www.1b2lowkaliszu.fora.pl

MastaOfDaDisasta~

Każdy z pewnością zauważył, że świst zbliżającego się z dużą szybkością pociągu wydaje się wyższy, a więc o wyższej częstotliwości, niż rzeczywiście został wysłany. Odwrotnie się dzieje, gdy pociąg się oddala, bo wtedy ton jego świstu zdaje się być niższy.
A ponieważ procentowy wzrost lub spadek częstotliwości równy jest stosunkowi prędkości pociągu do prędkości dźwięku, toteż na podstawie wysokości tonu świstu można określić prędkość ruchu pociągu.
Zjawisko powyższe, zwane „efektem Dopplera”, znalazło szerokie zastosowanie w astronomii. Okazało się bowiem, że opisana wyżej prawidłowość zachodzi zarówno w stosunku do poruszającego się źródła dźwięku, jak i do będącego w ruchu źródła światła. W tym oczywiście przypadku nie idzie o wysokość dźwięku, ale o zmiany wysokości – a ściśle mówiąc – długość fali świetlnej. Staje się ona dłuższa, im źródło światła szybciej oddala się od obserwatora, a tym krótsza im bardziej się do niego zbliża. W pierwszym przypadku barwa światła jest bardziej czerwona, w drugim zaś – bardziej niebieska. Na podstawie widma gwiazdy można więc wyznaczyć prędkość, prędkość jaką się ona zbliża do naszego systemu planetarnego lub oddala się od niego. Metodę tę astronomowie z powodzeniem zastosowali również do obserwacji galaktyk, co doprowadziło do sensacyjnego odkrycia.

Zasada kosmologiczna mówi, iż geometria wszechświata w danym momencie musi wyglądać tak samo dla wszystkich obserwatorów, niezależnie od ich położenia. Jeśli przyjmiemy to za ograniczenie to pozostają tylko trzy możliwe kształty Wszechświata.

Linia geodezyjna, czasem nazywana krótko: geodezyjna – krzywa w przestrzeni metrycznej zawierająca najkrótszą drogę pomiędzy dowolnymi dostatecznie bliskimi[1] swoimi punktami, nie dająca się już wydłużyć z żadnej strony. Formalnie definiuje się je jako krzywe o zerowej krzywiźnie geodezyjnej.

1. Wszechświat otwarty

Model Wszechświata otwartego głosi, że wszechświat będzie się rozszerzał w nieskończoność, tracąc swój blask i pogrążając w ciemności. Jego dwuwymiarowym odpowiednikiem jest powierzchnia przypominająca kształtem siodło. Wszechświat ten musiałby być nieskończenie wielki, aby nie mieć brzegu (który naruszyłby zasadę kosmologiczną, ponieważ obserwatorzy blisko brzegu widzieliby obraz znacznie różniący się od widzianego z dala brzegu). W tym Wszechświecie istnieją geodezyjne, które leżąc w jednej płaszczyźnie nie przecinają się. Geodezyjne takie rozbiegają się
w nieskończoność.
2. Wszechświat zamknięty

Model Wszechświata zamkniętego jest analogiczny do powierzchni kuli, ale
z dodanym jeszcze jednym wymiarem. Mówimy, że wszechświat ten ma geometrię trójwymiarowej powierzchni (strefy) czterowymiarowej hiperkuli. Taki Wszechświat zamyka się w sobie. Zawiera on skończoną „ilość przestrzeni” (jest ograniczony), ale nie ma brzegu. Ponadto jego geometria wygląda tak samo ze wszystkich punktów. W takim Wszechświecie wszystkie linie geodezyjne leżące w jednej płaszczyźnie przecinają się.
Wszechświat ów zaczął się Wielkim Wybuchem, ale nie będzie rozszerzał się wiecznie. Grawitacja powstrzyma jego ekspansję i wymusi zapadnięcie się. Jeśli wszechświat jest zamknięty to, jak wynika z obserwacji, jesteśmy w fazie rozszerzania się. W przyszłości zwolni on tempo ekspansji, zatrzyma ją całkowicie, a następnie zacznie się kurczyć. W miarę tego procesu galaktyki zbliżą się do siebie do tego stopnia, że cała materia zostanie ponownie ściśnięta do ekstremalnie gorącego stanu. Wariantem tego modelu jest Wszechświat oscylujący, w którym po Wielkim Zgniataniu nastąpi kolejny Wielki Wybuch. Z tej samej materii zrodzi się wówczas nowy, rozszerzający się wszechświat. Według tego modelu wszechświat oscyluje wiecznie. Historia Wszechświata zamkniętego charakteryzować się będzie bogactwem zjawisk optycznych.
3. Wszechświat płaski

Model Wszechświata płaskiego jest przypadkiem pośrednim między dwoma pierwszymi opisanymi modelami. Geometria tego Wszechświata w ogóle nie jest zakrzywiona, lecz jest „płaska” lub euklidesowa. Musi on być przy tym nieskończenie wielki, aby nie miał brzegu, a odległość między dwiema nie przecinającymi się geodezyjnymi leżącymi w tej samej płaszczyźnie (liniami równoległymi) jest wszędzie taka sama.
Model tego Wszechświata głosi, że Wszechświat ten nie będzie się ani rozszerzał
w nieskończoność ani się nie zapadnie. Grawitacja spowoduje, że opóźnienie i prędkość ekspansji osiągną wartość zerową w tym samym czasie.

W chwili obecnej astronomowie są zgodni co do tego, że Wszechświat narodził się około 15 miliardów lat temu na skutek Wielkiego Wybuchu. Od tamtej pory nieustannie się rozszerza, rozciągając strukturę czasoprzestrzeni.
Powstały trzy alternatywne modele obrazujące przyszłość Wszechświata.
• Jeśli ekspansja trwać będzie wiecznie, Wszechświat będzie stopniowo się ochładzał, a odrywane od siebie mniejsze struktury zmierzać będą w zimne odosobnione przestrzenie umarłych gwiazd i czarnych dziur.
• Jeśli czasoprzestrzeń przestanie się rozciągać, nastąpi Wielka Zapaść - Wszechświat skurczy się do granic nieskończoności.
• Ostatni scenariusz przedstawia Wszechświat, który stopniowo spowalnia swoją ekspansję. Idealna równowaga pozwoli zapobiec katastrofie, czasoprzestrzeń zostanie zachowana. Przynajmniej na chwilę.
Los Wszechświata jest ściśle uzależniony od ściągającego wpływu grawitacji i rozciągającego wpływu ekspansji. Dlatego astronomowie starają się obliczyć wielkość tych dwóch sił. Grawitacja, powstrzymująca gwałtowną ekspansję, zależy głównie od ilości materii znajdującej się we Wszechświecie. Każda cząstka obdarzona masą, posiada swoją własną siłę grawitacji. A zatem, aby wiedzieć jaki los czeka nasz Wszechświat, musimy go zważyć i znaleźć jego gęstość.
Udowodniono również, że ekspansja jest przyspieszana pod wpływem niewidocznej siły, tzw. „dark energy”, która umożliwia rozszerzanie się Wszechświata. Jednak dopóki nie poznamy odpowiedzi na wszystkie pytania związane z ową tajemniczą siłą, jak również nie dowiemy się czym jest ciemna materia, dopóty los Wszechświata nie jest przesądzony.