Kosmologi
Från Rilpedia
- Se även Kosmologi (andra betydelser).
Kosmologi är det vetenskapliga studiet inom astronomin och fysiken av universums uppkomst och utveckling och dess storskaliga struktur. Den kosmologiska standardmodellen är den vedertagna beskrivningen av hur universum uppkom för omkring 13,7 miljarder år sedan genom Big Bang – en våldsam händelse då rummet och tiden uppkom och rummet började expandera från ett gemensamt hett tillstånd i termodynamisk jämvikt.
Kosmologin utgår från den kosmologiska principen, som säger att universum ser likadant ut för alla observatörer: universum är isotropiskt och homogent på stora avståndsskalor (miljontals ljusår eller mer). En stor mängd observationer tyder på att detta är riktigt. Den kosmologiska principen tillsammans med Hubbles observation att universum expanderar har lett till uppkomsten av Big Bang-teorin.
Innehåll |
Standardmodell: Ursmällen
De klassiska hörnstenarna i kosmologin är universums expansion, den kosmiska bakgrundsstrålningen och syntesen av lätta grundämnen i det tidiga universum, den så kallade nukleosyntesen. I den moderna kosmologin studerar man också uppkomsten av galaxer och storskaliga strukturer, anisotropier och fluktuationer i den kosmiska bakgrundsstrålningen, mörk materia, mörk energi och inflation.
Kosmologi studeras experimentellt genom astronomiska observationer och markbaserade eller satellitbaserade mätningar av strålning. Den teoretiska beskrivningen är baserad på den allmänna relativitetsteorin, där man kan visa att den kosmologiska principen och ett expanderande universum leder till Big Bang-teorin och den kosmiska bakgrundsstrålningen. Fysikerna använder även många andra grenar av fysiken, som partikelfysik, kärnfysik, statistisk fysik och kvantfältteori.
Några av de viktigaste experimentella observationerna är upptäckten av avlägsna galaxer liknande vår egen, Hubbles upptäckt av universums expansion, Penzias' och Wilsons upptäckt av den kosmiska bakgrundsstrålningen och senare upptäckten av dess anisotropier av COBE-satelliten, och Hubbleteleskopets mätningar av galaxers hastigheter. På senare tid har mörk materia upptäckts, WMAP-satelliten har gjort mycket precisa mätningar av bakgrundsstrålningens fluktuationer och studier av avlägsna supernovor har lett till upptäckten av mörk energi – vakuumenergi eller en kosmologisk konstant.
Den moderna versionen av den kosmologiska standardmodellen kallas också Lambda-CDM-modellen, där Lambda betecknar den kosmologiska konstanten och CDM står för Cold Dark Matter (kall mörk materia). Enligt mätningarna består universum till 4 procent av vanlig materia, 23 procent mörk materia och 73 procent mörk energi, så vi känner bara till 4% av universums beståndsdelar. Mätningarna har också avslöjat att universums expansion accelererar, och att universums geometri är flat (till skillnad från stängd eller öppen).
Fysikalisk kosmologi
Se vidare
Historiska teorier inom fysikalisk kosmologi
Innan den kosmiska bakgrundsstrålningen upptäcktes hade Big Bang-teorin sin största konkurrent i den så kallade Steady state-teorin. Det har också tidigare funnits andra alternativa modeller. Allteftersom att fler och exaktare kosmologiska observationer har gjorts har de äldre teorierna alla övergivits till förmån för Big Bang.
Bland historiska kosmologiska modeller kan nämnas
- Steady state-teorin, föreslagen av Bondi, Gold och Hoyle. Denna teori övergavs eftersom den inte kunde förklara den kosmiska bakgrundsstrålningen på ett tillfredsställande sätt.
- Den kvasi-stationära tillståndsteorin (eng. Quasi Steady State) är en modifikation av den ursprungliga Steady state-teorin av Hoyle, Burbidge och Narlikar
- Klein-Alfvéns kosmologi (kallas också plasmakosmologi), är en alternativ teori utarbetad av Hannes Alfvén och Oskar Klein
- Trött ljus-teorin (eng. Tired light) är en alternativ teori som försöker förklara rödförskjutningen hos avlägsna objekt med energiförlust hos ljuset istället för universums expansion.
Alternativa modeller
Det finns alternativa kosmologiska modeller till den kosmologiska standardmodellen. Det rör sig å ena sidan om modeller som motsäger någon av de grundläggande aspekterna av standardmodellen:
- att universum expanderar,
- att universum uppstod i det förflutna från ett mycket hett och tätt tillstånd
- den kosmologiska principen att universum är i stort sett homogent och isotropiskt
- den Kopernikanska principen att vi inte observerar universum från någon utvald plats,
och å andra sidan om alternativa modeller för olika delar av standardmodellen, till exempel alternativ till mörk energi eller modeller som kompletterar standardmodellen med en teori för vad som hände innan Big Bang (som den cykliska modellen). Ett exempel på en teori som ämnar ersätta behovet av mörk materia är MOND, en alternativ gravitationsteori föreslagen av Mordehai Milgrom som ersätter behovet av mörk materia med en modifierad gravitationslag på stora avstånd.
På grund av att det observationella stödet för standardmodellen är mycket starkt är intresset för dessa alternativa modeller i allmänhet inte stort bland kosmologer och astronomer.
Externa länkar
- Ned Wright: Cosmology tutorial and FAQ
- Sean Carroll: Cosmology Primer
Referenser
- P. J. E. Peebles: Principles of Physical Cosmology, Princeton University Press, Princeton 1993. ISBN 0-691-01933-9.
- J. A. Peacock: Cosmological Physics, Cambridge University Press, 1998. ISBN 0-521-42270-1.
- S. Dodelson: Modern Cosmology, Academic Press, San Diego 2003, 2nd ed. ISBN 0-12-219141-2.
