Как давно расширяется Вселенная?

9 414 просмотра
Об авторе

Земля

Возможно, крупнейшее открытие о Вселенной мы сделали в конце прошлого века, обнаружив одну из самых странных космических истин: далекие галактики не просто улетают от нас, пока время движется вперед, но и улетают все быстрее и быстрее. Открытие ускоряющегося расширения Вселенной в рамках Supernova Cosmology Project при помощи команды High-z Supernova Search Team принесло ученым Нобелевскую премию по физике. Пока это одно из самых странных и необычных явлений во Вселенной.

Дело в том, что Вселенная не всегда ускорялась, улетая от нас прочь. В течение миллиардов лет расширение замедлялось, и кому-то, живущему десять миллиардов лет назад, могло показаться, что она стягивается. Что же произошло?

В 1920-х годах было представлено четыре элемента доказательства — три наблюдаемых и один теоретический — того, что Вселенная расширялась. Вот они:

  1. Открыли то, что спиральные туманности ночного неба были настоящими галактиками, или «островными Вселенными», содержащими миллиарды звезд и расположенными далеко за пределами Млечного Пути.
  2. Измерение красных и синих смещений этих галактик Весто Слифером показало, как быстро эти галактики либо удаляются от нас (по красному смещению), либо приближаются к нам (по синему смещению), и подавляющее большинство следовало первому сценарию.
  3. Измерения дистанций до каждой из этих галактик были проведеы Эдвином Хабблом и его ассистентом Милтоном Хьюмасоном. В сочетании с наблюдениями Слифера, они выявили четкое соотношение: чем дальше была галактика, тем быстрее, казалось, она от нас удаляется.
  4. Наконец, мощный теоретический скачок, произведенный благодаря эйнштейновской общей теории относительности: осознание того, что Вселенная, которая наполнена галактиками примерно одинаковой плотности во всех направлениях, должна быть нестабильной, если только не будет расширяться или сжиматься.

Это привело к картине Вселенной 1929 года: она была горячее, плотнее и расширялась быстрее в прошлом, а после становилась холоднее, менее плотной и медленнее расширялась с течением времени.

Вселенная

Это вполне логично с точки зрения Большого Взрыва. Представьте себе Большой Взрыв как стартовый пистолет великой космической гонки, гонки между первоначальным расширением с одной стороны, которое сначала было весьма быстрым, и гравитацией с другой стороны, которая стягивает все вместе. Легко представить три разных варианта, каждый из которых приводит к различному темпу Вселенной:

  1. Большое Сжатие. Возможно, изначально темп расширения был весьма высоким, но сила гравитации оказалась сильнее. Расширение должно замедлиться и прекратиться. Вселенная должна достичь максимального размера и начать сжиматься. И, наконец, она должна коллапсировать заново, вернувшись в состояние, предшествующее Большому Взрыву.
  2. Большое Замерзание. Это сценарий, противоположный предыдущему: в котором расширение начинается быстро, а гравитация его замедляет, но недостаточно. Расширение длится вечно, гравитация его все время замедляет, но не может остановить. Этот сценарий известен как тепловая смерть Вселенной: Большое Замерзание.
  3. Критическая Вселенная. Существует также возможность того, что вы окажетесь посередине, когда скорость расширения и гравитация уравновесят друг друга, и скорость расширения будет замедляться с течением времени. Одной частицей меньше, одной частицей больше во Вселенной — и вы получите первый или второй сценарий. Но этой частицы не существует. Сценарий «критической Вселенной» приведет к самой медленной из возможных тепловой смерти.

Миллиарды лет казалось, что критический вариант победит. Видите ли, когда вы живете во Вселенной и смотрите на различные галактики, вы не только можете измерить современный темп расширения, но и, глядя на самые далекие галактики, измерить также, каким был темп расширения в начале истории Вселенной.

Вселенная

На этом снимке показаны уже недостижимые для нас галактики

Миллиарды лет — около семи миллиардов, если быть точным, — казалось, что мы живем в критической Вселенной. Расширение началось в эпоху излучения (фотонов и нейтрино), а затем все остыло достаточно, чтобы началась эпоха материи (как обычной, так и темной). По мере того, как Вселенная продолжала расширяться, плотность материи падала и падала, поскольку объем материи увеличивался, а масса оставалась прежней.

Но в какой-то момент плотность вещества упала до такого низкого значения, что проявился другой, более тонкий вкладчик в плотность энергии Вселенной: темная энергия. Примерно за семь миллиардов лет величина темной материи достигла нескольких процентов от общей плотности энергии, и к моменту, когда Вселенной исполнилось 7,8 миллиарда лет, плотность темной энергии достигла важной величины: 33% от всей плотности энергии во Вселенной. Это важно, поскольку такое количество темной энергии необходимо, чтобы темп расширения начал расти.

С тех пор, около 6 миллиардов лет назад, плотность материи начала снижаться, а темная энергия оставалась постоянной. В настоящее время темная материя составляет около 68% общей энергии Вселенной, а материя упала до 32% в общем (27% темная материя и 5% обычная материя). С течением времени, в будущем, плотность материи будет продолжать падать, тогда как плотность темной энергии будет оставаться постоянной, темная энергия будет все более и более преобладающей.

Вселенная

Плотность энергии во Вселенной в разное время в ее прошлом

Для отдельных галактик это будет значить, что галактика, которая начала удаляться от нас в момент Большого Взрыва быстрее других, продемонстрирует очевидный спад скорости (с нашей точки зрения) в первые 7,8 миллиарда лет. Затем скорость замедления перестанет падать и некоторое время будет оставаться неизменной. Потом начнет расти, и галактика начнет удаляться от нас еще быстрее, чем прежде, поскольку пространство между нами и далекими галактиками расширяется с огромной скоростью. В определенный момент — и это пугает, поскольку применимо к 97% галактик в нашей видимой Вселенной — каждая галактика за пределами нашей местной группы будет удаляться на скорости, превышающей скорость света, став, таким образом, недосягаемой для нас вследствие физических ограничений.

Вселенная

Желтым обведен нынешний размер видимой Вселенной: 46 миллиардов световых лет; розовым обведен достижимый для нас размер: 14,5 миллиарда световых лет

Насколько мы можем судить, Вселенная всегда имела количество темной энергии, которое имеет сейчас, присущее самому космосу. Но потребовалось 7,8 миллиарда лет, или вся история Вселенной за полтора миллиарда лет до того, как образовалась наша Солнечной система, чтобы плотность материи упала до такого уровня, что темная энергия возымела власть над расширением Вселенной. С тех пор все галактики за пределами нашей местной группы удаляются от нас и будут удаляться, пока не исчезнет последняя. Вселенная расширяется в течение последних шести миллиардов лет, и, если бы мы появились раньше, мы могли бы и не выйти за пределы этих трех вариантов, предложенных нашей интуицией. В лучшем случае мы могли бы лишь предполагать, какой в точности является Вселенная. И это было бы нашей самой большой наградой.

Как давно расширяется Вселенная?

Приложение
Hi-News.ru

Новости высоких технологий в приложении для iOS и Android.

41 комментарий

  1. Fernando Navarro

    Рассуждения из области, как быстро масу набирает Ктулху и как это влияет на нас.
    И ноль сообщений о том, что обнаруженая самая дальняя галактика, как бы не должна была сформироватся в то время, что должно было бы заставить призадуматся, а был ли мальчик (БВ) и верно ли мы понимаем красное смещение.

    • Froren

      умиляет читать рассуждения диванных экспертов :)

      • Fernando Navarro

        Ты такой же диванный эксперт, с той разницей, что твое самомнение ставит тебя выше других диванных экспертов. А по сути, снова сказано ничего. Вот и думай.

        • Froren

          У меня хватает ума не сравнивать мировую науку с Ктулху и говорить о вещах, в которых ты нихрена не понимаешь.

          • Fernando Navarro

            У мировой науки патент на толковании всех явлений )? То есть, обычний лбитель, который старается не много разобратся в фактах, которые предоставляет все та же мировая наука не может иметь свое мнение, которое отличается? Если думать в таком ключе, наш мир до сих пор стоял бы на четырех китах и черепахе.
            По факту, темная энергия и темная материя пока ничем не отличается от Ктулху, нет никаких сведений, кроме подстройки математической модели БВ и расстояний по красному смещению. То что об этих являниях говорят, как о реально существующих смотрится большой глупой самоувереностью.

            По красному смещению между галактиками больше 1 млрд. световых лет. http://quasars.org/ngc7603-show.jpg . Но они физически взаимодействуют, чего быть не должно. Только один этот факт, должен был бы пресмотреть это физическое являние. Не говорю уже о том, что по рассчетам некоторые галактики отдляются со скоростью больше световой, а это физически очень логичная модель поведения материи. Так может проблема не в физике Вселенной, а в рассчетах.

            • Aldo

              "По факту, темная энергия и темная материя пока ничем не отличается от Ктулху, нет никаких сведений, кроме подстройки математической модели БВ и расстояний по красному смещению." - почитай инфу в сети и подумай еще раз ))

              • CSKA

                Да ну??? Давно на улице были? Там шастает полным полно людей, которые как раз таки ставят мир на китов и черепах))) И вот это, кстати, и выглядит большой, раздутой и глупой самоуверенностью...

              • Fernando Navarro

                Какую инфу? Инфы как раз, как кот наплакал. То что теория БВ общепринятая, не значит что она правильная, да еще она и экпериментально не проверяема. Вот была сингулярность и все тут, и не зае..вайте. А вот нет, сингулярность и это есть тот самый Ктулху.

                • CSKA

                  Который все равно не далеко ушел от "экспериментально не проверяемого". Да и еще вообще никаких доказательств не имеющий

            • Rambler

              FERNANDO NAVARRO
              Мнение любителей никого не волнует. В науке нет места обывательским мнениям.
              В науке востребованы только факты и аргументы.

              • Fernando Navarro

                Здесь разговор не о тот, кого что волнует, от эмоций в таких разговорах вообще лучше абстрагироватся.
                Разговор о том, что в современной общепринятой концепции есть серьезные пробелы, которые заполняют представлением аксиомамы теорий, которые фактически не потрверждены.
                И об этом сейчас говорят люди, которые не являются научными фриками. Тот же свежый взгляд Хоккинга на черные дыры.
                На счет фактов, они приведены мной в коментариях выше. Есть вещи, которые не вписываются в ОТО, но их упорно математическими формализмами сглажуют. ТМ и ТЭ это чистые математические формализмы, которые ничем не потверждены. Если еще усомнится в том, является ли реликтовое излучение откликом БВ, а не каким-то другим эффектом, теория БВ лопнет. И тогда научное сообщество будет поставлено перед проблемой создания новой теории, но большинству это не нужно, так как гранты и прочая фигня уже выделены.
                С другой стороны, чисто техническая сторона науки продвигается и пока тупика не видно и это хорошо.

        • Froren

          "что обнаруженая самая дальняя галактика, как бы не должна была сформироватся в то время"

          Вот откуда ты это взял? Сам придумал?

          • Fernando Navarro

            "Но удивительным является то, что эта галактика успела набрать такую массу спустя лишь 200-300 миллионов лет после того, как закончили формироваться первые звезды во Вселенной" - рассказывает Гарт Иллингворт (Garth Illingworth), ученый-астроном из Калифорнийского университета в Санта-Круз.
            "Но удивительным является то, что эта галактика успела набрать такую массу спустя лишь 200-300 миллионов лет после того, как закончили формироваться первые звезды во Вселенной" - рассказывает Гарт Иллингворт (Garth Illingworth), ученый-астроном из Калифорнийского университета в Санта-Круз.
            http://www.dailytechinfo.org/space/7893-kosmicheskiy-teleskop-hubble-obnaruzhil-samuyu-dalekuyu-i-drevnyuyu-galaktiku-na-segodnyashniy-den.html

            • Froren

              И? Он говорит, что "удивительно", а ты говоришь "как бы не должна была сформироватся в то время"

              Вот так всегда, диванные эксперты понимают что-то свое, интерпретируют, не разобравшись

              • Fernando Navarro

                Даже диванные икПерТы знают, что по математическим рассчетам в это время не должни были сформироватся галактики с такой массой.

                • Froren

                  а можно привести математические расчеты?
                  Я вот совсем сомневаюсь, что ты хоть что-то понимаешь.

                  • Fernando Navarro

                    Потому что у тебя проблемы с логическим мышлением. Я вот не сомневаюсь, что ты вообще ничего не понимаешь.
                    Гугл в помощь, я не буду сидеть с тобой няньчится весь вечер.

                    • Froren

                      Ты уже выше заврался и показал, что ничего не понимаешь. Ты сказал, что "не возможно" и привел цитату, где ученый говорит, что "удивительно".

                      Если ты этого не понимаешь, у тебя проблемы с логическим мышлением, а не у меня. Ты даже спорить нормально не можешь и вести дискуссию.

                      • Fernando Navarro

                        Я все обьяснил, человек который бы хоть немного понимал предмет, задавал бы другие вопросы.
                        А так, ты сам бабабол, я написал "не должна была сформироватся". Это совсем разные вещи.

                        • mlserg

                          Не обращайте на товарища фрорена внимание. Он вообще любит поспорить. Однажды он доспорился со своим "логическим" мышлением до того, что утверждал, что может манипулировать любым животным, понимает все их действия. Но так и не удосужился в доказательство своих слов перевести "язык общения" хотябы дельфинов на человеческий.

                      • CSKA

                        Ладно еще Хомевю нет, Фрорен

    • donkeypuh

      "Вы стоите на самой низкой ступени развития. Вы ещё только формирующееся, слабое в умственном отношении существо. Все ваши поступки зверины! И вы, в присутствии двух людей с университетским образованием, позволяете себе давать советы космического масштаба и космической же глупости о том, как всё поделить!"
      :)

  2. mokr

    Вы как 2 атома водорода, в теле человека, решающих куда ему пойти...

  3. ElkTheSenior

    С чего вы все взяли что вселенная расширяется, да к тому же с ускорением ? Мы же делаем эти выводы, исходя из (и это здесь ключевое) светового смещения. Может оно (расширение) мнимо, и связанна эта мнимость с гравитационным линзированием нашей собственной галактики, либо "тёмной материей", которой она окутана. Не говоря уже, о возможном влиянии на результат (свойств света) сверхмассивной чёрной дырой (гравитационного колодца), находящейся в центре нашей с вами галактики.

    Это всё равно, что ловить пучки/волны света из вне (вселенной), сквозь призму мыльного пузыря, в котором мы находимся.

    Более того. Как мы узнаем, ускоряется/замедляется ли наша собственная галактика, по отношению к другой ? Мы ведь распознаём лишь внешнее смещение, относительно наблюдателя, чего не скажешь о своём собственном. Мне, в таком случае, не совсем понятно, кто-же на самом деле ускоряется/замедляется, сам наблюдатель, или-же наблюдаемое им пространство. Может это не пространство расширяется, как мы все считаем. Быть может, эти эффекты связанны с непостоянством скорости света ?

    Чем ниже частота фотона, тем быстрей его скорость в вакууме. То есть, чем дальше волна света находится в пространстве от наблюдателя, тем быстрее она настигнет того самого наблюдателя (быстрее скорости света).

    Как писали в Вики: "C 2006 года показано, что в так называемом эффекте квантовой телепортации кажущееся взаимовлияние частиц распространяется быстрее скорости света. Например, в 2008 г. исследовательская группа доктора Николаса Гизена (Nicolas Gisin) из университета Женевы, исследуя разнесённые на 18 км в пространстве запутанные фотонные состояния, показала, что это кажущееся «взаимодействие между частицами осуществляется со скоростью, примерно в сто тысяч раз большей скорости света». Ранее также обсуждался так называемый парадокс Хартмана — кажущаяся сверхсветовая скорость при туннельном эффекте".

    Так что, как по мне, то метод измерения "расширения" вселенной по Доплеру в совокупности с ОТО, - вызывает сомнения.

    • Zenitushka91

      А как сварить картошку?

    • Froren

      у меня вызывает сомнения, что у тебя есть знания и квалификация, что бы заявлять, что мировое научное сообщество настоящих ученых заблуждается.

  4. mokr

    Фотны пролетев 13.4милиарда лет теряют часть своей энергии вот вам и красное смещение, а та галактика к нам движется настречу....

  5. Alex.Arhimtyros

    По некоторым данным из сети скорость расширения составляет 73.8 км/сек./мегапарсек. 73.8 километров в секунду на каждые 3.26 миллионов световых лет. Галактика, на расстоянии в два мегапарсека, удаляется в два раза быстрее и так далее. Таким образом, учитывая сегодняшние масштабы вселенной - в какой-то момент скорость расширения вселенной должна превышать скорость света. Хоть это и не нарушает ОТО, поскольку расширяется само пространство - звучит, на мой взгляд, не слишком правдоподобно. Возможно ли, что расширение это вовсе не расширение, а просто галактики движутся по своим огромным эпилептическим орбитам?

    • Alexx

      Всё правильно. Когда скорость удаления галактики превысит скорость света, она исчезнет для нас. Про то и статья, что через миллиарды лет на небе будем видеть только звёзды своей галактики. А ещё через кучу миллиардов - вообще только соседи Солнца останутся :)

    • JollyRoger

      Эпилептические орбиты.. Ачипятка или я что-то в школе пропустил? (отправлено из iOS приложения Hi-News.ru)

  6. Xinorbit

    Эта статья мне напоминает как древний человек с палкой в руке, пальцами играет с черепахой, думая что вот он, могущественный познал все.
    Что за бред, как можно говорить уверенно о том, о чем вообще еще ни кто толком представления не имеет. И о да, и это пугает, галактика будет удаляться с превышающей скоростью света. Ща упаду со стула ))))

Новый комментарий

Для отправки комментария вы должны авторизоваться или зарегистрироваться.