Big Bang / Oerknal & het Universum

Oerknal of Big Bang is de populaire benaming van de kosmologische theorie die op basis van de algemene relativiteitstheorie aannemelijk maakt dat 13,7 miljard jaar geleden het heelal ontstond uit een enorm heet punt (ca. 1028 Kelvin), met een bijna oneindig grote dichtheid, ofwel een singulariteit. Tegelijkertijd met de oerknal zouden ruimte en tijd zijn ontstaan.

Door NASA / WMAP Science Team – http://map.gsfc.nasa.gov/media/121238/ilc_9yr_moll4096.png, Publiek domein, Koppeling

Index:

Introductie
Great Debate
Discrepantie
Tijd
What happened before the Big Bang? / Did A Black Hole Give Birth To Our Universe?
Hoe oud is het heelal?
Speciale Relativiteitstheorie/Zwaartekracht
Physicists Think They’ve Spotted the Ghosts of Black Holes from Another Universe
There are 5 eras in the universe’s lifecycle
Is The Universe Actually A Fractal?
Cosmologists create 4,000 virtual universes to solve Big Bang mystery
Donkere materie / Evidence AGAINST dark matter?!
Donkere energie
Eerste materie in het Universum
How the universe works, cosmology, quantum and particle physics
Simulatie / Illusie
Planetoïden
Lichtsnelheid

Links

Introductie:
Het is wiskundig te formuleren hoe een driedimensionale ruimte ontstaat uit een punt, maar niet visueel voorstelbaar. Het beeld van een analoge tweedimensionale ruimte helpt echter: het oppervlak van een bol die opzwelt vanuit een punt. Dat oppervlak is gekromd, het heeft geen randen en het is eindig; eigenschappen die een driedimensionale ruimte ook kan hebben. Aan het beeld van een ballon die opgeblazen wordt, is de term inflatie ontleend.

De theorie is onder meer gebaseerd op de waarneming van het voortdurend uitdijende heelal, in het bijzonder de roodverschuiving van de spectraallijnen en van licht van verre sterrenstelsels, het dopplereffect, en de waargenomen hoeveelheid helium die gevormd is voordat er sterren waren. De algemene relativiteitstheorie is op dit punt echter nog niet volledig, aangezien het idee van een oneindig grote dichtheid strijdig is met de fundamentele wetten van de natuurkunde.

Grondlegger van de oerknaltheorie is de Leuvense hoogleraar en priester dr. Georges Lemaître. De term ‘big bang’ werd voor het eerst door Fred Hoyle in 1950 gebruikt als een denigrerende aanduiding om zijn afkeer van de theorie tot uitdrukking te brengen. Hoyle was zelf voorstander van het concurrerende maar thans verlaten steady-statemodel.

Timeline of the metric expansion of space, where space, including hypothetical non-observable portions of the universe, is represented at each time by the circular sections. On the left, the dramatic expansion occurs in the inflationary epoch; and at the center, the expansion accelerates (artist’s concept; not to scale). Source Wikimedia.
https://a3veen.tumblr.com/post/684878902537093120/whats-eating-the-universe-with-paul-davies

Great Debate:

Astronomy’s Great Debate 2.0

The Great Debate, also called the Shapley–Curtis Debate, was held on 26 April 1920 at the Smithsonian Museum of Natural History, between the astronomers Harlow Shapley and Heber Curtis. It concerned the nature of so-called spiral nebulae and the size of the universe. Shapley believed that distant nebulae were relatively small and lay within the outskirts of the Milky Way galaxy (then thought to be the entire universe), while Curtis held that they were in fact independent galaxies, implying that they were exceedingly large and distant.

The two scientists first presented independent technical papers about “The Scale of the Universe” during the day and then took part in a joint discussion that evening. Much of the lore of the Great Debate grew out of two papers published by Shapley and by Curtis in the May 1921 issue of the Bulletin of the National Research Council. The published papers each included counter arguments to the position advocated by the other scientist at the 1920 meeting.

In the aftermath of the public debate, scientists have been able to verify individual pieces of evidence from both astronomers, but on the main point of the existence of other galaxies, Curtis has been proven correct.

Discrepantie;
Ondertussen weten we dat het begin van het heelal gekenmerkt wordt door de oerknal. Vrijwel direct na de oerknal was er sprake van een exponentiële uitdijing van het heelal. In zeer korte tijd werd het heelal zeker quintiljoenen keren groter. In de periode daarna vertraagde de uitdijing, om vervolgens weer te versnellen. En nog altijd dijt het heelal versneld uit.

De hubbleconstante is de kosmologische parameter die de absolute schaal, grootte en leeftijd van het universum bepaalt. Het is een van de meest directe manieren om erachter te komen hoe het universum evolueert. De twee gangbare manieren om de hubbleconstante te meten is door cepheïden (pulserende sterren) en supernova’s waar te nemen en door metingen te verrichten van kosmische achtergrondstraling uit het vroege universum. Deze twee methoden geven echter niet dezelfde waarden.

Zo blijkt dat het universum met 74 kilometer per seconde per megaparsec uitdijt als we de hubbleconstante door middel van cepheïden en supernova’s meten. Kijken we echter naar de data van Planck over de kosmische achtergrondstraling, dan blijkt dat ons universum uitdijt met een snelheid van 67,4 kilometer per seconde per megaparsec (één parsec komt overeen met een afstand van 3,26 lichtjaar).

Tijd:

https://a3veen.tumblr.com/post/683530811247656960/time-might-not-exist-according-to-physicists-and

What happened before the Big Bang? / Did A Black Hole Give Birth To Our Universe?:

https://a3veen.tumblr.com/post/680249835161567232/leben-wir-in-einem-schwarzen-loch-42-die
https://a3veen.tumblr.com/post/680252228010950656/could-the-universe-be-inside-a-black-hole-what

Hoe oud is het heelal?:

Speciale Relativiteitstheorie/Zwaartekracht:

Physicists Think They’ve Spotted the Ghosts of Black Holes from Another Universe:

There are 5 eras in the universe’s lifecycle:

Is The Universe Actually A Fractal?:

Cosmologists create 4,000 virtual universes to solve Big Bang mystery:

Donkere materie / Evidence AGAINST dark matter?!:
Donkere materie is een hypothetische soort materie in het heelal, die niet zichtbaar is met optische middelen en dus niet te detecteren is via de elektromagnetische straling die de aarde bereikt. Daarom wordt ze donkere materie genoemd, om haar te onderscheiden van de zichtbare materie. Op grond van waarnemingen door de Planck Observatory wordt gedacht dat de totale hoeveelheid massa/energie van het heelal bestaat uit:

Het bestaan van donkere materie wordt verondersteld om de waargenomen bewegingen van sterren en andere objekten in het Melkwegstelsel en de bewegingen van sterrenstelsels in clusters te verklaren op een wijze die zowel consistent is met de zwaartekrachttheorie als met de relativiteitstheorie. De zichtbare materie en de geschatte onzichtbare baryonische massa in deze sterrenstelsels is niet genoeg om de bewegingssnelheid van de sterrenstelsels in hun baan om het gemeenschappelijk zwaartepunt te kunnen verklaren. De onzichtbare baryonische massa bestaat uit o.a. uitgedoofde sterren en planeten. Deze baryonische massa kan geschat worden op basis van de huidige natuurkundige theorieën en de ouderdom van de betrokken sterrenstelsels.

Modified Newtonian dynamics (MOND) is a hypothesis that proposes a modification of Newton’s law of universal gravitation to account for observed properties of galaxies. It is an alternative to the hypothesis of dark matter in terms of explaining why galaxies do not appear to obey the currently understood laws of physics.

Created in 1982 and first published in 1983 by Israeli physicist Mordehai Milgrom, the hypothesis’ original motivation was to explain why the velocities of stars in galaxies were observed to be larger than expected based on Newtonian mechanics. Milgrom noted that this discrepancy could be resolved if the gravitational force experienced by a star in the outer regions of a galaxy was proportional to the square of its centripetal acceleration (as opposed to the centripetal acceleration itself, as in Newton’s second law) or alternatively, if gravitational force came to vary inversely linearly with radius (as opposed to the inverse square of the radius, as in Newton’s law of gravity). In MOND, violation of Newton’s laws occurs at extremely small accelerations, characteristic of galaxies yet far below anything typically encountered in the Solar System or on Earth.

MOND is an example of a class of theories known as modified gravity, and is an alternative to the hypothesis that the dynamics of galaxies are determined by massive, invisible dark matter halos. Since Milgrom’s original proposal, proponents of MOND have claimed to successfully predict a variety of galactic phenomena that they state are difficult to understand as consequences of dark matter. The accurate measurement of the speed of gravitational waves compared to the speed of light in 2017 ruled out many hypotheses which used modified gravity to rule out dark matter. However, neither Milgrom’s bi-metric formulation of MOND nor nonlocal MOND is ruled out by this study.

Donkere energie:
Donkere energie is een hypothetische vorm van energie in het heelal die verantwoordelijk zou zijn voor de versnelling van de uitdijing van het universum. Donkere energie is overal en gelijkmatig verdeeld in het heelal. Ze gedraagt zich alsof ze een negatieve zwaartekracht uitoefent.

In 1917 had Albert Einstein al een kosmologische constante geïntroduceerd in zijn veldvergelijkingen. Omdat Einstein uitging van een statisch heelal, deed hij dit om te voorkomen dat het heelal volgens zijn theorie door de zwaartekracht zou instorten. Na de ontdekking van de uitdijing van het heelal trok Einstein het idee van deze anti-zwaartekracht in en noemde dit idee “zijn grootste blunder”. Verdeling van donkere materie en donkere energie in het universum ten opzichte van zichtbare materie volgens metingen van de WMAP

In de jaren negentig werd aan de hand van de studie van verre supernovae, het Supernova Cosmology Project, ontdekt dat de uitdijing van het heelal zo’n vijf miljard jaar na de oerknal is gaan versnellen. De enige manier om dit te verklaren was het introduceren van een onbekende kracht die zich gedroeg als een kosmologische constante en werkte als een negatieve zwaartekracht.

Nauwkeurige analyses van de gegevens van de WMAP in maart 2003 brachten aan het licht dat de totale energie van het heelal voor 74% bestaat uit donkere energie. Inmiddels is dat aandeel door observaties van het Planck Observatory teruggebracht tot 68,3%. De massa-energie van gewone (baryonische) materie bedraagt 4,9%, de overige 26,8% wordt verklaard door donkere materieKosmologen hebben voor deze donkere energie nog geen verklaring.

Gedacht wordt aan de energie van het vacuüm zelf, de zogenaamde nulpuntsenergie. Dit levert voor de theoretici echter zeer grote problemen op indien deze energie volgens de kwantummechanica wordt berekend. De uitkomst hiervan is veel hoger (wel 10120 tot 10140 keer) dan de waargenomen donkere energie.

Eerste materie in het Universum:

How the universe works, cosmology, quantum and particle physics:

Neutrino:

Planetoïden:
Planetoïden, ook wel asteroïden genoemd, zijn stukken materie die zich evenals planeten en dwergplaneten in een baan om de Zon bewegen. In 2018 waren er ruim 750.000 bekend. Verreweg de meeste daarvan hebben banen tussen de planeten Mars en Jupiter, in de zogenaamde planetoïdengordel. De grootste planetoïden hebben diameters van rond de 1000 km, maar de overgrote meerderheid is veel kleiner. Het kleinste gruis is met een telescoop niet waarneembaar, maar komt veelvuldig als vallende sterren op Aarde terecht. De bekende planetoïden zijn van samenstelling ijsachtig, steenachtig, of ijzer- en nikkelhoudend.

Asteroid Day

The Torino scale is a method for categorizing the impact hazard associated with near-Earth objects (NEOs) such as asteroids and comets. It is intended as a communication tool for astronomers and the public to assess the seriousness of collision predictions, by combining probability statistics and known kinetic damage potentials into a single threat value.

Torino Scale. The scale in metres is the approximate diameter of an asteroid with a typical collision velocity.

The Palermo Technical Impact Hazard Scale is a similar, but more complex scale. Near-Earth objects with a Torino scale of 1 pop up every couple of months or so and may last a few weeks until they have a longer observation arc. The Palermo Technical Impact Hazard Scale is a logarithmic scale used by astronomers to rate the potential hazard of impact of a near-Earth object (NEO). It combines two types of dataprobability of impact and estimated kinetic yield—into a single “hazard” value.

A rating of 0 means the hazard is equivalent to the background hazard (defined as the average risk posed by objects of the same size or larger over the years until the date of the potential impact). A rating of +2 would indicate the hazard is 100 times as great as a random background event. Scale values less than −2 reflect events for which there are no likely consequences, while Palermo Scale values between −2 and 0 indicate situations that merit careful monitoring.

As of January 2022, two asteroids have a cumulative Palermo Scale value above -2: 101955 Bennu (-1.41) and (29075) 1950 DA (-1.42). A further three have cumulative Palermo Scale values above -3: 1979 XB (-2.73), 2000 SG344 (-2.79), and 2007 FT3 (-2.93). There are 24 that have a cumulative Palermo Scale value above -4, three of them were discovered in 2021: 2021 QM1 (-3.01), and 2021 EU (-3.18) and 2021 GX9 (-3.40).

The primary reference for the Palermo Technical Scale is a scientific paper entitled “Quantifying the risk posed by potential Earth impacts” by Chesley et al. (Icarus 159, 423-432 (2002)).

Lichtsnelheid:
De lichtsnelheid is de snelheid waarmee het licht en andere elektromagnetische straling zich voortplanten. In vacuüm heeft de lichtsnelheid (in SI-eenheden) voor alle frequenties de waarde c = 299 792 458 m/s.

Links:
The Big Bang and the Big Crunch

Fysische kosmologie

The Five Ages of the Universe

Logarithmic Maps of the Universe

A Logarithmic Map of the Entire Known Universe in One Image

Agenda – Cosmic Instability: How a Smooth Early Universe Grew into Everything You Know (TV YouTube)

Agenda – Fast-spinning black holes narrow the search for dark matter particles / Constraints on Ultralight Scalar Bosons within Black Hole Spin Measurements from the LIGO-Virgo GWTC-2 – publication

Planck Stars: Quantum Gravity Research Ventures Beyond the Event Horizon

Agenda – Dark Energy Survey

Ster

If time had no beginning / arXiv

Agenda – #AsteroidDay

Deel: