(Wszechświat w tamtej epoce był gęsty jedynie w porównaniu z dzisiejszym, który jest od niego miliard razy rzadszy). Tłumienie zaczynało się w skalach dziesięciokrotnie większych, którym obecnie odpowiadają odległości rzędu 100 min lat świetlnych. TAK JAK MUZYCY potrafią odróżnić znakomite skrzypce od przeciętnych, wsłuchując się w bogactwo ich alikwotów, tak kosmolodzy potrafią określić wiek, skład i geometrię Wszechświata, badając podstawową częstość pierwotnego dźwięku i natężenie wyższych tonów harmonicznych. Promieniowanie reliktowe ujawnia rozmiary kątowe obszarów największych fluktuacji temperatury, możemy więc odczytać, jak duże są plamy odpowiadające gorącymi i zimnym obszarom. To z kolei pozwala określić częstość podstawowej fali dźwiękowej. Kosmolodzy mogą również dokładnie określić długość tej fali w momencie rekombinacji, wiedzą bowiem, jak szybko rozchodził się dźwięk w pierwotnej plazmie.

Podobnie naukowcy potrafią oszacować drogę, jaką przebyły fotony, zanim dotarły do Ziemi z ich obliczeń wynika, że jest to około 45 mld lat świetlnych. (Chociaż fotony poruszały się tylko przez 13.5 mld mld lat, ekspansja przestrzeni rozciągnęła przebytą przez nie drogę). Kosmolodzy mają więc pełną informację o trójkącie, którego boki odpowiadają długości fali i drodze przebytej przez fotony. Mogą więc sprawdzić, czy kąty w nim sumują się do 180°. Jest to klasyczny test na krzywiznę przestrzenną i teraz można go przeprowadzić z dużą dokładnością. Okazuje się, że poza globalną ekspansją Wszechświat jest opisywany geometrią euklidesową i musi być bardzo bliski przestrzennie płaskiemu. Ponieważ geometria Wszechświata zależy od gęstości wypełniającej go energii, z odkrycia tego wynika, że średnia gęstość energii jest bliska tzw. gęstości krytycznej, czyli około 10~29 g/cm3. Kolejną kwestią jest dokładne określenie proporcji materii i energii we Wszechświecie. Kluczem do rozwiązania tego problemu są amplitudy tonów harmonicznych.

Podczas gdy na zwykłe fale dźwiękowe ma wpływ jedynie ciśnienie gazu, fale akustyczne we wczesnym Wszechświecie modyfikowane były również przez siły grawitacji. Grawitacja ściska gaz w obszarach o podwyższonej gęstości. Zależnie od fazy fali akustycznej może albo wzmacniać, albo tłumić dźwiękowe zagęszczenia i rozrzedzenia. Analiza modulacji tych fal ujawnia siłę grawitacyjnego oddziaływania, a to z kolei pozwala określić związek pomiędzy materią i energią w ośrodku. Tak jak w dzisiejszym Wszechświecie materia we wczesnych epokach była dwojakiego rodzaju. Pierwszy to bariony (protony i neutrony), stanowiące większość tzw. zwykłej materii. Drugi rodzaj to ciemna zimna materia, która chociaż wywiera wpływ grawitacyjny, nie została dotąd bezpośrednio zaobserwowana, ponieważ w żaden dostrzegalny sposób nie oddziałuje ze zwykłą materią ani światłem. Zarówno zwyczajna, jak i ciemna materia są źródłami pola grawitacyjnego, ale tylko ta pierwsza podlega akustycznym zagęszczeniom i rozrzedzeniom.

Tagi: wszechświat, energia, częstość

Katalog

Partnerzy

Reklama