Kozmoloji söz konusu olduğunda, bir soruyu cevaplamak sadece daha fazlasına yol açar. Sadece ışık al. Chanda Prescod-Weinstein Bir okuyucunun sorusuna dalıyor
“İlgili ölçeklerin büyüklüğünü hissetmek zor olabilir…”
Çoğumuz enflasyon konusunda endişelenmekle ilgili olabiliriz: hepimiz yaşam maliyeti ve siyasi liderlerimizin buna hitap etmek için ne yaptığından endişe duyuyoruz. Bazen kendime fizikte biraz isimlendirme sorunumuz olduğunu hatırlatmalıyım, çünkü enflasyon bizim için tamamen farklı bir şey ifade ediyor.
Kozmik enflasyon, evrenimizin neden en büyük ölçeklerde olduğu gibi göründüğünü açıklayan bir modeldir. Bu senaryoda, uzay-zaman bir saniyenin küçük bir kısmı için hızla genişledi. Bu, evrenin şu anda birbirleriyle temas halinde olmanın herhangi bir yolu olmayacak kısımlarının geçmişte böyle olabileceği anlamına gelir.
İlgili ölçeklerin büyüklüğünü hissetmek zor olabilir. Günlük duyarlılıklarımızın çok ötesinde olan bu mesafeleri bile anladığımızdan nasıl bu kadar emin olabiliriz? Geçen ayki sütunda, mesafeleri nasıl ölçtüğümüzü açıklayarak bu soruyu ele aldım. Ancak soruların kendi enflasyonu vardır: Bu bilmecenin cevaplanması daha fazla (iyi!) Sorular.
Bu sütunda, kozmik mesafeyi ölçmek için önemli bir aracın kırmızıya kayma adı verilen bir fenomen olduğunu açıkladım. Üzerine bazı kaba çizgiler çizilmiş bir balon düşünün. Şimdi balonun patladığını hayal edin. Keltikeler, zirvelerin ve vadilerin uzunluğu daha uzun süre büyür. Uzay-zaman süresi boyunca ilerlerken ışığa olan şey budur. Işık gerilir ve dalga boyu uzar – ve dolayısıyla daha kızarır, dolayısıyla ad.
Bu ışığın gerilmesi mesafeleri ölçmemize yardımcı olur. Uzak nesnelerden görmeyi beklediğimiz ışığın dalga boyunu hesaplıyoruz ve bunu gerçekten ölçtüğümüzle karşılaştırıyoruz. İkisi arasındaki fark, bize ve baktığımız nesne arasında ne kadar uzay-zaman genişlediğini anlatıyor. Bu da mesafeyi tahmin etmemizi sağlar. Kırmızıya kayma ölçümleri astronomik gözlemler ve laboratuvar deneyleri ile tekrar tekrar doğrulanmıştır.
Ancak bir soru arka planda gizlenir. Kuantum fiziği açısından, ışığın dalga boyu ışığın ne kadar enerjiye sahip olduğuna karşılık gelir. Mavimsi ışık, o kadar enerjik. Bu, ışık kırmızıya döndüğünde, düşük enerjili ışığa dönüştüğü anlamına gelir. Bunun karşısında, bu gerçekten rahatsız edici değil, sadece kuantum biliminin kozmoloji ile konuşmasında harika bir özelliği.
Enerji tasarrufu, günlük fizikte kuraldır, ancak kozmik kurallar bile bazen bükülür veya kırılır
Sorun? Fiziğimizin diğer fizikle tutarlı olmasını seviyoruz. Ve günlük fiziğin ilkelerinden biri, enerjinin korunmasıdır, enerjinin yaratılamayacağı veya yok edilemeyeceği fikri, sadece dönüştürülmüştür. Öyleyse, enerjinin korunmasının kırmızılan ışığa uygulandığını varsayarsak, bu soruyu davet eder: Işığın kayıp enerjisine ne olur? Zeki bir okuyucu bana bu soruyu sordu.
Cevap belki de şaşırtıcıdır: Enerji tasarrufu kuraldır, ancak kozmik kurallar bile bazen bükülür veya kırılır. Kozmik mesafeler durumunda, yönetim prensibi Albert Einstein’ın genel görelilik teorisidir. Uzay zamanları fikrini eğrilikle tanıtmakla en ünlü olan bu kavram, aynı zamanda, uzay-zamanın genişlemesinin mümkün olduğunu matematiksel olarak gösterebiliyoruz.
Genel göreliliğin bir başka özelliği de enerjinin korunmamasıdır. Başka bir deyişle, ışık kırmızıya kayarken enerjiyi kaybettiğinde, teori bunun gerçekten önemli olmadığını söylüyor. Enerjinin bir yere gitmesi gerekmez. Sadece kaybolabilir.
En azından, bu konuda konuşmanın bir yolu. Alternatif olarak, sadece ışığın enerjisi için değil, aynı zamanda yerçekimi ile ilişkili enerjiyi-uzay-zamandaki eğrilik miktarı ile de hesaba katmalıyız. Yıllar boyunca, durum hakkında görünüşte farklı bu iki farklı düşünme yolu çok fazla sorun yarattı. Hangi açıklamanın daha meşru olduğu konusunda gerçek anlaşmazlıklar vardır. Onları aynı madalyonun iki tarafı olarak görenler de var.
Kişisel alımım, bunun enerjinin ne olduğuna gelmesidir. Enerjinin tanımlanması zor olsa da, bunun ne olduğu ve parçacıklar veya yıldızlar gibi malzeme nesnelerinden kaynaklandığı hakkında bir fikir sahibi olabiliriz. Ama bir kez “uzay-zaman eğriliğinin onunla ilişkili enerjisi var” dediğimizde işler bulanıklaşıyor. Enerji nerede? Uzay zamanında her yerde? Bu enerjinin ne kadarı herhangi bir noktada? Ve benzeri. Bu soru enflasyonu!
Bu yüzden enerjinin korunmasının burada yararlı bir kavram olmadığını söyleyen insanlarla aynı fikirdeyim. Güvenle söyleyebileceğimiz, uzay-zaman eğriliğinin ve madde ile ilişkili enerjinin birbirini şekillendirmesidir. Uzay-zaman hareketi Maddeye nereye gidebileceğini söyler ve Matter’in kütlesi (enerjiye eşdeğer) uzay-zamana nasıl hareket edebileceğini söyler.
Chanda’nın Haftası
Ne okuyorum
Riley Black’s Dünya yeşil olduğunda: bitkiler, hayvanlar ve evrimin en büyük romantizmi Güzel.
Ne izliyorum
Yeniden izliyorum Star Trek: Garip Yeni Dünyalar Başından beri.
Ne üzerinde çalışıyorum
Newathena X-Ray Gözlemevi’nin bize nötron yıldızlarının içi hakkında ne öğreteceğini düşünüyorum.
Chanda Prescod-Weinstein, New Hampshire Üniversitesi’nde Fizik ve Astronomi Doçentidir. Düzensiz Kozmos ve Yaklaşan Kitap The Edge of Space-Time: Parçacıklar, Şiir ve Kozmik Dream Boogie’nin yazarıdır.
