💔 😽 👉 Tanyakan Ethan No. 67: Dark Matter Against Dark Energy ❗️ 🎄 🖕🏿

Alam semesta terlihat aneh: banyaknya galaksi, banyak cluster, tetapi tidak ada ukuran yang jauh lebih besar. Kenapa dia menjadi begitu?

Kami secara sembrono memperhatikan pembentukan kepercayaan kami, tetapi menemukan dalam diri kami gairah yang tidak dapat dibenarkan untuk mereka, segera setelah seseorang menyarankan merampas kami dari perusahaan mereka
- James Harvey Robinson

Tentu saja, sebagian besar dari kita memiliki ide tentang bagaimana Alam Semesta kita menjadi apa adanya. Tetapi beberapa detail, tidak peduli seberapa ilmiah mereka, membingungkan. Minggu ini Tom Anderson bertanya kepada saya:

Materi gelap menarik, energi gelap menolak. Energi gelap terus mendukung perluasan ruang antara galaksi / kluster yang terhubung secara gravitasi, dan pandangan ilmiah saat ini adalah bahwa ia akan mengembang, mendingin selamanya dan semuanya akan berakhir dengan "pembekuan besar". Tetapi sistem yang digabungkan secara gravitasi tidak berkembang, dan gaya gravitasi gabungan dari materi gelap dan biasa sama dengan atau lebih besar dari gaya repulsif energi gelap dan energi biasa. Mengapa alam semesta bahkan mengembang setelah Big Bang? Mengapa materi gelap tidak menangkal energi gelap di awal Semesta?

Pertanyaannya kaya, jadi mari kita bagi menjadi beberapa bagian.

Prinsip-prinsip karya Semesta dan pembentukan struktur, seperti bintang, galaksi dan kluster, berada di luar batas pengalaman kita sehari-hari. Jika sangat disederhanakan, maka Semesta terdiri dari perluasan ruang-waktu, dan kecepatan ekspansi dimulai dengan beberapa nilai yang ditentukan oleh fisika inflasi kosmik dan bagaimana periode inflasi berakhir.

Tetapi laju ekspansi tidak tetap konstan pada akhir inflasi, karena Semesta dipenuhi dengan segala macam bentuk energi lain: radiasi, materi, antimateri, neutrino, materi gelap, dan sejumlah kecil energi yang melekat dalam ruang, yang dikenal sebagai energi gelap. Ini adalah kombinasi dari semua ini - berubah dengan ekspansi Semesta - yang menentukan perubahan kecepatan ekspansi dalam waktu.

Pada skala global, jika Anda mengambil seluruh Alam Semesta, ia dapat kembali sepenuhnya, atau akan mengembang tanpa batas waktu, atau akan berada di perbatasan kedua peti ini - tergantung pada jenis rasio semua bentuk energi yang ada di Alam Semesta.

Di alam semesta tempat kita hidup, segala sesuatu tampak sehingga akan berkembang selamanya, dan di masa depan, energi gelap akan menjadi kekuatan yang dominan.

Tetapi analisis ini tidak bekerja pada semua skala Semesta: hanya menjelaskan skenario pada skala global. Dia mengatakan bahwa dalam kasus kami di masa depan, semua benda yang tidak terhubung satu sama lain oleh gravitasi akan terbang terpisah satu sama lain dengan percepatan.

Tetapi masih ada sistem yang terhubung oleh gravitasi, yang ada dalam skala kecil dalam jumlah besar, dalam skala menengah - dalam jumlah sedang, dan dalam skala besar - jarang, tetapi ditemukan. Dan mereka semua ternyata menjadi bagian dari satu kisah kosmik.

Semesta tidak dilahirkan dengan mulus sempurna, dengan jumlah materi, radiasi, materi gelap, dan energi gelap yang persis sama di semua tempat. Jika demikian, Semesta akan sangat membosankan, lautan idealnya homogen, di mana semuanya akan sama di mana-mana. Tidak akan ada bintang, galaksi, planet, rongga, manusia, hewan, kehidupan, kelompok, benang.

Alih-alih, sejak awal waktu, telah ada area di Alam Semesta dengan peningkatan dan penurunan kepadatan di semua skala: kecil, sedang dan besar.

Materi gelap membantu daerah kepadatan tinggi tumbuh, dan mereka dapat melakukannya dengan cukup cepat hingga runtuh karena gravitasi, hanya dalam waktu puluhan juta tahun. Segalanya berjalan seolah-olah bagian-bagian kecil muncul di Semesta dengan kepadatan yang sangat tinggi sehingga jika seluruh Semesta begitu padat, ia akan kembali dengan cepat!

Tentu saja, di banyak daerah lain, kepadatannya di bawah rata-rata, dan mereka mendistribusikan materi mereka ke daerah-daerah dengan kepadatan tinggi. Jika seluruh alam semesta sama dengan daerah-daerah ini, kita akan memiliki sangat, sangat sedikit bintang, galaksi, dan gugusan.

Tetapi justru keragaman kondisi awal di Semesta inilah yang memungkinkan kita untuk mendapatkan keragaman segala sesuatu yang kita lihat sekarang. Ada pemenang dan pecundang dalam pertempuran ruang antara materi gelap dan energi gelap, gravitasi dengan ekspansi, dalam pertempuran "traksi" kosmik yang membentuk struktur dan "tolakan" kosmik yang mencegah ini.

Kami dengan mudah memperhatikan pemenangnya, karena mereka memancarkan dan menyerap cahaya dan cahaya tampak dari bagian lain dari spektrum elektromagnetik, mengarah ke pelensaan gravitasi, dan karena keberadaan sesuatu lebih mudah untuk dideteksi daripada tidak ada.

Tetapi ada area kosong yang juga penting, dan yang lebih dari "lengkap"! Kekuatan total tarik-menarik materi gelap dan biasa dapat mengatasi ekspansi awal dan kekuatan percepatan tambahan energi gelap, tetapi hanya pada skala kecil dan dalam waktu yang cukup awal.

Dengan meningkatkan skala, kita melihat bahwa tolakan memiliki lebih banyak kemenangan, dan pada skala terbesar selalu menang.

Semula alam semesta meluas karena kondisi yang ditentukan oleh inflasi, dan kemampuan untuk runtuh - berkat daya tarik gravitasi materi, materi gelap, radiasi, dan neutrino - cukup untuk kemenangan hanya di tempat-tempat tertentu. Ketertarikan tidak menang di mana-mana, tetapi hanya dalam sebagian kecil kasus, dan kalah rata-rata.

Itulah sebabnya, mengamati Alam Semesta kita, kita melihat banyak galaksi bertebaran di sekitarnya, banyak di antaranya berkumpul dalam kelompok dan kelompok besar, dan pada skala besar mereka berbaris di sepanjang garis. Tetapi kelompok-kelompok ini, yang terdiri dari ribuan galaksi dan membentang selama ratusan juta tahun cahaya, kemungkinan besar adalah yang terbesar dari struktur yang berkaitan dengan gravitasi. Pada skala yang lebih besar, semua struktur bersifat sementara, dan kehadiran energi gelap pada akhirnya akan menariknya.

Jika ada sedikit lebih banyak materi gelap di Semesta - 1/10 ²⁴ lebih - itu akan runtuh miliaran tahun yang lalu. Untuk waktu yang sangat lama, keseimbangan itu seimbang - dengan gravitasi, di suatu tempat yang menang secara lokal, di suatu tempat yang hilang - tetapi sekarang, ketika energi gelap mulai berlaku, kita melihat bahwa efeknya akan menang. Itu akan menang pada akhirnya, pada skala terbesar, dan untuk segala sesuatu yang tidak terikat oleh gravitasi dalam tujuh, atau lebih, miliaran tahun kehidupan Semesta.

Terima kasih atas pertanyaan yang luar biasa ini, dan saya harap penjelasannya menjadi jelas bagi Anda dan yang lainnya. Kirimkan saya pertanyaan dan saran Anda untuk artikel berikut.

Tanyakan Ethan No. 67: Dark Matter Against Dark Energy

Alam semesta terlihat aneh: banyaknya galaksi, banyak cluster, tetapi tidak ada ukuran yang jauh lebih besar. Kenapa dia menjadi begitu?

More articles: