Откуда мы знаем возраст Вселенной?

5 Августа 2015 в 19:30, Илья Хель 25 553 просмотра 27

Вселенная

Если вы не занимаетесь астрономией на уверенном уровне, вы наверняка хоть раз задавались вопросом: сколько существует независимых способов измерения возраста Вселенной? Ученые рады были бы сказать, что есть множество линий доказательств, которые указывают на возраст Вселенной в 13,8 миллиарда лет, подобно тому, как есть множество независимых указателей в пользу существования темной материи. Но на самом деле, есть только два хороших свидетельства, и одно лучше другого.

Вселенная

«Хороший» способ узнать возраст Вселенной — изучить тот факт, что она расширяется и остывает, и признать, что в прошлом она была горячее и плотнее. Если мы вернемся в древнейшие времена, мы выясним, что объем Вселенной был меньше, и не только материя была сбита плотнее, но и длины волн отдельных фотонов (частиц света) были короче, поскольку расширение Вселенной растянуло их до нынешней длины.

Поскольку длина волны фотона определяет его энергию и температуру, чем короче длина волны фотона, тем выше его энергия и температура. По мере того как мы будем возвращаться все дальше и дальше во времени, температура будет расти все выше и выше, пока в какой-то момент мы не достигнем самых первых стадий Большого Взрыва.

Это важно, запомним: есть «ранняя стадия» горячего Большого Взрыва.

Вселенная

Если бы у нас была возможность протягивать щуп «бесконечно» в обратном направлении, мы бы достигли сингулярности, в которой известная нам физика не работала бы. В нашем современном понимании самой ранней Вселенной известно, что инфляционному состоянию предшествовал горячий и плотный Большой Взрыв, а инфляционное состояние длилось неопределенное время.

Поэтому когда мы говорим о «возрасте Вселенной», мы говорим о том, сколько времени прошло с тех пор, как Вселенную можно было впервые описать как Большой Взрыв, и до сегодняшнего дня.

Вселенная

Согласно законам общей теории относительности, если у вас будет Вселенная вроде нашей, которая:

  • а) с однородной плотностью на крупнейших масштабах;
  • б) имеет одни и те же законы и общие свойства во всех местах;
  • в) одинакова во всех направлениях и
  • г) в которой Большой Взрыв произошел во всех местах одновременно и всюду, то

есть уникальная связь между возрастом Вселенной и ее расширением в процессе творения ее истории.

Другими словами, если бы мы могли измерить расширение Вселенной сегодня и то, как она расширилась за всю свою историю, мы бы точно узнали, какие различные компоненты ее составляют. Мы узнали это из ряда наблюдений, включая:

  1. Прямые измерения яркости и расстояния до объектов во Вселенной вроде звезд, галактик и сверхновых, которые позволили нам выстроить линейку космических расстояний.
  2. Измерения крупномасштабной структуры, кластеризации галактик и барионных акустических колебаний.
  3. Колебания в микроволновом космическом фоне, такой себе «снимок» Вселенной, когда ей было всего 380 000 лет.

Вы собираете все это воедино и получаете Вселенную, которая сегодня состоит на 68% из темной энергии, на 27% из темной материи, на 4,9% из обычной материи, на 0,1% из нейтрино, на 0,01% из излучения, ну и всякого «по мелочи».

Затем вы смотрите на расширение Вселенной сегодня и экстраполируете его обратно во времени, собирая воедино историю расширения Вселенной, а значит и ее возраст.

Вселенная

Мы получаем цифру — наиболее точно от Планка, однако дополненную другими источниками вроде измерений сверхновых, ключевого проекта HST и Sloan Digital Sky Survey — возраста Вселенной, 13,81 миллиарда лет, плюс-минус 120 миллионов лет. Мы уверены в возрасте Вселенной с 99,1-процентной вероятностью, и это весьма круто.

У нас есть целый ряд различных наборов данных, которые указывают на такой вывод, но они, на деле, получены с помощью одного метода. Нам просто повезло, что есть согласованная картина, все точки которой указывают в одном направлении, но в действительности невозможно точно назвать возраст Вселенной. Все эти точки предлагают разные вероятности, и где-то на пересечении рождается наше мнение относительно возраста нашего мира.

Вселенная

Если бы Вселенная обладала теми же свойствами, но состояла на 100% из обычной материи (то есть без темной материи или темной энергии), нашей Вселенной было бы всего 10 миллиардов лет. Если бы Вселенная состояла из обычной материи на 5% (без темной материи и темной энергии), а постоянная Хаббла составляла бы 50 км/с/Мпк, а не 70 км/с/Мпк, нашей Вселенной было бы 16 миллиардов лет. С комбинацией всего этого, мы почти наверняка можем сказать, что возраст Вселенной — 13,81 миллиарда лет. Выяснить эту цифру — огромный подвиг для науки.

Этот метод выяснения по праву лучший. Он главный, уверенный, наиболее полный и проверен множеством разных улик, указывающих на него. Но есть и другой метод, и он весьма полезен для проверки наших результатов.

Он сводится к тому, что мы знаем, как живут звезды, как они сжигают свое топливо и умирают. В частности, мы знаем, что все звезды, пока живут и прожигают основное топливо (синтезируя гелий из водорода), обладает определенной яркостью и цветом, и остаются при этих специфических показателях конкретный отрезок времени: пока в ядрах не заканчивается топливо.

В этот момент яркие, синие и массивные звезды начинают эволюционировать в гиганты или сверхгиганты.

Вселенная

Глядя на эти точки в скоплении звезд, которые образовались в одно время, мы можем выяснить — если, конечно, знаем принцип работы звезд — возраст звезд в кластере. Глядя на старые шаровые скопления, мы выясняем, что эти звезды чаще всего пришли к жизни примерно 13,2 миллиарда лет назад. (Впрочем, есть небольшие разбегания в миллиард лет).

Возраст в 12 миллиардов лет довольно распространен, но возраст в 14 миллиардов лет и больше — это что-то странное, хотя был период в 90-х, когда возраст в 14-16 миллиардов лет упоминался довольно часто. (Улучшенное понимание звезд и их эволюции существенно занизили эти цифры).

Итак, у нас есть два метода — космической истории и измерения локальных звезд, — которые указывают на то, что возраст нашей Вселенной — 13-14 миллиардов лет. Никого не удивит, если возраст уточнится до 13,6 или даже до 14 миллиардов лет, но вряд ли это будет 13 или 15. Если вас будут спрашивать, говорите, что возраст Вселенной 13,8 миллиарда лет, претензий к вам не будет.

Откуда мы знаем возраст Вселенной?

Приложение
Hi-News.ru

Новости высоких технологий в приложении для iOS и Android.

27 комментариев

  1. Phoenix--kz

    Накидали нам своий фантазии о прошлом., и что будет интересно в будущем с нашей вселенной.. (отправлено из Android приложения Hi-News.ru)

    • Sommer

      фантазии? Это сейчас так про науку говорят?

      • pavlin

        Наука – это всегда фантазия! Прикинь, уважаемый SOMMER – смотришь в телескоп на расстояние этак в 14 миллиардов световых лет (в любую сторону) и разглядываешь зарождение Вселенной. Поскольку это справедливо для любой точки Вселенной, то вся она в центре своего Большого Взрыва!

        • Froren

          Ну да, самолеты, ракеты, интернет и тп - все работает на "фантазии", видимо просто магия, и никаких законов физики не существует. Ок, че.

          • pavlin

            Кто-то писал, что мир движется от будущего к прошлому. Сначала будущее придумывается, затем претворяется в настоящем и становится достижением в прошлом.

  2. Prometei

    (100.01%+ всякого по мелочи)>100% (отправлено из Android приложения Hi-News.ru)

  3. mr Vanya

    Через миллиард лет к нам на млечный путь наконец-то дойдёт свет от старой но весьма удалённой галактики и возраст известной вселенной придётся пересмотреть :-)

  4. nergaveechka

    Всё как обычно, принимаем пару - тройку предположений за совершившиеся факты, и начинаем от них отталкиваться. Алхимия 2015 ! а наука то где?

    • BELGORF

      У вас есть другие предложения, как определить возраст вселенной?

      • nergaveechka

        Конечно же есть, и как и предложенные в статье они имеют исключительно научное обоснование, зиждутся на таких же фактах, а их правильность годами проверялась опытным путём.
        И так, вот эти совершенные методы:
        кофейная гуща, рыбьи кости, бараньи яички.
        чуть менее точные, но всё же правдивые данные могут дать: руны, карты, поиковик гугл.

        • Sommer

          так может говорить только челок, не понимающий нихрена в астрофизике.

  5. Gidan

    " Глядя на старые шаровые скопления, мы выясняем, что эти звезды чаще всего пришли к жизни примерно 13,2 миллиарда лет назад"
    "...возраст в 14 миллиардов лет и больше — это что-то странное, хотя был период в 90-х, когда возраст в 14-16 миллиардов лет упоминался довольно часто. (Улучшенное понимание звезд и их эволюции существенно занизили эти цифры)."

    Со временем телескопы смогут заглянуть гораздо глубже, например на 20 млрд лет назад и что же тогда скажут ученые? Да то же самое, что говорили про 16 млрд лет: "Улучшенное понимание звезд и их эволюции существенно занизили эти цифры"...
    Уж сколько раз изменяли постоянную Хаббла, подгоняя её по "большой взрыв"...
    То есть Вселенная не постареет никогда, потому что "большой взрыв" это такая милая сердцу ученого теория, что с ней просто невозможно расстаться...

  6. toge

    это русский язык? - "Все эти точки предлагают разные вероятности, и где-то на пересечении рождается наше мнение относительно возраста нашего мира."

  7. Uglik

    Не стоит забывать что и сам "большой взрыв", и возраст вселенной это по сути обратная экстраполяция наблюдаемых сегодня комических явлений. И никто не может дать гарантии, что несколько миллиардов лет назад некоторые аспекты могли выглядеть иначе. Как собственно и сам факт существования "большого взрыва"... Собственно, например, в релятивистской теории гравитации Логунова этот самый "big boom" вообще невозможен, как собственно и сингулярности:
    "Эволюция Вселенной происходит циклически от Rmin до Rmax, затем опять до Rmin и т.д. Это означает, что никакого Большого взрыва не было, а было состояние с большой плотностью и высокой температурой. Расширение Вселенной связано не с движением вещества, оно обязано изменению только гравитационного поля. Красное смещение происходит также не из-за движения вещества, а благодаря изменению гравитационного поля. Вещество во Вселенной покоится в инерциальной системе отсчета. "
    "То, что звезда невидима глазу, еще не означает, что звезда представляет собой черную дыру... РТГ допускает существование объектов достаточно большой массы, но в отличие от черных дыр эти объекты имеют конечные размеры, внутреннюю структуру, и плотность вещества в них конечна. Теорию же, в которой присутствуют в принципе не познаваемые объекты, да еще и обладающие бесконечной плотностью - а черные дыры, с точки зрения ОТО, должны быть именно такими, нельзя признать физической".
    На мой взгляд куда более здравое объяснение, нежели в ОТО (кстати Энштейну тоже не нравилась идея "чёрных дыр").
    Так что не исключено что в ближайшем будущем всё это дело ждут большие корректировки.

  8. Freeshnik

    Можно первую картинку к новости в высоком разрешении? Благодарю.

  9. CSKA

    Интересно... 13,8 миллиардов лет-этот же возраст и является размером видимой Вселенной

  10. arnaut

    (отправлено из iOS приложения Hi-News.ru)

  11. arnaut

    В возраст 13.8 млрд лет не верится. Ученые придумали очередную сказку-неувязку: все что могут пощупать-это материя 4.5 процента, плюс всякие частицы меньше процента, а остальную массу темные энергия и материя все виртуально, их как бы нет, но они в неё верят, верят что когда-нибудь пощупают. А сейчас реальны только 4.5%. Ну бред же откровенный. Большой взрыв: из ничего возникло все.....!!!!!! Ну чем не Библия? Сотворение мира там хоть за 6 дней, тут же ученые решили переплюнуть творца и сотворили в формулах все за мгновение!!! Во как! При этом не забыли ввести понятие "инфляционного периода" ну чтобы удобнее было и никто не нападал! И при этом всем Они уверены в правильности своих выводов больше 99%. Ну это вообще нонсенс!?
    Хорошо! А кто скажет к примеру: что изменится если принять теорию, что Вселенная (мироздание) существовало всегда??? Что тогда изменится в первую очередь в нашем мировоззрении? (отправлено из iOS приложения Hi-News.ru)

    • Mr. Clever

      Сколько тебе лет и какое у тебя образования?
      То, что тебе что-то "не верится" это твои сугубо личные проблемы твоего скудного мировозрения и знаний. "Ученые придумали" - ученые ничего не придумывают, есть такая вещь как наука и научный метод.

      Твои рассуждения очень глупы и нелепы.

    • Mr. Clever

      "И при этом всем Они уверены в правильности своих выводов больше 99%. Ну это вообще нонсенс!? "

      Именно так, потому, что это наука. И что бы в ней что-то понимать и делать какие-то выводы, нужно много знать и иметь соотв. образование. Ты же просто пишешь чушь и показываешь скудность своих знаний и своего мышления.

      • pavlin

        Кто-то писал, что все частицы – лишь разновидности тензорных колебаний бесконечномерного эфира. И если нашему опыту представлен четырёхмерный срез пространства-времени, то в этом заблуждении нам и пребывать, пока фантазия не выпрыгнет в необъятность Мира.

  12. Samvel Poghosyan

    Прочтите мою книгу "Армонная Структура Метавселенной",где развивается модель вселенной с строго плоским пространством.Это не самореклама,я прост желаю привлеч молодые умы кновым,нестандартным идеям в физике и космологии.Кпримеру:Принцип эквивалентности инертной и гравитационной масс.Оносправедлив только для свободных/свободно движущихся/физических систем,которые имеют положительную инертную массу.Но возможны несвободные физич.системы,инертная масса которых равна нулю/Отрицательных инертных масс нет в Природе/. Несвободные физ.системы могут иметь положительный или отрицательный гравитационный заряд/массу/.В нашей теории гравитоны и антигравитоны именно такие несвободные физ.системы,точнее-элементарные частицы.Это предельные кваниы с постоянной массой,модулькоторой 10 в минус 67степени. Эти эл.частицы взаимодействуют исключительно гравитационно,и не аннигилируют,а наоборот уровновешивают друг друга.Правда,гравитоны группируются притягиваясь друг-другу,поэтому они в свободном виде непроявляются/как кварки/,а антигравитоны негруппируются,вместе создают поле антигравитации.Наша вселенная ограниченая несвободная физическая система с нулевой инертной массой.Кстати эту идею впервые высказал советский физик,проф.Терлецкий.Именно единство,равновесие этих двух компонентов образует строго плоское пространство нашеи вселенной.Математика,вернее геометрия утверждает,что плоское пространство бесконечна и песпредельна.И все физики придерживаются этой ошыбочной точки зрения.Физическое пространство строго плоское,с нулевой/инертной/ массой,со свойствами вакуума,но не пуста.Оно емет физическую структуру-каркас из первичных черных дыр в единстве с полем антигравитонов...ПЧД-концентрации гравитонов.Таким образом суть гравитации в единстве/в равновесии/с антигравитацией. Вот вам суперсимметричная вселенная...Физикам известны разные виды симметрии,надо различать субстанциональные симметрии от реляционных;симметрия гравитонов и антигравитонов,симметрия вещества и антивещества-это субстанциональные симметрии.Эти симметрии немогут нарушатсья,ареляционные могут.Так что наша вселенная симметрия гравитации и антигравитации,а ее подсистема-видимая часть,Метагалактика-симметрия вещества и антивещества.Ну тут Погосян переборщил...опытом установленный факт,что в нашей вселенной царит барионная асимметрия...Правильно-барионов больше,чем антибарионов...но это вовсе не значит,что антивещества меньше чем вещества.Более того,в том,что вещество получило возможность развиватсья-от эл.частиц до атомоагрегатов и до нас с вами,в этом решающий вклад внес именно антивещество.А все говорят ,что его нет,или в 100000 раз меньше вещества.Многие физики/Клайн,Алвен/были уверенны,что симметрия вещества и антивещества неможет нарушатся..Но как...Не все сразу...
    С глубоким почтением к заинтересованным умам,С.Погосян.
    http://armonpogosyan.su/

  13. pavlin

    Приятно, что гравитону не обойтись без частицы Хиггса (как же ему без массы жить), которая сама себе и всем остальным обеспечивает массу (божественная частица Бога). Соответственно возраст частицы Хиггса, предположительно- самый древний, а как с возрастом других частиц? Придётся смотреть на 14 млрд. световых лет в любую сторону!

  14. Corben Dalas

    Если есть объекты удаленные от нас на 13 млрд световых лет то сколько времени потребовалось этим объектам чтобы удалиться от нас на такое расстояние? При скорости удаления хотя бы в половину скорости света должно получиться 26 млрд лет

    • mr Vanya

      Два пешехода начинают движение в противоположном направлении друг от друга. Скорость каждого из них 5 км/час. Каково будет расстояние между ними спустя час после начала движения?
      a) 5 км
      б) 10 км
      в) 15 км

Новый комментарий

Для отправки комментария вы должны авторизоваться или зарегистрироваться.