, jonka me kokisimme 3-ulotteisena hologrammina. Tuo taso olisi siis todellisuudessa olemassa, jossain hyvin etäällä.
Ja tuokaan EI ole villi teoria omasta päästäni, vaan jonkun muistaakseni suomalaisen fyysikon kuvaus. En tiedä sitten onko siinä turhanpäiväistä lennokkuutta...
Tuossa suomalaisessa Wikipedia-artikkelissa on muuten hieman keskenään epäkoherenttia tietoa, joka on eri aikojen tulosten perusteella tehdyistä johtopäätöksistä jne. Toivottavasti joku hommasta hyvin jyvällä oleva taho vähän fiksailisi, toisi mukaan uusimmat Planck-tulokset, päätelmät niiden pohjalta jne.
Esim. kun laajenemisen kiihtyvyys nykykäsityksen mukaan kai 68 km/s/Mpc hujakoilla, niin tuosta taitaa tulla alle 15 miljardia valovuotta (eikä 16) rajaksi, jota kauemmat kohteet etääntyvät meistä yli valon nopeudella.
Lähinnä mainitsen siksi, että joku kuitenkin pyörittelee noita lukujakin ja ihmettelee, mistä on kyse, ja arvelee, ettei vain ymmärrä.
No lasketaas vielä:
Hubblen vakio uusimpien Planck 2015 tulosten mukaan on H0= (67.8 /- 0.9) km/s/Mpc
299792.458/67.8 = 4421.717669616519 Mpc
4421.717669616519 * 3.26156 = 14421.697482514452 Mly = (14.4 /- 0.2) miljardia valovuotta
Näillä mennään...
"Maailmankaikkeus laajenee kuitenkin tällä hetkellä jo n. 6.5 -kertaisella valonnopeudella"
Odotas hetki. Yleisen suhteellisuusteorian mukaan mikään ei voi kulkea valoa nopeammin. Galaksit kuitenkin loittonevat toisistaan 6.5 kertaisella valonnopeudella ja sisältävät ainetta. Jos tämä on havainnoitu niin sepä sitten osoittaa yleisen suhteellisuusteorian vääräksi, eikös niin? Galaksit ovat ainetta ja kulkevat 6.5 x c. Arpa on heitetty heh heh.
Ei suhteellisuusteorian mukaan valonnopeus ole korkein nopeus, joka voidaan saavuttaa, vaan korkein nopeus, jolla signaali kulkee.
Koska avaruus laajenee ylivalonnopeudella, voimme saada signaalia, siis tietoa, vain siltä alueelta, jolta valo voi tulla meille. Muusta avaruudesta emme saa tetoa, mutta on syytä arvata, että kehitys on ollut siellä suunnilleen samanlainen kuin täällä.
Jos valonnopeus ylitettäisiin paikallisesti, tarvittaisiin ääretön määrä energiaa, mutta koska avaruus laajenee ja paikkaan nähden nopeus on vaatimaton, ei ylimääräistä energiaa tarvita.
"Ei suhteellisuusteorian mukaan valonnopeus ole korkein nopeus, joka voidaan saavuttaa,"
Juuri sitä se on. Einstein olisi alunperin halunnut nimetä teoriansa invarianssiteoriaksi eikä suhteellisuusteoriaksi. Mikään ei ylitä valonnopeutta, jos oletetaan kausaliteetin invarianssi. Avaruuden eri alueiden etääntyminen ylivalonnopeudella on aivan eri asia. Siinä mikään ei siirry ylivalonnopeudella.
Ajatuksesi on puhtaasti kielellinen. Jos avaruuden yhdessä paikassa oleva kappale etääntyy toisessa paikassa olevasta kappaleesta nopeammin kuin valo, puhutaan yleisesti, että ne etenevät ylivalonnopeudella. Kyllä tämä kielellinen ilmaisu on yleisessä käytössä.
Ylivalonnopeudella toisistaan pakenevat kappaleet eivät ole kausaalisessa yhteydessä. Kausaliteetin puute johtuu juuri ylitetystä valonnopeudesta. Niiden toisistaan pakeneminen voidaan kertoa aivan samoin numeerisesti kuin alivalonnopeudellakin pakenevien.
Ei mikään siirry ylivalonnopeudella, mutta avaruuden laajenemisen takia kappaleiden pakonopeutta toisistaan voidaan ilmaista, ja ilmaistaan, normaalilla nopeuskäsitteellä.
Luepa suhtis uudelleen, kyllä siellä puhutaan signaalista.
No tuo nyt taas on puhtaasti tulkinta. Meidän lähettämät radiosignaalit ja Voyagerit etenevät yli 6.5 x c suhteessa johonkin galaksiin eli signaali etenee galaksimme mukana ylivalonnopeudella. Signaali siis voi edetä valoa nopeammin. Mistäs me tietäisimme jos olisimmekin vaikka alkuräjähdyksen toisessa aallossa ja olemmekin ottamassa ensimmäistä kiinni? Silloinhan meidän lähettämät signaalit kulkevat, ei meidän galaksin valoa nopeammin, mutta meidän galaksin takana tulevaa valoa nopeammin kyllä. Näin ei siis voida sanoa että signaali ei voi ylittää valonnopeutta, kyllä voi mutta ei ainakaan meidän galaksin sisällä. Yleinen suhteellisuusteoria siis pitänee paikkansa mutta vain meidän omassa galaksissa. Galaksien välillä se ei sitten enää pädekään, ainakaan teoriassa. Ainakin on hyvin mahdollista että galaksien välillä se ei enää päde, mikäli tuo 6.5 x c laajentumisnopeus on todistettavissa. Ainakin ihan mielenkiintoinen aihe löytyi ;)
Tuolla kirjoituksella muuten tarkoitin sitä että signaali todistettavasti VOI edetä valoa nopeammin. Se ei ole mahdotonta. Käytönnössä nyt hieman hankalahko toteuttaa mutta kuitenkin mahdollista. Joskus tulevaisuudessa saatamme oppia että koko alkuräjähdys itsessään on signaali. Meidän tapamme kommunikoida nyt vain on niin lapsen kengissä että tyyliin yritämme viestiä ampumalla morse-koodia jossain muodossa avaruuteen ja oletamme että siihen vastataan suunnilleen samalla tavalla. Vastaa ehkä jotain sellaista kun kirppu heiluttaa jalkaa kadun toisella puolen kulkevan koiran täille. No kuitenkin sekä materia että signaali voi kulkea valoa nopeammin ja tämä pystytään kaiketi sitten todistamaan laskemalla galaksien nopeus toisiinsa nähden meidän lähettämät signaalit toiseen suuntaan. E = mc2 pätee vain galaksin sisällä. Ei ole siten todistettu että kaava pätee universaalisti, ainakaan vielä.
Ja siis vielä pilkkua viilaten, E = mc2 kaava on väärin koska alkuräjähdys itsessään sen kumoaa ja alkuräjähdys on tavallaan todistettavissa. Alkuräjähdys kumoaa E = mc2 kaavan ajatteli asiaa mitenpäin vain. RIP Einstein mutta ukkohan oli väärässä kuten Newton konsanaan. Kvanttimaailma on jo tämän todennut niin eiköhän me voida heittää kuuluisa kaava jo roskiin?
Tarkennan asiaa nyt vielä kerran anteeksi esiintymistaitoni. E = mc2 on väärin mutta myös oikein. Kvanttimaailmassa se ei enää toimi mutta on suuntaa antava, aivan kuten Newtonin kynäilytkin. On paljon tilanteita joissa E = mc2 toimii mutta löytyy myös paljon niitä paikkoja jossa sen voi heittää huoletta menemään.
Jos ajattelet tunnettua pullataikina/ilmapallo vertausta, mikäli lähetämme signaalia seuraavaan galaksiin niin se signaali ei voi ylittää valonnopeutta toiseen suuntaan mutta vastakkaiseen suuntaan se tosiaan sen tekee. En nyt puhu siitä voidaanko tässä kommunikoida toisten galaksien kanssa mutta jos piirrät ne pisteet ilmapalloon ja piirrät nuolen yhteen suuntaan, alat puhaltamaan ilmaa niin miten siinä käy? Se nuoli osoittaa sen suunnan johon signaali voi kulkea valoa nopeammin vähintään sen 6.5 x c mutta tietysti vähän päälle ja näin ollen E = mc2 on kumottu, ainakin universaalilla tasolla. Toisaalta se on myös oikein jos katsotaan nuolen vastakkaiseen suuntaan. Alkuräjähdys itsessään kuitenkin osoittaa kaavan vääräksi ja saman suuntaisia havaintoja on tehty kvanttipuolella.
Äh. Ja vielä, galaksien keskellä on aina joku painovoima keskus, nehän tunnetusti hidastaa valonnopeutta jopa nollaan (mustat aukot) ja sen ympärillä koko galaksi pyörii. Näin ollen voidaan jo epäillä ettei valo voi koskaan saavuttaa sitä todellista nopeuttaan. Sen lisäksi valon pitäisi aina taittua painovoimassa mutta tekeekös se niin? E = mc2 on laskettu aika huterien oletusten varaan. Ilman galaksien keskipisteitä valo voisi ehkä kulkea paljon nopeamminkin, lisäksi koko kaava on laskettu tietämättä että galaksit etenevät 6.5c nopeudella. Kvanttipuolella kaavaa ei pahemmin käytetä koska seinä tulee nopeasti vastaan. Voisiko jopa olla niin että valo on vain yksi meidän 5 aistista? Aisteja voi toki tehostaa mutta emme me voi sen enempää havaita. 5 aistia koko universumissa vaikuttaa melko hassulta. Joku matematiikan mies voisi laskea kuinka todennäköistä on että universumi on 5 aistin varassa. Todennäköisempää on että olemme arvioineet väärin. Mielestäni sen pitäisi olla perusolettamus ja sääntö tieteessä. Hyvin monesti "tiedemiehet" ovat väärässä mutta ego ei anna periksi. Kyseenalaista sinäkin kaikki, minä ainakin teen niin. Ja nyt syön pullaa koska ilmapallo ei ollut hyvää.
No mistä sitten tiedämme millä nopeudella avaruus laajenee jos emme voi saada tietoa yli valonnopeuden?
Kirjoitat pajon arvoisa "trollphysics", mutta kuten nimimerkistäsi arvaa, tiedät sen itsekin täysin roskaksi. Jos kuitenkin olet tosissasi, niin voi poika prkaa. Pahasti on kognitiivinen vinouma iskenyt. Sitä kutsutaan yleisesti Dunning–Kruger-efektiksi.
Avaruuden näkyvästa osasta tiedämme kuinka paljon se ylipäänsä laajenee. Mitä kauempana rusinat ovat toisistaan pullataikinassa, sitä nopeammin ne pakenevat toisistaan. Avaruuden laita on samoin, mitä kauempana galaksiryhmät ovat toisistaan, sitä nopeammin ne pakenevat. Pakenemisnopeus on suoraan verrannollinen galaksiryhmien etäisyyteen.
Laajeneminen havaitaan punasiirtymästä. Mitä kauempana kohde on, sitä enemmän valo venyy ja muuttuu punaisemmaksi. Alkuperäinen aallonpituus lähtiessä nähdään spetriviivoista, jotka ovat kullekin alkuaineelle yksilölliset.
Jossakin vaiheessa saavutetaan valonnopeus. Emme voi saada enää kauempaa signaalia eikä nillä alueilla ole enää kausaalista yhteyttä omaamme, mutta pakenemisnopeus on edelleen suoraan verrannollinen etäisyyteen. On syytä arvella, että siellä vallitsevat samat luonnonlait kuin täällä. Miksi ei vallitsisi?
Anteeksi, spetriviivoista, p.o. spektriviivoista.