Välkommen till Resurscentrums frågelåda!

 

Vill du ha ett snabbt svar - sök i databasen: Anpassad Google-sökning
(tips för sökningen).
Använd diskussionsforum om du vill diskutera något.
Senaste frågorna. Veckans fråga.

21 frågor/svar hittade

Universum-Solen-Planeterna [20517]

Fråga:
1. Roterar allt i universum åt samma håll? 2. En ide- Big bang, var ett svart hål från början som sög in materia och vars rotationsenergi överträffade gravitationen så att kvarkar och allt, som inte kan existera i fritt tillstånd gav upphov till explosionen och inflationen. Och detta kan ske igen i ett nytt svart hål någon annanstans. Vad tror ni om detta? Tack/ Joakim
/Joakim M, Kungsbacka

Svar:
Nej, allt roterar inte åt ett håll. Mätningar av rotationen hos ett stort antal galaxer ger dock en asymmetri på 7%, se länk 1. Detta anses emellertid inte helt övertygande.

Det grundläggande antagandet inom kosmologin är att universum är homogent och isotropiskt, dvs det ser ungefär likadant ut, oavsett var man än befinner sig och vart man än tittar, se Kosmologiska_principen .

Länk 2 är ett senare arbete där man gjort mycket detaljerade mätningar på den kosmiska bakgrundsstrålningen (se fråga 705 ). Detta är ett citat från huvudförfattaren till artikeln:

"You can never rule it out completely, but we now calculate the odds that the universe prefers one direction over another at just 1 in 121,000. We're very glad that our work vindicates what most cosmologists assume. For now, cosmology is safe."

Ett roterande universum skulle dessutom vara svårt förstå om man accepterar inflationsteorin (se fråga 17472 ) eftersom den snabba expansionen borde sudda ut en rotation.
/Peter E

Nyckelord: kosmologi [21]; kosmisk bakgrundsstrålning [14];

1 http://www.dailygalaxy.com/my_weblog/2011/07/-is-the-universe-spinning-new-research-says-yes.html
2 https://phys.org/news/2016-09-scientists-universe.html

*

Universum-Solen-Planeterna [20330]

Fråga:
Kanske uppfyller jag inte kraven för Er frågelåda, men då min son och jag lär oss via Er sida kanske vi kan anses vara ett kvalificerat par?

Enligt fråga 7254 likställer Ni vakuumenergi med mörk energi. Är det verkligen samma sak?

Eftersom jag inte har lyckats hitta de svar till de frågor vi har, tillåter jag mig att be ödmjukast om hjälp:

Är mörk energidensiteten konstant över Universum? Och i så fall: varifrån tas energin som skapar m.e. när U. utvidgas? Kan man notera förändrade värden för m.e. med avseende på tid? Enligt engelskspråkiga Wiki är den trög/sammanhängande och ovillig till att förflytta sig, på ett ungefär. Men definitionen antyder att den kan dra sig samman. Eller är den självgenererande?

Jag önskar verkligen att vi får hjälp... för vi sitter fast!
/Stefan p, Sundsvall

Svar:
Hej Stefan och son! Vi försöker svara så gott vi kan på alla frågor som är av allmänt intresse och innehåller någon fysik. Ibland är det dock så att det inte finns något svar eller att vi helt enkelt inte vet!

Du syftar nog på fråga 7258 .

Om man tolkar vakuumenergi som mörk energi (eller den kosmologiska konstanten) är man definitivt fel ute. I Dark_energy#Cosmological_constant sägs det:

A major outstanding problem is that most quantum field theories predict a huge cosmological constant from the energy of the quantum vacuum, more than 100 orders of magnitude too large.
Jag har korrigerat formuleringen i svaret till fråga 7258 som kunde missuppfattas. Hundra storleksordningars diskrepans är allvarligt även för de vildaste fysikteorier !

Vad gäller dina övriga frågor så är det helt enkelt så att vi inte vet. Kosmologin har visserligen de senaste decennierna gått från att vara vilda spekulationer till en vetenskap byggd på observationer, men vi har ännu ingen heltäckande och allmänt accepterad teori.

Se även Cosmological_constant_problem#Cosmological_constant_problem
/Peter E

Nyckelord: mörk energi [5]; kosmologi [21];

*

Universum-Solen-Planeterna [20051]

Fråga:
Hej! Jag undrar vad ni säger om det här klippet jag såg: https://youtu.be/UpIiIaC4kRA Stämmer alla uppgifter i klippet? Har personen som gjorde klippet missat något, vad i så fall? Om länken inte funkar, sök på "the fine tuning of the universe" på YouTube. Klippet är 6 min och 27s långt. Jag hade verkligen uppskattat svar!
/Eskil F, Mariaskolan, Malmö

Svar:
Eskil! Jag antar att du, eftersom du ställer frågan, är lite misstänksam. Källkritik är viktig eftersom det finns mycket skräp och felaktigheter på webben.

Det första man skall fundera på är om källan till information har en alternativ agenda, alltså inte enbart redovisa vetenskapliga fakta och teorier på ett balanserat sätt.

Videon du refererar till är från en site som heter Reasonable faith (länk 1). Redan namnet får alarmklockorna att ringa! När det sedan framgår att avsikten är av påvisa existensen av en gud genom att (bland mycket annat) hävda att naturkonstanterna har exakt de mycket väldefinierade värden som krävs för att stjärnor och planeter med avancerade livsformer skall kunna bildas.

Detta är nära besläktat med kreationisternas (se Intelligent_design ) resonemang att livsformer är alltför är alltför komplexa för att ha kunnat utvecklas enligt Darwins teori genom mutationer och naturligt urval, se fråga 13720 .

Den klassiska invändningen mot ovanstående är naturligtvis: om det finns en gud som skapat vårt universum med liv och allt, vem skapade denna gud? Existensen av en skapande gud löser alltså inga problem!

I den första videon nedan hävdas (utan angivande av källa) att gravitationskonstanten G inte kan avvika från den befintliga med mer än en del på 1060. Detta är naturligvis fullständigt nonsens: G kan variera med mycket mer utan att påverka universums struktur särskilt mycket.

I videon påstås: "The constants and quantities are not determined by the laws of nature. There is no reason or evidence to suggest that fine tuning is necessary."

Konstanterna kan mycket väl bestämmas av fysikaliska lagar, visserligen inte av nu kända lagar, men det är inte uteslutet att framtida teorier (storförenad teori (GUT), strängteori?) kan förutse värden av konstanter eller förhållanden mellan konstanter.

Man använder sig även av det pseudovetenskapliga tricket med korta citat från kända fysiker. Tagna ur sitt sammanhang ger dessa i flera fall en falsk bild av deras syn på religion.

Det finns flera exempel på påståenden att naturkonstanterna måste vara mycket exakt anpassade. Bilden sist i svaret ger ett exempel från länk 2. De givna värdena är vagt definierade eller fullständigt felaktiga. Inga referenser för den givna precisionen ges.

Här är videon från Reasonable faith:

Här är Lawrence Krauss invändningar mot att naturkonstanter är exakt anpassade. (Från en diskussion om guds existens.)

Wikipedia-artikeln Fine-tuned_Universe är bra och balanserad. Se även fråga 19902 .



/Peter E

Nyckelord: naturkonstant [5]; kosmologi [21];

1 http://www.reasonablefaith.org/finetuning
2 http://www.godandscience.org/apologetics/designun.html

*

Universum-Solen-Planeterna [20034]

Fråga:
I den sk fluktuationsspektrumkurvan (ex i Max Tegmarks "Vårt Matematiska Universum" och Ulf Danielssons "Mörkret vid Tidens Ände") är Y-axeln temp-fluktuaton och X-axeln Multipol Moment. Vad är Multipol? och vad säger oss Kurvan?
/Björn G, Sundborn

Svar:
Björn! En detaljerad förståelse kräver en del, men en kvalitativ förståelse är inte oöverstiglig.

Temperaturen hos den kosmiska bakgrundsstrålningen är lite olika i olika riktningar. Temperaturen är alltså en funktion av två vinklar q,f. (Man använder normalt galaktiska koordinater.) För att specifiera uppmätta värden skulle det erfordras att man definierar temperaturen i oändligt många punkter. Detta är naturligtvis opraktiskt.

I stället representerar man temperaturen med en summa av vinkelfunktioner. Detta är analogt med att t.ex. representera trigonometriska funktioner med en Taylor-utveckling, se Taylorserie .

För funktioner som beror av vinklar använder man normalt klotytefunktioner, se Klotytefunktion för utvecklingen. Klotytefunktionen har två parametrar, grad (multipol eller multipolmoment) l och ordning m.

Figuren du refererar till visas nedan (länk 1 från ESA). Eftersom tolkningen i termer av multipoler (övre x-axeln) är lite svår att förstå har man även lagt in en skala (nedre x-axeln) som representerar den typiska "bubbelstorleken".

De röda punkterna i figuren är mätningar från Planck-proben. Den gröna kurvan är den bästa anpassningen av parametrarna i den kosmologiska standardmodellen. Man måste säga att överensstämmelsen mellan teori och uppmätta data är imponerande!

Vi ser att det finns en stor topp vid c:a 1o. Detta kan man tolka som att vårt universum är plant -- se resonemanget i fråga 18978 .

Se vidare länk 1 och 2.



/Peter E

Nyckelord: big bang [33]; kosmisk bakgrundsstrålning [14]; kosmologi [21];

1 http://sci.esa.int/planck/51555-planck-power-spectrum-of-temperature-fluctuations-in-the-cosmic-microwave-background/
2 http://sci.esa.int/planck/51562-the-power-spectrum-of-temperature-fluctuations-in-the-cosmic-microwave-background-ndash-animation/

*

Universum-Solen-Planeterna [19902]

Fråga:
Hur skulle Universum vara ifall gravitationen var en svagare kraft/materia påverkade rumtiden mindre? Skulle avancerat liv då kunnat utvecklas på en planet mycket större än Jorden? Skulle det kunna finnas en mycket större diversitet av liv på en sådan hypotetisk planet? Hur skulle horisonten se ut? Skulle tryck och graviation bete sig likadant ifall planeten var mer massiv och hade en större atmosfär? Skulle planeten ha ett kraftigare magnetfält? Skulle där vara en större vulkanisk aktivitet? Skulle man kunna se längre?

Skulle bli mycket glad ifall jag fick detaljerade svar på dessa frågor och hur ett Universum med en svagare gravitation skulle se ut. Jag är också intresserad av hur snabbt stjärnors fusion skulle gå och hur långlivade de skulle vara i ett sådant hypotetiskt Universum.
/Philip A, Nya Malmö Latin, Malmö

Svar:
Philip! Det var en massa frågor, varav flera är svåra eller omöjliga att svara på!

Generellt är värden på naturkonstanter av stor betydelse för universums utveckling. Även ganska små avvikelser från de värden vi kan mäta upp gör galaxer, stjärnor, planeter och liv omöjliga. Stjärnor behövs ju inte bara för att ge planeter lagom temperatur för liv utan även för att bygga upp ämnen som är tyngre än väte och helium (vilka ju bildades vid big bang).

Det finns alltså ett antal naturkonstanter som måste ha det aktuella värdet för att planeter och liv skall uppstå. Är detta en tillfällighet? Nej, naturligtvis inte. Med avvikande värden skulle vi inte existera, och alltså inte kunna fundera på varför konstanterna är vad de är (Physical_constant#Anthropic_principle ).

Se vidare Fysikalisk_konstant , länk 1 och 2 nedan.
/Peter E

Nyckelord: kosmologi [21]; naturkonstant [5];

1 http://www.focus.org.uk/gravity.php
2 https://sciencebits.wordpress.com/2008/08/26/what-if-gravity-was-weaker-or-stronger/

*

Universum-Solen-Planeterna [19356]

Fråga:
Med vilken hastighet expanderar de "yttersta" delarna av universum?
/Veckans fråga

Ursprunglig fråga:
Hej! Universum utvidgas enligt gällande modell. Med vilken hastighet sker det i de "yttersta" delarna? Pågår inflation därborta fortfarande eller var det något som bara ägde rum strax efter Stora Smällen?
/Thomas Å, Knivsta

Svar:
Standardsvaret om delar av universum expanderar med en hastighet överstigande ljushastigheten är ja, men man skall ha klart för sig att man kan definiera hastigheter och avstånd på flera sätt, se Faster-than-light#Universal_expansion .

Låt oss passa på tillfället att ta upp annonseringen i går (17/3/2014) att man fått direkta stöd för inflationsteorin och att man har fått fram indikationer på gravitationsstrålning, se pressmeddelandet under länk 1.

Ett par citat ur pressmeddelandet:

Researchers from the BICEP2 collaboration today announced the first direct evidence for this cosmic inflation. Their data also represent the first images of gravitational waves, or ripples in space-time. These waves have been described as the "first tremors of the Big Bang." Finally, the data confirm a deep connection between quantum mechanics and general relativity.

"This has been like looking for a needle in a haystack, but instead we found a crowbar," said co-leader Clem Pryke (University of Minnesota).

When asked to comment on the implications of this discovery, Harvard theorist Avi Loeb said, "This work offers new insights into some of our most basic questions: Why do we exist? How did the universe begin? These results are not only a smoking gun for inflation, they also tell us when inflation took place and how powerful the process was."

Båda dessa upptäcker (inflation och gravitationsvågor) är, om de bekräftas, av nobelprisklass. Vad man gjort är att man har mätt cirkulärpolarisationen av den kosmiska bakgrundsstrålningen (se nedanstående bild) med ett teleskop (BICEP2) på sydpolen. Placeringen på sydpolen är för att undvika att mikrovågsstrålningen absorberas av vattenånga. Sydpolen är den bästa platsen för detta eftersom den befinner sig på 3000 m:s höjd i jordens torraste öken.

Här är inslag från Sveriges Radio/SVT:

http://sverigesradio.se/sida/default.aspx?programid=406
http://sverigesradio.se/sida/avsnitt/333765?programid=412
http://www.svt.se/nyheter/vetenskap/eko-fran-big-bang-upptackt

Fler länkar:

http://www.popast.nu/2014/03/spar-av-gravitationsvagor-bekraftar-universums-ofattbara-inflation.html
http://www.huffingtonpost.com/max-tegmark/good-morning-inflation-he_b_4976707.html
http://www.dn.se/nyheter/vetenskap/vagor-visar-universums-forsta-sekund/
http://profmattstrassler.com/articles-and-posts/relativity-space-astronomy-and-cosmology/history-of-the-universe/inflation/
http://profmattstrassler.com/articles-and-posts/relativity-space-astronomy-and-cosmology/history-of-the-universe/hot-big-bang/
http://profmattstrassler.com/2014/03/17/bicep2-new-evidence-of-cosmic-inflation/

Se dock:
http://sverigesradio.se/sida/artikel.aspx?programid=415&artikel=5976181 http://www.svt.se/nyheter/vetenskap/beviset-for-universums-fodelse-minst-halften-var-damm
... och guldet blev till damm?



/Peter E

Nyckelord: big bang [33]; inflation [5]; gravitationsvågor [10]; kosmisk bakgrundsstrålning [14]; kosmologi [21]; nyheter [11];

1 http://www.cfa.harvard.edu/news/2014-05

*

Universum-Solen-Planeterna [19225]

Fråga:
Vad består universum av?
/Veckans fråga

Ursprunglig fråga:
Hej! Ibland ses i medier uppgifter om antal partiklar per m^3 eller antal partiklar per cm^3 i rymden, dvs långt utanför jordatmosfären. Antalet varierar rätt mycket och jag undrar om det finns något tillförlitligt värde och vilket detta är. Finns även något beräknat/uppmätt värde på antal neutriner per m^3? Även fotoner borde kunna räknas på analogt sätt. Finns mätvärde?
/Thomas Å, Knivsta

Svar:
Densiteten av materia i universum varierar mycket från superhöga densiteter i svarta hål och neutronstjärnor till mycket låga värden utanför galaxhopar. Jag antar emellertid att du frågar om medeldensiteten.

Den klassiska kosmologin med bara normal (baryonisk) materia gav en densitet på 6 väteatomer/m3 om universum var plant (kritisk densitet). Eftersom endast 4.6% av den totala energin (massan) är baryoner (se fråga 18686 ), så sjunker baryondensiteten till c:a 1/4 väteatom/m3. Från förekomsten av lätta nuklider efter Big Bang kan man dra slutsatsen att en försumbar del av den mörka materien är baryoner. Denna måste alltså bestå av något okänt, t.ex. WIMPs ("tunga neutriner").

Nära tiden för Big Bang dominerade strålning över materia (till höger i nedanstående figur där 1/R [skalfaktorn R] är stort). Allteftersom universum expanderar (R blir större) avtar materietätheten som 1/R3. Strålningstätheten avtar emellertid som 1/R4 eftersom man även måste ta hänsyn till att strålningens energi avtar på grund av att våglängden ökar som R. Vid en punkt är alltså densiteten av strålningsenergi och materia lika. Nu (13.75 miljarder år efter Big Bang) är strålningsenergin nästan försumbar.

Antalet fotoner är 3.7*108/m3 *. Detta låter som mycket, men man skall komma ihåg att energin för temperaturstrålning vid 2.7 K är mycket liten (3kT=1.1*10-22 J).

I länk 1 diskuteras den kosmiska densitetsparametern W och hur denna är summan av materian (baryonisk och mörk), relativistiska partiklar (neutriner och fotoner) samt mörk energi.

Vad gäller densiteten av kosmiska neutriner så har man ännu inte detekterat dessa, men teoretiska beräkningar uppskattar att det finns 3.3*108/m3 **. Detta är som synes nästan exakt samma som ovanstående fotondensitet.

Se även länk 2 och Cosmic_neutrino_background . ____________________________________________________________
* http://www.maths.qmul.ac.uk/~jel/ASTM108lecture8.pdf.
** http://lappweb.in2p3.fr/neutrinos/anunivers.html



/Peter E

Nyckelord: kosmologi [21]; kosmisk bakgrundsstrålning [14]; materia [5]; mörk materia [16]; mörk energi [5]; WIMPs [3];

1 http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/astro/denpar.html
2 http://map.gsfc.nasa.gov/universe/uni_matter.html

*

Universum-Solen-Planeterna [19191]

Fråga:
Hej! På radio rapporteras att man nu iakttagit en galax 30 miljarder ljusår bort. Det synliga universum får väl sägas ha sin "kant" 13,7 ljusår bort. Kan man på ett enkelt sätt förklara den stora skillnaden i avstånd? Galaxen ligger ju långt utanför det synliga universum, kan man tycka.
/Thomas Å, Knivsta

Svar:
Originalartikeln finns under länk 1.

Avståndet 30 miljarder ljusår är något som kallas Comoving distance, se Comoving_distance . Begreppet är inte helt lätt att förstå, men låt oss säga att det är avståndet i dag som vi skulle mäta med ett måttband om vi inte behöver ta hänsyn till den ändliga ljushastigheten. Sedan ljuset sändes ut från galaxen har den ju rört sig längre bort på grund av universums expansion.

Under länk 2 finns en kalkylator för att transformera rödförskjutning z till andra mått. Om vi skriver in z=7.51 och klickar på Flat får vi följande resultat (något förkortat):

For Ho = 71, OmegaM = 0.270, Omegavac = 0.730, z = 7.510

 • It is now 13.665 Gyr since the Big Bang.
 • The age at redshift z was 0.709 Gyr.
 • The light travel time was 12.957 Gyr.
 • The comoving radial distance, which goes into Hubble's law, is 8991.0 Mpc or 29.324 Gly.

1 Gly = 1,000,000,000 light years or 9.461*1026 cm.
1 Gyr = 1,000,000,000 years.
1 Mpc = 1,000,000 parsecs = 3.08568*1024 cm, or 3,261,566 light years.

Galaxens nuvarande avstånd är alltså nästan 30 miljarder ljusår. Jag tycker att åldern vid en viss rödförskjutning, i detta fall 709 miljoner år, är ett mer användbart mått.

Bilden nedan visar en simulering av universums storskaliga struktur: "The evolution of the universe is based on the idea of gravitational instability, whereby initial tiny fluctuations in the density of the Universe grew under the influence of gravity to form the large-scale gravitational structures we see around us today."
http://bolo.berkeley.edu/polarbear/?q=science



/Peter E

Nyckelord: kosmologi [21]; universums expansion [14]; *verktyg [8];

1 http://www.nature.com/nature/journal/v502/n7472/full/nature12657.html
2 http://www.astro.ucla.edu/~wright/CosmoCalc.html

*

Universum-Solen-Planeterna [18978]

Fråga:
Hur kan man bestämma universums krökning?
/Veckans fråga

Ursprunglig fråga:
Läsandes "A universe from nothing" av Lawrence M Krauss är det en sak jag inte begriper. Det kan ha att göra med bristfälliga engelska- eller fysikkunskaper, men jag skulle väldigt gärna vilja förstå detta då jag finner det spännande.

I bokens tredje kapitel redogör han för hur man i slutet av 1990-talet med hjälp av en (eller flera?) ballong över antarktis gjorde mätningar av bakgrundsstrålningen i ett projekt som gick under benämningen BOOMERANG. Enligt författaren kan man ur denna data, samt faktumet att universum var 300000 år gammalt då strålningen sändes ut och inget då kunde ha förflyttat sig längre än just 300000 ljusår dra slutsats huruvida universums form är öppet, slutet eller plant, via någon slags vinklar. Resultatet blev tydligen det sistnämnda. Tyvärr förstår jag inte och skulle vilja ha det beskrivet på svenska.
/Niklas A, Ystad

Svar:
Boken finns även utmärkt översatt till svenska: Ett universum ur ingenting, Fri Tanke förlag. Se Lawrence_M._Krauss för information om författaren och A_Universe_from_Nothing:_Why_There_is_Something_Rather_than_Nothing om boken.

Nu är det kanske inte engelskan som är problemet. Det här handlar om mycket kompexa och anti-intuitiva saker. Men jag skall göra ett försök till förklaring så långt jag begripit det.

Boken behandlar kosmologi, dvs hur universum skapats och utvecklats och dess storskaliga struktur. Låt oss börja med att diskutera bokens titel. Hur kan universum uppstå från ingenting? Universum innehåller ju bevisligen energi i form av materia och strålning. Gäller inte lagen om energins bevarande?

Jodå, den gäller men energi påverkas av gravitation. Kroppar som befinner sig i ett gravitationsfält har viloenergi (E=mc2), rörelseenergi och potentiell energi. Om en kropp är bunden i gravitationsfältet (som månen av jordens) så är den potentiella energin negativ. Man kan alltså skapa materia och strålning genom att den potentiella energin blir mer negativ. Detta är inte alls konstigt, det sker när en atom sänder ut ljus (där är kraften den elektromagnetiska) och vid betasönderfall då en elektron skapas.

Den teoretiskt vackraste (och enklaste) modellen av universum är enligt Krauss ett plant (till skillnad från krökt) universum med totala energin noll. Vad menar vi med ett krökt universum? I tre dimensioner är det svårt att föreställa sig ett krökt rum, så låt oss betrakta två dimensioner, se bilden i fråga 13849 . I ett plan förblir parallella linjer parallella, i ett positivt krökt plan (klot) går linjerna ihop, och i ett negativt krökt plan (sadel) går de isär.

Hur kan man då bestämma krökningen hos vårt universum? Indirekt kan man göra det genom att bestämma universums densitet. Gravitationen kommer beroende på densiteten att bromsa upp universums expansion mer eller mindre. Om densiteten är låg har vi negativ krökning och expansionen fortsätter, om densiteten är hög har vi positiv krökning och universum kommer med tiden att kontrahera. I läget mellan dessa när expansionen går asymptotiskt mot noll har vi det föredragna plana universum.

Tyvärr hittar vi inte tillräckligt med materia för att göra universum plant, även om vi förutom stjärnor och gas tar med den mystiska mörka materien som vi vet finns men som vi inte vet vad den är.

Kan vi bestämma universums krökning på något annat sätt? Ja, det kan vi på ett mycket direkt sätt genom att observera den kosmiska bakgrundsstrålningen, se fråga 705 . Bakgrundsstrålningens temperatur varierar mycket lite men mätbart i olika riktningar, se den ovala bilden nedan som visar temperaturen i alla riktningar. Blått är kallare och gult/rött varmare. Kallt kan även tolkas som lägre densitet och varmt som högre. Genom att bestämma hur kornig strukturen är kan man bestämma krökningen.

Den översta figuren nedan visar oss och en bubbla med lite högre densitet vid tiden 300000 år efter Big Bang då universum blev genomskinligt genom att den elektromagnetiska strålningen frikopplades från materien. Vi ser alltså bakgrundsstrålningen som en "vägg" av strålning på 14.4 miljarder ljusårs avstånd. Om vi korrigerar för universums expansion - en faktor tusen - blir avståndet till bubblan 13.4*109/1000 = 13.4*106 ljusår. Vinkeln som bubblan upptar blir

300000/(13.4*106) = 0.022 radianer = 0.022*180/p = 1.3o

I den nedre figuren visas fördelningen av bubbelstorleken (skalan i grader längst upp). Vi ser att maximum av fördelningen är vid c:a 1o, och större bubblor blir snabbt färre. Kan man förstå detta? Ja, det är helt enkelt så att om en bubbla är större än 300000 ljusår (vilket motsvarar 1.3o) så "vet" den inte att den är en bubbla eftersom gravitationen förmedlas med ljushastigheten. Större bubblor har alltså vid denna tidpunkt ingen tendens att kontrahera och skapa bubblor med högre densitet.

Hittills har vi räknat med ett plant universum. Vad händer om universum är krökt? Det kan vi se i den andra figuren uppifrån. I ett slutet universum konvergerar ljusstrålarna (streckade linjer) så man skulle uppfatta bubblan som mycket större än vad den är. I ett öppet universum divergerar strålarna, så bubblan uppfattas som mindre. Observationerna visar klart att ett plant universum är mest sannolikt - precis som teoretikerna ville ha det! (Dom brukar få som dom vill !)

Områden med lite högre densitet (gula/röda i bilden nedan) behövs för att man skall kunna förstå hur materialet till galaxbildning kunde dra sig samman - en helt likformig densitet hade inte givit upphov till någon kontraktion och därmed inga galaxhopar. Man tror att ojämnheterna i densitet uppkommit mycket tidigt efter Big Bang genom kvantmekaniska så kallade vakuumfluktuationer.

Se vidare Kosmisk_bakgrundsstrålning .

Nedan finns en föreläsning av Krauss. Denna föreläsning var ursprunget till boken.

Det faktum att materia (normal och mörk) nu förekommer i samma storleksordning som mörk energi gör att vi kan observera galaxer och den kosmiska bakgrundsstrålningen. Från detta kan vi dra slutsatser om Big Bang och om hur universum är uppbyggt. Låt oss avsluta med att citera Krauss' slutknorr:

"We live in a very special time: the only time when we can observationally verify that we live at a very special time!"

Länk 1 är till WMAP, den hittills bästa proben (från NASA) för den kosmiska bakgrundsstrålningen. Länk 2 är till Planck, nästa generation prob från European Space Agency (ESA). Data från Planck (mycket bättre an WMAP data) kommer att publiceras i mars 2013. /*fa*



/Peter E

Nyckelord: kosmologi [21]; kosmisk bakgrundsstrålning [14]; big bang [33]; universums expansion [14]; potential/potentiell energi [26];

1 http://map.gsfc.nasa.gov/
2 http://www.rssd.esa.int/index.php?project=PLANCK

*

Universum-Solen-Planeterna [18686]

Fråga:
4% av universum är vanlig materia, 96% är mörk materia och mörk energi. Hur vet man det?
/Veckans fråga

Ursprunglig fråga:
Hej! 4% av universum är materia som vetenskapen känner till, 96% är mörk materia och mörk energi. Hur vet man det? Och de hypoteser/teorier om universums utveckling som kosmologerna framlagt blir ju byggda på en rätt liten del känt material. Kan inte häpnadsväckande utvecklingsalternativ "dölja sig" bland de 96 okända procenten?
/Thomas Å, Knivsta

Svar:
Från olika observationer kan man bestämma ett antal parameterar som ingår i den kosmologiska standarmodellen (Big Bang, Big_Bang ), se figuren nedan (från Lambda-CDM_model ) och fråga 11987 . Många av parametrarna är lite kryptiska. Ett par av de mer lättförståeliga är

WL=0.728

som är andelen mörk energi,

Wc=0.227

är andelen mörk materia,

Wb=0.0456

är andelen normal materia och

t0=13.75 Gyr (miljarder år)

är universums ålder (tiden sedan big bang).

Ovanstående värden på parametrarna förstsätter alltså att vår modell för universums utveckling är korrekt. För andra modeller (vilka inte omöjliga) får man andra värden på parametrarna, och kanske även andra parametrar. Parametrarna och parametervärdena är alltså modellberoende.

Som det gäller för alla fysikaliska teorier: vi kan aldrig bevisa att en teori är rätt. Vi kan bara genom experiment och mätningar visa att en teori är bristfällig. Det råder emellertid stor enighet om att denna big bang standardmodell (Cosmology_(physics) ) är korrekt.



/Peter E

Nyckelord: kosmologi [21]; big bang [33];

*

Universum-Solen-Planeterna [18666]

Fråga:
Hej! Universum består mest av mörk energi och mörk materia; det vi "har koll på" är några ynka procent. Finns det från det vi vet några beräknade/uppskattade värden på universums totala energi- resp massinnehåll, i Joule resp kilogram, och hur dessa energier och massor manifesteras?(Använder fysiker uttryck som mörk energi så är det väl just energi det handlar om.)
/Thomas Å, Knivsta

Svar:
För det första kan vi bara tala om det observerbara universum med en radie på 13.7 miljarder ljusår. Om man känner medeldensiteten kan man då naturligtvis räkna ut en total massa. Från den kritiska densiteten (det finns goda teoretiska skäl för att universums densitet skall vara den kritiska densiteten 9.30×10−27 kg/m3) kan man räkna ut att totala massan är 3.35×1054 kg. Om c:a 4% av detta är normal materia skulle vi ha en densitet på 1.5x1053 kg. Uttryckt i antal väteatomer (som utgör största delen av den vanliga materien) får vi approximativt

N(1H) = 1.5x1053/(1.67x1027) = 1080

Det finns flera andra metoder att uppskatta massan och de flesta är i överensstämmelse åtminstone inom en faktor 10. Se vidare länk 1 och Observable_universe .
/Peter E

Nyckelord: kosmologi [21];

1 http://curious.astro.cornell.edu/question.php?number=342

*

Universum-Solen-Planeterna [17286]

Fråga:
1 Vad menas med begreppet "vårt synliga universum"?

2 Vad är det som begränsar hur långt bort vi kan "se" eller observera astronomiska objekt med våra blotta ögon?

3 Hur vet man vilka ämnen (atomer och molekyler) som finns i rymden?

4 Vad är mörk materia och hur vet man att den finns?

5 Vilka är de tre informations-bärare i universum?
/Ida B, Göteborgs universitet, Göteborg

Svar:
Ida! Mycket omfattande frågor, men mycket är redan behandlat.

1 Se fråga 11987 .

2 Med blotta ögat är det naturligtvis hur starkt objektet lyser. Andromedagalaxen på 2.5 miljoner ljusår är det objekt som är längst bort och fortfarande lätt synlig för blotta ögat, se fråga 561 .

3 Se fråga 12637 .

4 Man vet inte vad mörk materia är. Det kan vara okända typer av partiklar, svarta hål, bruna dvärgar (misslyckade stjärnor) eller något annat. Se fråga 14586 . Första indikationen på mörk materia var rotationsrörelsen i galaxer, se fråga 15411 . Senare finns stöd även från rörelser i galaxhopar och från Big Bang. Mörk materia behövs även för att förstå galaxbildning.

5 Har jag aldrig hört uttryckas så. Menas vad vi kan eller skulle kunna observera för att lära oss något om universum? I så fall är det fotoner (radiovågor, mikrovågor, ljus, röntgenstrålning, gammastrålning), neutrinos (från supernovor och på sikt kanske från Big Bang)och gravitoner. De två första är observerade, gravitonerna (gravitationsstrålning, 16814 ) letar man efter.
/Peter E

Nyckelord: kosmologi [21];

*

Universum-Solen-Planeterna [16795]

Fråga:
Hej jag har läst att ca 73 procent av massan i unviversum består av mörk energi. Kan energi ha massa? Eller är det något annat än energi som kallas för energi? Jag undrar även om när universum expanderar, fylls det även på med olika ämnen? Eller blir det som när du fyller på ett saftglas med vatten så att det blir utspätt? DVS samma mängd ämnen men att de sprids ut över en större yta?
/David E, NTM, Enebyberg

Svar:
Om vi definierar massa som något som ger upphov till gravitationell attraktion så har den mörka energin ingen massa. Tvärtom, så ger ju mörk energi upphov till en repulsion (Einsteins kosmologiska konstant).

Detta är mycket svåra frågor vilket framgår av länk 1 som besvarats av en expert i ämnet. En del frågor är inte heller meningsfulla eftersom uppdelningen (se nedanstående figur från Wikimedia Commons [Dark_energy ] för aktuella siffror) ges av anpassningen av en modell till befintliga data. Uppdelningen är alltså endast meningsfull om modellen är korrekt.

Eftersom begreppet mörk energi är så kopplat till en matematisk modell för universums expansion, är det svårt att föreställa sig exakt vad det är. Nedanstående citat från Dark_energy kan kanske bringa lite klarhet:

In physical cosmology and astronomy, dark energy is a hypothetical form of energy that permeates all of space and tends to accelerate the expansion of the universe. Dark energy is the most accepted hypothesis to explain observations since the 1990s that indicate that the universe is expanding at an accelerating rate. In the standard model of cosmology, dark energy currently accounts for 73% of the total mass–energy of the universe.

Two proposed forms for dark energy are the cosmological constant, a constant energy density filling space homogeneously, and scalar fields such as quintessence or moduli, dynamic quantities whose energy density can vary in time and space. Contributions from scalar fields that are constant in space are usually also included in the cosmological constant. The cosmological constant is physically equivalent to vacuum energy. Scalar fields which do change in space can be difficult to distinguish from a cosmological constant because the change may be extremely slow.

Cosmologists estimate that the acceleration began roughly 5 billion years ago. Before that, it is thought that the expansion was decelerating, due to the attractive influence of dark matter and baryons. The density of dark matter in an expanding universe decreases more quickly than dark energy, and eventually the dark energy dominates. Specifically, when the volume of the universe doubles, the density of dark matter is halved but the density of dark energy is nearly unchanged (it is exactly constant in the case of a cosmological constant).

Se vidare fråga 7258 som även innehåller länkar till mycket mer information i ämnet.



/Peter E

Nyckelord: mörk energi [5]; mörk materia [16]; kosmologi [21];

1 http://curious.astro.cornell.edu/question.php?number=634

*

Universum-Solen-Planeterna [15520]

Fråga:
Hej! I min ungdom angavs att antalet atomer - eller var det partiklar? - i universum till max 10^80. Jag vet inte hur man kommit fram till det (ev har jag en gång vetat det). Gäller det värdet än i dag? Och vad beskriver det: Atomer eller enskilda nukleoner och elektroner etc. Med tanke på antalet neutriner som verka vara i omlopp så undrar jag om dessa är medräknade? Och fotoner antar jag inte räknades in??(Gravitonen var kanske inte påtänkt?!) Och: Hur stor är universums massa? Dess energi? Jag har bara sett procentsatser på det som är synligt resp mörkt. Vilka är värdena att räkna på? Och när man anger t ex energin, hur stor är potentiell resp kinetisk? Massa är ju koncentrerad energi, så det skall väl räknas in och om det med!
/Thomas Å, Arlandagymnasiet, Märsta

Svar:
I ett program nyligen på TV sa man 1070. Jag vet inte hur man får fram detta värde. Värdet är inte särskilt meningsfullt? Vad menas med universum? Skall man räkna atomer i svarta hål? Man skall säkert inte räkna neutrinerna, de är 109 gånger så många som antalet atomer. De flesta atomerna är väteatomer. Inne i stjärnor är det mest protoner och elektroner.

Om universums totala energi kan man bara spekulera. Det kan vara så att totala energin är noll! Massan vi ser skulle kunna komma från bindningsenergi - massan befinner sig i en potentialgrop och har alltså negativ potentiell energi. Se vidare fråga 18978 .

Tillägg 10/11 2017:

I Observable_universe#Mass_of_ordinary_matter uppskattas massan hos det observerbara universum till 1053 kg. Detta är konsistent med värdet i länk 1 om man tar hänsyn till att man har olika definitioner på radien av det observerbara universum. Man får fram värdet genom att man antar att universums medeldensitet är lika med den kritiska densiteten 0.85×10−26 kg/m3 (se fråga 20114 ).

I Observable_universe#Matter_content_–_number_of_atoms görs en grov uppskattning av antalet atomer i universum till 1080. Detta uppskattning är betydligt mer trovärdig än värdet ovan.
/Peter E

Nyckelord: kosmologi [21];

1 http://curious.astro.cornell.edu/about-us/101-the-universe/cosmology-and-the-big-bang/general-questions/579-what-is-the-mass-of-the-universe-intermediate

*

Universum-Solen-Planeterna [13849]

Fråga:
Jag undrar över om universum har en början och ett slut
/Veckans fråga

Ursprunglig fråga:
Hej! Jag jobbar med ett arbete om universum. Jag undrar över om universum har en början och ett slut. Har det det? Tack på förhand!
/Emma W, Falu Fri Gymnasium, Falun

Svar:
Hej Emma! Det är mycket djupa frågor om universum och kvantmekanik för tillfället! Detta är svåra frågor som ingen egentligen har exakta svar på. Newtons lagar är lättare på det sättet !

Tidsmässigt antar man att universum har en början vid Big bang . Vad som eventuellt skedde före denna anses vara omöjligt att någonsin ta reda på. Om universums expansion fortsätter utan att stoppas upp (som det ser ut för tillfället) så kan man inte säga att universum har ett slut. Men det kommer att bli ganska trist utan stjärnor och galaxer.

Om du menar rumsmässigt så är det svårare att svara. Om universum har mycket massa kan man tänka sig att krökningen hos rymden var positiv. Det är svårt att föreställa sig att en rymd med tre dimensioner (och en extra tidsdimension) är krökt, men tänk dig en liknelse med två dimensioner: jordytan är ändlig (har en viss yta) men obegränsad - du kommer aldrig till en vägg som säger att här slutar jorden. En sådant system kallar vi ändligt men obegränsat.

Om universum är ändligt eller oändligt vet vi helt enkelt inte. Den vetenskap som sysslar med universums struktur och utveckling kallas kosmologi . Med hjälp av bland annat observationer från satelliten WMAP av den kosmiska bakgrundsstrålningen (se kosmisk bakgrundsstrålning ) har man satt upp en teori som bland annat säger att universum är 13.7 miljarder år gammalt och att universum inte är krökt. På sajten Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) finns massor av information om detta - inte så lättförståeligt tyvärr. Bilden nedan är från denna sajt och illustrerar hur man mäter universums krökning (genom, verkar det, att skicka ut sniglar med laserpekare ). Lycka till med ditt arbete Emma!



/Peter E

Nyckelord: kosmologi [21];

*

Universum-Solen-Planeterna [13242]

Fråga:
Hur fungerar Big Bang?
/Veckans fråga

Ursprunglig fråga:
Enligt teorin skapades universum i en sk "big bang". Det måste ju rimligtvis betyda: Ur ingenting skapades allting! Finns det någon teori som ger en god förklaring om hur detta fungerar!?
/Sven E, Furuhedsskolan, Kalix

Svar:
Big Bang (eller Stora smällen), är standardteorin om universums uppkomst. Enligt denna teori skapades universum och rumtiden för ca 13,7 miljarder år sedan, då universum började expandera från att ha varit koncentrerat i en punkt. Termen myntades av astronomen Fred Hoyle (som var motståndare till den) under en radiointervju i BBC den 28 mars 1949. Termen i sig är dock missvisande då det inte handlar om en explosion av materia i en tom rymd utan istället om en expansion av rummet självt som materian befinner sig i. (Från Wikipedia Big_Bang ).

Man är ganska överens om beskrivningen hur Big Bang gick till. Vad som fanns före Big Bang och vad som finns utanför vårt universum vet man inget om även om det finns spekulationer. Speciellt vet vi inget om hur universum skapades (dvs vad som orsakade Big Bang). Vi kan med våra observationer bara "famla lite i kanterna", ungefär som en blind utforskar ett djupt hål genom att känna längs kanten.

Fysiken för det tidiga universum är i gränslandet mellan kosmologi (vetenskapen som behandlar universums uppkomst och utveckling) och filosofi eftersom vi ännu inte har en fullständig teori för hur alla de fyra grundläggande krafterna förenas. Det finns därför inget som länkar vad som hände i det tidiga universum (före Planck-tiden 10-43 s) med vad vi kan observera i dag. Detta gör sådana spekulationer till mer filosofi än vetenskap.

Supersträng-teorin hävdar att universum hade 10 dimensioner under Planck-eran. Dessa övergår 4 dimensioner efter Planck-eran, och de 6 dimensionerna är fortfarande förkrympta och märks alltså inte. Under Planck-eran kan man beskriva universum som ett kvant-skum med 10 dimensioner och som innehåller Planck-längd stora svarta hål som skapades och försvann utan orsak och verkan. Med andra ord: försök att inte tänka på denna eran!

C:a 10-35 sekunder efter Big Bang var det en mycket snabb expansion av universum. Detta fenomen kallas inflation. Observera att denna inflation skedde med överljushastighet. Detta är inget brott mot den speciella relativitetsteorin eftersom den var en expansion av universum självt och inte materian. Vårt synliga universum är då en bubbla - i nedanstående bild den gula bubblan markerad "us". De andra bubblorna är då i någon mening inte reella eftersom de är utanför vår horisont och vi kommer aldrig att kunna kommunicera med dem. Observera alltså att HELA rymden expanderar- även avståndet mellan bubblorna. Detta betyder att två bubblor som inte är i kontakt med varandra vid en viss tidpunkt aldrig kommer att bli det!

Inflationen orsakades av att symmetrin mellan den starka kärnkraften (färgkraften) och den elektrosvaga växelverkan bröts. Detta orsakade en "fasövergång" som gav energi till att driva den snabba expansionen.

Vissa teorier säger att hela vårt universum är ett svart hål med energin noll, se Zero-energy_universe . Eftersom vi aldrig kan kontrollera detta är det en teori som är lika mycket värd som andra. Fenomen som inte kan mätas brukar inte klassificeras som vetenskap. Men det kan ändå vara roligt att filosofera om det ! I artikeln nedan (länk 1) finns en ljudfil som visar hur Big Bang lät. Länk 2 ger mer ganska elementär information på svenska om big bang. Se även övriga frågor big bang och Wikipedia-artikeln Big_bang . Den kände populärvetenskaplige författaren John Gribbin har intressanta funderingar om universum i John Gribbin's home page (Introduction to Cosmology). James Schombert v6.2 är en guldgruva med föreläsningar bland annat om kosmologi. TalkOrigins Evidence for the Big Bang är en omfattande och ganska avancerad FAQ.

Tidslinje för Big Bang


Tid           Temperatur  Händelse
0                         Big Bang
10-43 s                    Planck-tiden, kända naturlagar gäller
10-35 s                    Inflation
300 s                     Bildande av 4He
380000 år      3000 K     Kosmisk bakgrundsstrålning 
13.7*109 år      3 K       Nu

Låt mig avslutningsvis försöka besvara några vanliga frågor om Big Bang.

Vem hittade på big bang?
Aleksandr Fridman och Georges Lemaître föreslog redan på 20-talet att universum uppkommit genom att en "uratom" expoderade. Den ukrainske fysikern George Gamow (George_Gamow George Gamow (George_Gamow förutsade 1948 även att det överallt i universum skulle finnas mikrovågsstrålning med temperaturen c:a 5 K. Uttrycket big bang var från början en nedlåtande beteckning som en motståndare Fred Hoyle (som föreslagit den s.k. steady state teorin, Steady_State_theory ) hittade på.

Vad hände före Big Bang?
Frågan är, som antytts ovan, meningslös eller utan innehåll. Det är som att fråga: vad finns norr om nordpolen? Före Big Bang fanns ingen tid, och man kan därför inte tala om vad som hände.

Vilka bevis finns det för Big Bang teorin?
De viktigaste är

Anses Big Bang-teorin numera vara så etablerad att man inte kan ifrågasätta den?
I stora drag, ja. Alternativet, Fred Hoyles Steady State teori, får nog anses överspelad. Dels var den lösningen på problemet att universum tycktes vara yngre än vissa gamla stjärnhopar. Detta är löst i dag genom att avståndsskalan har ändrats mycket. Dels förklarar Steady State teorin inte den kosmiska bakgrundsstrålningen och heliumförekomsten i gamla stjärnor, något som Big Bang teorin gör elegant. Detaljerna i Big Bang teorin kan säkert komma att revideras med nya observationer. Vi skall också komma ihåg att en fysikalisk teori beskriver vad vi kan observera, och säger inget om t.ex. varför universum började expandera eller vad som händer utanför vår händelsehorisont (så långt vi teoretiskt kan se, dvs i princip ljushastigheten*universums ålder).

Om all materia, ljus som mörk, varit samlad i en punkt, singularitet1 eller uratom, måste väl gravitationen ha varit oändligt stor, åtminstone ögonblicket efter att expansionen startat och fysikens lagar börjat gälla. Då är det svårt att förstå hur expansionen alls kunde ske, hur den kunde övervinna den ofattbara gravitationen, när inte ens gravitationen i ett s.k. svart hål tillåter något att slippa ut.
Ja, det är svårt att förstå. Fysiken kan ibland med trick hantera sådana här singulariteter (oändligheter), men innan 10-43 sekunder efter Big Bang kan vi i dag inte ge en bra beskrivning. Ett trick som används t.ex. för svarta hål är kosmisk censur. Detta betyder att singulariteten existerar endast matematiskt och inte som en fysisk verklighet som vi kan observera eller mäta. Svarta hål omger sig nämligen av en händelsehorisont som gömmer ("censurerar") singulariteten. Se vidare fråga 14367.

Vidare är det förbryllande att man kan se universum strax efter big bang när man tittar riktigt långt bort. Att man ser bakåt i tiden förstår jag gott, men det ljus som skickades iväg under den första tiden borde väl sedan länge ha passerat oss och fly bort ifrån oss med ljusets hastighet. Ser vi det ljuset "på ryggen" och i rakt motsatt riktning mot det ställe i universum där det hela började? Hur ser det i så fall ut när vi riktar våra teleskop ditåt, mot expansionens centrum?
Vår del av universum (det synliga universum) är enligt standardmodellen bara en liten den av vad som skapades vid inflationen. Varje liten bubbla i figuren nedan är ett universum, men de är alla ekvivalenta och inget innehåller expansionens centrum. Detta är svårt att förstå om man går ända tillbaka till tiden noll, men det kan vi alltså inte göra. Vad vi ser om vi går så långt bort som möjligt (13.7 miljarder år) är eldklotet som hade en temperatur på 3000 K, men som nu pga expansionen har en temperatur på 3 K.

Man kan fråga sig varför universum är så homogent (den kosmologiska principen, universum har samma egenskaper i alla riktningar). Om man tittar åt ett håll 14 miljarder ljusår bort och i motsatt riktning på samma avstånd, så har båda områdena nästan exakt samma temperatur. Eftersom de inte kan ha stått i kontakt med varandra (avståndet är 28 miljader ljusår så ljuset kan inte ha hunnit gå hela vägen mellan dem) kan man tycka detta är konstigt. Anledningen är inflationen. Detta var ett av skälen till att man införde inflationen. Före denna snabba exansionen var de två områdena så nära varandra att de kunde vara i termisk jämvikt.

En konstighet med universums expansion är det faktum att galaxer kan kollidera trots att rymden mellan dem hela tiden utvidgar sig. Återigen, om de dras till varandra av gravitationen så borde väl gravitationen ha förhindrat att de först avlägsnade sig från varandra.
Mja, man får inte se det så. Det är rymden mellan galaxerna som expanderar. Galaxhopar (grupper av galaxer) är bundna med tyngdkraften och galaxernas rörelse inbördes i hopen bestäms av gravitationen och inte expansionen. Vår granngalax Andromedagalaxen, som befinner sig på c:a 2.5 miljoner ljusårs avstånd, rör sig faktiskt mot vår vintergata i stället för att avlägsna sig som de flesta andra galaxer gör.

Sammanfattning av de viktigaste bevisen för Big Bang

1 Rödförskjutning: Galaxernas spektra är rödförskjutna med ett belopp som är proportionellt mot avståndet: Hubbles lag v=d*H, där v är hastigheten, d är avståndet och H är hubblekonstanten.

2 He förekomst: Förekomsten av He i de äldsta stjärnorna är 25% vilket är precis vad Big Bang modellen förutsäger, se fråga 13117 .

3 Kosmiska bakgrundsstrålningen: Mikrovågsstrålningen med en temperatur av 3K härrör från c:a 400000 år efter Big Bang då universum blev transparent genom att H/He kärnorna rekombinerade med elektroner.

Se vidare Big_Bang och på engelska Big_Bang_Theory

___________________________________________________________
1 Singularitet. I matematiken definieras singularitet som en odefinierad punkt hos kurva, yta eller funktion. I kosmologi definieras singularitet som en punkt i rumtiden i vilken rumtidskrökningen är oändlig (svart hål).



/Peter E

Se även fråga 13117 och fråga 14367

Nyckelord: big bang [33]; inflation [5]; kosmologi [21];

1 http://www.newscientist.com/article.ns?id=dn4320
2 http://kasper.pixe.lth.se/NuclearPhysics/slideShow/nobel2006/nobel2006_files/frame.htm

*

Universum-Solen-Planeterna [12867]

Fråga:
jag undrar vad det finns för bevis för att unviersum expanderar? och varför expanderar unviersum? vad är mörk materia? och vad har den med unviersums expansion att göra? e rödförskjutning och bakgrundstrålningen bevis för att unviersum expanderar?
/jonna , stockholm

Svar:
Jonna! "Varför" universum expanderar är inte lätt att svara på, än i meningen att expansionen tycks vara en naturlig följd av hur Universums "såg ut" precis efter Big Bang och de fysikaliska lagar som dominerade över det.

Det finns flera olika "bevis" för att universum expanderar, bl.a. de som du nämner: galaxers rödförskjutning (som via Hubbles lag visar att de avlägsnar sig från oss och varandra med med en hastighet som är proportionell mot avståndet) och det faktum att vi observerar en ju (nästan) konstant kosmisk bakgrundsstrålning med en viss "temperatur".

Bakgrundsstrålningens spektrum är det samma som från en svart kropp med temperaturen 2,7 kelvin, vilket stämmer mycket bra överens med den temperaturfördelning som Universum hade i det ögonblick (ca 300000 år efter Big Bang) då ljus och materia kopplades loss från varandra - bakgrundsstrålningen är alltså ett slags "foto" av hur detta tidiga universum såg ut. Läs mer om detta i svaret till fråga 705! Bilden nedanför är en karta av hur bakgrundsstrålningen varierar beroende på i vilken riktning man tittar. Kartan är baserad på satellitmätningar från WMAP-projektet (länk 1).

Föremål med massa påverkas ju av gravitationen, och man kan lätt föreställa sig att hastigheten med vilken två galaxer avlägsnar sig från varandra påverkas av hur mycket massa de har, och även hur denna massa är fördelad. Samma princip styr naturligtvis också t.ex. hur stjärnorna i en galax rör sig i förhållande till varandra, och även rotationen kring centrum i spiralgalaxer som vår egen. Genom att studera sådana rörelser har man kommit till slutsatsen att det finns en massa mer massa (haha!) än den vi kan "se" - alltså stjärnor och galaxer. Denna osynliga massa har getts namnet mörk materia (dark matter). Mängden och fördelningen av den mörka materien kan alltså påverka Universums expansion.

Lästips: Det finns en massa information om dessa teman i Nationalencyklopedin och naturligtvis även på webben, sök t.ex. på "universum", "kosmologi", "bakgrundsstrålning" och "mörk materia".

NASA har tagit fram en internetbok (på engelska) om astronomiska mättekniker (The Remote Sensing Tutorial ). Kapitel 20 ("Astronomy and Cosmology") ger en jättebra och relativt lättläst sammanfattning av Universums historia, med en massa intressanta bilder på bl.a. rödförskjutning och bakgrundsstrålning. Länk 2 nedan tar dig direkt till avsnittet om "Bevis för Big Bang".



/Margareta H

Se även fråga 705

Nyckelord: universums expansion [14]; big bang [33]; kosmologi [21]; mörk materia [16];

1 http://map.gsfc.nasa.gov/m_mm.html
2 http://www.fas.org/irp/imint/docs/rst/Sect20/A9.html

*

Universum-Solen-Planeterna [12804]

Fråga:
Hej! Dessa frågor handlar om astronomi.

1. Jag hoppas att ni förstår mig nu, för detta kan låta lite krångligt. De stjärnor som " föddes " först, alltså de gasmoln som hamnade ytterst när den stora smällen small, tänk er att den absolut yttersta stjärnan där har liv och ett solsystem. Om det då skulle finnas en jordliknande planet där med liv och som riktar ett teleskop rakt ut mot tomma intet, vad skulle de se? Skulle de se svart mörker? Skulle de kunna färdas dit och liksom vara utanför rum och tid?

2. Ungefär hur nära är vi universums mitt?
/Viking S, Kullaviksskolan, Kullavik / Kungsbacka / Halland

Svar:
Viking! Detta är svåra frågor som ligger på gränsen av vad fysiker sysslar med.

De flesta anser nog att universum är om inte oändligt så åtminstone obegränsat. Ett oändligt universum är som ett plan utan gränser. Ett obegränsat universum är som ytan på ett klot. Inget av dessa har en gräns, utanför vilken man kan fundera på vad som finns. Detta betyder också att man inte kan tala om universums mitt. Klart är emellertid att vi bor i ett icke unikt solsystem med en normal stjärna i utkanten av en ganska typisk galax. Se nedanstående fråga för mer om universums utveckling.
/Peter E

Se även fråga 11987

Nyckelord: kosmologi [21];

*

Universum-Solen-Planeterna [12602]

Fråga:
När började den moderna kosmologin?
/Veckans fråga

Ursprunglig fråga:
Hej, jag har ett specialarbete om moderna kosmologin, när började den?
/Mohammad H, Brännkyrkagynasium, Midsommarkransen

Svar:
Hej Mohammad! Det är omöjligt att svara på eftersom begreppet 'modern kosmologi' inte är väldefinierat. Man kan säga på 1600-talet då en korrekt världsbild började växa fram. Fler milstolpar: Einsteins allmänna relativitetsteori 1916; upptäckten av Hubble att universum expanderar (1929); Gamows formulering av Big Bang teorin (40-talet); förståelsen i början av 50-talet hur sjärnorna producerade sin energi och hur grundämnena bildats; Penzias och Wilsons upptäckt 1965 av den kosmiska mikrovågsstrålningen; HST (HubbleSite ); de senaste resultaten från Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) som ger mycket noggrann information om universum, bland annat vad universum består av, se bilden nedan från "NASA/WMAP Science Team".

Börja med att slå på kosmologi i Nationalencyklopedin , där finns en bra artikel av Peter Nilsson. Wikipedia har ett par bra artiklar som mycket detaljerat behandlar även historiska aspekter: Cosmology och Timeline_of_cosmology . Sedan finns det många källor att fortsätta med, ovanstående och länken nedan ger en början.



/Peter E

Nyckelord: kosmologi [21];

*

Universum-Solen-Planeterna [6721]

Fråga:
Hur beräknar man universums ålder?
/Veckans fråga

Ursprunglig fråga:
Hej! Jag håller på med ett specialarbete om universums ålder, och jag undrar hur de fullständiga beräkningarna för detta ser ut?
/Gustaf J, Gislaveds gymnasium, Gislaved

Svar:
Det finns i huvudsak två metoder: kosmologiska och astrofysikaliska. För en del år sen var det en besvärlig situation. De äldsta stjärnorna tycktes vara 15 miljarder år, medan de kosmologiska beräkningarna gav universums ålder till 10 miljarder år. Idag är diskrepansen i stort sett borta (ungefär 14 miljarder år).

De kosmologiska beräkningarna baseras på universums expansionstakt, som ges av hubblekonstanten (H). Wendy Freedman, en av de främsta specialisterna på området, har skrivit en artikel i Scientific American om saken (mars 1998). I princip är universums ålder proportionell mot 1/H. Fullt så enkelt är det inte. Man måste också veta om H ändras med tiden, och det är modellberoende. Nu pekar två oberoende metoder (baserade på supernovor och den kosmiska mikrovågsstrålnigen) på att expansionen ökar med tiden, och det ger ett högre värde på universums ålder.

Det är inte möjligt här att presentera de fullständiga beräkningarna. Det har skrivits hundratals hyllmeter om saken, men sajterna Chandra will target the age of the Universe och Age of the Universe ger mera information.

Hubbles lag

Edwin Hubble upptäckte i slutet på 1920-talet att galaxerna uppvisade rödförskjutning - ju längre bort galaxen var desto större var rödförskjutningen. Hubble tolkade rödförskjutningen som en rörelse bort från oss (med hastigheten v, se länk 1) och fann en proportionalitet

v = H*d

där d är galaxens avstånd, se nedanstående figur, och H är en konstant, hubblekonstanten. Den rimliga tolkningen av denna observation var att universum expanderar och att universum från början var mycket litet. Detta var början av vad som i dag är den kosmologiska standardmodellen, big bang teorin. Den förste som föreslog att universum börjande som en "uratom" var Georges Lemaître.

Bilden är från Indiana University, länk 2. Se vidare Edwin_Hubble , Hubble's_law , Big_bang och Georges_Lemaitre .

Ett par kommentarer om Hubbles lag

Man kan förstå ett par viktiga aspekter på universums expansion med ett enkelt experiment.

Tag en vanlig, rund ballong och måla små prickar på den med en märkpenna. Prickarna skall representera galaxer. Blås upp ballongen lite grann. Mät avståndet mellan två närliggande prickar och två lite längre från varandra. Rita in förbindelselinjerna mellan de uppmätta prickarna. Låt oss säga det mindre avståndet är 1 cm och det större 3 cm. Blås nu upp ballongen så det mindre avståndet är 2 cm. Vad är då det större avståndet? Det bör vara c:a 6 cm. Om expansionen tog t sekunder så är hastighetena 1/t och 3/t. Vi har alltså att expansionshastigheten är proportionell mot det urspungliga avståndet, vilket är Hubbles lag.

Föreställ dig att du sitter på en prick (galax) på ytan av ballongen. Alla andra prickar rör sig bort från dig med en hastighet som alltså ökar med avståndet. Kan du därav dra slutsatsen att du sitter i centrum? Nej, det kan du inte eftersom du gör precis samma observation från alla prickar på ballongytan. Ytan på en ballong har ju inget centrum! Det är samma sak med universums expansion - vår observation betyder inte att vi befinner oss i universums centrum, något som dessutom är ett omöjligt begrepp för ett oändligt universum.

Förenklad beräkning av universums ålder från H

Om vi antar att hubblekonstanten är H=72 km/s/Mparsek kan vi få en uppskattning av universums ålder som tiden = sträckan/hastigheten = d/v = 1/H. (Lägg märke till att dimensionen av 1/H är tid eftersom det finns längd både i nämnare och täljare.) Vi måste först emellertid konvertera Mparsek till km:

1 ljusår = 3*105[c i km/s]*365.24*24*60*60 = 9.47*1012 km

1 parsek = 3.26 ljusår

1 Mparsek = 3.26*106*9.47*1012 km = 30.8*1018 km

Universums ålder 1/H blir då

(30.8*1018 km)/(72 km/s) = 0.428*1018 s = 0.428*1018/(60*60*24*365.24) år = 14*109 år

I verkligheten är expansionshastigheten inte konstant så man använder sig av lite mer sofistikerade kosmologiska modeller, se fråga 11987 och 18686 .



/KS/lpe

Nyckelord: kosmologi [21]; universums expansion [14]; big bang [33];

1 http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/relativ/reldop2.html#c1
2 http://www.indiana.edu/~geol105/images/gaia_chapter_1/edwin_hubble.htm

*

Universum-Solen-Planeterna [7258]

Fråga:
Finns det någon chans att det kommer bli "the big crunch"?
/Veckans fråga

Ursprunglig fråga:
Hej, jag gör ett arbete om universums uppkomst (dvs big bang), och undrar om det finns flera olika teorier om hur det hela gick till, och om det så skulle vara, kan ni vara så snälla och skicka lite info? Finns det någon chans att det kommer bli "the big crunch"?
/Marika A, Kvarnbergsskolan, Huddinge

Svar:
Det finns data som tyder på att universums expansion accelererar. Därför är det inte många som räknar med någon "big chrunch" längre. Orsaken till accelerationen är troligen att universum nu inte domineras av materia, utan av en egenskap hos vakuum som kallas mörk energi, som enligt Wikipedia är: en hypotetisk form av energi som genomtränger hela rymden och synes öka universums expansionstakt. Mörk energi är numera det gängse sättet att förklara, vad som enligt observationer och experiment tolkats som en accelererande expansion hos universum, det vill säga att rumtiden förefaller att expandera allt fortare och fortare.

Några av de data som ligger bakom införandet av den mörka energin visas i bilden längst ner i svaret. Man kan se att avvikelsen (punkterna för höga värden på rödförskjutningen Z ligger över den heldragna linjen) är ganska måttlig och dessa data är egentligen inte helt övertygande. Det finns nu emellertid ganska övertygande ytterligare stöd för en accelererande expansion, tillräckligt för den normalt konservativa nobelkommittén att ge 2011 års nobelpris i fysik för upptäckten, se List_of_Nobel_laureates_in_Physics och Accelerating_expansion_of_the_cosmos .

Universum tycks nu bestå av:

70 % mörk energi (OBS! detta är inte materia)

26 % exotisk mörk materia (vi vet inte vad det är)

3.5 % osynlig vanlig materia

0.5 % synlig vanlig materia

Det är alltså dessa ynka 0.5 % som astronomerna kan studera.

Det finns delade meningar om vad den mörka energin är för något. Somliga vill tolka den som Einsteins kosmologiska konstant. Andra menar att detta skulle leda till orimliga konsekvenser, och har infört en variant, som kallas Quintescence. Dessa frågor behandlas i ett par artiklar i Scientific American januari, 2001. Det medges att de inte är särkskilt lättlästa för den oinvigde, men det här är inga lätta saker. Men spännande!

Den sammansättning av universum som ges ovan är vad som gäller nu. I en tidigare epok dominerade strålningen, som spelar liten roll idag. Den mörka energin deltar idag inte alls i universums expansion. Det är viktigt, hade den gjort det, hade galaxhopar, galaxer och stjärnor inte kunnat bildats. I modellen med "Einsteins kosmologiska konstant" är den mörka energin verkligen konstant. Den spelade alltså en obetydlig roll i det unga universum. Vad som då blir svårförklarligt, är att vi lever i en epok just när den mörka energin börjar dominera över materien. Detta blir lättförklarligt i "quintescens" modellen. Där deltar den mörka energin i universums expansion ända tills den epok då universum upphör att vara strålningsdominerat.

Bland nyare upptäckter är att det storskaliga rummet i universum är plant, alltså inte krökt. Vidare nämns i artiklarna en modell som på engelska kallas "inflatory universe model". Det kan närmast översättas med "uppblåsningsmodellen av universum". Det innebär att universum i ett mycket tidigt stadium undergick en enorm expansion. Det förklarar mycket som inte går att förklara med den klassiska Big Bang modellen.

Se vidare Dark_Energy , mörk-energi , mörk-materia och (vad gäller universum accelererande expansion) Länk 1. Under länk 2 (Ask an astronomer) finns ett stort antal länkar och frågor/svar om kosmologi.



/KS/lpe

Se även fråga 5937

Nyckelord: kosmologi [21]; mörk materia [16]; big bang [33]; mörk energi [5]; supernova [13]; universums expansion [14];

1 http://www.eso.org/~bleibund/papers/EPN/epn.html
2 http://curious.astro.cornell.edu/cosmology.php

*

Ämnesområde
Sök efter
Grundskolan eller gymnasiet?
Nyckelord: (Enda villkor)
Definition: (Enda villkor)
 
 

Om du inte hittar svaret i databasen eller i

Sök i svenska Wikipedia:

- fråga gärna här.

 

 

Frågelådan innehåller 7203 frågor med svar.
Senaste ändringen i databasen gjordes 2017-11-19 11:33:22.


sök | söktips | Veckans fråga | alla 'Veckans fråga' | ämnen | dokumentation | ställ en fråga
till diskussionsfora

 

Creative Commons License

Denna sida från NRCF är licensierad under Creative Commons:
Erkännande-Ickekommersiell-Inga bearbetningar
.