3 Hipotesis Geometri Alam Semesta

Kelengkungan ruang dan waktu. Kredit: ScienceNews.org

Pada tahun 1915, Albert Einstein mengajukan teori relativitas umum.

Ide dasar dari teori ini adalah bahwa gaya tarik-menarik adalah hasil dari kelengkungan ruang dan waktu di sekitar sebuah benda besar.

Massa kemudian dapat berputar mengelilinginya dari waktu ke waktu.

Jika sebuah partikel bergerak mengelilingi sebuah benda besar, maka partikel tersebut harus mengubah arah/orbitnya di ruang angkasa dan bahkan mengikuti geometri cahaya!

Contoh: orbit planet mengelilingi Matahari, lensa gravitasi , dll.

Geometri ruang-waktu akan terdistorsi oleh massa.

Dalam beberapa kasus, ketika medan gravitasi tidak terlalu kuat, teori Einstein dapat memberikan hasil yang sama dengan hukum kuadrat terbalik Newton.

Pada tahun 1917, Einstein menerapkan teori relativitas umum untuk membuat model alam semesta.

Dengan melakukan itu, dia dengan tajam menyarankan bahwa alam semesta harus lebih besar:
(A) Homogen (semua orang melihat bayangan yang sama ketika melihat alam semesta) e
(B) Isotropik (Alam semesta terlihat sama dalam segala hal).

Einstein menggunakan hipotesis ini (sekarang dikenal sebagai prinsip kosmik) untuk membuat model statis alam semesta di mana gaya tarik-menarik antar galaksi menyatukan mereka semua dan akhirnya menghancurkan alam semesta (Depresi Hebat).

Jadi Einstein menemukan solusi dengan menambahkan "konstanta kosmik" ke persamaannya.

Ruang adalah konstanta yang mencegah kehancuran alam semesta karena gravitasi dan menjaga stabilitasnya (tidak mengembang).

Hipotesis Einstein bahwa alam semesta sangat sederhana (homogen dan isotropik) dapat dikonfirmasi dengan sangat akurat saat ini karena banyak wahana antariksa terbang ke luar angkasa dan melakukan banyak penelitian di bidang kosmologi.

Einstein meragukan bahwa alam semesta harus stabil, tetapi pada tahun 1931 Hubble menghadapi masalah serius ketika ia mengusulkan perluasan alam semesta.

Kepadatan kritis dan parameter kepadatan

Menurut hukum relativitas yang dijelaskan di atas, kita tahu bahwa geometri ruang dan waktu akan berubah karena benda bermassa besar.

Nah, efek distorsi ruang dan waktu ini bisa diterapkan pada geometri alam semesta.

Ingat bahwa kepadatan berbanding lurus dengan massa?

Dengan demikian, semakin besar massa, semakin besar kerapatan, dan tentu saja semakin kuat gaya gravitasi.

Dalam kosmologi ada titik konsentrasi: ketika alam semesta mencapai kepadatan tertentu, ia tidak akan mengembang selamanya (ekspansinya akan berhenti di beberapa titik) atau tidak akan runtuh di bawah aksi gaya tarik-menariknya sendiri.

Para ilmuwan menyebut titik ini kepadatan kritis .

Menurut persamaan, kerapatan kritis alam semesta saat ini adalah sekitar ^10-26 kg ^/ m3 (atau 10 atom hidrogen per meter kubik).

Konsentrasi kritis. Kredit : Jurnal A&M Texas

H adalah konstanta Hubble, dan G adalah konstanta gravitasi.

Biaya janin c tergantung pada konstanta Hubble (H = 71 km / s / MPc).

Semakin tinggi akurasi H, semakin tinggi nilai c.

Persamaan lain yang berguna untuk densitas suatu zat adalah parameter densitas yang ditetapkan sebagai berikut :

Pengaturan kepadatan. Kredit: Caltech

Di sini kepadatan Semesta diterima, dan c - kepadatan kritis.

Nasib lebih lanjut dari geometri alam semesta dapat ditentukan.

Cara:

1. <1 Maka itu akan menciptakan geometri alam semesta terbuka.
2. = 1, maka akan tercipta geometri alam semesta lurus (straight universe).
3. > 1 Maka akan tercipta geometri alam semesta tertutup (closed universe).

Mari kita bahas satu persatu...

• Jika kerapatan materi di alam semesta lebih besar, pemuaian akan melambat hingga gaya tarik-menarik berhenti, dan sebagai akibatnya ia akan bergeser di bawah gravitasinya sendiri ( Bencana Besar) . Di alam semesta ini, sinar cahaya paralel akan terjadi di tempat yang sangat terpencil. Ini disebut geometri melingkar atau geometri tertutup .

• Jika kerapatan materi di alam semesta rendah, gravitasi tidak akan cukup untuk menghentikan ekspansinya, dan alam semesta akan terus mengembang tanpa batas (bahkan dengan laju penurunan yang konstan). Sinar cahaya paralel akan diisolasi di alam semesta ini. Ini disebut geometri hiperbolik atau geometri terbuka .

• Di alam semesta materi kepadatan tinggi dan rendah ada alam semesta di mana ujung pisau berada dalam keseimbangan, di mana sinar cahaya sejajar. Ini disebut geometri bidang. Kepadatan materi di alam semesta sama dengan kerapatan kritis. Perluasan kerapatan alam semesta kritis hanya dapat dihentikan setelah periode tak terhingga ( infinite) .

Tiga kemungkinan geometri untuk alam semesta. Di alam semesta dengan kepadatan materi yang tinggi (tertutup/melingkar) seberkas cahaya paralel (garis biru) akan bertemu di satu titik. Di alam semesta dengan kepadatan materi yang rendah (terbuka / tertutup), sinar cahaya paralel akan saling menjauh. Di alam semesta di mana kerapatan materi sama dengan "kerapatan kritis" (bidang), cahaya akan terus mengalir secara paralel.
Kredit: Universitas Swinburne

Kita sekarang tahu bahwa kepadatan dapat mempengaruhi bentuk alam semesta.

Para ilmuwan menggunakan dua metode untuk menentukan kepadatan alam semesta:

1. Metode Perhitungan (Metode Akuntansi)

Ketika massa suatu benda diukur dalam volume (besar) alam semesta, itu adalah metode matematika yang mencoba memperkirakan massa.

Massa dapat diperkirakan secara langsung (misalnya, dengan mengukur sifat kinetik galaksi dalam massa) atau secara tidak langsung dengan hubungan antara massa galaksi dalam kecerahan dan volume.

Metode tidak langsung ini tidak terlalu baik karena kita tidak tahu tentang galaksi dan faksi materi gelap yang mengelilinginya.

Namun, metode ini masih dapat digunakan untuk memperkirakan massa total suatu volume dengan memperkirakan secara akurat hubungan antara intensitas cahaya dan materi gelap.

2. Metode geometris

Metode ini menggunakan konsep garis sejajar yang tidak konvergen.

Misalnya, jika alam semesta memiliki geometri tertutup dan berada di depan garis paralel, kerapatan galaksi jauh yang teramati seharusnya lebih kecil dari kerapatan yang diprediksi dengan mengekstrapolasi kerapatan galaksi lokal dari waktu ke waktu.

Di sisi lain, garis paralel yang terisolasi dalam geometri terbuka akan menyebabkan kerapatan galaksi jauh yang teramati melebihi ekspektasi.

Sampai saat ini, kedua strategi telah menunjukkan bahwa kerapatan alam semesta secara ideal cocok dengan kerapatan kritis.

Ini luar biasa!, karena ini benar-benar menunjukkan bahwa kita seimbang di atas pisau dan hidup di alam semesta yang datar!!.


Tautan:
http://astronomia.swin.edu.au/cosmos/C/Critical+Density
https://www.ras.org.uk/publications/other-publications/2035-cosmology-flat-universe
http://astronomia.swin.edu.au/cosmos/D/Density+Parameter
http://www.springer.com/about+springer/media/springer+select?SGWID=0-11001-6-1454941-0
http://io9.gizmodo.com/the-real-reason-why-einstein-come-to-believe-in-an-expa-1525158694
http://m.teachastronomy.com/atropedia/article/Critical-Density
https://sainstory.wordpress.com/2012/09/28/antigravitasi-kosmologis/
http://www.astronomynotes.com/cosmolgy/s9.htm#A2.2
http://staff.physika.ui.ac.id/tmart/universe.html
http://map.gsfc.nasa.gov/universe/uni_shape.html
http://abyss.uoregon.edu/~js/cosmo/lectures/lec15.html