Debatują nad stałą Hubble'a
Astronomowie, astrofizycy i fizycy cząstek zgromadzeni w Kavli Institute for Theoretical Physics na Uniwersytecie Kalifornijskim zastanawiają się, na ile poważne są różnice w pomiarach dotyczących stałej Hubble'a. Zagadnienie to stało się jednym z ważniejszych problemów współczesnej astrofizyki, gdyż od rozstrzygnięcia zależy nasza wiedza np. od tempie rozszerzania się wszechświata.
Problem polega na tym, że wyliczenia stałej Hubble'a w oparciu o badania promieniowania wyemitowanego podczas Wielkiego Wybuchu różnią się od stałej Hubble'a uzyskiwanej na podstawie obliczeń opartych na badaniu supernowych. Innymi słowy, obliczenia oparte na najstarszych danych różnią się od tych opartych na danych nowszych. Jeśli specjaliści nie znajdą wyjaśnienia tego fenomenu może się okazać, że nie rozumiemy wielu mechanizmów działania wszechświata.
W latach 20. XX wieku Edwin Hubble zauważył, że najdalsze obiekty we wszechświecie wydają się oddalać od siebie szybciej niż te bliższe. Pojawiła się więc propozycja stworzenia stałą Hubble'a opisującej tempo rozszerzania się wszechświata.
Eksperymenty mające na celu określenie warto tej stałej dają jednak różne wyniki. Jedna z technik jej poszukiwania zakłada wykorzystanie mikrofalowego promieniowania tła, czyli światła powstałego wkrótce po Wielkim Wybuchu. Prowadzone na tej podstawie pomiary i obliczenia wykazały, że stała Hubble'a to 67,4 km/s/Mpc ± 0,5 km/s/Mpc. Jednak badania oparte o dane z supernowych pokazują, że stała Hubble'a to 74,0 km/s/Mpc. Obie wartości nie mogą być prawdziwe, chyba, że przyjmiemy, że coś niezwykłego stało się na początku rozszerzania się wszechświata. Niektórzy fizycy sugerują, że u zarania dziejów istniał inny rodzaj ciemnej energii powodującej rozszerzanie się wszechświata.
Na razie jednak fizycy nie wszczynają alarmu i uważają, że obecne teorie dotyczące działania wszechświata są nadal ważne.
Komentarze (84)
Gość kremien, 3 sierpnia 2019, 06:56
W artykule nie wspomniano o standardowych syrenach (fale grawitacyjne). Tutaj obliczenia wskazują narazie 70km/s.
Proponuję jeszcze sprawdzić prędkości podane w artykule, bo prędkość wyliczona dzięki CBM wynosi chyba 67km/s, a nie 57km/s. Wikipedia twiedzi, że od 2001 roku nikt nie wyliczył mniej niż 67km/s/Mpc:
https://en.wikipedia.org/wiki/Hubble's_law
Jajcenty, 3 sierpnia 2019, 07:12
Tak. w źródle: Such studies have shown the Hubble Constant to be 67.4 km/s/Mpc, with an error rate of just 0.5 km/s/Mpc.
Jarek Duda, 3 sierpnia 2019, 13:22
Przede wszystkim "stała" Hubble'a raczej już nie jest uznawana za stałą - przyjmuje się że rozszerzanie przyśpiesza, co oznacza "stałą" zależną np. od wieku obiektów użytych do pomiaru.
Ale w kosmologii raczej jesteśmy daleko od bycia pewnym czegokolwiek. Na przykład przyciąganie grawitacyjne (ściągające Wszechświat) maleje 1/r^2. Przyjmuje się że rozszerzanie jednak przyśpiesza z powodu ciemnej energii - prawo zachowania energii mówi że jej gęstość powinna maleć 1/r^3, czyli w końcu 1/r^2 grawitacja powinna wygrać - ostatecznie prowadząc do zapaści do punktu "Big Crunch".
Też zapaść jest konieczna dla możliwości modelu cyklicznego ( https://en.wikipedia.org/wiki/Cyclic_model ), który pozwala uniknąć bardzo problematycznego momentu początku czasu - który mając tylko przyszłość jest np. niezgodny z fundamentalną symetrią: CPT, też z perspektywy równania Einsteina które wymaga wewnętrznej krzywizny - niemającej sensu na "krańcu" rozmaitości.
W każdym razie jeszcze duuużo potrzebujemy czasu żeby móc mówić tutaj coś rzeczywiście pewnego.
Jarek Duda, 3 sierpnia 2019, 13:46
Tyle że ta zależność jest linowa wtw mamy jednostajne rozszerzenie, a nie np. przyśpieszające.
https://en.wikipedia.org/wiki/Hubble's_law#Time-dependence_of_Hubble_parameter
Jarek Duda, 3 sierpnia 2019, 13:57
Jasne można zdefiniować "na dzisiaj", tylko mówię że raczej nie jest już uznawana jako stałą - np. miliardy lat temu raczej była inna.
thikim, 3 sierpnia 2019, 14:57
Takie proste pytanie
To ile wynosiło H w czasie inflacji kosmologicznej?
To daje odpowiedź o fundamentalność tej średniej która jest używana do opisu obecnego stanu Wszechświata - nic ponadto.
mankomaniak, 3 sierpnia 2019, 15:02
Uwielbiam kompromitować naukowców. Ciemna energia ma stałą gęstość kolego - to jest podstawowa wiedza o niej, taka jest jej własność i nie oznacza to wcale, że prawo zachowania energii nie działa. Prędzej Wszechświat jest układem otwartym zwiększającym energię. Niewiarygodne, że ja, totalny laik z fizyki, muszę uczyć fizyki kogoś takiego jak ty.
Jarek Duda, 3 sierpnia 2019, 15:16
A skąd ta pewność? Jeszcze bardziej przekonanie że wszechświat jest układam otwartym - dlaczego nie widać efektów interakcji np. termodynamicznej z tym hipotetycznym czymś na zewnątrz?
Nie wiemy co to jest ciemna energia, możemy sobie gdybać różne rzeczy - założenie o stałej gęstości jest wbrew zachowaniu energii: oznacza że całkowita energia (pomnożona przez objętość) będzie rosła z rozszerzaniem się wszechświata, też będzie rósł procentowy wkład ciemnej energii do energii wszechświata.
Po prostu nie wiem i twierdzę że inni też nie mają podstaw na przekonanie że wiedzą.
mankomaniak, 3 sierpnia 2019, 15:22
Haha, zanim zaczniesz twierdzić, to się trochę zapoznaj z czymś takim jak internet. Poczytaj sobie, choćby nawet encyklopedię pwn:
https://encyklopedia.pwn.pl/haslo/ciemna-energia;3886511.html
" Niezwykłą właściwością ciemnej energii jest to, że jej gęstość jest stała pomimo rozszerzania się Wszechświata. "
I co teraz? Na pwn piszą bzdury? Wszędzie indziej też?
https://www.salon24.pl/u/zbigwie/890454,ciemna-energia-i-punkty-hawkinga-czyli-szalenstwo-sir-rogera-penrose
" Twierdzenie, że gęstość ciemnej energii jest stała, opiera się również na obserwacjach astronomicznych, a zatem jest również prawdziwe z pewną dokładnością: przez ostatnie 8 miliardów lat gęstość ciemnej energii zmieniła się nie więcej niż 1,1 razy. Możemy dziś powiedzieć to z pewnością. "
Jeszcze ci poszukać? Pamiętaj, że jestem totalnym laikiem z fizyki, który cię ośmieszył.
Jarek Duda, 3 sierpnia 2019, 15:33
To nie jest prawda objawiona tylko założenie - może prawdziwe, może nie - w każdym razie mówi że całkowita energia wszechświata rośnie z jego objętością, nie podając źródła tej dodatkowej energii - w tej postaci będąc sprzeczna z dość fundamentalną zasadą zachowania energii.
To że "pisze w książce" jest wystarczającym argumentem w religii, natomiast w nauce jesteśmy bardziej ostrożni - czy jest konkretny eksperyment pokazujący stałość tej gęstości?
Raczej nie - nawet ciemnej materii jeszcze nie udało się bezpośrednio zaobserwować. W kosmologii mamy tylko modele bazujące na olbrzymiej ilości założeń - jest ona bardzo odległa od pewności.
ps. A ta prawda objawiona była w której teorii? Tutaj są przykładowe: https://en.wikipedia.org/wiki/Dark_energy#Theories_of_dark_energy z komentarzem np.:
mankomaniak, 3 sierpnia 2019, 15:41
Jeżeli pwn mówi, że tak jest to tak jest, a nie że założenie. Gdyby nie było pewności, to nie napisaliby takiego zdania. W ogóle z czego ja się tłumaczę? Mam bronić tego co pwn napisało i udowodnić, że ma rację? Dobre.
Powiedziałem przecież, że nie jest sprzeczna z prawem zachowania energii, jeśli przyjmiemy układ otwarty. Ciężko to zapamiętać? Ja wiem, że ten bloger pokrętnie to tłumaczył, ale tego nie cytowałem, bo nie odnosiłem się do tego. Energia może być czerpana z innych wymiarów postulowanych przez teorię strun, superstrun itp. Wszystko idealnie wtedy jest wyjaśnione.
A tego już nie rozumiem do końca, ale podoba mi się:
Jarek Duda, 3 sierpnia 2019, 15:53
Pod tym artykułem PWN jest autor: Stanisław Bajtlik - przedstawiający swoją opinię, wskazując ulubioną teorię: kwintesencji.
Tutaj jest więcej hipotetycznych teorii: https://en.wikipedia.org/wiki/Dark_energy#Theories_of_dark_energy - zapytać się kogoś innego to pewnie wskaże inną.
Natomiast proszę wskaż mi tą która została potwierdzona eksperymentalnie? Eksperyment to główna różnica między nauką a religią.
Niestety jesteśmy bardzo daleko do tego - wcześniej zostają tylko subiektywne indywidualne opinie, mniej lub bardziej zgodne z innymi zasadami jak zachowania energii.
mankomaniak, 3 sierpnia 2019, 16:02
I co z tego? Teraz próbujesz deprecjonować jej istnienie.
A to ciekawe, bo nigdzie nie napisano, że stałość gęstości CE to opinia, tylko opisano to jako fakt. Więc pytanie: kłamiesz, mylisz się, czy pwn jest nieprecyzyjna?
Qion, 3 sierpnia 2019, 16:05
W swoich rozważaniach przyjmujesz błędne założenie, że prawo grawitacji Newtona F = G*M*m/(r*r) obowiązuje również w przypadku znacznych odległości kosmicznych rzędu milionów lat świetlnych. Tymczasem wiadomo, że tak nie jest. Przyspieszanie Wszechświata jest przypisywane ciemnej energii, której natura nie jest zbyt dobrze poznana. Mechanizm przyspieszania można by wyjaśnić wykorzystując znane prawa fizyki przy założeniu zmiennej gęstości energetycznej próżni. Od czasu opublikowania prac holenderskiego fizyka Hendrika Casimira i Dicka Poldera dotyczącego tzw. efektu Casimira, czyli oddziaływań kwantowych na siły powierzchniowe pomiędzy dwoma nienaładowanymi płytami w 1948 r. wiadomo, że próżnia nie jest tak naprawdę pusta, a wypełniają ją cząstki wirtualne - pary komplementarne elektron-pozyton, które pozostają w równowadze energetycznej tzn. ulegają anihilacji a następnie kreacji w tej samej ilości. Kwantowa próżnia tworzy tzw. pole Higgsa, w którym cząstki masowe nabywają masę dzięki bozonom Higgsa . W krótkim czasie po Wielkim Wybuchu (WW) Wszechświat ekspandował szybciej niż prędkość światła w próżni, gdyż rozszerzała się wówczas sama energia w fałszywej próżni. Po powstaniu masywnych cząstek i pierwiastków pojawiły się siły grawitacyjne, które oddziaływały również na cząstki wirtualne (pary elektron-pozyton) . Aproksymując ówczesny Wszechświat do wielkiej kuli na warstwy znajdujące się dalej od epicentrum WW oddziaływały większe siły grawitacyjne przy założeniu jednakowej gęstości masowej ówczesnego Wszechświata co jest zgodne z prawem Newtona. Powodowało to różnicowanie się gęstości energetycznej Wszechświata, która z czasem zaczęła maleć wraz z odległością od epicentrum WW. Korzystając z zasady zachowania energii lub zasady zachowania pędu prędkość galaktyk będzie rosła coraz bardziej w miarę poruszania się w coraz „rzadszej” próżni, gdyż na bozony Higgsa masywnych cząstek w tych galaktykach będzie oddziaływało coraz słabsze pole Higgsa, a przez to wartość masy tych cząstek będzie coraz mniejsza.
Jarek Duda, 3 sierpnia 2019, 16:13
mankomaniak, jak napisałem - nie wiem i uważam że zdecydowanie za wcześniej na pychę żeby tutaj mówić coś pewnego. Trudno mi dyskutować z prawdą objawioną - wskaż konkretny eksperyment np. potwierdzający stałość gęstości ciemnej energii to chętnie się przyjrzę.
Qion, siła Casimira w praktyce raczej działa na mikroskopowych odległościach ... co ciekawe ma też hydrodynamiczny analog:
mankomaniak, 3 sierpnia 2019, 17:04
Teraz już inaczej śpiewasz. Przypomnę, co napisałeś na początku:
Więc skoro "przyjmuje się", to i ty przyjmujesz, bo następnie zaczynasz się pogrążać, twierdząc, że gęstość CE powinna spadać zgodnie z prawem zachowania energii. Wykazałem ci, że tak nie jest i tak być nie musi. Co więcej, poczytaj sobie, np.
Dark energy as the weight of violating energy conservation
to może w końcu dotrze, że opowiadasz bzdury.
Niczego nie muszę wskazywać, bo to nie o to tutaj chodzi. To ty przecież zacząłeś od teoretyzowania o ciemnej energii. To ty przyjąłeś błędne założenia i jako z góry pewne. Wynika z tego, że to ty uprawiasz religię, nie ja. Ja tylko wykazałem twoją niewiedzę, a także to, że twoje wnioski są błędne.
Jarek Duda, 3 sierpnia 2019, 17:33
W przeciwieństwie do wielu wymyślonych modeli kosmologicznych, przykładami potwierdzonych podstawowych zasad fizyki są:
1) całkowita energia przy założeniu stałej gęstości = gęstość energii razy objętość
2) całkowita energia jest zachowana - jeśli gdzieś przybywa, to gdzie indziej musi ubyć.
Z którą z tych zasad się nie zgadzasz i dlaczego?
Jeśli zgadzasz się z obydwiema, to założenie że gęstość nie zmienia się z czasem, w połączeniu z rozszerzaniem się wszechświata, oznacza że całkowita energia wszechświata rośnie - nieprawdaż?
Jeśli tak to z zachowania energii potrzebujemy skądś ją brać - skąd?
KOPERek, 3 sierpnia 2019, 17:37
@UP
Ciemne materia i energia jak na razie są zaledwie teoretycznymi konstruktami wstawionymi do równań, aby te zgadzały się z obserwacjami. Jakiekolwiek twierdzenia na ich temat niewiele mają wspólnego z rzeczywistością. Równie dobrze mogę twierdzić, że za redshift odpowiadają "fioletowe międzygalaktyczne duszki".
mankomaniak, 3 sierpnia 2019, 18:13
A skąd mam wiedzieć, może z ukrytych wymiarów. To ja tak samo mogę zapytać a skąd w ogóle wzięła się energia? Zgodnie z twoim rozumowaniem, nie może wziąć się z niczego, zatem musiała istnieć zawsze, czyli też przed powstaniem wszechświata. Ale to oznacza, że musiał istnieć inny wszechświat, w którym ta energia mogłaby istnieć i w jakiś sposób uwolnić się do nowego wszechświata. No to już masz logiczną odpowiedź - może ten proces odbywa się jakby ciągle.
Jarek Duda, 3 sierpnia 2019, 18:24
Przechodzisz do innego problemu o którym wspominałem - hipotezy początku czasu, sprzecznej np. z symetrią CPT czy zachowaniem energii.
Dlatego osobiście preferuję hipotezę rozwiązującą m.in. te problemy (wymagając żeby nasz wszechświat ostatecznie się zapadł) - cyklicznego wszechświata w którym stała energia periodycznie się zapada i ponownie wybucha:
https://en.wikipedia.org/wiki/Cyclic_model
Qion, 3 sierpnia 2019, 20:34
Nie stwierdziłem, że siła Casimira powoduje przyspieszanie galaktyk, lecz stanowi potwierdzenie istnienia cząstek, dzięki którym występuje kwantowe pola Higgsa uczestniczące w procesie nabywania masy przez cząstki masywne. W zależności od gęstości tego pola masa ta może przyjmować różne wartości.
W podsumowaniu powyższej cytowanej pracy Daniela Sudarsky’ego jest napisane:
"To conclude, we have shown that violation of energy-momentum conservation can be reconciled with metric theory of gravity by taking the fundamental theory of spacetime to be unimodular gravity. This change of paradigm leads to an effective cosmological constant term in Friedmann’s equation, that can be seen as a record of the energy-momentum non-conservation during the history of the universe. It decreases or increases in time, whenever energy is created or lost, yet it becomes quickly a constant (at least in the models described here) as regular matter density dilutes with the expansion."
W tłumaczeniu:
"Podsumowując przedstawiliśmy, że złamanie zasady zachowania energii i momentu może być zgodne z metryczną teorią grawitacji przyjmując, że w fundamentalnej teorii czasoprzestrzeni obowiązują zasady unimodularnej grawitacji. Ta zmiana paradygmatu prowadzi do istnienia rzeczywistej stałej kosmologicznej w równaniu Friedmanna, która jest zapisem niezachowania energii i momentu w czasie historii Wszechświata. Zmniejsza się i wzrasta z czasem gdziekolwiek energia zostaje wytworzona lub utracona, a mimo to przyjmuje szybko wartość stałą (przynajmniej w modelach opisanych tutaj), ponieważ masowa gęstość materii maleje wraz z ekspansją."
Przedstawioną pracę fizyka Daniela Sudarsky’ego traktuję jako zapowiedź największego w historii kryzysu w fizyce.
https://www.salon24.pl/u/arkadiusz-jadczyk/959973,prawo-niezachowania-energii-i-unimodularna-bomba
Jarek Duda, 3 sierpnia 2019, 21:55
Potwierdzeń istnienia cząstek mamy wiele w otaczającej nas materii.
Pole Higgsa też trudno kwestionować, m.in. też jest kluczowe w modelach cząstek jako solitony topologiczne (dla kwantowania ładunku - w miejsce prawa Gaussa użyć tw. Gaussa-Bonneta: całka z krzywizny pola po zamkniętym obszarze to ładunek topologiczny w środku (liczba całkowita) - interpretując krzywiznę bardziej fundamentalnego pola jako pole EM dostajemy równania Maxwella z wbudowanym kwantowaniem ładunku - model Fabera, slajdy) - dzięki temu że potencjał Higgsa ma minimum (stan próżni) o nietrywialnej topologii, są możliwe oddziaływania dalekozasięgowe (EM jako bozony Goldstonea) - potencjał aktywuje się żeby uniknąć nieskończonej energii pola ładunku: pozwala tam zdeformować EM w inne oddziaływania, nadając cząstce energię spoczynkową (masę).
Natomiast prawa zachowania energii, pędu są trochę świętością mechaniki Lagranżowskiej - bezpośrednią konsekwencją symetrii z tw. Noether. Tutaj potrzeba baaaardzo silnych argumentów żeby je naginać - te kosmologiczne raczej do silnych nie należą.
Natomiast natury ciemnej materii/energii można szukać w szumie termicznym tych pól dodatkowych oddziaływań jak Higgsa - elektromagnetyczne stopnie swobody mają obecnie szum 2.7K promieniowania tła. Przez czas życia wszechświata powinny się stermalizować stopnie swobody pól pozostałych oddziaływań (grawitacyje, słabe, silne) też do około 2.7K - istotnie wpływając na energię wszechświata, w sposób trudny do bezpośredniej obserwacji.
ps. O widzę Johna Cramera - głośno o nim było odnośnie przesyłania informacji wstecz w czasie: https://www.theregister.co.uk/2007/06/14/time_travel_mad_scientist/
Z bloga Sabine: " Quoted in the Physics World article are George Ellis, who enthusiastically notes that the idea is “no more fanciful than many other ideas being explored in theoretical physics at present,” and Lee Smolin, according to whom it’s “speculative, but in the best way.” "
Afordancja, 3 sierpnia 2019, 22:40
https://www-rmf24-pl.cdn.ampproject.org/v/s/www.rmf24.pl/fakty/polska/newsamp-najnowsza-encyklopedia-pwn-zawiera-powazne-bledy,nId,103097?amp_js_v=a2&_gsa=1&usqp=mq331AQEKAFwAQ%3D%3D#referrer=https%3A%2F%2Fwww.google.com&_tf=Źródło%3A %1%24s&share=https%3A%2F%2Fwww.rmf24.pl%2Ffakty%2Fpolska%2Fnews-najnowsza-encyklopedia-pwn-zawiera-powazne-bledy%2CnId%2C103097
https://pomorska.pl/blad-w-encyklopedii/ar/6912007
Tak na boku
Odnośnie różnych wiar.
mankomaniak, 3 sierpnia 2019, 23:13
Wchodzimy:
https://encyklopedia.pwn.pl/haslo/Uniwersytet-Warminsko-Mazurski;3991462.html
Czyli błędu już nie ma. Internetowa encyklopedia ma to do siebie, że błędy będą poprawiane. Gdyby o ciemnej energii napisano błędnie, na pewno dawno by ktoś im to wytknął i też by poprawili.