Širenje univerzuma

Širenje svemira je povećanje udaljenosti između gravitacijski nevezanih dijelova svemira koji se može promatrati s vremenom. To je intrinzična ekspanzija; univerzum se ne širi "u" ništa i ne zahtijeva prostor da bi postojao "izvan" njega. Svakom posmatraču u svemiru čini se da se sve osim najbližih galaksija (koje međusobno povezuje gravitacija) povlače brzinama koje su u prosjeku proporcionalne njihovoj udaljenosti od posmatrača. Iako se objekti ne mogu kretati brže od svjetlosti, ovo ograničenje se primjenjuje samo u odnosu na lokalne referentne okvire i ne ograničava stope recesije kosmološki udaljenih objekata.

Kosmička ekspanzija je ključna karakteristika kosmologije Velikog praska. Može se matematički modelirati pomoću Friedmann–Lemaître–Robertson–Walker metrike (FLRW), gdje odgovara povećanju skale prostornog dijela svemirskog metričkog tenzora prostor-vrijeme (koji upravlja veličinom i geometrijom prostor-vremena). U ovom okviru, razdvajanje objekata tokom vremena povezano je sa širenjem samog prostora. Međutim, ovo nije općenito kovarijantni opis, već samo izbor koordinata. Suprotno uobičajenoj zabludi, jednako je ispravno usvojiti opis u kojem se prostor ne širi i objekti se jednostavno odmiču dok su pod utjecajem njihove međusobne gravitacije. Iako je kosmičko širenje često uokvireno kao posljedica opće teorije relativnosti, ono je također predviđeno Njutnovom gravitacijom.

Prema teoriji inflacije, tokom inflatorne epohe oko 10 ⁻³² sekundi nakon Velikog praska, svemir se naglo proširio, a njegov volumen se povećao za faktor od najmanje 10⁷⁸ (proširenje udaljenosti za faktor od najmanje 10²⁶ u svakoj od tri dimenzije). Ovo bi bilo ekvivalentno proširenju objekta dužine 1 nanometar (10⁻⁹ m, otprilike polovina širine molekula DNK) na približno 10,6 svjetlosnih godina (oko 10¹⁷ m ili 62 triliona milja). Kosmička ekspanzija se kasnije usporila na mnogo sporije stope, sve dok oko 9,8 milijardi godina nakon Velikog praska (prije 4 milijarde godina) nije počela postepeno da se širi brže, i još uvijek to čini. Fizičari su pretpostavili postojanje tamne energije, koja se pojavljuje kao kosmološka konstanta u najjednostavnijim gravitacionim modelima, kao način da objasne ovo kasno ubrzanje. Prema najjednostavnijoj ekstrapolaciji trenutno favorizovanog kosmološkog modela, Lambda-CDM modela, ovo ubrzanje postaje dominantnije u budućnosti.

Historija ekspanzije zavisi od gustine univerzuma. Ω na ovom grafikonu odgovara omjeru gustine materije i kritične gustoće za univerzum kojim dominira materija. Kriva "ubrzanja" pokazuje putanju faktora skale za svemir sa tamnom energijom.

Grafički prikaz širenja svemira od Velikog praska do danas, sa inflatornom epohom predstavljenom kao dramatična ekspanzija koja se vidi na lijevoj strani. Ova vizualizacija prikazuje samo dio svemira; prazan prostor izvan dijagrama ne treba uzeti da predstavlja prazan prostor izvan univerzuma (koji ne postoji nužno).

Kada se objekt povlači, njegova svjetlost se rasteže (crveni pomak). Kada se objekt približava, njegova svjetlost se komprimuje (plavi pomak).

Animacija modela hljeba s grožđicama u ekspanziji. Kako se hljeb udvostručuje u širini (dubini i dužini), razmaci između grožđica se također udvostručuju.