• csillagaszat.hu
    csillagászat.hu
    Csillagászati hírportál
    bdsm forum

    01 – A kozmológia alapjai







    A Világegyetem kialakulásával és fejlődésével foglalkozó tudományt kozmológiának nevezzük. Mai ismereteink szerint a Világegyetem kb. 13-15 milliárd évvel ezelőtt keletkezett, és azóta folyamatosan tágul, ennélfogva a kiterjedése óriási. A kozmológia tehát időben és térben nagyon távoli jelenségekkel foglalkozik. Ezek vizsgálata nagyon bonyolult, magas szintű matematikát igényel, mely Albert Einstein általános relativitáselméletére épül. Az elméleti kozmológia matematikai egyenleteit csillagászati megfigyelésekkel lehet ellenőrizni. Ezzel foglalkozik a megfigyelési kozmológia. A megfigyelési kozmológia alapja az, hogy a távoli égitesteket korábbi állapotukban látjuk, hiszen a fénynek időre van szüksége a köztünk lévő hatalmas távolság megtételéhez. Ennélfogva, ha kellően távolra nézünk, megfigyelhetjük, milyen volt a Világegyetem sokkal fiatalabb korában.  

    A kozmológiai elv

    A fizika általános elve, hogy a természeti törvények a tér minden pontjában és minden időben ugyanazok. Ez  általánosan elfogadott elv, mert az eddigi összes megfigyelés megmagyarázható úgy, hogy a földi fizikát alkalmazzuk a földön kívüli világ leírására is; ezzel az elvvel ellentmondó megfigyelés pedig még nem született. Egészen addig, amíg nem figyelünk meg valamit, ami a jelenleg ismert természeti törvények általánosságát egyértelműen cáfolja, ezt az elvet kell alkalmaznunk a Világegyetem leírásához. Ez a szabály a fizika ismeretelméletében gyökeredzik, miszerint ha két lehetőség ugyanolyan jól megmagyarázza a megfigyeléseinket, akkor az egyszerűbbet fogadjuk el (Ockham-borotva elve).

    A kozmológiai elv ehhez az általános fizikai elvhez hasonló. Az eddigi megfigyelések szerint a Világegyetem nagy léptékben mindenhol teljesen ugyanolyan. A kozmológiai elv tehát azt mondja ki, hogy bármilyen irányban és bármilyen messze tekintünk, ugyanazt avilágot látjuk majd, mint ami magunk körül létezik. Pontosabban megfogalmazva: a Világegyetem izotrop (tetszőleges irányba nézve ugyanolyan) és homogén (bármely távolságban ugyanolyan). Így tehát nemcsak a fizikai törvények, de az anyag nagyléptékű szerkezete, annak összetétele, a Világegyetem fejlődése, tágulása stb. is hasonló a Világegyetem minden pontján. 


    Galaxisok eloszlása az égbolton, irány és távolság szerint. A galaxisok nagyobb méretskálán egyenletesen töltik ki a teret, a kozmológiai elvvel összhangban.

    Az Olbers-paradoxon, a táguló Világegyetem

    A mai értelemben vett első modern kozmológiai világmodellt Newton dolgozta ki. Newton felismerte, hogy a gravitáció végtelen hatótávolságú, ezért a Világmindenség minden égitestje, anyaga befolyásolja a többit. Mivel a gravitáció csak vonzó lehet, véges Világegyetemben az anyag nem maradhat nyugalomban, a gravitáció egyetlen pontba sűrítene össze minden égitestet. Ez alól egyedül az jelenthet kibúvót, ha a Világmindenség térben végtelen, és egyenletes anyagsűrűségű. Ekkor ugyanis a különböző irányú vonzóerők kiejtik egymást, az egy pontban ható eredő erő 0.

    A newtoni végtelen tér, bár sokáig elfogadottnak számította fizikusok között, alapvetően ellentmond a tapasztalatnak. Erre az egyszerű, de megdöbbentő következtetésre elsőként Wilhelm Olbers német orvos mutatott rá 1826-ban. Kérdésfelvetése roppant egyszerű: "Miért van éjszaka sötét?" A newtoni végtelen térben, melyet egyenletesen töltenek ki a csillagok, bármerre nézünk, előbb-utóbb csillagot kellene látnunk. A csillagok fénye ugyan a távolsággal csökken, de a látszó csillagok száma nő, ezért az égboltnak egyenletes, vakító fényességűnek kellene lennie. Mivel az éjszakai égbolt sötét, a következtetés ellentmond a tapasztalatnak. Ez az Olbers-paradoxon.

    Az Olbers-paradoxon megoldását Edwin Hubble 1929-es felfedezése jelentette. Hubble kimutatta, hogy minden galaxis távolodik tőlünk, azaz a Világegyetem tágul. Ez a következtetés a galaxisok vöröseltolódásán alapul. Hubble és mások megfigyelései szerint a galaxisok színképvonalai nem ott vannak, mint a földi eredetű színképvonalak, hanem el vannak tolódvaa vörös felé. Erre a jelenségre a Doppler-effektus ad magyarázatot:a vöröseltolódást a galaxisok távolodása okozza. A távolodás sebessége arányos a vöröseltolódással:

    v = c * z = c * Dl/l

    ahol z a vöröseltolódás, l a földi laboratóriumban (nyugvó rendszerben) mért hullámhossz, Dl a színképvonal hullámhossz-eltolódása, c a fénysebesség, v a galaxistávolodási sebessége. Hubble korszakalkotó felfedezése annak felismerése volt, hogy a vöröseltolódás (azaz a távolodási sebesség) annál nagyobb, minél távolabb van a galaxis. Ezt írja le a híres Hubble-törvény:

    v = H * d

    ahol d a galaxis távolsága, H a Hubble-állandó (ma ismert értéke 70 km/s/Megaparszek). Eszerint a távoli galaxisok nagyobb sebességgel, a közelebbiek kisebb sebességgel távolodnak, pont úgy, mint egy felfúvódó léggömb felszíni pontjai. A Világegyetem tehát tágulóban van. A Hubble-törvény nem sérti a kozmológiai elvet: egy másik galaxisban lévő megfigyelő pontosan ugyanazt látná, hogy az összes többi galaxis távolodik az övétől. A tágulásnak nincs középpontja, ugyanúgy, mint ahogy a felfúvódó léggömb középpontja sincs rajta a léggömb felszínén.

    A táguló Világegyetem nem lehet végtelen és állandó, mint a newtoni univerzum. A tágulásnak valamikor el kellett kezdődnie, tehát a Világegyetem véges életkorú. A tágulás sebességéből és a Világegyetem jelenlegi méretéből kiszámítható, hogy az Univerzum 13 – 15 milliárd évvel ezelőtt keletkezett. Véges életkorú Világegyetemben nem lehet végtelen távolságra ellátni, csak maximum akkorára, amekkorát a fény ezen életkor alatt befuthatott. Az Olbers-paradoxon  és az éjszakai sötét égbolt magyarázata tehát az, hogy az általunk belátható térrész, bár hatalmas, de véges, és ebben a véges térrészben a világító anyag sűrűsége igen kicsi. 

    Mi okozza a Világegyetem tágulását? Ezt nem tudjuk biztosan. Jelenleg a legvalószínűbb magyarázat az Ősrobbanás-hipotézis.


    Hubble-törvény közeli galaxisra


    Hubble-törvény távoli galaxisra


    Hubble-törvény nagyon távoli galaxisra

    Ez a bejegyzés Kozmológia kategóriában van. Link könyvjelzője.
    • Magyarország megújul