Vairāk

5.1.1. Zemes laika grafiks - ģeozinātnes

5.1.1. Zemes laika grafiks - ģeozinātnes


Pārskats

Zemes garoza lielākoties šķiet diezgan klusa. Lai gan mēs tagad zinām, ka Puget Sound reģions ir seismiski aktīvs, jūs un es varam braukt no Portlendas, Oregonas štatā, uz Vankūveru, B.C., pa 5. starpvalstu valsti un nekad nejust zemestrīci.

Pagājušā gadsimta piecdesmitajos gados es biju Vašingtonas universitātes maģistrants, un es nekad nedomāju par zemestrīcēm. Ja es būtu ieradies Sietlā pusduci agrāk, es būtu piedzīvojis 7,1 balles spēcīgu zemestrīci 1949. gadā, kas nodarīja daudz posta un izraisīja dzīvību. Un, ja es būtu iestrēdzis dažus gadus ilgāk, mani satricinātu 1965. gada Sietlas zemestrīce, kas izraisīja vairāk bojājumu un nāves gadījumu. Lai gan īsajā laikā, kad dzīvoju Sietlā, es neko nejutu, Sietlas apgabals šajā laikā piedzīvoja normālu seismisko aktivitāti. Mūsdienu Puget Sound seismiskuma kartēs ir daudz melnu punktu, lai gan lielākā daļa identificē zemestrīces, kas ir pārāk mazas, lai tās varētu sajust nekas cits kā jutīgi seismogrāfi.

Cik ilgs laiks ir ģeologam? Apskatiet 1. tabulu, kurā parādīta virkne laika skalu, katra no tām ietver ilgāku laika periodu nekā iepriekšējā. Pirmā skala ir vēsturiska, lietvedības laiks, sākot ar Rietumu pētnieku ierašanos pirms diviem gadsimtiem. Nākamās divas skalas ir tūkstošiem, nevis simtiem gadu; Klusā okeāna ziemeļrietumu rakstiskā vēsture aptver tikai īsu daļu no vēlā kvartāra laika skalas. Vēlā cenozoja skala ir miljoniem gadu, un vecākās Zemes vēstures skala aptver četrarpus miljardu gadiem.

Labi, es esmu ģeologs, un man vajadzētu domāt šajos lielajos laika periodos. Bet es joprojām uzskatu to par ilgu laiku, kad esmu iestrēdzis satiksmē starp 5. Jūs varat piekrist, ka ir ļoti ilgs laiks, pirms beidzat koledžu, audzināt bērnus vai aiziet pensijā, un tāpēc, iespējams, ir grūti iedomāties pat divus simtus gadus, kad cilvēki ir veikuši ierakstus Ziemeļrietumos.

Tagad, kad esmu vecāks, esmu iemācījies mazliet ilgāk aplūkot laiku (izņemot gadījumus, kad esmu iestrēdzis uz automaģistrāles). Es zināju abus savus vectēvus, kuri man stāstīja stāstus par zirgu un bagiju dienām. Man patīk lasīt par agrīnajiem kolonistiem Viljameta ielejā un Puget Sound pirms 150 gadiem, un man tas šķiet neticami sen.

Bet patiesībā mūsu ierakstītā vēsture Ziemeļrietumos (vēsturiskā laika skala, 1. tabula) ir īsa. Piekrastes posms no Aļaskas līdz Kalifornijai bija pēdējais Klusā okeāna reģiona reģions, kurā tika uzņemti kolonisti, kuri bija gatavi ierakstīt savu vēsturi, un šis fakts kļūs nozīmīgs, ja ņemsim vērā lielo Kaskādijas zemestrīci 1700. gadā.

Spāņu pētnieki Oregonas dienvidu piekrasti sasniedza ap 1600. gadu, un grieķu piedzīvojumu meklētājs Ioánnis Phokás, kas pazīstams ar savu vārdu spāņu valodā, Juan de Fuca, iespējams, ir atklājis šaurumu, kas nes viņa vārdu. Kapteinis Džordžs Vankūvers un spāņu jūras kapteiņi apmeklēja Puget Sound 1700. gadu beigās, pēc tam sekoja Merivetera Lūisa un Viljams Klārks, kuri ieradās ziemas atpūtā 1806. gadā, sūdzējās par lietu un devās mājās. Bet viņi aizdedzināja taku, un kažokādu tirgotāji izveidoja amatus Fort Vankūverā un Astorijā. Drīz pēc tam daudzi kolonisti no ASV austrumiem ieradās Oregonā (kas kā Oregonas teritorija tajā laikā ietvēra lielāko daļu Klusā okeāna ziemeļrietumu uz dienvidiem no Kanādas). Uz rietumiem no Kaskādes kalniem tika izveidotas jaunas pilsētas, un kopā ar pilsētām un saimniecībām cilvēki uzbūvēja ceļus, izveidoja zemes pieprasījumus un sāka laikrakstus. Līdz 1840. gadiem, mazāk nekā pirms diviem gadsimtiem, cilvēki vairāk vai mazāk nepārtraukti veica rakstiskus ierakstus visā apgabalā uz rietumiem no kaskādēm. Tas nozīmē, ka mēs zinām tikai to, ka kopš tā laika Klusā okeāna ziemeļrietumi ir brīvi no lielām zemestrīcēm. Ģeologam tas nav ļoti ilgs laiks, nemaz.

Indiāņi, protams, bija šeit ilgi pirms tam, bet viņi nesaglabāja rakstiskus ierakstus. Viņu bagātās mutiskās tradīcijas ir cita lieta, un daži no viņu stāstiem dokumentē lielas zemestrīces un zemestrīču izraisītus jūras viļņus.

Ģeologam divi gadsimti ir kā acs mirgošana. Zeme ir vairāk nekā četrarpus miljardu gadu veca. Akmeņu liecības liecina, ka Klusā okeāna ziemeļrietumi ir daudz jaunāki par to, un tikai Vašingtonas ziemeļaustrumos un blakus esošajās Aidaho un Britu Kolumbijā mēs atrodam akmeņus, kas ir vairāk nekā miljardu gadu veci. Lielākā daļa klinšu Vašingtonas rietumos un Oregonā ir mazāk nekā sešdesmit miljonus gadu vecas. Bet tas joprojām ir neticami ilgs laiks. Ģeologs var viegli runāt apmēram sešdesmit miljonus gadu, bet ģeologam tas ir tikpat grūti iedomājies tik ilgs laiks kā jebkuram citam.

Ja ģeoloģisko procesu darbības laiks Ziemeļrietumos ir neiedomājami ilgs, šo procesu ātrums ir neticami lēns, tikpat ātri, kā aug nagi.

1. tabula. Laika skalas
Vēsturisks
2000Datoru vecums, mežizstrādes samazināšana, valsts pakalpojumu samazināšanās, iedzīvotāju skaita pieaugums, nelabvēlīga zemestrīce 2001. gadā
1980Mt. Svētā Helēna uzliesmoja. Kosmosa izpēte un cilvēki uz Mēness; Vjetnamas karš
1960ASV starpvalstu šoseju tīkls. Otrā pasaules kara kodolieroču izmēģinājumi atmosfērā
1940Rēcošie divdesmitie, kam sekoja Lielā depresija un Otrais pasaules karš
1914-18Pirmais pasaules karš
1900Plaša mežizstrāde un lauksaimniecības zemes attīstība; automašīnas nomainīja zirgus
1880Dzelzceļa tīkla attīstība
1860ASV pilsoņu karš; pašreizējā ASV un Kanādas robeža, kas izveidota pēc Cūku kara Sanhuanas salās
1840Pionieri devās uz rietumiem uz Oregonu; izveidota Vilametes ielejas apmetne, Pudžetas zemiene, Freizera delta, Vankūveras salas dienvidi.
1820Izveidoti kažokādu tirdzniecības centri Astoria un Fort Vankūvera.
1800Vietējie amerikāņi bija atbildīgi, bet neatstāja rakstiskus ierakstus. Lūisa un Klārka ekspedīcija uzsāka lielu migrāciju uz rietumiem.
1780Pētnieki sasniedza Britu Kolumbijas, Vašingtonas un Oregonas piekrasti.
1700Kaskādijas subdukcijas zonas zemestrīce Japānā reģistrēta cunami dēļ.
1600Spāņu pētnieki sasniedza Oregonas dienvidu piekrasti.

2000Šodien. Pēdējā lielā subdukcijas zonas zemestrīce 1700. gada 26. janvārī
1500Kolumbs atklāja Ameriku, bet ne Klusā okeāna ziemeļrietumus.
1000Liela (-as) zemestrīce (-es) Sietlas vainagā ap 900. gadu
500Trīs subdukcijas zonas zemestrīces starp 500. un 1000. gadu. Ilgs intervāls bez zemestrīcēm starp B.C. 500 un 500 D.D.

Vēlā ceturtdaļa
B.P., kas agrāk nozīmēja “pirms tagadnes”, pirms kodolenerģijas izkrišana izjauca mūsu iepazīšanās svarus, tagad nozīmē “pirms 1950. gada”.
2000.g.Šodien
5000 p.m.ē.Tas pats, kas pirms mūsu ēras 3000; 5000 gadus pirms 1950. gada. Mt. Mazama izcēlās, veidojot krātera ezeru
11,700Pleistocēna beigas un holocēna sākums. Jūras līmeņa celšanās. Astoņpadsmit subdukcijas zonas zemestrīces holocēna laikā. Lielā Misula plūdos pirms 15 000 līdz 12 000 gadiem
15,000Ledus cepures atkāpjas un jūras līmenis strauji paaugstinās
20,000Ledus ledus līdz dienvidiem līdz Olimpijai un Spokanei, Vašingtonā; krasta līnijas gandrīz 400 pēdas zemākas nekā šodien.

Vēlā cenozoja (vecums tūkstošos gadu)

0Šodien. Jūras līmenis šodien ir par 20 pēdām zemāks nekā pirms 124 000 gadiem
500500 000 gadu. Vairāki ledus virzieni un atkāpšanās. Zemes magnētiskais lauks mainījās 780 000 gadu laikā; iepriekš kompasa adata norādīja uz dienvidiem.
1,000Vairāk ledāju sasniegumu un atkāpšanās.
2,600Pleistocēna sākums pirms 2 600 000 gadiem
2,000Pilocēna laikmets
2,500Pirmais lielais ledus laikmets sākās pirms aptuveni 2 400 000 gadiem. Joprojām pliocēnā, kas sākās pirms aptuveni 5 300 000 gadiem.

Vecāka Zemes vēsture (vecums, miljonos gadu)

0Šodien
2.4Ledus laikmeta sākums
15-17Lieli Kolumbijas upes bazalta izvirdumi
66Asteroīds ietriecās Meksikas dienvidos, dinozauri izmira.
245Lielākā masveida izmiršana Zemes vēsturē
570Trilobītu un lobītu fosiliju sākums
4,570Zemes vecums, 4 570 000 000 gadu

Kad es runāju par okeāna plāksnes kustību uz ziemeļaustrumiem uz Oregonu, Vašingtonu un Vankūveras salu un saku, ka šī kustība ir nedaudz vairāk par pusotru collu gadā, es dažreiz pazaudēju savu auditoriju. Šeit mēs runājam par ātruma ierobežojuma palielināšanu Oregonas automaģistrālēs, un šis puisis ir noraizējies par ātrumu pusotru gadu? Dodiet mums atpūtu! Bet šis rādītājs ir ātrāks par ātrumu, kas ir nedaudz vairāk par collu gadā, kad Kalifornijas piekrastes teritorija San Andreas vainas dēļ slīd garām pārējai Ziemeļamerikai. Pat ar tik lēnu pārvietošanās ātrumu San Andreas lūzumā 1812., 1857. un 1906. gadā ir notikušas lielas zemestrīces. Ja turpināsit šo slīdēšanas ātrumu piecus miljonus gadu, piekrastes Kalifornija pārvietosies uz ziemeļrietumiem vairāk nekā astoņdesmit jūdzes. Turpiniet to pietiekami ilgi, un - aizturiet elpu - Losandželosa kļūs par Klusā okeāna ziemeļrietumu daļu!

Pieņemsim, ka viena milzu zemestrīce plosīja visu Kaskādijas subdukcijas zonu 1700. gadā pirms mūsu ierakstu uzskaites šajā reģionā un izraisīja 65 pēdu pārvietošanos, kas, pēc daudzu zinātnieku domām, ir iespējams. Un pieņemsim arī, ka šī zemestrīce mazināja visu spriedzi, kas lēnām veidojās ar ātrumu 1,6 collas gadā. Sadalot 1,6 collas gadā 65 pēdās, jūs atradīsit, ka būs nepieciešami gandrīz pieci simti gadu, lai garoza atgūtu šo celmu, lai nākamajā zemestrīcē subdukcijas zona varētu atkal plīst. Tagad tas ir ilgs laiks, apmēram divarpus reizes vairāk nekā mūsu reģistrētā vēsture Klusā okeāna ziemeļrietumos kopš Lūisa un Klārka ekspedīcijas.

Bet mēs jau esam izmantojuši vairāk nekā divsimt gadu reģistrēto vēsturi bez briesmoņu zemestrīces, un, kā tiks parādīts zemāk, ir pieejami ģeoloģiski pierādījumi no Braiena Atvotera nomierinātajiem purviem un vēsturiskas liecības no cunami Japānā 1700. gadā. jau ir izlietoti vairāk nekā trīs simti gadu. Vai mums par to vajadzētu aizmirst, ciktāl mums vēl varētu būt divi simti gadu?

Diemžēl nē, jo zemestrīču atkārtošanās laiks var būt ļoti mainīgs. Kalifornijas dienvidos San Andreas lūzuma posms pārplīsa 1812. gadā un atkal 1857. gadā, tikai četrdesmit piecus gadus vēlāk. Tomēr ir pagājuši vairāk nekā simts piecdesmit gadi bez citas lielas zemestrīces tajā pašā vainas daļā. San Andreas vainas tālākajā daļā vairāk nekā 300 gadu laikā nav bijis plaisas. Kaskādijas subdukcijas zonai varētu būt daudz vairāk nekā divi simti gadu, vai arī nākamā lielā Kaskādijas zemestrīce varētu notikt daudz ātrāk, varbūt mūsu dzīves laikā, varbūt rīt.

Vēl viens iemesls, kāpēc mēs nevaram smieties par 1,6 collas gadā, ir milzīgais akmens daudzums, kas rada spriedzi. Okeāna plāksne, kas spiež ceļu zem Ziemeļamerikas kontinenta malas, ir aptuveni 40 jūdzes bieza un 740 jūdzes gara, stiepjas no Vankūveras salas līdz Kalifornijas ziemeļiem. Tātad, pat ja kustības ātrums ir lēns, saspringtie iežu ķermeņi ir titāna lieluma.

Tā kā ģeoloģisko procesu īstenošanas laiki ir tik ilgi, ģeologi ir izstrādājuši laika grafikus (sk. 1. tabulu), kas, iespējams, ir līdzīgi vēsturniekiem, kuri atsaucas uz viduslaikiem vai renesansi. Sākumā tas tika darīts, izmantojot fosilijas, jo evolūcijas gaitā organismi laika gaitā ir mainījušies, un, lai raksturotu noteiktus laika intervālus, tika izmantoti izmiruši sugu apvalki vai kauli. periodiem un laikmetos. Pēdējo gadu desmitu laikā ir kļuvis iespējams iežogot akmeņus tieši, pamatojoties uz ārkārtīgi regulāru atsevišķu elementu, piemēram, urāna, radioaktīvo izotopu sabrukšanas ātrumu. Šie atomu pulksteņi ļauj mums noteikt Zemes vecumu aptuveni četrarpus miljardu gadu laikā, turklāt - līdz pat trilobītu, dinozauru un citu dominējošo organismu grupu vecumam.

Pētot zemestrīces, mums nav jāuztraucas par lielāko daļu ģeoloģisko periodu un laikmetu, ieskaitot trilobītu un dinozauru vecumu. Mums jāzina par tiem laikiem, kad ir notikuši ģeoloģiskie procesi, kas izraisa šodienas zemestrīces: terciārais un ceturkšņa periods, kopā pazīstams kā cenozoja laikmets. Mums ir jāzina kaut kas par terciārā perioda vēlākās daļas ģeoloģisko vēsturi, bet mūs visvairāk uztrauc kvartārs, kas sākās pirms 2,6 miljoniem gadu (1. tabula). Mēs sadalām kvartāru pleistocēna un holocēna laikmetos, un robeža starp abiem datēta aptuveni pirms vienpadsmit tūkstošiem gadu. Pleistocēna laikmetā, kas aptvēra lielāko daļu ledus laikmetu, bija vērojama liela cilvēku evolūcija, kā arī zobenzobu tīģeri, mastodoni un lieliski alu lāči.

Bet tieši holocēns, pēdējie 11 700 gadi, mūs visvairāk satrauc. Pēdējā pleistocēna un agrīnā holocēna laikā Ziemeļamerikas un Eiropas lielās ledus cepures izkusa, un visa šī kausējošā ūdens pievienošana pasaules okeāniem izraisīja jūras līmeņa celšanos simtiem pēdu. Holocēna pēdējā pusē Mezopotāmijā, Ēģiptē un Ķīnā radās civilizācijas, un tika sākta rakstiska pierakstīšana.

Ja ģeologi var pierādīt, ka kļūme izraisīja zemestrīci holocēna laikā, tā tiek iekļauta īpašā kategorijā. bīstamība. Ja tas nesen pārplīsa, visticamāk, tas atkal plīsīs, un to sauc par aktīva vaina. Šī klasifikācija, kas balstīta uz pēdējās darbības laiku, dažos štatos ir ierakstīta likumos un federālo aģentūru noteikumos, piemēram, ASV Kodolregulatoru komisijā un ASV armijas inženieru korpusā.

Lai uzzinātu zemestrīces vecumu, mēs esam ierakstījuši ierakstus tikai par pēdējo holocēna daļu, bet par Klusā okeāna ziemeļrietumiem - vēsturisko ierakstu tikai nedaudz ilgāk par divsimt gadiem. Bet mēs varam izmantot vienu no kodolpulksteņiem, lai pēdējos divdesmit līdz trīsdesmit tūkstošus gadu datētu agrāk dzīvus organismus. Tas ir radiokarbona iepazīšanās, pamatojoties uz oglekļa radioaktīvā izotopa (ogleklis 14) dabisko sabrukšanu stabilā ogleklī (ogleklis 12). Ogleklis 14 sākas kā parasts slāpeklis, kas veido lielāko atmosfēras daļu. Stabilu slāpekļa izotopu slāpekli 14 bombardē kosmiskie stari no kosmosa, mainot to uz oglekli 14, kas ir radioaktīvs un nestabils. Organismi, ieskaitot jūs un es, uzņem gan radioaktīvos, gan stabilos oglekļa izotopus tādās pašās proporcijās kā atmosfērā. Pēc organisma nāves 14 ogleklis ar precīzu ātrumu sabrūk līdz 12 ogleklim, tā ka puse no 14 oglekļa ir pazudusi 5 730 gadu laikā. Vēl 5 730 gadu laikā puse no atlikuma sabrūk līdz 12 ogleklim un puse no šīs sabrukšanas vēl 5 730 gadu laikā, līdz beidzot ir pārāk maz radioaktīvā oglekļa 14, lai to izmērītu. Mēs sakām, ka 5730 gadi ir Pus dzīve no oglekļa 14 radioaktīvās sabrukšanas līdz oglekļa 12.

Diemžēl radiokarbona pulkstenis nav tik precīzs, kā mēs vēlētos. Radiokarbona iepazīšanās nevar mūs novest līdz precīzam gadam, bet tikai dažu desmitgažu laikā pēc faktiskā vecuma. Radiokarbona vecuma piemērs ir 5300 ± 60 radiokarbona gadi, kas ir laboratorijas precizitātes izpausme, skaitot oglekļa 14 atomus attiecībā pret oglekli 12. Radiokarbona gadi nav tas pats, kas “kalendārie” gadi, jo kosmiskais starojums, kas rada oglekli 14 nav nemainīgs, bet gadu gaitā ir mainījies. Minze Stuiver un viņa kolēģi Vašingtonas universitātē izstrādāja konversijas skalu, kas radiokarbona gadus maina uz kalendārajiem gadiem, un lielākajā daļā šodienas ziņojumu šī konversija jau ir veikta, izmantojot datorprogrammu. Radioaktīvā oglekļa vecums vai kalendārais vecums, teiksim, 5300 gadi, tiek norādīts kā 5300 gadi pirms mūsu ēras, kas nozīmē Pirms tagadnes. Bet “tagadne” nav īsti šodien, jo atmosfēras nokrišņi no kodolieroču izmēģinājumiem pēc Otrā pasaules kara pilnībā izjauca mūsu iepazīšanos. Lai to apietu, mēs saucam par “klāt” kā 1950. gadu.

Turklāt ģeologam vai arheologam ir jānodrošina, lai datētais oglekļa paraugs (kokogles, čaumalas fragments, kaulu fragments) būtu tādā pašā vecumā kā atradne, kurā tas atrodams. Ogles noguldījumos, iespējams, ir izskalotas no miruša koka, kas ir simtiem gadu vecāks. Vai arī kokogles var būt daļa no saknes no daudz jaunāka koka, kas auga un nomira ilgi pēc tam, kad nogulsnes apglabāja citi nogulumi.

Visbeidzot, oglekļa 14 un oglekļa 12 attiecība ezeros un okeāna daļās var nebūt tāda pati kā atmosfērā. Lai precīzi datētu šajās vidēs mirušo organismu mirstīgās atliekas, ir jānoskaidro, kādi ir oglekļa izotopu koeficienti šajos apstākļos, un jāizdara rezervuāra korekcija.

Lai noslēgtu mūsu diskusiju par laiku, mums ir jādomā par zemestrīcēm divējādi. No vienas puses, zemestrīce notiek dažu sekunžu laikā, gandrīz (bet ne gluži) uzreiz. Bet, no otras puses, zemestrīce iezīmē spriedzes atbrīvošanos, kas izveidojusies simtiem, tūkstošiem, pat desmitiem tūkstošu gadu. Mēs izmantojam radioaktīvā oglekļa datēšanu, lai uzzinātu, cik ilgs laiks pagājis, lai izveidotu pietiekami daudz, lai pēdējo trīsdesmit tūkstošu gadu laikā zemestrīcē sagrautu lielu iežu masu. Mēs varam arī izmantot koku gredzenus, lai viena gada laikā noteiktu, kad konkrēts koks, kas aug piekrastes mežā, pēkšņi tika aprakts zem jūras līmeņa.

Lai saprastu zemestrīces draudus, nepietiek ar to izdomāt kas notiks zemestrīcē nākotnē. Lai gūtu panākumus zemestrīču prognozēšanā, mums tas jāzina cik ilgi ir vajadzīga vaina, lai izveidotu pietiekami lielu slodzi, lai zemestrīcē plīstu, un cik liels ka zemestrīce, visticamāk, būs. Kad? Kur? Cik liels? Atbildes uz šiem jautājumiem ir atkarīgas no mūsu spējas reaģēt uz zemestrīces briesmām un tās izdzīvot.


Ieteikumi turpmākai lasīšanai

Levins, H. L., 1999. Zeme caur laiku, sestais izdevums. Ņujorka: Saunders College Publishing, 568 lpp., 7 pielikumi.

Pellegrino, C. R. 1985. Laika vārti: Hurtling Backward through History. Blue Ridge Summit, PA: TAB Books, Inc., 275 lpp. Laika plašuma skaidrojums, atskatoties atpakaļ, aizvien pieaugošajos laika posmos līdz pašam sākumam; rakstīts nespeciālistam. 1. tabula ir balstīta uz šo ideju.

Wicander, R., un J. C. Monro, 2012. gads, Vēsturiskā ģeoloģija, 7. izdevums. CENGĀŽA Mācīšanās, drukāšana vai e -grāmata.

Yeats, R. S., K. E. Sieh un C. Allen. 1997. Zemestrīču ģeoloģija. Ņujorka: Oxford University Press, 6. nodaļa, 53. lpp. 116-38.


Zemes zinātņu katedra

Gondvānas izjukšanas laika skala
Attēlu kredīts: Griem (2007)

Nākamajā sadaļā ir uzsvērti daži galvenie notikumi, kas noveda pie Gondvānas veidošanās un turpmākās sabrukšanas.

Vēlā proterozoja

Gondvānas atdalīšanās no superkontinentālās Rodīnijas sabrukuma no Ziemeļamerikas.

Visu šo laiku Gondvāna palika stabils kontinents.

Kembrija-devona: Gondvāna vispirms ieņēma ekvatoriālo stāvokli, pēc tam virzījās uz dienvidiem. Liels apledojums notika Ordoviča laikā līdz silūra sākumam. Kalnu celtniecības procesi notika Austrālijā un Antarktīdā. Devona laikā Austrālijas kontinentālajā malā attīstījās rifu kompleksi.

Oglekļa-perma: Vēl viens liels apledojums notika oglekļa beigās un agrīnajā Permijā. Gondvāna un Laurasia apvienojas, veidojot Pangea.

Superkontinenta Pangea sadalīšana un Gondvānas sadalīšana dažādos atsevišķos kontinentos (Austrālija, Dienvidamerika, Indija, Antarktīda un Āfrika un Madagaskara).

Jurassic: Austrumgondvāna, kas ietver Antarktīdu, Madagaskaru, Indiju un Austrāliju, sāka atdalīties no Rietumgoldvānas, kas ietvēra Āfriku un Dienvidameriku.

Krīta laikmets: Āfrika atdalījās no Dienvidamerikas, veidojot Atlantijas okeāna dienvidus, un Indija atdalījās no Antarktīdas. Asteroīda/komētas trieciens ar galīgo krīta masu izmiršanu. Indija sāka strauju kustību uz ziemeļiem. Turpmākā Tetija okeāna slēgšana.

Galvenā Alpu oroģēnija no jauna sakārtoja kontinentus.

Paleogēns: Indija sadūrās ar Āziju, kā rezultātā izveidojās Himalaji. Antarktīda un Austrālija atdalījās un ļāva uzsākt apkārtpolāro okeāna straumi. Atdzišanas sākums un pirmie ledāji Antarktīdā.

Neogēns: Alpu oroģēnija joprojām turpinās. Āfrikas Etiopijas un Kenijas kupoli sāka pieaugt. Izveidojās Austrumāfrikas rifta ieleja un Arābijas pussala atdalījās no pārējās Āfrikas. Cilvēka evolūcija sākās Āfrikā. Austrālija pārcēlās uz ziemeļiem kopā ar Jaunzēlandi un Jaungvineju. Kvartāra ledus laikmets vairākas reizes uzlaboja iekšzemes ledus vairogus. Lielās apledojušās teritorijas Antarktīdā kļuva apledojušas.

1.daļas beigas.

Pašnovērtējums

Ja vēlaties uzzināt, cik daudz esat iemācījies, lūdzu, noklikšķiniet šeit, lai pārietu uz testa sadaļu.


5.1.1. Zemes laika grafiks - ģeozinātnes

Ievads uz Zemes

    Kurš no šiem apgalvojumiem par zinātniskajām metodēm ir patiess?

Hipotēzei jāvienojas vairāk nekā vienam zinātniekam
Teorija ir hipotēze, kas izturējusi daudzus zinātniskus testus
Ir pierādīts, ka teorija ir patiesa, un tāpēc to nevar atmest
Hipotēze nevar paredzēt zinātnisko eksperimentu rezultātus

ģeoloģiskie procesi, ko mēs novērojam šodien, ir darbojušies pagātnē
Ģeoloģiskais process pagātnē darbojās tādā pašā tempā kā mūsdienās
visas planētas veidojās no vienota Saules miglāja
sākumā Zemi klāja vienots magmas okeāns

Pirms 10-15 tūkstošiem gadu
Pirms 10-15 miljoniem gadu
Pirms 100-150 miljoniem gadu
Pirms 10-15 miljardiem gadu

kodolsintēze
kodola skaldīšana
metamorfisms
konvekcija

slāpeklis un skābeklis
skābeklis un silīcijs
ūdeņradis un hēlijs
dzelzs un niķelis

metamorfisms
diferenciācija
uzkrāšanās
saspiešana

vulkāniskā aktivitāte un radioaktivitāte
saules apkure un vulkāniskā aktivitāte
liels trieciena notikums un radioaktivitāte
liels trieciena notikums un saules apkure

apmēram 4 jūdzes
apmēram 4 km
apmēram 40 km
apmēram 400 km

magmas slānis
litosfēra
mantija
kontinents

radioaktivitāte
saules enerģija
vulkāni
okeāna plūdmaiņas

veidojas salīdzinoši augstā temperatūrā
veidojas, kristalizējot cietas vielas no šķidruma
veidojas pie augsta un zema spiediena
visu iepriekš minēto

var veidoties dzīvības procesos-organiski
ir kristāliskas cietas vielas
ir unikāls ķīmiskais sastāvs
var būt jebkurš stāvoklis (ciets, šķidrs vai gāzveida), ja vien šis stāvoklis rodas dabiski

nogulumiežu
magmatisks
metamorfisks
visu iepriekš minēto

vadīšana
konvekcija
metamorfisms
starojums

Džons Batlers
Māksla Smita
Džeimss Hatons
Alfrēds Vegners

dziļjūras tranšeja
okeāna vidusdaļa
subdukcijas zona
pārveidot vainu

uzkrāšanās
subdukcija
diverģences zona
kontrakcijas vaina

okeāna vidusdaļa
zemestrīces
dziļjūras tranšeju zona
vulkāniskā aktivitāte

vulkāni
zemestrīces
cilvēkiem
baktērijas

krasta līnijas starp kontinentiem un okeāniem
vulkānu izplatība
zemestrīču izplatība
kalnu grēdu izplatība
visi ir pareizi

apmēram 6000 gadus vecs
apmēram 6 miljardus gadu vecs
apmēram 4 500 000 gadu vecs
apmēram 4 500 000 000 gadu vecs
neviens no iepriekš minētajiem

atzīšana, ka procesi, kas joprojām darbojas mūsdienās, varētu radīt gandrīz jebkuru zināmu iežu veidu.
ticamu procesu apraksts viena iežu veida pārvēršanai citā.
perspektīvas uz Zemes procesiem maiņa no katastrofāla uz vienveidīgu.
visu iepriekš minēto
neviens no iepriekš minētajiem

apziņa, ka pasaule ir apaļa
apziņa, ka Saule, nevis Zeme, ir Saules sistēmas centrs
Zemes vēsturē iesaistītā ilgā laika posma atzīšana
atzīšana, ka Zeme ir Saules sistēmas centrs

ledāju nogulsnes apgabalos, kur pašlaik nav sastopami ledāji.
jūras dzīvnieku fosilijas, kas atrastas augstumā
kontinentus, ko sedz okeānā nogulsnējušies nogulumi
platus kanjonus, ko sagriež nelielas straumes
visu iepriekš minēto
neviens no iepriekš minētajiem

mazāk nekā 1%
apmēram 20%
apmēram 50%
apmēram 80%

mazāk nekā 1%
apmēram 20%
apmēram 50%
apmēram 80%

gāzu sildīšana
gravitācijas pievilcība un sadursmes
kodolsintēze
proto-saules rotācija

akmeņi un ledus
skābekli un slāpekli
ūdeņradis un hēlijs
hēlijs un kriptons

vecāks par sauli
vecāks par lielāko daļu meteorītu
vecāks par Zemi
neviens no šiem

magma
litosfēra
astenosfēra
mantija

radioaktivitāte
saules enerģija
vulkāni
okeāna plūdmaiņas

klimats
erozija
plūdmaiņas
vēji

okeāni atdalījās no garozas
klintis izturēja laika apstākļus un izlaida skābekli
aļģes un citi organismi izmantoja fotosintēzi
skābeklis uz Zemes nogulsnējās no planētām, kas atrodas tālāk no saules

1800. gadu vidū
gadu sākumā
50. gados
60. gados

forši un spēcīgi
vēss un vājš
karsts un stiprs
karsts un vājš

pārveidot vainu
atšķirīgs
saplūstošs - subdukcija
saplūstoša - kontinenta/kontinenta sadursme

siltums tiek pārnests no karsta materiāla uz vēsu materiālu, neizraisot plūsmu.
vēss materiāls plūst uz augšu un izspiež karstu materiālu
karsts materiāls plūst uz augšu un izspiež vēsu materiālu
notiek nejauša cirkulācija

vairākus centimetrus gadā
vairākus centimetrus dienā
vairākus centimetrus stundā
vairākus centimetrus sekundē

saplūstošs
atšķirīgs
pārveidot vainu
tās visas ir plākšņu robežas

dziļjūras tranšeja
okeāna vidusdaļa
subdukcijas zona
pārveidot vainu

subdukcija
uzkrāšanās
atšķirības
kontrakcija

1 km
10 km
100 km
1000 km

okeāna vidusdaļa
zemestrīces
dziļa jūras tranšeja
vulkāniskā aktivitāte

saplūstošās plākšņu robežas
atšķirīgas plākšņu robežas
pārveidot bojājumu plāksnes robežas
atšķirīgas un saplūstošas ​​plākšņu robežas

saplūstošs
atšķirīgs
pārveidot
tie nav saistīti ar plāksnes robežu

Klusais okeāns
Kokosrieksti
Huans de Fuka
ziemeļamerikānis

San Andreas
Andiāns
indiānis
Pangea

jo pieaug vulkānu izvirdumu biežums
jo cilvēku skaits pieaug
jo zemestrīču skaits katru gadu pieaug
jo plūdu skaits katru gadu pieaug

sauszemes tilti būtu bloķējuši plākšņu kustību
Zemes garozas ieži tika uzskatīti par pārāk stīviem, lai kontinenti varētu tiem pārvietoties
Dienvidamerikas un Āfrikas fosilijas nesakrita
okeāna dibena kartēšana parādīja, ka vecāki ieži sastopami tālu no okeāna vidus grēdām

dzesēšana un kristalizācija
apbedīšana un litēšana
laika apstākļi un nogulsnēšanās
dzesēšana un pacēlums

pacēlums, laika apstākļi un erozija, nogulsnēšanās
nogulsnēšanās, karstums un spiediens, laika apstākļi
kušana, kristalizācija, karstums un spiediens
nogulsnēšanās, litēšana un kristalizācija

kušana
kristalizācija
siltums un spiediens
apbedīšana un litēšana


Hronoloģija piecos posmos Rediģēt

Šī kopsavilkuma nolūkos ir ērti sadalīt Visuma hronoloģiju kopš tās rašanās piecās daļās. Parasti tiek uzskatīts par bezjēdzīgu vai neskaidru, vai pirms šīs hronoloģijas pastāvēja laiks:

Ļoti agrīnais Visums Rediģēt

Pirmā kosmiskā laika pikosekunde (10–12). Tas ietver Planka laikmetu, kura laikā patlaban pieņemtie fizikas likumi var nepiemērot četru zināmo fundamentālo mijiedarbību vai spēku parādīšanos posmos - vispirms gravitāciju, vēlāk elektromagnētisko, vājo un spēcīgo mijiedarbību un pašas telpas paplašināšanos un atdzišanu. joprojām ārkārtīgi karstais Visums kosmiskās inflācijas dēļ.

Tiek uzskatīts, ka sīkie viļņi Visumā šajā posmā ir pamats liela mēroga struktūrām, kas izveidojās daudz vēlāk. Dažādi ļoti agrīna Visuma posmi tiek izprasti dažādi. Iepriekšējās daļas nav pieejamas praktiskiem eksperimentiem daļiņu fizikā, bet tās var izpētīt, izmantojot citus līdzekļus.

Agrīnais Visums Rediģēt

Ilgst aptuveni 370 000 gadu. Sākotnēji dažāda veida subatomiskās daļiņas tiek veidotas pakāpeniski. Šajās daļiņās ir gandrīz vienāds daudzums vielas un antimatērijas, tāpēc lielākā daļa no tām ātri iznīcinās, atstājot nelielu matērijas pārpalikumu Visumā.

Apmēram vienu sekundi neitrīni atvieno šos neitrīnus, veidojot kosmisko neitrīno fonu (CνB). Ja pastāv pirmatnējie melnie caurumi, tie veidojas arī aptuveni vienā sekundē no kosmiskā laika. Parādās saliktas subatomiskās daļiņas, ieskaitot protonus un neitronus, un apmēram pēc 2 minūtēm apstākļi ir piemēroti nukleosintēzei: aptuveni 25% protonu un visi neitroni saplūst smagākos elementos, sākotnēji deitērijā, kas pats par sevi ātri saplūst galvenokārt hēlijā-4.

Līdz 20 minūtēm Visums vairs nav pietiekami karsts kodolsintēzei, bet ir pārāk karsts, lai pastāvētu neitrāli atomi vai fotoni varētu tālu ceļot. Tāpēc tā ir necaurspīdīga plazma.

Rekombinācijas laikmets sākas aptuveni 18 000 gadu laikā, kad elektroni apvienojas ar hēlija kodoliem, veidojot He +
. Aptuveni 47 000 gadu [2] Visumam atdziestot, tā uzvedībā sāk dominēt matērija, nevis starojums. Apmēram 100 000 gadu laikā pēc neitrālo hēlija atomu veidošanās hēlija hidrīds ir pirmā molekula. (Daudz vēlāk ūdeņradis un hēlija hidrīds reaģē, veidojot molekulāro ūdeņradi, degvielu, kas nepieciešama pirmajām zvaigznēm.) Apmēram 370 000 gadu laikā [3] neitrālie ūdeņraža atomi beidz veidoties ("rekombinācija"), un rezultātā arī Visums kļuva pirmo reizi caurspīdīgs. Jaunizveidotie atomi - galvenokārt ūdeņradis un hēlijs ar litija pēdām - ātri sasniedz zemāko enerģētisko stāvokli (pamata stāvokli), atbrīvojot fotonus ("fotonu atdalīšana"), un šos fotonus joprojām var noteikt kā kosmisko mikroviļņu fonu (CMB) . Šis ir vecākais novērojums, kāds mums šobrīd ir par Visumu.

Tumšie viduslaiki un liela mēroga struktūras rašanās Rediģēt

No 370 000 gadiem līdz apmēram 1 miljardam gadu. Pēc rekombinācijas un atdalīšanas Visums bija caurspīdīgs, bet ūdeņraža mākoņi sabruka tikai ļoti lēni, veidojot zvaigznes un galaktikas, tāpēc nebija jaunu gaismas avotu. Vienīgie fotoni (elektromagnētiskais starojums vai "gaisma") Visumā bija tie, kas izdalījās atdalīšanas laikā (mūsdienās redzami kā kosmiskais mikroviļņu fons) un 21 cm radio, ko laiku pa laikam izstaro ūdeņraža atomi. Atdalītie fotoni sākotnēji būtu piepildījuši Visumu ar izcili gaiši oranžu mirdzumu, pēc aptuveni 3 miljoniem gadu pakāpeniski pārietot uz neredzamiem viļņu garumiem, atstājot to bez redzamas gaismas. Šis periods ir pazīstams kā kosmiskie tumšie viduslaiki.

Aptuveni no 10 līdz 17 miljoniem gadu Visuma vidējā temperatūra bija piemērota šķidram ūdenim 273–373 K (0–100 ° C), un ir spekulācijas par to, vai akmeņainas planētas vai patiešām dzīvība varēja rasties īslaicīgi, jo statistiski neliela daļa Visumam varēja būt atšķirīgi apstākļi nekā pārējiem ļoti maz ticamu statistisko svārstību rezultātā, un tas varēja iegūt siltumu no Visuma kopumā. [4]

Kādā brīdī aptuveni no 200 līdz 500 miljoniem gadu veidojas agrāko zvaigžņu un galaktiku paaudzes (precīzs laiks vēl tiek pētīts), un pakāpeniski parādās agrīnas lielas struktūras, ko piesaista putu līdzīgās tumšās vielas pavedieni, kas jau sākuši savākties kopā visā Visumā. Pirmās zvaigžņu paaudzes vēl nav novērotas astronomiski. Tie, iespējams, bija milzīgi (100–300 saules masu) un nemetāliski, un to kalpošanas laiks bija ļoti īss, salīdzinot ar lielāko daļu mūsdienu zvaigžņu, tāpēc tie parasti beidz dedzināt savu ūdeņradi un deg eksplodēt kā ļoti enerģiskas pāru nestabilitātes supernovas pēc miljoniem gadiem. [5] Citas teorijas liecina, ka tajās, iespējams, bija iekļautas mazas zvaigznes, dažas varbūt joprojām dedzina šodien. Jebkurā gadījumā šīs agrīnās supernovu paaudzes radīja lielāko daļu ikdienas elementu, ko mēs šodien redzam sev apkārt, un ar tiem iesēja Visumu.

Laika gaitā parādās galaktiku kopas un supergrupas. Kādā brīdī agrīno zvaigžņu, pundurgalaktiku un varbūt kvazāru augstas enerģijas fotoni noved pie reionizācijas perioda, kas pakāpeniski sākas aptuveni 250–500 miljonu gadu laikā, beidzas par aptuveni 700–900 miljoniem gadu un samazinās par aptuveni 1 miljardu gadi (precīzs laiks vēl tiek pētīts). Visums pamazām pārgāja uz Visumu, kādu mēs redzam šodien sev apkārt, un tumšie viduslaiki pilnībā beidzās tikai aptuveni 1 miljarda gadu laikā.

Visums, kāds tas ir šodien Rediģēt

Kopš 1 miljarda gadu un aptuveni 12,8 miljardiem gadu Visums ir izskatījies līdzīgi kā šodien, un tas turpinās izskatīties ļoti līdzīgs daudzus miljardus gadu nākotnē. Mūsu galaktikas plānais disks sāka veidoties aptuveni 5 miljardu gadu laikā (8,8 Gya), [6] un Saules sistēma izveidojās aptuveni 9,2 miljardu gadu laikā (4,6 Gya), un pirmās dzīvības pēdas uz Zemes parādījās par aptuveni 10,3 miljardiem gadi (3,5 Gya).

Matērijas retināšana laika gaitā samazina gravitācijas spēju palēnināt Visuma izplešanos, turpretī tumšā enerģija (tiek uzskatīts, ka tas ir nemainīgs skalārs lauks visā mūsu Visumā) ir nemainīgs faktors, kas tiecas paātrināt Visuma izplešanos. Visuma izplešanās pagāja lēciena punktā apmēram pirms pieciem vai sešiem miljardiem gadu, kad Visums iegāja mūsdienu "tumšās enerģijas dominējošajā laikmetā", kur Visuma izplešanās tagad paātrinās, nevis palēninājās. Mūsdienu Visumu saprot diezgan labi, taču, pārsniedzot aptuveni 100 miljardus kosmiskā laika gadu (aptuveni 86 miljardus gadu nākotnē), pašreizējo zināšanu nenoteiktība nozīmē, ka mēs esam mazāk pārliecināti, kādu ceļu mūsu Visums ies. [7] [8]

Tālā nākotne un galīgais liktenis Rediģēt

Kādu laiku Zvaigžņu laikmets beigsies, jo zvaigznes vairs nepiedzimst, un Visuma paplašināšanās nozīmēs, ka novērojamais Visums aprobežojas ar vietējām galaktikām. Pastāv dažādi scenāriji Visuma tālākai nākotnei un galīgajam liktenim. Precīzākas zināšanas par mūsu pašreizējo Visumu ļaus tās labāk izprast.

Tabulu kopsavilkums Rediģēt

Kosmoloģijas standarta modelis ir balstīts uz kosmosa laika modeli, ko sauc par Frīdmana - Lemaitras - Robertsona - Volkera (FLRW) metriku. Metrika nodrošina attāluma mērījumu starp objektiem, un FLRW metrika ir precīzs Einšteina lauka vienādojumu (EFE) risinājums, ja tiek pieņemts, ka dažas telpas galvenās īpašības, piemēram, viendabīgums un izotropija, ir patiesas. FLRW metrika ļoti cieši sakrīt ar daudziem citiem pierādījumiem, kas liecina, ka Visums kopš Lielā sprādziena ir paplašinājies.

Ja tiek pieņemts, ka FLRW metriskie vienādojumi ir derīgi līdz Visuma sākumam, tiem var sekot laikā, līdz vienādojumi liecina, ka visi attālumi starp Visuma objektiem bija nulle vai bezgalīgi mazi. (Tas nenozīmē, ka Visums Lielajā sprādzienā bija fiziski mazs, lai gan tā ir viena no iespējām.) Turpinot uz priekšu, tas nodrošina Visuma modeli, kas ārkārtīgi cieši atbilst visiem pašreizējiem fiziskajiem novērojumiem. Šo Visuma hronoloģijas sākuma periodu sauc par "Lielo sprādzienu". Kosmoloģijas standarta modelis mēģina izskaidrot, kā Visums fiziski attīstījās, kad tas notika.

FLRW metrikas singularitāte tiek interpretēta tā, ka pašreizējās teorijas ir nepietiekamas, lai aprakstītu to, kas patiesībā notika paša Lielā sprādziena sākumā. Plaši tiek uzskatīts, ka pareiza kvantu gravitācijas teorija var ļaut precīzāk aprakstīt šo notikumu, taču šāda teorija vēl nav izstrādāta. Pēc šī brīža visi attālumi visā Visumā sāka palielināties no (iespējams) nulles, jo pati FLRW metrika laika gaitā mainījās, ietekmējot attālumus starp visiem nesaistītajiem objektiem visur. Šī iemesla dēļ tiek teikts, ka Lielais sprādziens "notika visur".

Kosmiskā laika pirmajos brīžos enerģijas un apstākļi bija tik ekstrēmi, ka pašreizējās zināšanas var tikai ieteikt iespējas, kas var izrādīties nepareizas. Minot vienu piemēru, mūžīgās inflācijas teorijas liecina, ka inflācija ilgst mūžīgi visā Visuma lielākajā daļā, padarot jēdzienu "N sekundes kopš Lielā sprādziena" neprecīzi definētu. Tāpēc agrīnākie posmi ir aktīva pētniecības joma un balstās uz idejām, kas joprojām ir spekulatīvas un var tikt mainītas, uzlabojoties zinātniskajām zināšanām.

Lai gan konkrēts "inflācijas laikmets" tiek izcelts aptuveni 10-32 sekundēs, novērojumi un teorijas gan liecina, ka attālumi starp objektiem telpā visu laiku ir palielinājušies kopš Lielā sprādziena brīža un joprojām palielinās (izņemot gravitācijas piesaistīti objekti, piemēram, galaktikas un lielākā daļa kopu, kad izplešanās ātrums bija ievērojami palēninājies). Inflācijas periods iezīmē konkrētu periodu, kad notika ļoti straujas mēroga izmaiņas, taču tas nenozīmē, ka tas palika nemainīgs arī citos laikos. Precīzāk, inflācijas laikā ekspansija paātrinājās. Pēc inflācijas un aptuveni 9,8 miljardus gadu ekspansija bija daudz lēnāka un laika gaitā kļuva lēnāka (lai gan tā nekad neatgriezās). Apmēram pirms 4 miljardiem gadu tas atkal sāka nedaudz paātrināties.

Planka laikmets Rediģēt

Planka laikmets ir tradicionālās (neinflācijas) Lielā sprādziena kosmoloģijas laikmets tūlīt pēc notikuma, kas aizsāka zināmo Visumu. Šajā laikmetā temperatūra un vidējā enerģija Visumā bija tik augsta, ka ikdienas subatomiskās daļiņas nevarēja veidoties, un pat četri Visuma veidojošie pamata spēki - gravitācija, elektromagnētisms, vājais kodolspēks un spēcīgais kodolspēks - bija apvienoja un izveidoja vienu fundamentālu spēku. Par fiziku šajā temperatūrā ir maz saprotams, dažādas hipotēzes piedāvā dažādus scenārijus.Tradicionālā lielā sprādziena kosmoloģija paredz gravitācijas singularitāti pirms šī laika, taču šī teorija balstās uz vispārējās relativitātes teoriju, kas, domājams, šajā laikmetā sadalās kvantu efektu dēļ. [10]

Kosmoloģijas inflācijas modeļos laiki pirms inflācijas beigām (aptuveni 10-32 sekundes pēc Lielā sprādziena) neievēro to pašu laika grafiku kā tradicionālajā lielā sprādziena kosmoloģijā. Modeļi, kuru mērķis ir aprakstīt Visumu un fiziku Planka laikmetā, parasti ir spekulatīvi un ietilpst "Jaunās fizikas" lietussargā. Piemēri ir Hārtla -Hokinga sākotnējais stāvoklis, stīgu teorijas ainava, stīgu gāzu kosmoloģija un ekpirotiskais Visums.

Lielais apvienošanās laikmets Rediģēt

Visumam paplašinoties un atdziestot, tas šķērsoja pārejas temperatūru, kurā spēki atdalījās viens no otra. Šīs fāžu pārejas var vizualizēt kā līdzīgas parastās vielas kondensācijas un sasalšanas fāžu pārejām. Pie noteiktām temperatūrām/enerģijām ūdens molekulas maina savu uzvedību un struktūru, un tās uzvedīsies pilnīgi citādi. Tāpat kā tvaiks, kas pārvēršas ūdenī, lauki, kas nosaka mūsu Visuma pamata spēkus un daļiņas, arī pilnībā izmaina savu uzvedību un struktūras, kad temperatūra/enerģija nokrītas zem noteiktā punkta. Tas nav redzams ikdienas dzīvē, jo tas notiek tikai daudz augstākā temperatūrā, nekā mēs parasti redzam mūsu pašreizējā Visumā.

Tiek uzskatīts, ka šīs fāzes pārejas Visuma pamata spēkos izraisa kvantu lauku parādība, ko sauc par "simetrijas pārrāvumu".

Ikdienā, visumam atdziestot, kļūst iespējams, ka kvantu lauki, kas rada spēkus un daļiņas ap mums, var apmesties zemākā enerģijas līmenī un ar lielāku stabilitātes līmeni. To darot, viņi pilnībā maina mijiedarbību. Šo lauku dēļ rodas spēki un mijiedarbība, tāpēc Visums var izturēties ļoti atšķirīgi virs un zem fāzes pārejas. Piemēram, vēlākā laikmetā vienas fāzes pārejas blakus efekts ir tāds, ka pēkšņi daudzas daļiņas, kurām vispār nebija masas, iegūst masu (tās sāk savādāk mijiedarboties ar Higsa lauku), un viens spēks sāk izpausties kā divi atsevišķi spēki.

Pieņemot, ka dabu raksturo tā sauktā Lielā vienotā teorija (GUT), grandiozais apvienošanās laikmets sākās ar šāda veida fāžu pārejām, kad gravitācija atdalījās no universālā kombinētā gabarīta spēka. Tas izraisīja divu spēku pastāvēšanu: gravitāciju un elektrostronisku mijiedarbību. Vēl nav stingru pierādījumu tam, ka šāds apvienots spēks pastāvēja, taču daudzi fiziķi uzskata, ka tas tā ir. Šīs elektrostongās mijiedarbības fiziku aprakstītu ar lielu vienotu teoriju.

Lielais apvienošanās laikmets beidzās ar otrās fāzes pāreju, jo elektrostroniskā mijiedarbība savukārt atdalījās un sāka izpausties kā divas atsevišķas mijiedarbības, ko sauc par spēcīgo un vāja mijiedarbību.

Elektriskās vājības laikmets Rediģēt

Atkarībā no laikmetu definēšanas un ievērojamā modeļa var uzskatīt, ka elektriski vājais laikmets sākas pirms vai pēc inflācijas laikmeta. Dažos modeļos tas ir aprakstīts kā inflācijas laikmets. Citos modeļos tiek uzskatīts, ka elektriski vājš laikmets sākas pēc inflācijas laikmeta beigām, aptuveni 10-32 sekundēs.

Saskaņā ar tradicionālo Lielā sprādziena kosmoloģiju elektriskās vājības laikmets sākās 10-36 sekundes pēc Lielā sprādziena, kad Visuma temperatūra bija pietiekami zema (10 28 K), lai elektronu kodolspēks sāktu izpausties kā divas atsevišķas mijiedarbības - spēcīgā un elektriskā vājā mijiedarbība. (Elektriskā vājā mijiedarbība arī vēlāk atdalīsies, sadaloties elektromagnētiskajā un vājajā mijiedarbībā.) Precīzs punkts, kurā tika izjaukta elektromagnētiskā simetrija, nav skaidrs spekulatīvu un vēl nepilnīgu teorētisko zināšanu dēļ.

Inflācijas laikmets un kosmosa straujā paplašināšanās Rediģēt

Šajā ļoti agrīnā Visuma brīdī metrika, kas nosaka attālumu telpā, pēkšņi un ļoti strauji mainījās, atstājot agrīno Visumu vismaz 10 78 reizes lielāku par iepriekšējo apjomu (un, iespējams, daudz vairāk). Tas ir līdzvērtīgs lineāram pieaugumam vismaz 10 26 reizes katrā telpiskajā dimensijā- līdzvērtīgs 1 nanometra (10–9 m, apmēram pusei no DNS molekulas platuma) objektam, kas paplašinās līdz aptuveni 10,6 gaismas gadu (100 triljonu kilometru) garumā niecīgā sekundes daļā. Šīs izmaiņas ir pazīstamas kā inflācija.

Lai gan gaisma un objekti kosmosa laikā nevar pārvietoties ātrāk par gaismas ātrumu, šajā gadījumā mērogā mainījās metrika, kas nosaka telpas laika lielumu un ģeometriju. Metrikas izmaiņas neierobežo gaismas ātrums.

Ir labi pierādījumi, ka tas noticis, un ir plaši atzīts, ka tas patiešām notika. Bet precīzi iemesli kāpēc tas notika, joprojām tiek pētīts. Tātad pastāv virkne modeļu, kas izskaidro, kāpēc un kā tas notika - vēl nav skaidrs, kurš skaidrojums ir pareizs.

Tiek uzskatīts, ka vairākos ievērojamākajos modeļos to izraisīja spēcīgās un vājās mijiedarbības nošķiršana, kas beidza lielo apvienošanās laikmetu. Viens no šīs fāzes pārejas teorētiskajiem produktiem bija skalārais lauks, ko sauc par inflatona lauku. Kad šis lauks nonāca viszemākajā enerģijas stāvoklī visā Visumā, tas radīja milzīgu atbaidošu spēku, kā rezultātā strauji paplašinājās metrika, kas definē pašu telpu. Inflācija izskaidro vairākas novērotās pašreizējā Visuma īpašības, kuras citādi ir grūti izskaidrot, tostarp izskaidrojot, kā mūsdienu Visums ir kļuvis tik ārkārtīgi viendabīgs (līdzīgs) ļoti lielā mērogā, lai gan agrīnā stadijā tas bija ļoti nesakārtots.

Nav precīzi zināms, kad beidzās inflācijas laikmets, bet tiek uzskatīts, ka tas bija no 10 līdz 33 līdz 10-32 sekundēm pēc Lielā sprādziena. Straujā kosmosa izplešanās nozīmēja, ka elementārās daļiņas, kas palikušas no lielā apvienošanās laikmeta, tagad Visumā tika sadalītas ļoti plānā kārtā. Tomēr inflācijas lauka milzīgā potenciālā enerģija tika atbrīvota inflācijas laikmeta beigās, jo inflatona lauks sadalījās citās daļiņās, kas pazīstamas kā "atkārtota uzsildīšana". Šis sildošais efekts noveda pie tā, ka Visums tika pārpildīts ar blīvu, karstu kvarku, antikvarku un gluonu maisījumu. Citos modeļos bieži tiek uzskatīts, ka atkārtota uzsildīšana iezīmē elektriski vāja laikmeta sākumu, un dažas teorijas, piemēram, silta inflācija, pilnībā izvairās no atkārtotas uzsildīšanas fāzes.

Netradicionālās Lielā sprādziena teorijas versijās (pazīstamas kā "inflācijas" modeļi) inflācija beidzās temperatūrā, kas atbilst aptuveni 10-32 sekundēm pēc Lielā sprādziena, bet tas notiek nozīmē, ka inflācijas laikmets ilga mazāk nekā 10-32 sekundes. Lai izskaidrotu novēroto Visuma viendabīgumu, ilgumam šajos modeļos jābūt ilgākam par 10-32 sekundēm. Tāpēc inflācijas kosmoloģijā agrākais nozīmīgais laiks "pēc Lielā sprādziena" ir laiks beigas no inflācijas.

Pēc inflācijas beigām Visums turpināja paplašināties, bet daudz lēnāk. Apmēram pirms 4 miljardiem gadu paplašināšanās pamazām sāka atkal paātrināties. Tiek uzskatīts, ka tas ir saistīts ar to, ka tumšā enerģija kļūst par dominējošo Visuma liela mēroga uzvedībā. Tas joprojām paplašinās arī šodien.

2014. gada 17. martā BICEP2 sadarbības astrofiziķi paziņoja par inflācijas gravitācijas viļņu noteikšanu B režīmu jaudas spektrā, kas tika interpretēts kā skaidrs eksperimentāls pierādījums inflācijas teorijai. [12] [13] [14] [15] [16] Tomēr 2014. gada 19. jūnijā tika ziņots par pazeminātu pārliecību par kosmiskās inflācijas konstatējumu apstiprināšanu [15] [17] [18] un, visbeidzot, 2015. gada 2. februārī kopīga BICEP2/Keck un Eiropas Kosmosa aģentūras datu analīze Planks mikroviļņu kosmosa teleskops secināja, ka statistiskā "[datu] nozīmība ir pārāk zema, lai to interpretētu kā pirmatnējo B režīmu noteikšanu", un to var attiecināt galvenokārt uz polarizētiem putekļiem Piena ceļā. [19] [20] [21]

Supersimetrijas pārkāpums (spekulatīvs) Rediģēt

Ja supersimetrija ir mūsu Visuma īpašums, tad tā ir jālauž pie enerģijas, kas nav zemāka par 1 TeV, elektriskās vājības skalu. Tad daļiņu un to superpartneru masa vairs nebūtu vienāda. Šī ļoti lielā enerģija varētu izskaidrot, kāpēc nekad nav novēroti zināmu daļiņu superpartneri.

Elektriskās vājības simetrijas pārkāpšana Rediģēt

Tā kā Visuma temperatūra turpināja pazemināties zem 159,5 ± 1,5 GeV, notika elektriski vājas simetrijas pārrāvums. [22] Cik mums zināms, tas bija priekšpēdējais simetrijas pārrāvuma notikums mūsu Visuma veidošanā, pēdējais - hirālā simetrijas pārrāvums kvarka sektorā. Tam ir divas saistītas sekas:

  1. Izmantojot Higsa mehānismu, visas elementārās daļiņas, kas mijiedarbojas ar Higsa lauku, kļūst masīvas, jo tās ir bijušas bez masas augstākā enerģijas līmenī.
  2. Kā blakus efekts vājais kodolspēks un elektromagnētiskais spēks un to attiecīgie bozoni (W un Z bozoni un fotons) tagad Visumā sāk izpausties atšķirīgi. Pirms elektriskās vājības simetrijas pārrāvuma šie bozoni bija bez masas daļiņas un mijiedarbojās lielos attālumos, bet šajā brīdī W un Z bozoni pēkšņi kļūst par masīvām daļiņām, kas mijiedarbojas tikai attālumos, kas ir mazāki par atoma lielumu, bet fotons paliek bez masas un paliek garš -attāluma mijiedarbība.

Pēc elektriskās vājības simetrijas pārrāvuma mums zināmā fundamentālā mijiedarbība - gravitācija, elektromagnētiskā, vājā un spēcīgā mijiedarbība - ir ieguvusi savu pašreizējo formu, un pamata daļiņām ir paredzamā masa, bet Visuma temperatūra joprojām ir pārāk augsta, lai nodrošinātu stabilu veidojas daudzas daļiņas, kuras mēs tagad redzam Visumā, tāpēc nav protonu vai neitronu, līdz ar to nav atomu, atomu kodolu vai molekulu. (Precīzāk, visas saliktās daļiņas, kas veidojas nejauši, gandrīz nekavējoties atkal sadalās ārkārtējo enerģiju dēļ.)

Kad kosmiskā inflācija ir beigusies, Visums ir piepildīts ar karstu kvarka -gluona plazmu, atkārtotas uzsildīšanas paliekām. Kopš šī brīža agrīnā Visuma fizika ir daudz labāk saprotama, un Kvarka laikmetā iesaistītās enerģijas ir tieši pieejamas daļiņu fizikas eksperimentos un citos detektoros.

Elektriskās vājības laikmets un agrīna termizācija Rediģēt

Kādu laiku pēc inflācijas radītās daļiņas tika termiski apstrādātas, kur savstarpējā mijiedarbība noveda pie termiskā līdzsvara. Agrākais posms, par kuru esam diezgan pārliecināti, ir kādu laiku pirms elektriskās vājības simetrijas pārrāvuma, aptuveni 10 15 K temperatūrā, aptuveni 10–15 sekundes pēc Lielā sprādziena. Elektromagnētiskā un vājā mijiedarbība vēl nav atdalījusies, un, cik zināms, visas daļiņas bija bez masas, jo Higsa mehānisms vēl nebija darbojies. Tomēr tiek uzskatīts, ka eksistējušas eksotiskas masīvas daļiņām līdzīgas vienības, sfaleroni.

Šis laikmets beidzās ar elektriskās vājības simetrijas pārrāvumu saskaņā ar daļiņu fizikas standarta modeli, šajā posmā notika arī barioģenēze, radot nelīdzsvarotību starp matēriju un antimateriālu (lai gan šī modeļa paplašinājumos tas varēja notikt agrāk). Par šo procesu detaļām ir maz zināms.

Termizācija Rediģēt

Katras daļiņu sugas blīvums pēc līdzīgas analīzes bija Stefana -Boltzmaņa likumā:

Salīdzinājumam - tā kā kosmoloģiskā konstante šajā posmā bija niecīga, Habla parametrs bija:

10 2 bija pieejamo daļiņu sugu skaits. [1. piezīme]

Tādējādi H ir par kārtām zemāks nekā sadursmju ātrums katrai daļiņu sugai. Tas nozīmē, ka šajā posmā bija pietiekami daudz laika termiskai apstrādei.

apmēram 10–22 sekundes pēc Lielā sprādziena.

Kvarka laikmets Rediģēt

Kvarka laikmets sākās aptuveni 10–12 sekundes pēc Lielā sprādziena. Šis bija periods agrīnā Visuma evolūcijā tūlīt pēc elektriskās vājības simetrijas pārrāvuma, kad gravitācijas, elektromagnētisma, spēcīgās mijiedarbības un vājās mijiedarbības pamatmijiedarbība bija ieguvusi savu pašreizējo formu, bet Visuma temperatūra joprojām bija pārāk augsta, lai ļaujiet kvarkiem sasaistīties, veidojot hadronus. [24] [25] [ vajadzīgs labāks avots ]

Kvarka laikmetā Visums bija piepildīts ar blīvu, karstu kvarka -gluona plazmu, kas satur kvarkus, leptonus un to daļiņas. Sadursmes starp daļiņām bija pārāk enerģiskas, lai ļautu kvarkiem apvienoties mezonos vai barionos. [24]

Kvarka laikmets beidzās, kad Visums bija apmēram 10–5 sekundes vecs, kad daļiņu mijiedarbības vidējā enerģija bija nokritusies zem vieglākā hadrona - piona - masas. [24]

Barioģenēze Rediģēt

Baroni ir subatomiskas daļiņas, piemēram, protoni un neitroni, kas sastāv no trim kvarkiem. Būtu sagaidāms, ka gan barioni, gan daļiņas, kas pazīstamas kā antiabarioni, būtu izveidojušies vienādā skaitā. Tomēr šķiet, ka tas nenotika - cik mums zināms, Visumam bija daudz vairāk barionu nekā antikonjonu. Patiesībā dabā gandrīz netiek novēroti antivieri. Nav skaidrs, kā tas radās. Jebkuram šīs parādības skaidrojumam jāļauj apmierināt Saharova nosacījumus, kas saistīti ar barioģenēzi, kādu laiku pēc kosmoloģiskās inflācijas beigām. Pašreizējā daļiņu fizika liecina par asimetriju, saskaņā ar kuru šie nosacījumi tiktu izpildīti, taču šķiet, ka šīs asimetrijas ir pārāk mazas, lai ņemtu vērā novēroto Visuma bariona-antikonjona asimetriju.

Hadrona laikmets Rediģēt

Kvarka -gluona plazma, kas veido Visumu, atdziest, līdz var veidoties hadroni, ieskaitot baronus, piemēram, protonus un neitronus. Sākotnēji varēja veidoties hadrona/antihadrona pāri, tāpēc matērija un antimatērija bija termiskā līdzsvarā. Tomēr, tā kā Visuma temperatūra turpināja kristies, jauni hadronu/anti-hadronu pāri vairs netika ražoti, un lielākā daļa jaunizveidoto hadronu un anti-hadronu iznīcināja viens otru, radot augstas enerģijas fotonu pārus. Salīdzinoši neliels hadronu atlikums palika apmēram 1 sekundē no kosmiskā laika, kad šis laikmets beidzās.

Teorija paredz, ka uz katriem 6 protoniem palika apmēram 1 neitrons, un laika gaitā attiecība neitronu sabrukšanas dēļ samazinājās līdz 1: 7. Tiek uzskatīts, ka tas ir pareizi, jo vēlāk neitroni un daži protoni saplūda, atstājot ūdeņradi, ūdeņraža izotopu, ko sauc par deitēriju, hēliju un citiem izmērāmiem elementiem. Hadronu attiecība 1: 7 patiešām radītu novērotās elementu attiecības agrīnajā un pašreizējā Visumā. [26]

Neitrīno atdalīšana un kosmiskais neitrīno fons (CνB) Rediģēt

Aptuveni 1 sekundi pēc Lielā sprādziena neitrīno atvienojas un sāk brīvi ceļot pa kosmosu. Tā kā neitrīni reti mijiedarbojas ar matēriju, šie neitrīni joprojām pastāv šodien, līdzīgi daudz vēlākam kosmiskajam mikroviļņu fonam, kas izstarots rekombinācijas laikā, aptuveni 370 000 gadus pēc Lielā sprādziena. Šī notikuma neitrīniem ir ļoti zema enerģija, aptuveni 10–10 reizes mazāka, nekā tas ir iespējams ar mūsdienu tiešo noteikšanu. [27] Pat augstas enerģijas neitrīnus ir ļoti grūti noteikt, tāpēc šo kosmisko neitrīno fonu (CνB) daudzus gadus, iespējams, nevarēs tieši novērot. [27]

Tomēr Lielā sprādziena kosmoloģija izsaka daudzas prognozes par CνB, un ir ļoti spēcīgi netieši pierādījumi, ka CνB pastāv, gan no Lielā sprādziena hēlija pārpilnības prognozēm, gan no anizotropijām kosmiskā mikroviļņu fona apstākļos (CMB). Viena no šīm prognozēm ir tāda, ka neitrīni CMB būs atstājuši smalku nospiedumu. Ir labi zināms, ka CMB ir pārkāpumi. Dažas CMB svārstības tika aptuveni regulāri izvietotas barionālo akustisko svārstību dēļ. Teorētiski atsaistītajiem neitrīniem vajadzēja būt ļoti nelielai ietekmei uz dažādu CMB svārstību fāzi. [27]

2015. gadā tika ziņots, ka šādas novirzes tika konstatētas CMB. Turklāt svārstības atbilda gandrīz neitrīno temperatūrai, kas tika prognozēta pēc Lielā sprādziena teorijas (1,96 ± 0,02K salīdzinājumā ar prognozi 1,95K), un tieši trīs veidu neitrīno, tikpat daudz neitrīno garšu, ko paredz standarta modelis. [27]

Iespējama pirmatnējo melno caurumu veidošanās Rediģēt

Primārie melnie caurumi ir hipotētisks 1966. gadā ierosinātais melnā cauruma veids [28], kas, iespējams, ir izveidojies tā sauktajā starojuma dominējošā laikmetā augsto blīvumu un neviendabīgo apstākļu dēļ kosmiskā laika pirmajā sekundē. Nejaušas svārstības var novest pie tā, ka daži reģioni kļūst pietiekami blīvi, lai varētu notikt gravitācijas sabrukums, veidojot melnos caurumus. Pašreizējā izpratne un teorijas nosaka stingrus ierobežojumus šo objektu pārpilnībai un masai.

Parasti pirmatnējai melno caurumu veidošanai nepieciešami blīvuma kontrasti (Visuma blīvuma reģionālās variācijas) aptuveni δ ρ / ρ ∼ 0,1 < displaystyle delta rho / rho sim 0.1> (10%), kur ρ < displaystyle rho> ir Visuma vidējais blīvums. [29] Vairāki mehānismi varētu radīt blīvus reģionus, kas atbilst šim kritērijam agrīnajā Visumā, tostarp atkārtota sasilšana, kosmoloģiskās fāzes pārejas un (tā sauktajos "hibrīdās inflācijas modeļos") aksiju inflācija. Tā kā pirmatnējie melnie caurumi neveidojās no zvaigžņu gravitācijas sabrukuma, to masa var būt daudz zemāka par zvaigžņu masu (

2 × 10 33 g). Stīvens Hokings 1971. gadā aprēķināja, ka pirmatnējo melno caurumu masa var būt pat 10–5 g. [30] Bet tiem var būt jebkura izmēra, tāpēc tie var būt arī lieli un, iespējams, veicinājuši galaktiku veidošanos.

Leptonas laikmets Rediģēt

Lielākā daļa hadronu un antihadronu iznīcina viens otru hadrona laikmeta beigās, atstājot leptonus (piemēram, elektronus, muonus un dažus neitrīnus) un antileptonus, kas dominē Visuma masā.

Leptonas laikmets iet līdzīgi kā agrākais hadrona laikmets. Sākotnēji leptoni un antileptoni tiek ražoti pāros. Apmēram 10 sekundes pēc Lielā sprādziena Visuma temperatūra nokrītas līdz vietai, kurā vairs netiek radīti jauni leptona -antileptona pāri, un lielākā daļa atlikušo leptonu un antileptonu ātri iznīcina viens otru, radot augstas enerģijas fotonu pārus un atstājot neliels neiznīcināto leptonu atlikums. [31] [32] [33]

Fotonu laikmets Rediģēt

Pēc tam, kad leptona laikmeta beigās lielākā daļa leptonu un antileptonu ir iznīcināti, lielākā daļa masas enerģijas Visumā tiek atstāta fotonu veidā. [33] (Liela daļa pārējās masas enerģijas ir neitrīno un citu relativistisku daļiņu veidā.) nepieciešams citāts ]) Tāpēc Visuma enerģijā un tās vispārējā uzvedībā dominē tā fotoni. Šie fotoni turpina bieži mijiedarboties ar lādētām daļiņām, t.i., elektroniem, protoniem un (galu galā) kodoliem. Viņi turpina to darīt aptuveni nākamos 370 000 gadus.

Gaismas elementu nukleosintēze Rediģēt

Apmēram 2 līdz 20 minūtes pēc Lielā sprādziena Visuma temperatūra un spiediens ļāva notikt kodolsintēzei, radot dažu vieglo elementu kodolus ārpus ūdeņraža ("Lielā sprādziena nukleosintēze"). Aptuveni 25% protonu un visi [26] neitroni saplūst, veidojot deitēriju, ūdeņraža izotopu, un lielākā daļa deitērija ātri saplūst, veidojot hēliju-4.

Atomu kodoli viegli atraisīsies (sadalīsies) virs noteiktas temperatūras, kas saistīta ar to saistīšanās enerģiju. No aptuveni 2 minūtēm krītošā temperatūra nozīmē, ka deitērijs vairs nesaistās un ir stabils, un, sākot no aptuveni 3 minūtēm, hēlijs un citi elementi, kas veidojas, saplūstot ar deitēriju, vairs nesaistās un ir stabili. [35]

Īss ilgums un krītoša temperatūra nozīmē, ka var notikt tikai visvienkāršākie un ātrākie saplūšanas procesi. Ārpus hēlija veidojas tikai niecīgi kodoli, jo smagāku elementu nukleosintēze ir grūta un prasa tūkstošiem gadu pat zvaigznēs. [26] Nelielā daudzumā veidojas tritijs (cits ūdeņraža izotops) un berilijs -7 un -8, taču tie ir nestabili un ātri atkal pazūd. [26] Neliels deitērija daudzums paliek nekausēts, jo tas ir ļoti īss. [26]

Tāpēc vienīgie stabilie nuklīdi, kas izveidoti Lielā sprādziena nukleosintēzes beigās, ir protium (viens protona/ūdeņraža kodols), deitērijs, hēlijs-3, hēlijs-4 un litijs-7. [36] Pēc masas iegūtā viela ir aptuveni 75% ūdeņraža kodolu, 25% hēlija kodolu un varbūt 10–10 masas litija-7. Nākamie visizplatītākie stabilie izotopi ir litijs-6, berilijs-9, bors-11, ogleklis, slāpeklis un skābeklis ("CNO"), taču tie ir paredzējuši 5 līdz 30 daļas no 10 15 masas, padarot tos būtībā nenosakāms un nenozīmīgs. [37] [38]

Katra gaismas elementa daudzumu agrīnajā Visumā var novērtēt pēc vecām galaktikām, un tas ir spēcīgs pierādījums Lielajam sprādzienam. [26] Piemēram, Lielajam sprādzienam vajadzētu ražot apmēram 1 neitronu uz katriem 7 protoniem, ļaujot 25% no visiem nukleoniem saplūst hēlijā-4 (2 protoni un 2 neitroni no katriem 16 nukleoniem), un tas ir summa, ko mēs atrodam šodien, un daudz vairāk, nekā to var viegli izskaidrot ar citiem procesiem. [26] Līdzīgi, deitērijs ārkārtīgi viegli saplūst jebkurā alternatīvā izskaidrojumā, kā arī jāizskaidro, kādi apstākļi pastāvēja deitērija veidošanai, bet arī atstāja daļu no šī deitērija nekausētu un ne uzreiz atkal kausējamu hēlijā. [26] Jebkurai alternatīvai jāpaskaidro arī dažādu gaismas elementu proporcijas un to izotopi. Tika konstatēts, ka daži izotopi, piemēram, litijs-7, atrodas daudzumos, kas atšķiras no teorijas, taču laika gaitā šīs atšķirības ir atrisinātas ar labākiem novērojumiem. [26]

Matērijas kundzība Rediģēt

Līdz šim Visuma liela mēroga dinamiku un uzvedību galvenokārt noteica starojums - tas nozīmē, tās sastāvdaļas, kas pārvietojas relativistiski (ar gaismas ātrumu vai tuvu tam), piemēram, fotoni un neitrīni. [39] Kad Visums atdziest, no aptuveni 47 000 gadu (sarkanā nobīde) z = 3600), [2] Visuma liela mēroga uzvedībā dominē matērija. Tas notiek tāpēc, ka matērijas enerģijas blīvums sāk pārsniegt gan starojuma enerģijas blīvumu, gan vakuuma enerģijas blīvumu. [40] Apmēram vai drīz pēc 47 000 gadiem nerelatīvistiskās vielas (atomu kodoli) un relatīvistiskā starojuma (fotoni) blīvums kļūst vienāds, džinsu garums, kas nosaka mazākās struktūras, kas var veidoties (konkurences dēļ starp gravitācijas pievilcību un spiediena efekti), sāk kristies un traucējumi, tā vietā, lai tos iznīcinātu bezmaksas straumēšanas starojums, var sākt pieaugt amplitūdā.

Saskaņā ar Lambda-CDM modeli šajā stadijā matērija Visumā ir ap 84,5% aukstās tumšās vielas un 15,5% "parastās" vielas. Ir pārliecinoši pierādījumi tam, ka tumšā matērija pastāv un dominē mūsu Visumā, taču, tā kā precīza tumšās vielas būtība joprojām nav saprotama, Lielā sprādziena teorija pašlaik neaptver nevienu tās veidošanās posmu.

No šī brīža un vēl vairākus miljardus gadu tumšās vielas klātbūtne paātrina struktūras veidošanos mūsu Visumā. Agrīnajā Visumā gravitācijas ietekmē tumšā matērija pakāpeniski savācas milzīgos pavedienos, sabrūkot ātrāk nekā parastā (barionālā) matērija, jo tās sabrukumu neaizkavē radiācijas spiediens. Tas pastiprina nelielās neviendabības (nelīdzenumus) Visuma blīvumā, ko atstāja kosmiskā inflācija. Laika gaitā nedaudz blīvāki reģioni kļūst blīvāki un nedaudz retāki (tukšāki) reģioni kļūst retāki. Parastā matērija galu galā savācas ātrāk nekā citādi, jo ir šīs tumšās vielas koncentrācijas.

Tumšās vielas īpašības, kas ļauj tai ātri sabrukt bez radiācijas spiediena, nozīmē arī to, ka tā nevar zaudēt enerģiju arī ar starojumu. Enerģijas zudums ir nepieciešams, lai daļiņas sabruktu blīvās struktūrās ārpus noteiktā punkta. Tāpēc tumšā matērija sabrūk milzīgos, bet izkliedētos pavedienos un haloos, nevis zvaigznēs vai planētās. Parasta lieta, kas var starojuma dēļ zaudē enerģiju, sabrūkot veido blīvus priekšmetus un arī gāzes mākoņus.

Rekombinācija, fotonu atdalīšana un kosmiskā mikroviļņu fons (CMB) Rediģēt

Apmēram 370 000 gadus pēc Lielā sprādziena notika divi saistīti notikumi: rekombinācijas beigas un fotonu atdalīšana. Rekombinācija apraksta jonizētās daļiņas, kas apvienojas, veidojot pirmos neitrālos atomus, un atdalīšana attiecas uz atbrīvotajiem ("atvienotajiem") fotoniem, kad jaunizveidotie atomi nokļūst stabilākos enerģijas stāvokļos.

Tieši pirms rekombinācijas barioniskā viela Visumā bija tādā temperatūrā, ka tā veidoja karstu jonizētu plazmu. Lielākā daļa fotonu Visumā mijiedarbojās ar elektroniem un protoniem, un nevarēja nobraukt ievērojamus attālumus, nesadarbojoties ar jonizētām daļiņām. Tā rezultātā Visums bija necaurspīdīgs vai "miglains". Lai gan bija gaisma, to nebija iespējams redzēt, kā arī mēs nevaram novērot šo gaismu caur teleskopiem.

Sākot ar aptuveni 18 000 gadiem, Visums ir atdzisis līdz vietai, kur brīvie elektroni var apvienoties ar hēlija kodoliem, veidojot He +
atomi. Pēc tam neitrālie hēlija kodoli sāk veidoties aptuveni 100 000 gadu laikā, neitrālā ūdeņraža veidošanās sasniedz maksimumu aptuveni 260 000 gadu. [44] Šo procesu sauc par rekombināciju. [45] Nosaukums ir nedaudz neprecīzs un tiek dots vēsturisku iemeslu dēļ: patiesībā elektroni un atomu kodoli apvienojās pirmo reizi.

Apmēram 100 000 gadu laikā Visums bija pietiekami atdzisis, lai veidotos pirmā molekula - hēlija hidrīds. [46] 2019. gada aprīlī pirmo reizi tika paziņots, ka šī molekula ir novērota starpzvaigžņu telpā - NGC 7027 - planētas miglājā mūsu galaktikā. [46] (Daudz vēlāk atomu ūdeņradis reaģēja ar hēlija hidrīdu, veidojot molekulāro ūdeņradi - degvielu, kas nepieciešama zvaigžņu veidošanai. [46])

Tieša apvienošana zemas enerģijas stāvoklī (pamata stāvoklī) ir mazāk efektīva, tāpēc šie ūdeņraža atomi parasti veidojas, kad elektroni joprojām ir augstas enerģijas stāvoklī, un pēc apvienošanās elektroni ātri atbrīvo enerģiju viena vai vairāku fotonu veidā pāreja uz zemas enerģijas stāvokli. Šī fotonu izdalīšanās ir pazīstama kā fotonu atdalīšana. Dažus no šiem atsaistītajiem fotoniem uztver citi ūdeņraža atomi, pārējie paliek brīvi. Līdz rekombinācijas beigām lielākā daļa Visuma protonu ir izveidojuši neitrālos atomus. Šī pāreja no uzlādētām daļiņām uz neitrālām daļiņām nozīmē, ka vidējie brīvā ceļa fotoni var pārvietoties, pirms faktiskā uztveršana kļūst bezgalīga, tāpēc visi atsaistītie fotoni, kas nav notverti, var brīvi ceļot lielos attālumos (sk. Tomsona izkliedi). Visums pirmo reizi vēsturē ir kļuvis caurspīdīgs redzamajai gaismai, radioviļņiem un citam elektromagnētiskajam starojumam.

Šīs kastes fons ir aptuveni sākotnējā 4000 K krāsa fotoniem, kas izdalījās atdalīšanas laikā, pirms tie kļuva sarkani nobīdīti, veidojot kosmisko mikroviļņu fonu. Viss Visums tajā laikā būtu parādījies kā izcili kvēlojoša migla, kuras krāsa ir līdzīga šai un 4000 K temperatūra.

Šo jaunizveidoto ūdeņraža atomu izdalīto fotonu temperatūra/enerģija sākotnēji bija aptuveni

4000 K. Tas acīm būtu bijis redzams kā gaiši dzeltens/oranžs tonēts vai "mīksts", balts. [47] Miljoniem gadu kopš atdalīšanas, Visumam paplašinoties, fotoni no redzamās gaismas ir pārvietoti sarkanā krāsā uz radioviļņiem (mikroviļņu starojums, kas atbilst apmēram 2,7 K temperatūrai). Sarkanā nobīde apraksta, ka fotoni iegūst garākus viļņu garumus un zemākas frekvences, kad Visums miljardiem gadu laikā paplašinājās, tā, ka tie pamazām mainījās no redzamās gaismas uz radioviļņiem. Šos pašus fotonus joprojām var atklāt kā radioviļņus. Tie veido kosmisko mikroviļņu fonu, un tie sniedz būtiskus pierādījumus par agrīno Visumu un tā attīstību.

Aptuveni tajā pašā laikā kā rekombinācija esošie spiediena viļņi elektronu-bariona plazmā, kas pazīstami kā bariona akustiskās svārstības, tika iestrādāti matērijas sadalījumā, kad tie kondensējās, radot ļoti nelielu priekšroku liela mēroga objektu izplatīšanai. Tāpēc kosmiskais mikroviļņu fons ir Visuma attēls šī laikmeta beigās, ieskaitot nelielas svārstības, kas rodas inflācijas laikā (sk. 9 gadu WMAP attēlu), un objektu, piemēram, galaktiku, izplatība Visumā liecina par Visuma mērogs un lielums laika gaitā. [48]

Tumšo laikmetu rediģēšana

Pēc rekombinācijas un atdalīšanas Visums bija caurspīdīgs un bija pietiekami atdzisis, lai gaisma varētu ceļot lielos attālumos, taču nebija tādu gaismu radošu struktūru kā zvaigznes un galaktikas. Zvaigznes un galaktikas veidojas, kad gravitācijas ietekmē veidojas blīvi gāzes reģioni, un tas aizņem ilgu laiku gandrīz vienmērīgā gāzes blīvumā un vajadzīgajā mērogā, tāpēc tiek lēsts, ka zvaigznes nepastāvēja varbūt simtiem miljoniem gadu pēc rekombinācijas.

Šis periods, kas pazīstams kā tumšie viduslaiki, sākās aptuveni 370 000 gadus pēc Lielā sprādziena. Tumšajos laikmetos Visuma temperatūra atdzisa no aptuveni 4000 K līdz aptuveni 60 K (3727 ° C līdz aptuveni -213 ° C), un pastāvēja tikai divi fotonu avoti: fotoni, kas izdalījās rekombinācijas/atdalīšanas laikā (kā neitrāls ūdeņradis) izveidojušies atomi), ko mēs joprojām varam atklāt kā kosmisko mikroviļņu fonu (CMB), un fotonus, ko laiku pa laikam atbrīvo neitrālie ūdeņraža atomi, kas pazīstami kā neitrāla ūdeņraža 21 cm griešanās līnija. Ūdeņraža griešanās līnija atrodas mikroviļņu frekvenču diapazonā un 3 miljonu gadu laikā [ nepieciešams citāts ] no tā laika līdz pirmajām zvaigznēm CMB fotoni bija pārbīdīti no redzamās gaismas uz infrasarkano, nebija redzamu gaismas fotonu. Izņemot varbūt dažas retas statistiskas anomālijas, Visums bija patiesi tumšs.

Pirmā zvaigžņu paaudze, kas pazīstama kā III populācijas zvaigznes, izveidojās dažu simtu miljonu gadu laikā pēc Lielā sprādziena. [50] Šīs zvaigznes bija pirmais redzamās gaismas avots Visumā pēc rekombinācijas. Struktūras, iespējams, sāka veidoties no aptuveni 150 miljoniem gadu, un agrīnās galaktikas radās no aptuveni 380 līdz 700 miljoniem gadu. (Mums nav atsevišķu novērojumu par ļoti agrīnām atsevišķām zvaigznēm, un pirmās novērotās zvaigznes tiek atklātas kā ļoti agrīnu galaktiku dalībnieki.) Kad tās parādījās, tumšie viduslaiki pakāpeniski beidzās. Tā kā šis process bija pakāpenisks, tumšie laikmeti pilnībā beidzās tikai aptuveni 1 miljardu gadu laikā, kad Visums ieguva savu pašreizējo izskatu.

Notiek arī novērošanas centieni, lai noteiktu vāju 21 cm griešanās līnijas starojumu, jo tas principā ir vēl jaudīgāks instruments nekā kosmiskais mikroviļņu fons agrīnā Visuma izpētei.

Spekulatīvs "apdzīvojams laikmets" Rediģēt

Aptuveni 6,6 miljonus gadu, apmēram 10 līdz 17 miljonus gadu pēc Lielā sprādziena (sarkanā nobīde 137–100), fona temperatūra bija no 273–373 K (0–100 ° C), kas ir saderīga ar šķidru ūdeni un parasto bioloģisko ķīmiskās reakcijas. Ābrahams Lēbs (2014) spekulēja, ka primārā dzīve principā varētu būt parādījusies šī loga laikā, ko viņš nosauca par "agrīnā Visuma apdzīvojamo laikmetu". [4] [51] Lēbs apgalvo, ka dzīvība, kuras pamatā ir ogleklis, varētu būt attīstījusies hipotētiskā sākotnējā Visuma kabatā, kas bija pietiekami blīva, lai radītu vismaz vienu masīvu zvaigzni, kas pēc tam izdala oglekli supernovā, un arī tā bija pietiekami blīva lai radītu planētu. (Šādas blīvas kabatas, ja tādas pastāvētu, būtu bijušas ārkārtīgi reti.) Dzīvei būtu nepieciešama arī siltuma atšķirība, nevis tikai vienmērīgs fona starojums, ko varētu nodrošināt dabiski sastopama ģeotermālā enerģija. Šāda dzīve, visticamāk, būtu palikusi primitīva, ir maz ticams, ka saprātīgai dzīvei būtu bijis pietiekami daudz laika attīstīties, pirms hipotētiskie okeāni apdzīvojamā laikmeta beigās sasalst. [4] [52]

Parādās agrākās struktūras un zvaigznes Rediģēt

Visuma matērija ir aptuveni 84,5% aukstās tumšās matērijas un 15,5% “parastās” vielas. Kopš ēras, kurā dominē matērija, tumšā matērija gravitācijas ietekmē pakāpeniski pulcējas milzīgos izkliedētos (izkliedētos) pavedienos. Parastā matērija galu galā savācas ātrāk nekā citādi, jo ir šīs tumšās vielas koncentrācijas. Tas ir arī nedaudz blīvāks regulāros attālumos agrīno baronu akustisko svārstību (BAO) dēļ, kas tika iekļauti matērijas sadalījumā, kad fotoni tika atvienoti. Atšķirībā no tumšās matērijas parastā matērija var zaudēt enerģiju daudzos veidos, kas nozīmē, ka sabrūkot tā var zaudēt enerģiju, kas citādi to noturētu, un sabrukt ātrāk un nonākt blīvākās formās. Parastā matērija pulcējas tur, kur tumšā matērija ir blīvāka, un šajās vietās tā sabrūk galvenokārt ūdeņraža gāzes mākoņos. No šiem mākoņiem veidojas pirmās zvaigznes un galaktikas. Tur, kur ir izveidojušās daudzas galaktikas, galu galā radīsies galaktiku kopas un superskopas. Starp tiem izveidosies lieli tukšumi ar mazām zvaigznēm, atzīmējot vietu, kur tumšā viela kļuva retāk sastopama.

Precīzs pirmo zvaigžņu, galaktiku, supermasīvo melno caurumu un kvazāru laiks, kā arī perioda sākuma un beigu laiks un progresēšana, kas pazīstams kā reionizācija, joprojām tiek aktīvi pētīti, un periodiski tiek publicēti jauni atklājumi. Sākot ar 2019. gadu, agrākās apstiprinātās galaktikas datētas ar aptuveni 380–400 miljoniem gadu (piemēram, GN-z11), kas liecina par pārsteidzoši ātru gāzu mākoņu kondensāciju un zvaigžņu dzimstību, kā arī Lyman-alfa meža novērojumiem un citām izmaiņām gaismā no senie objekti ļauj saīsināt reionizācijas laiku un tā iespējamo galu. Bet šīs visas joprojām ir aktīvas izpētes jomas.

Struktūras veidošanās Lielā sprādziena modelī notiek hierarhiski gravitācijas sabrukuma dēļ, un mazākas struktūras veidojas pirms lielākām. Agrākās izveidojušās struktūras ir pirmās zvaigznes (pazīstamas kā III populācijas zvaigznes), pundurgalaktikas un kvazāri (tiek uzskatīts, ka tās ir spilgtas, agri aktīvas galaktikas, kurās ir supermasīvs melnais caurums, ko ieskauj iekšēji spirālveida gāzes uzkrāšanās disks). Pirms šī laikmeta Visuma evolūciju varēja saprast, izmantojot lineāro kosmoloģisko traucējumu teoriju: tas ir, visas struktūras varēja saprast kā nelielas novirzes no ideāla viendabīga Visuma. To ir samērā viegli izpētīt skaitliski. Šajā brīdī sāk veidoties nelineāras struktūras, un skaitļošanas problēma kļūst daudz grūtāka, ietverot, piemēram, N-ķermeņa simulācijas ar miljardiem daļiņu. Lielā kosmoloģiskā simulācija ir šī laikmeta augstas precizitātes simulācija.

Šīs III populācijas zvaigznes ir atbildīgas arī par dažu Lielo sprādzienu radīto gaismas elementu (ūdeņradis, hēlijs un neliels litija daudzums) pārvēršanu daudzos smagākos elementos. Tie var būt milzīgi, kā arī varbūt mazi un nemetāliski (bez elementiem, izņemot ūdeņradi un hēliju). Lielākajām zvaigznēm ir ļoti īss mūžs, salīdzinot ar lielāko daļu šodien redzamo Galvenās secības zvaigžņu, tāpēc tās parasti beidz sadedzināt ūdeņradi un pēc miljoniem gadu eksplodēt kā supernovas, pārklājot Visumu ar smagākiem elementiem vairākās paaudzēs. Tie iezīmē Stelliferous Ēras sākumu.

Pagaidām nav atrastas III populācijas zvaigznes, tāpēc mūsu izpratne par tām ir balstīta uz to veidošanās un attīstības skaitļošanas modeļiem. Par laimi, kosmiskā mikroviļņu fona starojuma novērojumus var izmantot līdz šim, kad zvaigžņu veidošanās sākās nopietni. Šādu novērojumu analīze Planks mikroviļņu kosmosa teleskops 2016. gadā secināja, ka pirmā zvaigžņu paaudze varētu būt izveidojusies aptuveni 300 miljonus gadu pēc Lielā sprādziena. [53]

2010. gada oktobra atklājums UDFy-38135539-pirmā novērotā galaktika, kas pastāvēja nākamajā reionizācijas laikmetā, dod mums logu šajos laikos. Pēc tam Leidenas universitātes Rychard J. Bouwens un Garth D. Illingworth no UC Observatories/Lick Observatory atklāja, ka galaktika UDFj-39546284 ir vēl vecāka-apmēram 480 miljonus gadu pēc Lielā sprādziena vai aptuveni pusceļā no tumšajiem laikmetiem 13,2 miljardi pirms gadiem. 2012. gada decembrī tika atklātas pirmās galaktiku kandidātes pirms reionizācijas, kad tika konstatēts, ka UDFy-38135539, EGSY8p7 un GN-z11 galaktikas atrodas aptuveni 380–550 miljonu gadu laikā pēc Lielā sprādziena, pirms 13,4 miljardiem gadu un aptuveni 32 miljardi gaismas gadu (9,8 miljardi parseku). [54] [55]

Kvazāri sniedz dažus papildu pierādījumus par agrīnu struktūras veidošanos. To gaisma liecina par tādiem elementiem kā ogleklis, magnijs, dzelzs un skābeklis. Tas ir pierādījums tam, ka līdz kvazāru veidošanās brīdim jau bija notikusi milzīga zvaigžņu veidošanās fāze, ieskaitot pietiekami daudz III populācijas zvaigžņu paaudžu, lai radītu šos elementus.

Reionizācijas rediģēšana

Kad pakāpeniski veidojas pirmās zvaigznes, pundurgalaktikas un kvazāri, to izstarotais intensīvais starojums reionizē lielu daļu apkārtējā Visuma, pirmo reizi kopš rekombinācijas un atdalīšanas sadalot neitrālos ūdeņraža atomus atpakaļ brīvo elektronu un protonu plazmā.

Par reionizāciju liecina kvazāru novērojumi. Kvazāri ir aktīvās galaktikas forma un visgaismīgākie Visumā novērotie objekti. Elektroniem neitrālā ūdeņradī ir specifiski fotonu absorbcijas modeļi, kas saistīti ar elektronu enerģijas līmeni un ko sauc par Lyman sēriju. Jonizētajam ūdeņradim nav šāda veida elektronu enerģijas līmeņu. Tāpēc gaisma, kas pārvietojas caur jonizētu ūdeņradi un neitrālu ūdeņradi, parāda dažādas absorbcijas līnijas.Turklāt gaisma būs ceļojusi miljardiem gadu, lai sasniegtu mūs, tāpēc jebkāda neitrāla ūdeņraža absorbcija būs mainījusies sarkanā krāsā ar atšķirīgu daudzumu, nevis par vienu konkrētu daudzumu, norādot, kad tas noticis. Šīs īpašības ļauj izpētīt jonizācijas stāvokli daudzos dažādos laikos pagātnē. Tie rāda, ka reionizācija sākās kā jonizēta ūdeņraža "burbuļi", kas laika gaitā kļuva lielāki. [56] Tie arī parāda, ka absorbcija bija saistīta ar Visuma vispārējo stāvokli (starpgalaktisko vidi), nevis caur galaktikām vai citām blīvām zonām. [56] Reionizācija varēja sākties jau agrāk z = 16 (250 miljoni gadu kosmiskā laika) un bija pabeigts aptuveni z = 9 vai 10 (500 miljoni gadu), pirms pakāpeniski samazinās un, iespējams, beigsies aptuveni z = 5 vai 6 (1 miljards gadu), kad beidzās III populācijas zvaigžņu un kvazāru laikmets un to intensīvais starojums, un jonizētais ūdeņradis pakāpeniski pārvērtās neitrālos atomos. [56]

Šie novērojumi ir saīsinājuši laika periodu, kurā notika reionizācija, taču fotonu avots, kas izraisīja reionizāciju, joprojām nav pilnīgi skaidrs. Lai neitrālu ūdeņradi jonizētu, nepieciešama enerģija, kas ir lielāka par 13,6 eV, kas atbilst ultravioletajiem fotoniem ar viļņa garumu 91,2 nm vai īsāku, kas nozīmē, ka avotiem ir jābūt saražotam ievērojamu daudzumu ultravioleto un lielāku enerģiju. Protoni un elektroni apvienosies, ja nepārtraukti netiks nodrošināta enerģija, lai tos atdalītu, kas arī nosaka ierobežojumus avotu skaitam un to ilgmūžībai. [57] Ņemot vērā šos ierobežojumus, paredzams, ka kvazāri un pirmās paaudzes zvaigznes un galaktikas bija galvenie enerģijas avoti. [58] Pašlaik tiek uzskatīts, ka pašreizējie vadošie kandidāti no visvairāk līdz vismazāk nozīmīgajiem ir III populācijas zvaigznes (pirmās zvaigznes) (iespējams, 70%), [59] [60] pundurgalaktikas (ļoti agrīnas mazas augstas enerģijas galaktikas) (iespējams, 30%), [61] un kvazāru (aktīvo galaktikas kodolu klase) ieguldījums. [57] [62] [63]

Tomēr līdz tam laikam matērija bija kļuvusi daudz izplatītāka, pateicoties visuma paplašināšanai. Lai gan neitrālie ūdeņraža atomi atkal tika jonizēti, plazma bija daudz plānāka un izkliedētāka, un fotonu izkaisīšana bija daudz retāka. Neskatoties uz to, ka Visums reionizācijas laikā palika lielā mērā caurspīdīgs. Visumam turpinot atdzist un paplašināties, reionizācija pakāpeniski beidzās.

Galaktikas, kopas un supergrupas Rediģēt

Matērija gravitācijas ietekmē turpina savākties, veidojot galaktikas. Šī laika perioda zvaigznes, kas pazīstamas kā II populācijas zvaigznes, veidojas šī procesa sākumā, un jaunākās I populācijas zvaigznes veidojas vēlāk. Gravitācijas pievilcība arī pakāpeniski pievelk galaktikas viena pret otru, veidojot grupas, kopas un supergrupas. Habla īpaši dziļā lauka novērojumi ir identificējuši vairākas mazas galaktikas, kas saplūst, veidojot lielākas, 800 miljonu gadu kosmiskajā laikā (pirms 13 miljardiem gadu). [65] (Tiek uzskatīts, ka šis vecuma aprēķins ir nedaudz pārspīlēts). [66]

Izmantojot 10 metru Keck II teleskopu uz Mauna Kea, Ričards Eliss no Kalifornijas Tehnoloģiju institūta Pasadenā un viņa komanda atrada sešas zvaigznes veidojošas galaktikas aptuveni 13,2 miljardu gaismas gadu attālumā un tāpēc radīja, kad Visumam bija tikai 500 miljoni gadu. [67] Pašlaik ir zināmi tikai aptuveni 10 no šiem ārkārtīgi agrīnajiem objektiem. [68] Jaunākie novērojumi liecina, ka šie vecumi ir īsāki nekā iepriekš norādīts. Tiek ziņots, ka visattālākā galaktika, kas tika novērota 2016. gada oktobrī, GN-z11, atrodas 32 miljardu gaismas gadu attālumā [54] [69], jo kosmosa laika paplašināšanās dēļ ir iespējams sasniegt lielu attālumu (z = 11,1 [54] attālums līdz 32 miljardiem gaismas gadu [69] retrospektīvais laiks ir 13,4 miljardi gadu [69]).

Visums daudzus miljardus gadu ir parādījies gandrīz tāds pats kā tagad. Tas turpinās izskatīties līdzīgi daudzus miljardus gadu nākotnē.

Pamatojoties uz jauno zinātni par nukleokosmohronoloģiju, tiek lēsts, ka Piena ceļa galaktiskais plānais disks ir izveidojies pirms 8,8 ± 1,7 miljardiem gadu. [6]

Tumšās enerģijas dominējošais laikmets Rediģēt

No aptuveni 9,8 miljardiem kosmiskā laika gadu [7] tiek uzskatīts, ka Visuma vērienīgā uzvedība ir pakāpeniski mainījusies trešo reizi vēsturē. Pirmo 47 000 gadu laikā tās uzvedībā dominēja radiācija (relatīvistiskas sastāvdaļas, piemēram, fotoni un neitrīni), un kopš aptuveni 370 000 kosmiskā laika gadiem tās uzvedībā dominēja matērija. Laikā, kad dominēja matērija, Visuma izplešanās bija sākusi palēnināties, jo sākotnējā izplešanās laikā valdīja gravitācija. Bet no aptuveni 9,8 miljardiem kosmiskā laika gadu novērojumi liecina, ka Visuma izplešanās lēnām pārtrauc palēnināties un tā vietā atkal sāk paātrināties.

Lai gan precīzs cēlonis nav zināms, kosmologu kopiena novērojumu atzīst par pareizu. Līdz šim vispieņemamākā izpratne ir tāda, ka tas ir saistīts ar nezināmu enerģijas formu, kurai dots nosaukums “tumšā enerģija”. [70] [71] "Tumšs" šajā kontekstā nozīmē, ka tas netiek tieši novērots, bet pašlaik to var izpētīt, tikai pārbaudot tā ietekmi uz Visumu. Pētījumi turpinās, lai izprastu šo tumšo enerģiju. Mūsdienās tiek uzskatīts, ka tumšā enerģija ir vienīgā lielākā Visuma sastāvdaļa, jo tā veido aptuveni 68,3% no visas fiziskā Visuma masas enerģijas.

Tiek uzskatīts, ka tumšā enerģija darbojas kā kosmoloģiska konstante - skalārs lauks, kas pastāv visā kosmosā. Atšķirībā no gravitācijas, šāda lauka ietekme nesamazinās (vai samazinās tikai lēni), kad Visums aug. Lai gan matērijai un gravitācijai sākotnēji ir lielāka ietekme, to ietekme ātri samazinās, jo Visums turpina paplašināties. Visumā esošie objekti, kuriem sākotnēji ir redzams attālums, kad Visums izplešas, turpina attālināties, bet to kustība uz āru pamazām palēninās. Šis palēninošais efekts kļūst mazāks, jo Visums kļūst arvien izplatītāks. Galu galā tumšās enerģijas ārējais un atbaidošais efekts sāk dominēt pār gravitācijas pievilkšanos. Tā vietā, lai samazinātu ātrumu un, iespējams, gravitācijas ietekmē sāktu virzīties uz iekšu, no aptuveni 9,8 miljardiem kosmiskā laika gadu kosmosa paplašināšanās sāk lēnām paātrināties uz āru pakāpeniski pieaug likme.