Kaikkeuden laajeneminen/galaksien pakonopeus

[Kauko Putki]

Tervehdys kaikille. Tämä on ensimmäinen viestini tälle foorumille. Tahtoisin asiantuntijaselityksen ongelmalle, joka on viime aikoina askarruttanut mieltäni. Mikäli kysymäni asia on jo täällä käsitelty, antakaa linkki/vinkki mistä voin lukea vastauksen.

Pulma, jota aivoni ei suostu ymmärtämään, syntyy tästä asetelmasta: Nykytiedon mukaan kaikkeus (The Universe) laajenee kiihtyvällä nopeudella. Samalla tavoin nykytiedon mukaan galaksit etääntyvät toisistaan kiihtyvällä nopeudella; punasiirtymähavaintojen mukaan galaksien pakonopeus on sitä suurempi, mitä kaukaisempi niiden asema on havaitsijaan nähden.
Kuitenkin (ja se pulmani on juuri tässä) fyysikkojen sanoma on se, että kaikkeuden (avaruuden) laajenemisella ja kappaleen (esim. galaksin) liikkeellä (pakonopeudella) ei ole mitään tekemistä toistensa kanssa!
Siis kysymykseni kuuluu: Jos toisaalta avaruus laajenee kiihtyvällä nopeudella ja toisaalta galaksien pakonopeus suurenee mitä kauempana ne ovat, miksi nämä kaksi asiaa eivät korreloi keskenään? Toisaalta molemmat havainnot tukevat toisiaan, mutta toisaalta näillä asioilla ei ole luetun mukaan keskenään mitään tekemistä! Kuka selittäisi minulle tämän paradoksin?
Kiitokseni vastauksesta jo etukäteen.

[mistral]

Kuitenkin (ja se pulmani on juuri tässä) fyysikkojen sanoma on se, että kaikkeuden (avaruuden) laajenemisella ja kappaleen (esim. galaksin) liikkeellä (pakonopeudella) ei ole mitään tekemistä toistensa kanssa!

Terve vaan

Onko sinulle epäselvää Newtonilaisen ja suhteellisuusteorian ero? Itsekään en hallitse näitä, mutta ehkä voin jotenkin auttaa.

Newtonilaisessa maailmankuvassa laajeneminen on kappaleiden siirtymistä etäämmälle toisistaan ja nopeudet on mitattavia.

Yleisen suhteellisuusteorian laajeneminen taas on sitä, että itse avaruus laajenee ja nopeudet ovat myöskin mitattavia ja käsittääkseni korreloivat avaruuden laajenemisen kanssa. Esim. meidän aurinkokunta laajenee joitakin millimetrejä sekunnissa (jos oikein muistan) , mutta painovoima estää tämän laajenemisen, joten se ei ole mitattavissa. Kuitenkin yli 10 miljardin valovuoden päässä laajeneminen ylittää valon nopeuden.

Käsittääkseni  yleisen suhteellisuusteorian laajenemista ei olla voitu varmistaa mittaamalla, joten olen avoin myös sille mahdollisuudelle, että se ei pidä paikkaansa.

[Kauko Putki]

Kiitos mistralille kommentista!
Kysyit: "Onko sinulle epäselvää Newtonilaisen ja suhteellisuusteorian ero?"

Tässäpä se pointti juuri onkin. Klassisen fysiikan lainalaisuudet ovat (ainakin täällä maan päällä) paljolti suhteellisia, aivan kuten kvanttifysiikankin mukaan ajateltuna. Vasta avaruuden äärettömyydessä teorioiden eroja todella syntyy; miten selität ne niin, että tavallisen tallaajankin aivot ne ymmärtävät.

Tarkoititko mistral siis sitä, että galaksien punasiirtymiä ja niiden kiihtyvää pakonopeutta pitäisi ajatella "newtonilaisittain" ja itse maailmankaikkeuden laajenemista "einsteinilaisittain"? Jos näin on, mikä "voima" kiihdyttää galaksien liikettä ja mikä "voima" avaruuden laajenemista? Onko kysymyksessä kenties sama "pimeä energia", vaiko kaksi jotain muuta, toisistaan erillistä voimaa?

[mistral]

Tarkoitin newton/yl.suhteellisuusteoria vertailulla sitä, että toisessa avaruus on staattinen, toisessa laajeneva.

Täällä astronetissä on kirjoitellut ainakin kaksi fyysikkoa, RJ ja Ketarax. He varmaan tietäisivät nämä asiat.

Oma käsitykseni näistä voimista on: Pimeä energia (myös tavallinen energia) on yl. suhteellisuusteoriassa tekijä, joka laajentaa avaruutta, siis ei puske materiaa. Sensijaan avaruus puskee, sitä en tiedä miten. Tällainen käsitys minulla nyt on, voin olla väärässä.

[Kauko Putki]

Kiitokset mistralille toisestakin kommentista. On lohduttavaa todeta, että "täällä kehtaa edes kysyä" ja että heti vastataan!
Olen tullut foorumille aikeissa kysellä vaikeita. Alku on ihan lupaava; kiitos mistralin!

Toivottavasti fyysikotkin heräävät vastailemaan, koska aikomukseni on jatkaa kysymyksiä...

[Kauko Putki]

Jatkanpa tässä pähkäilyäni, koska uusia kommentteja ei näy tulleen.

mistral kirjoitti:
" Kuitenkin yli 10 miljardin valovuoden päässä laajeneminen ylittää valon nopeuden."

Tuo ei ole suhteellisuusteorian mukaan mahdollista, koska silloinhan informaatio liikkuisi tapahtumia nopeammin, eli syntyisi (teoriassa) tilanne, jolloin tapahtumien ennustaminen ("selvänäkeminen") olisi mahdollista. Olenko kovin väärässä?

Suhtiksen mukaan kappaleen kiihdyttäminen valonnopeuteen vaatisi äärettömän paljon energiaa. Toisin sanoen ihmisen tekniikoilla nyt ja tulevaisuudessa valon nopeudella liikkuvat raketit ovat ja pysyvät scifi-kirjailijoiden mielikuvituksen tuotteina.

Kuitenkin kaikkeus toimii niin, että kaukaisimpien galaksien pakonopeus on jo nykyisin luokkaa 60% valon nopeudesta. Vauhti on siis jo kaikilla indikaattoreilla mitattuna hirmuinen. Maallikko kysyykin - kenties fyysikoita naurattaen - mikä seikka tai voima voi estää sen, että kiihtyvällä pakonopeudella etääntyvät galaksit eivät joskus tulevaisuudessa voisi saavuttaa valon nopeutta? Ihmiskunta ei ole (toistaiseksi) pystynyt luotettavasti selvittämään syitä siihen, miksi kaikkeus ja/tai galaksit laajenevat/loittonevat kiihtyvällä nopeudella.

Mikäli ihminen ei pysty kiihdyttämään kappaletta valon nopeuteen, universumi saattaisi siihen pystyä, koska emme tunne läheskään kaikkia sen ominaisuuksia.

(Tämä kaikki on maallikon pähkäilyä; osallistukaa ihmeessä keskusteluun, niin saamme siihen lisää vipinää ja uusia näkökulmia.)

[mistral]

Tuosta yli 10 miljardin valovuoden horisontista. Googletin näitä juttuja ja tulin siihen tulokseen, että on kaksi eri horisonttia. A) maailmankaikkeuden iän määräämä horisontti, joka rajaa kaukaisimmat näkyvät kohteet 13,75mrd valovuoteen. B) valon nopeuden määräämä horisontti, joka rajaa näkyvyyden jonnekin 20mrd valovuoteen.

Jostakin luin, että universumin koko ylittäisi nämä molemmat horisontit ja tosiaaan valon nopeus ylittyisi. Kuinka se on mahdollista, en tiedä

[Kauko Putki]

Yksi hypoteesi ns. pimeän energian selityksistä (monien joukossa) lähtee siitä oletuksesta, että jokaisen galaksin keskustassa on musta aukko. Vaikka näin olisikin (ja luultavasti näin onkin), se seikka ei yksin pysty selittämään pimeän energian kokonaisvaikutusta kaikkeuden paradoksaaliselle käyttäytymiselle, koska tällaisen pimeän energian vaikutus kaikkeuden toimintaan ei riitä vastaukseksi. Jollakin selityksellä pitäisi löytyä syy siihen, miksi kaikkeus/galaksit laajenevat/loittonevat kiihtyvällä nopeudella.

Tässä taas yksi maallikon tyhmä kysymys: Entäpä, jos ns. mustia aukkoja on (galaksien lisäksi) kaikkialla Universumissa? Toisin sanoen "pimeitä" galakseja (jotka mustat aukot ovat jo nielaisseet) olisi joka puolella kaikkeutta, ja joita sen vuoksi ei voida havaita?
Miksi tämä ei voisi olla mahdollista? Mikäli tämä ajatus pitäisi paikkansa, se selittäisi "pimeän energian" olemassaolon.

[mistral]

Tässä taas yksi maallikon tyhmä kysymys: Entäpä, jos ns. mustia aukkoja on (galaksien lisäksi) kaikkialla Universumissa? Toisin sanoen "pimeitä" galakseja (jotka mustat aukot ovat jo nielaisseet) olisi joka puolella kaikkeutta, ja joita sen vuoksi ei voida havaita?
Miksi tämä ei voisi olla mahdollista? Mikäli tämä ajatus pitäisi paikkansa, se selittäisi "pimeän energian" olemassaolon.

Lainasin kirjastosta (aikaa jo yli puoli vuotta) "Universumin pimeä puoli" kirjan ja muistaakseni siinä käsiteltiin näitä asioita. Pimeässä energiassa on sellainen puoli, että se ikäänkuin riippuisi maailmankaikkeuden tilavuudesta. Ja kun se itse tuottaa lisää tilavuutta (laajentaa avaruutta) ja näin lisää energian määrää, on se jatkuvassa kasvussa. Materia ei kuitenkaan lisäänny, joten pimeät galaksit tai pimeä aine ei pysty kiihdyttämään laajenemista.

Uusimmassa Tähdet ja avaruus lehdessä oli Syksy Räsäsen ajatuksia näistä asioista.

[avanti]

Tässä taas yksi maallikon tyhmä kysymys: Entäpä, jos ns. mustia aukkoja on (galaksien lisäksi) kaikkialla Universumissa? Toisin sanoen "pimeitä" galakseja (jotka mustat aukot ovat jo nielaisseet) olisi joka puolella kaikkeutta, ja joita sen vuoksi ei voida havaita?
Miksi tämä ei voisi olla mahdollista? Mikäli tämä ajatus pitäisi paikkansa, se selittäisi "pimeän energian" olemassaolon.

Mielestäni tällaisia kosmologisia kysymyksiä kannattaisi kysyä Tähdet ja avaruus -lehdeltä, jossa ammattilaiset vastaavat.

Ensimmäiseen kysymykseesi käsittääkseni galaksien yms punasiirtymissä nähdään maailmankaikkeuden laajeneminen kokonaisissa galakseissa, kvasaareissa yms. kaukaisissa kohteissa, kun taas kaikkeuden laajenemisen kiihtyminen pimeällä energialla on joka ikisen yksityiskohdan, atominkin laajenemista, kunnes jäljellä on vain jakamattomia perushiukkasia, kvarkkeja ja mitä niitä on. Ne ovat siis eri asioita.

Mutta musta energiahan on vain pelkkä nimi asialle jota emme tiedä.

Mustat aukot syövät vain lähimmän materiansa. Alkuaikojen galakseissa oli paljon hurjempi meno mustilla aukoilla, kunnes ne olivat putsanneet lähiympäristönsä. Esim. Linnunradan keskus on rauhallinen paikka, vaikka siellä varmaankin on musta aukko. Samoin kaikissa lähigalakseissa. Eiväthän planeetatkaan putoa suoraan keskustähteensä! Sitten lienee eri asia, jos onkin systeemi, joka ei pyöri? Silloin varmaan putoava liike suuntautuisi suoraan massakeskipisteeseen - vaan en ole koskaan lukenut sellaisesta.

Paitsi tietysti ellipsigalaksit. Eivätkä nekään romahda yhteen. (Suunnattoman määrän tähtien ominaisliikkeet kumoavat toisensa, jolloin itse galaksi on ja pysyy.)

ML

[Kauko Putki]

Kiitos vain mistralille ja avantille kommenteista. Eiköhän tämä kokonaisuus tästä pikku hiljaa ala hahmottua, niin pitkälle kuin se nykytiedoilla ylipäänsä voi ihmiselle hahmottua.

Kenties tämä saitti on hyvä päättää avantin toteamukseen:

"Musta energiahan on vain pelkkä nimi asialle, jota emme tiedä."

PS. Tuli mieleen vanha aforismi: "Mitä enemmän tiedät, sitä vähemmän huomaat tietäväsi!"

[jussi_k_kojootti]

Kuitenkin (ja se pulmani on juuri tässä) fyysikkojen sanoma on se, että kaikkeuden (avaruuden) laajenemisella ja kappaleen (esim. galaksin) liikkeellä (pakonopeudella) ei ole mitään tekemistä toistensa kanssa!

Pulmasi syntyy tuosta pakonopeus-termistä, ja sillä se ratkeaakin: jätetään se pois.  Hubblen punasiirtymähavainnot voitiin tulkita kahdella tavalla: joko kaukaiset galaksit (kaikissa suunnissa) kulkevat avaruuden halki meistä poispäin (sitä nopeammin mitä kauempana ne ovat), tai avaruus itse laajenee.  Ensimmäisessä selitysvaihtoehdossa aurinkokunta olisi kosmoksen keskellä, mikä on ristiriidassa kosmisen kopernikaanisen prinsiipin kanssa (joka sanoo että havaitsijat maassa eivät ole erityisasemassa tehdessään havaintoja kosmoksesta, vaan että samoihin tuloksiin päästäisiin tekemällä mittaukset jostakin muualta).  Tämä sekä yleisen suhteellisuusteorian kehitys ja mikroaaltotaustan löytyminen valikoivat jälkimmäisen selitysvaihtoehdon, eli avaruuden metrisen laajenemisen, punasiirtymien selitykseksi, ja syntyi alkuräjähdyskosmologia.  Sen kontekstissa käsite "galaksin pakonopeus" ei siis ole pätevä, tai ainakaan sen merkitys ei ole sama kuin pakonopeudella yleensä.  Emme havaitse galakseissa dopplerin punasiirtymää siksi että galaksi etääntyy meistä kulkien avaruuden halki samalla tavoin kuin aurinkokunnan jättävä satelliitti etääntyy maasta (->pakonopeus), vaan punasiirtymä aiheutuu itse avaruuden laajenemisesta -- meidän ja kaukaisen galaksin väliin ilmaantuu uutta avaruutta -- uutta tyhjiötä.  Vaikka galaksi olisi mielivaltaisten referenssipisteiden suhteen levossa (=siihen ei vaikuttaisi voimia, myöskään painovoimaa), havaitsisimme siitä lähteneen valon silti punasiirtyneen metrisen laajenemisen vuoksi.

[naavis]

Minua on tässä avaruuden laajenemisessa askarruttanut, että laajeneeko avaruus myös pienessä mittakaavassa? Ts. kasvaako esimerkiksi atomien etäisyys toisistaan molekyylien sisällä? Kasvaako ihminen pikkuhiljaa universumin laajetessa? Jos ei, miksei? Jos taas niin, miten havaitsemme maailmankaikkeuden laajenemisen jos laajenemme itse samaa tahtia? Jos kerran mittatikku kasvaa samaa tahtia mitattavan asian kanssa, muutosta ei varmaan havaittaisi?

[vesa k]

Hei
Jälleen kiinnostava keskustelu.
Lainaus Ketarax:lta "meidän ja kaukaisen galaksin väliin ilmaantuu uutta avaruutta -- uutta tyhjiötä" Mikä on ko. tyhjiön energia ? Jos se on sananmukaisesti tyhjiö, niin ainetta ei siellä löydy, mutta enegian täytynee jatkua myös ko. tyhjiön läpi. Onko monia muita massattomia partikkeleita kuin fotoni, jotka voivat kuljettaa energiaa ?

vesa_k

[jussi_k_kojootti]

Lainaus Ketarax:lta "meidän ja kaukaisen galaksin väliin ilmaantuu uutta avaruutta -- uutta tyhjiötä" Mikä on ko. tyhjiön energia ?

"Normaali" tyhjiöenergia, joka on eräs ehdotus myös pimeän energian olemuksen selitykseksi.  Hyvin pieni kuutiometriä kohti, intergalaktisten etäisyyksien yli summattuna merkittävä.