Budućnost svemira

Annabel_Lee · **ஐ NaUgHtGeLiC ஐ**

Ako se svemir širi, u bližoj će budućnosti biti veći, tvar će biti rjeđa, a temperatura niža. Kako će se svemir razvijati u daljnjoj budućnosti? Da li će se svemir vječno širiti ili nestati u "Velikoj Stisci"? Sve ovisi o prosječnoj gustoći svemira.

Analogija sa vertikalnim hicem

Pri traženju odgovora na pitanje o dalekoj budućnosti svemira polazimo od pokusa koji na prvi pogled nema ništa zajedničko sa svemirom. Sa Zemljine površine ispalimo vertikalni hitac (hitac ravno prema gore) zadane početne brzine, pri čemu zanemarujemo otpor zraka i vrtnju Zemlje. Kako će se gibati tane? U tom slučaju teža djeluje nasuprot gibanju taneta i zato će ga usporavati. Budući je na sve većoj udaljenosti taneta od središta Zemlje teža sve manja, brzina taneta će se smanjivati sve polaganije. Ako je hicem postignuta dovoljna početna brzina, tane će se otrgnuti Zemljinoj privlačnoj sili. Udaljavat će se od Zemlje i kada bude na vrlo velikoj udaljenosti. Ima li hitac malu početnu brzinu, tane će se uskoro zaustaviti i početi vraćati Zemlji. Na kraju će pasti na tlo brzinom koja će po iznosu biti jednaka početnoj brzini.

U graničnom slučaju postoji takva početna brzina (2. kozmička brzina ili brzina oslobađanja), pri kojoj će se tane otrgnuti Zemljinoj privlačnoj sili, ali će mu brzina na vrlo velikoj udaljenosti ipak pasti na nulu. Ako je početna brzina jednaka ili veća od granične vrijednosti, tane se neprestano udaljava. Pri početnoj brzini manjoj od granične, nakon udaljavanja slijedi približavanje i tane se konačno vraća na Zemlju. Tane se uvijek udaljava usporeno.

Primjena modela na svemir

Slično se razmatranje može provesti i za svemir, ako ga opišemo jednostavnim modelom. Neka se u početnom trenutku iz točke koju uzmemo za ishodište sitna tijela počnu udaljavati na sve strane. Pritom neka svako od tih sitnih tijela označava jedan cijeli skup galaksija (slika 1).

Neka u određenom kasnijem trenutku brzina svakog tijela bude razmjerna (vidi Hubbleov zakon) udaljenosti koju je tada doseglo. Taj trenutak odgovara sadašnjosti svemira. Tijela čine centralno simetričan oblak koji se je dotad širio, a širit će se i kasnije.

Promatrajmo gibanje jednog od tijela. Sva druga tijela na njega djeluju gravitacijom. Sva ta druga tijela podijelit ćemo u dvije skupine: jedna skupina je sadržana u kugli jako velikog presjeka (mora biti homogena, a takvim smatramo svemir na jako velikoj skali) na čijem je rubu odabrano tijelo, a drugu skupinu čini ostatak (šuplja kugla).

Sila šuplje kugle:
Može se pokazati da je ukupna sila svih tijela iz druge skupine (šuplja kugla) na odabrano tijelo jednaka nuli. Na odabrano djeluju sile iz svih smjerova, ali se u konačnici poništavaju. To je svojstveno sili koja je obrnuto razmjerna kvadratu udaljenosti, kakva je i gravitacija. Dakle, kad bi Zemlja bila šuplja, mogli bi u njenoj unutrašnjosti slobodno lebdjeti.

Sila pune homogene kugle:
Time smo ukupno djelovanje sveli na prvu skupinu tijela, homogenu kuglu. I ovaj problem možemo pojednostavniti. Homogena kugla može se zamijeniti materijalnom točkom iste mase, te koja se nalazi u središtu kugle. Primjer: Kad bi se Zemlja kojim čudom u trenu sabila u svoje središte, mi ne bi osjetili promjenu sile gravitacije.

Proračun kritične gustoće

U ovom poglavlju, koje oni neskloni fizici mogu preskočiti, dajemo proračun kritične gustoće. Formule su malo nezgrapno napisane, za sada.

U graničnom slučaju, kada je brzina udaljavanja jednaka 2. kozmičkoj brzini, vrijedi da su kinetička i potencijalna energija jednake po iznosu. Tijelo će se uvijek udaljavati, ali će mu se brzina udaljavanja asimptotski približavati nuli. Granični slučaj za naš problem iskazat ćemo preko kritične gustoće svemira ρc.

U slučaju da je kinetička energija veća od potencijalne, gravitacijska sila ne može zaustaviti udaljavanje tijela. U suprotnom, tijelo će se jednom prestati udaljavati i početi vraćati (slika 2).

Iznos gravitacijske potencijalne energije tijela na površini kugle dan je izrazom:

Ep = GMcm/r (1), gdje je G gravitacijska konstanta, Mc kritična masa kugle (granični slučaj), m masa tijela na površini kugle, a r radijus kugle.

Kinetička energija tijela dana je izrazom:

Ek = mv2/2 (2), gdje je v brzina udaljavanja.

Masu kugle možemo izraziti kao umnožak kugline gustoće i volumena. Za granični slučaj vrijedi:

Mc = ρcV = 4ρcr3Π/3 (3), gdje je Mc kritična masa, ρc kritična gustoća svemira, Π =3.1415...

Brzina udaljavanja tijela od središta zamišljene homogene kugle dana je Hubbleovim zakonom:

v = H0r (4), gdje je H0 Hubbleova konstanta.

Izjednačavanjem izraza (1) i (2) dobijemo:

GMc/r = v2/2 (5),

a kombiniranjem izraza (3) i (5) lako se dobije izraz:

ρc = 3H02/8ΠG (6).

Jedina nepoznanica je Hubbleova konstanta H0 koja se ugrubo procjenjuje na H0 = 20 km/s * 106ly. Uvrštavanjem u izraz (6) dobijemo vrijednost ρc = 5x10-27kg/m3. Za graničnu srednju gustoću računamo sa oko dva vodikova atoma u kubnom metru.

Annabel_Lee · **ஐ NaUgHtGeLiC ஐ**

Otvoreni i zatvoreni svemir

U proračunu iz prošlog poglavlja (za one koji su ga preskočili) smo pokazali da se kritična gustoća svemira ρc lako da izračunati uvrštavanjem u zadanu jednadžbu vrijednosti gravitacijske konstante G (precizno izmjerena već odavno) i Hubbleove konstante (za sada još uvijek vrlo neprecizno određena).

Postoje, dakle, dva moguća modela širenja svemira. U prvome se svemir neprestano širi, a u drugome se najprije širi, za trenutak zastane, a zatim se sažima dok se sva tijela ponovo ne sastanu u ishodištu (slika 3).

U graničnom se slučaju svemir neprestano širi, a tijela se na velikoj udaljenosti od ishodišta usporavaju do brzine nula. Prvi način gibanja i granični slučaj u kojem se oblak neprestano širi, označavamo kao otvoreni svemir, a drugi, kad se oblak najprije širi a zatim sažima, označavamo kao zatvoreni svemir. Svemir se uvijek širi usporeno.

Je li svemir otvoren ili zatvoren (slika 4)? To ovisi o srednjoj gustoći svemira ρ. Ako je srednja gustoća manja ili najviše jednaka kritičnoj srednjoj gustoći (ρ ≤ ρc), svemir je otvoren. Pri većoj srednjoj gustoći (ρ > ρc) svemir je zatvoren.

Omjer između srednje gustoće u svemiru i kritične srednje gustoće nazivamo omega, Ω. U otvorenom je svemiru Ω ≤ 1, a u zatvorenom Ω > 1.

Saznanja o stvarnoj gustoći svemira za sada su nepotpuna. Srednja gustoća svijetleće materije, koja se izvodi iz relacije masa-luminozitet za galaktike, manja je od 10-27kg/m3, što bi značilo da je svemir otvoren. Međutim dinamika unutar galaktičkih jata ukazuje na veće galaktičke mase. Pitanje je u kojoj mjeri tamna tvar povećava srednju gustoću svemira.

Podatak o srednjoj gustoći svemira može se posredno izvesti i iz teorije velikog praska. Proračuni pokazuju da je zastupljenost deuterija (izotopa vodika, jezgra: proton + neutron) vrlo osjetljiva na srednju gustoću svemira. Dosad pronađeni deuterij ukazuje na otvoreni svemir.

Budućnost otvorenog svemira

Ako će se svemir vječno širiti, što će se u tom slučaju događati s materijom i energijom? Zvijezde će s vremenom istrošiti svoje nuklearno gorivo i ugasiti se. U svemiru će bit sve više crnih patuljaka, neutronskih zvijezda i crnih rupa. Neke će zvijezde napustiti svoje galaksije, a druge će se survati u masivne crne rupe u galaktičkim središtima. Teorija pokazuje da (imajući dovoljno vremena na raspolaganju) bijeli i crni patuljci kolapsiraju u neutronske zvijezde, a ove u crne rupe.

U nezamislivo dalekoj budućnosti svemir će se sastojati od crnih rupa. Međutim, ni to nije kraj. Crne rupe "isparavaju" u vrlo dugotrajnom procesu zvanom Hawkingov proces. Iza crnih rupa će beskrajan svemirski prostor ostati ispunjen fotonima te raznim česticama i antičesticama isparenih iz crnih rupa.

(preuzeto sa http://astro.fdst.hr/index.php?p=http://astro.fdst.hr/Kozmologija/buducnost.php)

vmirko · Upućeni član

Verovatno ce se siriti do neke granice, i posle ce se mozda skupiti u jednu tacku, kao sto je na pocetku i bio. Ali, to nas ne treba da brine.

m1l1ja · Početnik Domaćeg.de

Postoje dve hipoteze.

Svemir ce se siriti do odredjenih granica a onda ce poceti da se sazima ili ce se beskonacno siriti Smile

Postoje i druge teorije, recimo Freda Hojla o stacionarnom svemiru. 8)

dado2009 · Početnik Domaćeg.de

budućnost svemira jedina je sigurna, obzirom da ljudi nemaju utjecaja na svemir:)

SrXXX · Početnik Domaćeg.de

Lion-King · Početnik Domaćeg.de

ovo sta je gore napisano da deuterij ima veze s tim jeli svemir otvoren ili zatvoren je donekle tocno ali je vazniji utjecaj neutrina i antineutrina to jest njihovih masa.neki znanstvenik je pretpostavio da neutrini i antineutrini nemaju masu ali to nije tocno i stoga jedino je vazno kolika je njihova masa. ako imaju masu barem 4.655 E-35 po mom izracunu onda je gustoca veca od kriticne i svemie je zatvoren to jest skupljat ce se.ako ikoga zanima moje osobno misljenje ja mislim da je vjerovatnije da je svemir zatvoren.razlog tome je što ima puno više logičkog smisla.znan da to nije dokaz tome ali nekako je vjerovatnije da se veliki prasak stalno ponavlja to jest rasiri se pa skupi i tako opet iznova.teorija velikog praska kaže da se prostor proširia iz singulariteta ali odakle je nasta taj singularitet.ali ta hipoteza opet postavlja isti problem.ako je stvarno tako da se svemir stalno skuplja i širi kako se prvi put proširia??? na kraju sve ispada jedan veliki paradoks koji se nikada neće riješit.

shoza · Početnik Domaćeg.de

Nisam naucno potkovan kao vi,ali znam da u odgovoru na ta pitanja nemam odgovor podjednako kao i vi.Konacno,beskonacno,prostor vreme,pocetak,kraj,to je sve nepojmljivo za coveka i po svemu sudeci,tako ce i ostati.Mislim da je pravo pitanje,zasto uopste bilo sta mora da postoji?