Morda največje odkritje o Vesolju, ki smo ga naredili konec prejšnjega stoletja, ko smo odkrili eno najčudnejših kozmičnih resnic: oddaljene galaksije ne le letijo stran od nas, ko se čas premika naprej, ampak tudi letijo vse hitreje in hitreje. Odkritje pospešenega širjenja Vesolja kot dela kozmološkega projekta Supernova s pomočjo iskalne skupine High-z Supernova je znanstvenikom prineslo Nobelovo nagrado za fiziko. Čeprav je to eden najčudnejših in najbolj nenavadnih pojavov v vesolju.
Dejstvo je, da Vesolje ni vedno pospeševalo in je odletelo od nas. Štiri milijarde let se je širitev upočasnila, in nekomu, ki je živel pred desetimi milijardami let, se morda zdi, da se krči. Kaj se je zgodilo?
V dvajsetih letih 20. stoletja so bili predstavljeni štirje dokazi - trije opazovalni in en teoretični - da se vesolje širi. Tukaj so:
1. Odkrili so, da so spiralne meglice na nočnem nebu prave galaksije ali "otoške vesolje", ki vsebujejo milijarde zvezd in se nahajajo daleč onkraj Mlečne poti.
2. Merjenje rdečih in modrih premikov teh galaksij Vesto Slifer je pokazalo, kako hitro se te galaksije bodisi oddaljijo od nas (rdeče premikanje) bodisi se nam približajo (blueshift) in velika večina je sledila prvemu scenariju.
3. Meritve razdalje do vsake od teh galaksij sta opravila Edwin Hubble in njegov pomočnik Milton Humason. V kombinaciji s Slipherjevim opazovanjem so razkrili jasno povezavo: čim dlje je bila galaksija, hitreje se je zdelo, da se odmika od nas.
4. Nazadnje močan teoretični preskok, ki ga je naredila Einsteinova splošna teorija relativnosti: spoznanje, da mora biti Vesolje, ki je v vseh smereh napolnjeno s galaksijami približno enake gostote, nestabilno, razen če se razširi ali skrči.
To je pripeljalo do slike vesolja iz leta 1929: vroče je bilo gostejše in se je v preteklosti hitreje širilo, nato pa postajalo hladnejše, manj gosto in se sčasoma počasneje širilo.
Promocijski video:
To je z vidika velikega poka zelo logično. Predstavljajte si Big Bang kot začetno pištolo velike vesoljske dirke, dirko med začetno ekspanzijo na eni strani, ki je bila na začetku zelo hitra, in gravitacijo na drugi strani, ki vse skupaj potegne skupaj. Lahko si predstavljamo tri različne možnosti, od katerih ima vsaka vesolje različen tempo:
1. Velika kompresija. Mogoče je bila začetna hitrost raztezanja precej visoka, toda sila teže je bila močnejša. Razširitev naj se upočasni in ustavi. Vesolje mora doseči največjo velikost in se začeti krčiti. In končno se mora spet zrušiti, vrniti se bo v stanje pred velikim praskom.
2. Velika zamrznitev. To je nasprotni scenarij s prejšnjim: v katerem se širjenje začne hitro in gravitacija upočasni, vendar ne dovolj. Razširitev traja večno, gravitacija jo ves čas upočasnjuje, vendar je ne more ustaviti. Ta scenarij je znan kot vročina smrti vesolja: Velika zamrznitev.
3. Kritično vesolje. Obstaja tudi možnost, da boste na sredini, ko se stopnja ekspanzije in gravitacija medsebojno izenačita in se hitrost širjenja sčasoma upočasni. En delček manj, še en delec v Vesolju - in dobili boste prvi ali drugi scenarij. Toda ta delček ne obstaja. Scenarij "kritičnega vesolja" bi vodil do najpočasnejše možne toplotne smrti.
Več milijard let se je zdelo, da bo kritična možnost zmagala. Ko živite v vesolju in gledate različne galaksije, ne morete samo izmeriti trenutne hitrosti širjenja, ampak s pogledom na najbolj oddaljene galaksije lahko izmerite tudi hitrost širitve na začetku zgodovine vesolja.
Ta slika prikazuje galaksije, ki so za nas že nedosegljive.
Več milijard let - natančno približno sedem milijard - se je zdelo, kot da živimo v kritičnem vesolju. Širjenje se je začelo v dobi sevanja (fotoni in nevtrini), nato pa se je vse dovolj ohladilo, da se je začelo obdobje materije (tako navadne kot temne). Ko se je vesolje še naprej širilo, je gostota snovi padala in padala, ko se je količina snovi povečevala in masa ostala enaka.
Toda na neki točki se je gostota snovi spustila na tako nizko vrednost, da se je pojavil drug, bolj subtilen prispevek k energijski gostoti Vesolja: temna energija. V približno sedmih milijardi let je vrednost temne snovi dosegla nekaj odstotkov celotne gostote energije, do trenutka, ko je bilo vesolje 7,8 milijarde let, pa je gostota temne energije dosegla pomembno vrednost: 33% celotne gostote energije v vesolju. To je pomembno, ker je potrebna temna energija, da se hitrost širjenja začne povečevati.
Od takrat, približno 6 milijard let, je gostota snovi začela upadati, temna energija pa je ostala konstantna. Trenutno temna snov predstavlja približno 68% celotne energije vesolja, snov pa je padla na 32% (27% temne snovi in 5% navadne snovi). Sčasoma bo gostota snovi še naprej padala, gostota temne energije pa bo ostala konstantna, temna energija bo vedno bolj prevladovala.
Gostota energije v vesolju v različnih obdobjih njegove preteklosti
Za posamezne galaksije bo to pomenilo, da se bo galaksija, ki se je v času velikega poka začela hitreje oddaljevati od nas, v prvih 7,8 milijarde let očitno zmanjšala (z našega vidika). Potem bo stopnja pojemka prenehala padati in bo nekaj časa ostala nespremenjena. Potem bo začel rasti in galaksija se bo začela oddaljevati od nas še hitreje kot prej, saj se prostor med nami in oddaljenimi galaksijami širi z ogromno hitrostjo. V nekem trenutku - in to je strašljivo, ker velja za 97% galaksij v našem vidnem vesolju - se bo vsaka galaksija zunaj naše lokalne skupine oddaljila s hitrostjo, ki presega svetlobno hitrost, tako da bo zaradi fizičnih omejitev izpadla iz našega dosega.
Rumena je označena z trenutno velikostjo vidnega vesolja: 46 milijard svetlobnih let; Velikost, ki jo lahko dosežemo, je v roza barvi: 14,5 milijarde svetlobnih let
Kolikor lahko rečemo, je vesolje vedno imelo količino temne energije, ki jo ima zdaj v kozmosu. Toda 7,8 milijarde let ali celotna zgodovina vesolja je trajala pol in pol milijarde let, preden se je oblikoval naš osončje, da se je gostota snovi spustila na tako raven, da je temna energija prevzela širitev vesolja. Od takrat se vse galaksije zunaj naše lokalne skupine umikajo od nas in bodo še naprej upadale, dokler ne izgine zadnja. Vesolje se širi v zadnjih šestih milijard letih in če bi se že pojavili prej, morda ne bi presegli teh treh možnosti, ki jih ponuja naša intuicija. V najboljšem primeru smo lahko le ugibali, kaj točno je vesolje. In to bi bila naša največja nagrada.