Kozmos çok geniş, peki onu nasıl ölçebiliriz?

Kozmosun huşu uyandıran mesafelerini görselleştirmek zordur, bu yüzden bunları doğru ölçtüğümüzden nasıl emin olabiliriz? Şen Prescod-weinstein açıklıyor

Uzay ve uzay-zaman hakkında iletişim kurmanın en büyük zorluklarından biri, evrenin o kadar büyük olması, ölçeklerin hayal edilmesi çok zor. Sadece güneş sistemimizi anlamaya çalışmak bile zor olabilir. Güneşin 1 santimetre boyunca olduğu ölçek-doğru bir model yapsaydım, Pluto’yu 42 metre uzağa koymam gerekirdi. Evini bilmiyorum, ama benim içinde bir balo salonu yok – bu uzunlukla ilgili.

Yine de güneş sistemimiz Samanyolu ölçeğinde küçük. Galaksimizin görünür kısımların çok ötesine uzanan görünmez karanlık bir maddenin halesinde var olduğu gerçeğini göz ardı ederek, Samanyolu o kadar büyük ki, onu geçmesi yaklaşık 100.000 yıl ışığa çıkacak. Buna karşılık, ışık sadece 5.5 saat içinde güneşten plüton’a geçer.

Günlük mesafelerden ışık hızıyla ilgili birimlere geçtiğimi fark etmiş olabilirsiniz. Yüz bin ışık yılı 9.46 × 10²⁰ metre. Bunu görselleştirmenizi nasıl söyleyebilirim? Bunun bir Bajillion balo salonu olduğunu söyleyebilirim. Ve Samanyolu kozmosla karşılaştırıldığında oldukça küçük. Özellikle büyük bir galaksi bile değil. Komşumuz Andromeda iki kat daha geniş.

Bunun da ötesinde, uzay-zaman genişliyor. Bu, güneş sistemimiz veya Samanyolu gibi yerçekimsel olarak bağlı bölgelerdeki mesafe ölçümlerini etkilemez. Galaksiler arasındaki mesafeleri bile etkilemez: Samanyolu ve Andromeda aslında birbirlerine gidiyor, ancak nihai çarpışma çarpışan arabalardan daha nazik bir dans gibi olacak ve en azından 4.5 milyar yıl uzakta, bu yüzden korkmayın!

Ancak en büyük ölçeklerde uzay-zaman geriliyor ve galaks grupları birbirinden uzaklaşıyor. Bu Hubble Genişleme olarak bilinir ve evrendeki birçok mesafe ölçümünün değişeceği anlamına gelir. Milyarlarca yıl sonra, insanlar şu anda 50 milyon ışık yılı uzaklıktaki ABD ile Başak Galaxy kümesi arasındaki boşluk için farklı bir rakam alacaklar.

Prensip olarak, bu sayılar hayranlık uyandırıcıdır, ancak bazı şüpheciliği davet ettikleri anlaşılabilir. Her şeyden önce, bu ölçümlerden nasıl bu kadar emin olabiliriz? Bu aslında astronomide ince bir konudur. Bunu yapma şeklimiz, genellikle mesafeyi ölçmemize izin veren belirli yıldız türleri gibi bilinen parlaklık nesnelerini kullanmak, ölçümlerin bir “merdiveni” oluşturmaktır.

Uzay-zamanın genişlediği göz önüne alındığında, uzak galaksiler görüntülerimizde neden bir bulanıklık olarak görmüyoruz?

En düşük – en kolay – basamak, işlerin ne kadar uzakta olduğunu hesaplamak için düzenli olarak nabız atan Cepheid değişken yıldızlarının kullanılmasını içerir. Bunlar belirli bir mesafeye kadar etkilidir, bu noktada başka bir şeye geçmeliyiz. Son 30 yıldır, gökbilimciler belirli süpernova veya ölmekte olan yıldızlar kullandılar, çünkü uzay-zamanın genişlemesi ile ışıklarının nasıl uzatıldığını nasıl karakterize edeceğimizi biliyoruz. Bazıları da en parlak kırmızı dev yıldızlar hakkında bildiklerimizi kullanan başka yollar da var.

Uzun mesafeleri ölçme yeteneğimize yüksek bir güvenimiz var, ancak buna rağmen, bununla ilgili okuyuculardan birkaç soru aldığımı anlıyorum. Birincisi, evren genişledikçe ışığa ne olacağı ile ilgilidir. Kozmolojik resmimizin standart bir parçası, tıpkı bizden uzaklaşan bir sirenin sıklığının aşağı kaydırılması gibi, ışık dalgaları uzay-zaman genişledikçe ışığı reddettikçe gerilmiştir. Bu kırmızıya kaymanın ölçülmesi, daha önce de belirtildiği gibi mesafeyi ölçmek için süpernova kullanmamız için çok önemlidir.

Redshift ayrıca ışığın eskisinden daha düşük enerjiye sahip olduğu anlamına gelir. Ancak şüpheli görünen kayıp enerjinin gittiği belirgin bir yer yok. Genellikle, enerjiden kurtulduğumuzda, bir yere gider. Newton fiziğinde bu gereklidir. Ancak genel olarak görelilik değildir. Başka bir deyişle, uzun mesafeleri ölçmemizi mümkün kılan şey, enerjinin evrende nasıl hareket ettiğine dair günlük kavramlarımızı ihlal eden bir şeydir.

Son zamanlarda bir okuyucudan gelen bir başka soru, yeni Vera C. Rubin Gözlemevi’nin ilk görüntüleri arasında olduğu gibi uzak galaksilerin resimleri ile ilgilidir. Uzay-zaman genişlediği için galaksileri bulanıklık olarak görmemeli miyiz?

Burada akılda tutulması gereken önemli şey, uzay-zamanın genişlemesini “görmenin” Lewis Hamilton’u F1’de izlemek gibi olmadığıdır. Bir yarış milyarlarca yıl sürerse, gerçekten, gerçekten çok uzakta F1’i izlemek gibi. Bu ölçekte, arabalar gözle görülür bir şekilde hareket etmezdi. Galaksilerin bizden uzaklaştığını bilmemizin tek yolu, kırmızıya kayma gibi bir şeyi ölçmektir ve bu sadece Galaksinin gerçek zamanlı hareketinin bir gözlemi değil, ışığın nasıl gerildiğinin bir ölçümüdür.

Özellikle bu tür soruları seviyorum çünkü bilim iletişimcilerinin izleyicilerimizle konuşmak için kullandıkları metaforların kalbine gidiyorlar. Bunu takdir ediyorum Yeni bilim adamı Okuyucular bu metaforları sınırlarına itiyorlar!

Chanda’nın Haftası

Ne okuyorum

Halka açık olacak nedenlerden dolayı çok fazla Alice’in Harikalar Diyarında Maceraları.

Ne izliyorum

Sonunda gördüm ve keyif aldım İstasyon on bir.

Ne üzerinde çalışıyorum

Kuantum alanlarının gerçekte ne olduğu hakkında çok şey düşünüyorum. Garip!

Chanda Prescod-Weinstein, Fizik ve Astronomi Doçenti ve New Hampshire Üniversitesi Kadın Çalışmaları’nda çekirdek öğretim üyesidir. En son kitabı Düzensiz Kozmos: Karanlık Maddeye Bir Yolculuk, Uzay Zamanı ve Hayaller Ertelenmiş