Wyjaśnianie laikowi Ciemnej Materii i Ciemnej Energii


16

Z moją małą wiedzą wiem o tym:

Ciemna materia

Centrum galaktyki kontroluje / przyciąga do siebie swoje obiekty (gwiazdy, planety, komety itp.) Z powodu grawitacji. Ale masa centrum tej galaktyki wydaje się mniejsza niż to, co powinno być potrzebne, aby przyciągnąć wszystkie obiekty galaktyki. Stąd istnieje Ciemna Materia, która umożliwia przyciąganie lub kontrolowanie.

Ciemna energia

Jest to siła, która odsuwa galaktyki od siebie, a tym samym powoduje rozszerzanie się wszechświata. Jeśli nie mamy tej hipotetycznej siły, nie jesteśmy w stanie wyjaśnić, dlaczego odległości między galaktykami wzrastają.

Pytanie

Daj mi znać, jak daleko jestem od faktycznego znaczenia / definicji tych terminów? Jak mogę to wyjaśnić laikowi, który nie ma wiedzy o astronomii lub ma ją bardzo mało?

Dzięki.

PS: Przeczytałem tutaj to pytanie , które jest doskonałe, ale nie miałem pojęcia, jak wytłumaczyć laikowi.


1
Zasadniczo laikowska wersja odpowiedzi MBR na ciemną materię w powiązanym pytaniu brzmi: „Oczekuje się, że zewnętrzna krawędź galaktyki będzie się obracać wolniej niż wewnątrz w oparciu o obserwowaną materię, ale zamiast tego obraca się mniej więcej tak szybko, jak wewnątrz - my nazywajcie cokolwiek, co powoduje tę rozbieżność, ciemną materią, jak w materii, która musi tam być, której nie obserwujemy ”. Twoje wyjaśnienie ciemnej energii jest w porządku.
nazwie 2voyage

Czy potrzebujesz dalszego wyjaśnienia? Jeśli nie, sugerowałbym, aby ktoś dodał uproszczone wyjaśnienie do odpowiedzi MBR i zamknął to jako duplikat.
nazwie 2voyage

@ named2voyage: Dzięki. Jeśli to nie kłopot, doceniłbym więcej szczegółów. Dlaczego zewnętrzna obręcz ma się obracać wolniej? Ponieważ nie jest fizycznie „połączony”?
Farhan

@ o nazwie2voyage: W jaki sposób dodanie Dark Matter rozwiązałoby ten problem? Dzięki.
Farhan

Odpowiedzi:


15

Ciemna materia Twoje rozumienie ciemnej materii nie jest złe, ale oto kilka wyjaśniających szczegółów. Orbity: Szybkość orbity obiektu jest związana z 2 rzeczami: promieniem orbity i masą wewnątrz niej. W Układzie Słonecznym ponad 99% masy jest skoncentrowane w centrum, więc promień jest dominującym wpływem na prędkość orbity. Kiedy patrzymy na planety znajdujące się dalej od Słońca, ich prędkość orbitalna maleje. W galaktyce jest to podobna historia, ale wraz ze wzrostem promienia orbity dostajesz coraz więcej masy na swojej orbicie, ponieważ galaktyka jest pełna innych gwiazd. Mimo to spodziewalibyśmy się spadku prędkości orbity, gdy patrzysz na obiekty w kierunku krawędzi galaktyki, ponieważ gwiazdy stają się bardziej rozproszone, gdy się poruszasz, a na orbicie nie ma wystarczającej masy, aby zrekompensować rosnący promień. Zamiast,

Oto przykład tak zwanej krzywej rotacji galaktyki spiralnej NGC 3198 : wprowadź opis zdjęcia tutaj

Bez ciemnej materii spodziewalibyśmy się, że prędkość obiektów w funkcji promienia (od środka masy) podąża za krzywą oznaczoną jako „dysk”. Jednak to, co widzimy, wydaje się być sumą dwóch wkładów (dysku i „halo ciemnej materii”, która otacza ten dysk), które jest nadpisywane rzeczywistymi danymi.

Mamy również dowody na to, że ta dodatkowa masa pochodzi z soczewek grawitacyjnych. Gdy światło przechodzi przez duży obiekt, taki jak gromada galaktyk, jego ścieżka może zostać zgięta przez grawitację tego obiektu. Widzimy ten efekt, gdy gromada galaktyk znajduje się przed jeszcze bardziej odległą galaktyką, światło z obiektu tła jest powiększane i zniekształcane. Możemy obliczyć ścieżkę, jaką musiało pojawić się światło, gdy je widzimy, a masy potrzebnej do zgięcia go w ten sposób nie można uwzględnić tylko gwiazd i gazu, które widzimy w gromadzie soczewek. To znowu sugeruje, że istnieje dodatkowa masa, której nie widzimy.

Oto świetne zdjęcie z CFHT pokazujące działanie soczewkowania grawitacyjnego.

Ciemna Energia Nie jesteś zbyt daleko z tą jedną, z jednym zasadniczym wyróżnieniem: Ciemna energia jest „siłą”, która powoduje, że wszechświat przyspiesza swoją ekspansję. Spodziewamy się, że wszechświat rozszerzy się z modelu kosmologicznego Wielkiego Wybuchu, ale spodziewalibyśmy się, że zwalnia, gdy wzajemna grawitacja wszystkiego we wszechświecie działa na siebie. Ciemna energia wydaje się być „presją” na każdą część przestrzeni do ekspansji, ale jest bardzo słaba i została zdominowana przez grawitację i inne czynniki w całej historii wszechświata. Dopiero w ciągu ostatnich kilku miliardów lat zaczął przejmować kontrolę.

Działa coś takiego. Wyobraź sobie, że masz 1-D region czasoprzestrzeni o długości 1 jednostki (tylko dla wygody). Oto on: | -------- | Teraz w tym regionie działa „presja ekspansyjna” ciemnej energii. Powiedzmy, że to 0,07 jednostek rocznie na jednostkę. Oznacza to, że każdego roku ten region czasoprzestrzeni powiększa się o 7%. Za 10 lat długość będzie podwójna: | -------- | -------- | Rzecz w tym, że każdy z tych regionów ma taką samą presję ekspansji jak pierwotny! Więc oba podwoją się za 10 lat, a potem podwoją się i tak dalej. Tak więc zdarza się, że dostajesz niewielką lokalną ekspansję, ale im dalej coś, tym szybciej przyspiesza od ciebie. Rzeczywistym efektem ciemnej energii jest rząd wielkości mniejszy, około 67,15 ± 1,2 (km / s) / Mpc ( Wikipedia), ale nadal oznacza to, że wszelkie galaktyki znajdujące się w odległości większej niż 4,5 Gigaparseca od nas są obecnie odciągane od nas szybciej niż prędkość światła. (Wciąż możemy je teraz zobaczyć, ponieważ światło, które widzimy, zostało wyemitowane na długo przed osiągnięciem tak wysokiego tempa ekspansji.) Ekspansja sumuje się na ogromne odległości, które widzimy we wszechświecie.

Ciemna energia nie wpływa na takie rzeczy jak planety, układy słoneczne i galaktyki, ponieważ efekt jest tak słaby na małych skalach, że grawitacja bardziej niż przeciwdziała. Jego efekt można głównie zobaczyć na ogromnych pustych przestrzeniach między gromadami galaktyk.

Mam nadzieję, że to pomaga!


1
To dobrze, ale istnieje poważne nieporozumienie, które nie zwiększa jasności: twierdzenie, że efekt ciemnej energii nie jest grawitacyjny. Ciemna energia ma podciśnienie, a więc jest bardziej analogiczna do „ciągnięcia do wewnątrz” (powiedzmy tłok na pojemniku z wodą pod ujemnym ciśnieniem); nie ma potrzeby przerażających cytatów dotyczących „presji”, ponieważ jest to presja. Ale podciśnienie wytwarza również odpychającą grawitację. Krótko mówiąc: ciśnienie grawituje, nie tylko energia, a podciśnienie grawituje odpychająco.
Stan Liou

Dzięki za wyjaśnienie, pomyślałem, że to bardziej jak dodatnia presja wypychająca „granicę” kawałka czasoprzestrzeni.
gargoylezoo

1
@StanLiou ma rację w tym. Ciemna energia objawia się w postaci ciśnienia, które GR mówi nam, że uczestniczy w sile grawitacji (choć ze znakiem ujemnym w równaniu stanu). Chcę podkreślić, że twój post jest wysokiej jakości. Tak trzymaj!
astromax

1
Dzięki! Zgłaszam się na ochotnika w lokalnym obserwatorium, więc robię to cały czas.
gargoylezoo

@gargoylezoo: (Wiem, że to nie jest dokładnie związane z pytaniem.) Te równoległe i prostopadłe linie na załączonym zdjęciu, jak się nazywa? Czy reprezentują one pole magnetyczne lub inne pole, czy coś innego? Czy powinien być jakiś wpływ na nich z powodu Ziemi?
Farhan
Korzystając z naszej strony potwierdzasz, że przeczytałeś(-aś) i rozumiesz nasze zasady używania plików cookie i zasady ochrony prywatności.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.