Вселенная выглядит причудливо: обилие галактик, множество скоплений, но ничего значительно большего по размеру.
Почему она стала такой?
Мы невероятно небрежно относимся к формированию своих убеждений, но обнаруживаем неоправданную страсть к ним, как только кто-то предлагает лишить нас их компании.Конечно, у большинства из нас есть представления о том, как наша Вселенная стала такой, какая она есть.
Но некоторые детали, какими бы научными они ни были, сбивают с толку.
На этой неделе у меня вопрос от Тома Андерсона: Темная материя притягивает, темная энергия отталкивает. Темная энергия постоянно расширяет пространство между гравитационно связанными галактиками/скоплениями, и нынешнее научное понимание состоит в том, что она будет вечно расширяться, охлаждаться и закончится «Большим замораживанием».
Но гравитационно-связанные системы не расширяются, а совокупная гравитационная сила темной и обычной материи равна или превышает силу отталкивания темной энергии и обычной энергии.
Почему Вселенная вообще расширилась после Большого взрыва? Почему темная материя не противодействовала темной энергии в начале Вселенной? Вопрос насыщенный, поэтому давайте разобьем его на части.
Принципы работы Вселенной и формирования таких структур, как звезды, галактики и скопления, находятся за пределами нашего повседневного опыта.
Проще говоря, Вселенная состоит из расширяющегося пространства-времени, и скорость расширения начинается с некоторого значения, определяемого физикой космической инфляции и тем, как заканчивается инфляционный период. 
Но скорость расширения не остается постоянной после окончания инфляции, поскольку Вселенная наполнена всевозможными другими формами энергии: излучением, материей, антиматерией, нейтрино, темной материей и небольшим количеством энергии, присущей космосу, известной как темная энергия.
Именно сочетание всего этого – меняющегося с расширением Вселенной – определяет изменение скорости расширения с течением времени.
В глобальном масштабе, если взять всю Вселенную в целом, она либо полностью схлопнется, либо будет бесконечно расширяться, либо окажется на границе этих двух случаев – в зависимости от того, каковы именно соотношения всех различных форм энергия, присутствующая во Вселенной, оказывается.
Похоже, что во Вселенной, в которой мы живем, она будет расширяться вечно, и темная энергия станет доминирующей силой в будущем.
Но этот анализ не работает на всех масштабах Вселенной: он описывает сценарий лишь в глобальном масштабе.
Он говорит, что в нашем случае в будущем все объекты, не связанные друг с другом гравитацией, будут с ускорением разлетаться друг от друга.
Но остаются системы, связанные гравитацией, существующие в малых масштабах в огромных количествах, в средних - в умеренных количествах, а в больших - редко, но встречающиеся.
И все они оказываются частью одной и той же космической истории.
Вселенная не родилась идеально гладкой, с одинаковым количеством материи, излучения, темной материи и темной энергии во всех местах.
Если бы это было так, Вселенная была бы ужасно скучным, идеально однородным морем, где повсюду было бы одно и то же.
Не было бы звезд, галактик, планет, пустот, людей, животных, жизни, скоплений, нитей.
Вместо этого с самого начала времен во Вселенной были области повышенной и пониженной плотности на всех масштабах: малых, средних и больших.
Темная материя способствует росту областей с высокой плотностью населения , и они могут сделать это достаточно быстро, чтобы разрушиться под действием гравитации всего за десятки миллионов лет. Это как если бы во Вселенной были небольшие области с такой высокой плотностью, что если бы вся Вселенная была такой плотной, она бы довольно быстро сжалась! 
Конечно, многие другие области имеют плотность ниже средней, и они отдают свое вещество областям с высокой плотностью.
Если бы вся Вселенная была похожа на эти пятна, у нас было бы очень и очень мало звезд, галактик и скоплений.
Но именно это разнообразие начальных условий во Вселенной позволило нам получить то многообразие всего, что мы видим сейчас.
В космической битве между темной материей и темной энергией, гравитацией против расширения, в битве между космическим «притяжением», формирующим структуры, и космическим «отталкиванием», которое этому препятствует, есть победители и проигравшие.
Мы легче замечаем победителей, потому что они излучают и поглощают видимый свет и свет из других частей электромагнитного спектра, что приводит к гравитационному линзированию, а также потому, что присутствие чего-либо легче обнаружить, чем его отсутствие.
Но есть и пустые области, которые тоже имеют значение, и их гораздо больше, чем «полных»! Объединенная гравитационная сила темной и обычной материи может преодолеть как первоначальное расширение, так и дополнительную ускоряющую силу темной энергии, но только в небольших масштабах и в довольно ранние времена.
Увеличивая масштаб, мы видим, что отталкивание имеет все больше и больше побед, и в самых больших масштабах оно всегда побеждает. Вселенная сначала расширилась благодаря условиям, заданным инфляцией, а способности к обратному сжатию — благодаря гравитационному притяжению материи, темной материи, излучения и нейтрино — оказалось достаточно для победы лишь в избранных местах.
Притяжение побеждало не везде, а лишь в меньшинстве случаев и в среднем проигрывало.
Именно поэтому, наблюдая за нашей Вселенной, мы видим множество разбросанных по ней галактик, многие из которых собрались в группы и крупные скопления, а в больших масштабах выстраиваются вдоль линий.
Но эти группы, состоящие из тысяч галактик и простирающиеся на сотни миллионов световых лет, вероятно, являются крупнейшими из гравитационно-связанных структур.
В более крупных масштабах все структуры временны, и присутствие темной энергии в конечном итоге разорвет их.
Если бы во Вселенной было хоть немного больше темной материи – на 1/10 24 больше - он бы снова сжался миллиарды лет назад. В течение очень долгого времени она была прекрасно сбалансирована – гравитация локально побеждала в некоторых местах, проигрывая в других – но теперь, когда темная энергия стала доминирующей, мы видим, что ее влияние будет побеждать.
В конце концов, она победит в самых крупных масштабах и во всем, что не было связано гравитацией в первые семь или около того миллиардов лет жизни Вселенной.
Спасибо за отличный вопрос, и я надеюсь, что объяснение было понятно вам и другим.
Отправьте меня Ваши вопросы и предложения для будущих статей.
Теги: #астрономия #Популярная наука #физика #темная энергия #спроси Итана #большой взрыв #темная материя
-
Загрузите Linux За 5 Секунд
19 Oct, 24 -
Планшет Windows 8″ — Периферия И Программы
19 Oct, 24 -
Идеи Для Google
19 Oct, 24 -
Мое Видеорезюме
19 Oct, 24 -
Футбольный Мяч И Фуллерены
19 Oct, 24
