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.
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.
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.
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:
Прямые измерения яркости и расстояния до объектов во Вселенной вроде звезд, галактик и сверхновых, которые позволили нам выстроить линейку космических расстояний.
Измерения крупномасштабной структуры, кластеризации галактик и барионных акустических колебаний.
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.
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.
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.
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.
Источник
Возраст Вселенной
Для того, чтобы пройти этот путь, Вселенной понадобилось немало времени. Смотреть в полном размере.
Возраст Вселенной по современным оценкам составляет 13,7 ± 0,2 млрд лет. Этим понятием называют временной отрезок от момента начала расширения Вселенной и до сегодняшнего дня. Определить данное значение можно большим множеством способов, которые мы рассмотрим далее.
Первые предположения
Представляя Землю центром мира, ученые древности заранее ставили себя в тупик
Вопросом о возрасте мироздания философы задавались еще в античность. Греки и вавилоняне утверждали о вечности мира, индуисты же в 150-м году до н.э. определили точную цифру — 1 млрд. 972 млн. 949 тыс. 091 год, и среди своих современников оказались ближе всех к истине. В XVII веке английский теолог Джон Лайтфут глубоко проанализировав библейские тексты, заявил, что сотворение мира выпало на 3929 год до н.э.
Однако, известные ученые того времени, а именно немецкий астроном Иоганн Кеплер и английский физик Исаак Ньютон, опираясь не только на Библию, но и на астрономические наблюдения, все же недалеко ушли от теологов и представили 3993 и 3988 годы до н.э.
Определение возраста Земли
Принцип радиоизотопного датирования по углероду. Так определяют возраст ископаемых останков живых существ на Земле.
С середины XVIII века люди начали направленно изучать возраст Земли. Согласно известным физическим моделям ученый из Франции Жорж-Луи Леклерк де Бюффон оценил время, которое потребовалось бы для понижения температуры Земли с момента ее образования до той, которую имеет она сегодня (от 75 до 168 тыс. лет). Как утверждает физическая модель Земли, изначально она представлялась раскаленным шаром. В 1895-м году инженер из Ирландии — Джон Перри пересчитал эту цифру и получил 2–3 млрд лет. В 1896-м году Антуан Беккерель открыл радиоактивность, а спустя 9 лет британский физик Эрнест Резерфорд предложил метод оценки возраста земных пород при помощи радиоактивного распада.
Идея заключалась в том, чтобы определить, какая часть радиоактивного изотопа успела распасться, используя известные периоды полураспада, вычислить возраст образца. Основы радиоизотопного датирования разработал американский радиохимик Бертрам Болтвуд. При помощи данного метода в 1920-х годах было выявлено, что возраст некоторых минералов около 2-х миллиардов лет! Очевидно, возраст Земли не может превышать возраст самого мироздания, поэтому это открытие подвигло ученых найти действенный метод подсчета возраста Вселенной.
Сегодня считается, что с момента зарождения Земли как планеты прошло 4,54 ± 0,05 млрд лет.
Тепло белых карликов
Как нам известно, белые карлики, конечный этап жизни большинства звезд, очень долго остывают. Определив основные характеристики такой звезды, можно рассчитать ее изначальную температуру, а также скорость, с которой она остывает. На основе этих данных уже относительно просто высчитывается возраст рассматриваемого белого карлика. Совершивший множество значительных открытий, телескоп «Хаббл» в 2002-м и 2007-м годах обнаружил самых холодных белых карликов. Возраст этих светил оказался 11,5-12 млрд лет. Если прибавить к этим значениям от полумиллиарда до миллиарда лет (возраст звезд, образовавших этих белых карликов), то получится минимальное значение возраста Вселенной.
Белый карлик в представлении художника
Максимальный возможный возраст определяется отсутствием менее разогретых белых карликов и составляет 15 млрд лет. Так как если бы мироздание было старше, то ученым удалось бы обнаружить хотя бы несколько настолько древних объектов.
Старые звездные скопления
Млечный Путь насчитывает более 160-ти так называемых шарообразных звездных скоплений, число звезд в которых может колебаться от тысяч до миллионов. При этом все эти светила, связаны гравитационной силой, и вероятнее всего образовались из одного газового облака. Отсюда следует, что большая часть звезд таких скоплений зародилась практически в одно время. В силу своего строения и размеров каждая звезда пошла своим эволюционным путем, а некоторые уже находятся на стадии того же белого карлика. Высчитывая возраст каждой астрономической единицы рассматриваемого скопления, можно с большой точностью определить возраст самого шарообразного скопления.
При помощи того же телескопа «Хаббл» астрономы смогли проанализировать возраст 41 шарообразного звездного скопления Млечного Пути. В результате было выявлено, что все скопления нашей галактики не младше 10 млрд лет, а наиболее старое (M4) имеет возраст 12,7 ± 0,7 миллиардов лет. Поэтому, учитывая некоторое время до формирования звезд, нижней границей возраста Вселенной стало число 13 млрд лет.
Старейшее звездное скопление Млечного пути — Мессье 4 (M4)
Хаббловское время
Но вопросом о возрасте мироздания занимался не только телескоп, названый в честь ученого, но и сам ученый, американский астроном Эдвин Хаббл. Ему удалось вывести свою известную формулу v = H*D, где v – скорость расширения Вселенной, D – расстояние от наблюдаемой галактики до наблюдателя, а H – постоянная Хаббла, которая обратно пропорциональна времени. О существовании постоянной Хаббла, как величины, определяющей зависимость между расстоянием до объекта и скоростью его удаления, впервые предположил священник астроном из Бельгии — Жорж Леметр. Согласно его идее, мир произошел из одного, условно говоря, атома, а после — стал расширяться. Позже, эта теория шутливо была названа «Большим Взрывом», но в дальнейшем этот термин прочно закрепился в космологии.
Э.П. Хаббл со снимком галактики Андромеда в руках
Спустя некоторое время, в 1929 году Э. Хаббл получил более точное значение упомянутой постоянной. Очевидно, что возраст мироздания напрямую зависит от постоянной Хаббла. Изначально, используя имеющуюся модель Вселенной, ученые рассчитали, что величину, обратно пропорциональную постоянной Хаббла нужно умножить на 2/3. Однако в таком случае искомая величина составляет около 1,2 млрд лет, число, близкое к тому, что предложили индуисты еще в 150-м году до н.э. Впрочем, к концу XX-го века уже были получены астрономические данные, которые говорили о возрасте 13-15 млрд лет.
Как выяснилось, причиной неправильной оценки стали неверные представления о расширении Вселенной. Только в 1999-м году две группы астрономов смогли доказать, что последние 5-6 млрд лет расширение космического пространства ускоряется, а не замедляется, как считалось ранее. По современным подсчетам этим методом ученые вывели значение 13,798 ± 0,037 лет.
Микроволновое излучение
Карта распределения реликтового излучения. Смотреть в полном размере.
30 июня 2001 года NASA запустила в космос аппарат под названием Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WNAP), задача которого изучать реликтовое излучение. При помощи результатов его наблюдений была построена новая карта (с разрешением в 35 раз больше, нежели предыдущая) распределения реликтового, микроволнового излучения. Анализируя эту карту, помимо насыщенной полосы в центре, излучаемой Млечным Путем, можно заметить распределение реликтового излучения за его пределами. Явно видимые неоднородности формируют пятнистую структуру, причем неравномерную. Подробное изучение этой структуры дает возможность точно оценить время, которое понадобилось для ее образования, вследствие Большого Взрыва. Оно составляет 13,7 ± 0,2 млрд лет.
При помощи описанных выше методов, ученые смогли достаточно точно определить возраст Вселенной, что несет первостепенное значение для космологии, а также для понимая нашего мироздания в целом. ‘ alt=»yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7 — Возраст Вселенной» title=»Возраст Вселенной»>
Возраст вселенной, согласно Теории » большого взрыва «, является временем, законченным между Большим взрывом и существующим днем. Текущее научное согласие держит(проводит) это, чтобы быть приблизительно 13.7 миллиардами лет.
Самое консервативное (и широко согласованный) модель вселенной имеет время, начинающееся в Большом взрыве, и не размышляет(не спекулирует) о том, что, возможно, существовало «прежде» (или даже имеет ли этот вопрос смысл). Однако есть альтернативные возможности. В некоторых космологических моделях (, типа устойчивой государственной теории или статической вселенной) нет никакого Большого взрыва, и вселенная имеет бесконечный возраст: однако, текущее научное согласие состоит в том, что наблюдательное свидетельство(очевидность) кардинально поддерживает возникновение Большого взрыва. Есть также космологические модели (, типа циклической модели), в котором вселенная существовала навсегда, но подверглась повторному ряду Больших взрывов и Больших Хрустов. Если эти модели правильны, то возраст вселенной, описанной в этой статье(изделии) может быть взят(предпринят) как время начиная с последнего Большого взрыва.
Есть всегда двусмысленность и в специальной и в общей относительности в определении точно, что предназначается(имеется в виду) к этому времени между двумя событиями. Вообще, надлежащее время, измеренное часами зависит от его государства(состояния) движения. В метрическом FRW, вообще взятом(предпринятом), чтобы описать вселенную, привилегированная(предпочтительная) мера времени — надлежащая координата времени t появляющийся в метрическом.
Содержание
Содержание [ править | править код ]
1 Возраст, основанный на WMAP 2 Возраста как функция космологических параметров 3 Возраста, основанные на цикле начальника морских операций 4 Предположения о сильном priors 5 Ссылок(Рекомендаций) 6 Внешних связей
Возраст, основанный на WMAP [ править | править код ]
Микроволновое Исследование Анизотропии НАСА Wilkinson (WMAP) проект оценивает, что возраст вселенной будет:
(13.7 ± 0.2) × 109 лет. Таким образом, вселенной приблизительно 13.7 миллиардов лет, [1] с неуверенностью в 200 миллионах лет. Однако, этот возраст базируется при условии, что основная модель проекта правильна; другие методы оценки возраста вселенной могли дать различные(другие) возрасты.
Это измерение сделано при использовании местоположения первого акустического пика в микроволновом второстепенном спектре власти(мощи) определить размер поверхности разъединения (размер вселенной во время перекомбинации). Легкое время прохождения к этой поверхности (в зависимости от используемой геометрии) приводит к довольно хорошему возрасту для вселенной. Принятие(предположение) законности моделей имело обыкновение определять этот возраст, остаточная точность приводит к краю ошибки около одного процента. [2]
Это — ценность, в настоящее время наиболее указанная астрономами.
На этот есть что возразить. На самом деле так называемый «хаббловский» возраст вселенной есть интервал времени, в течение которого фотон, путешествуя по вселенной, полностью утрачивает свою энергию за счет так называемой вязкости вакуума. Доказательство см. в работе «Физическое пространство» на сайте http://www.нелинейщина.рф/index.html.
Возраст как функция космологических параметров [ править | править код ]
Возраст вселенной может быть определен, измеряя Бульканье(Кочку), постоянное(неизменное) сегодня и экстраполируя назад вовремя с наблюдаемой(соблюденной) ценностью параметров плотности (Ω). Перед открытием темной энергии, полагалось, что вселенная была вопросом, над которым доминируют и таким образом Ω на этом графе соответствует Ωm. Отметьте, что ускоряющаяся вселенная имеет самый большой возраст, в то время как Большая вселенная Хруста имеет наименьший возраст.Проблема определения возраста вселенной близко привязана к проблеме определения ценностей космологических параметров. Сегодня это в значительной степени выполнено в контексте модели ΛCDM, где Вселенная, как предполагают, содержит нормальный (baryonic) вопрос, холодный темный вопрос, радиация (включая оба фотона и neutrinos), и космологическое постоянное(неизменное). Фракционный вклад каждого к текущей плотности энергии Вселенной дается параметрами плотности Ωm, Ωr, и ΩΛ. Полная модель ΛCDM описана множеством других параметров, но ради вычисления(вычислительной техники) ее возраста эти три, наряду с параметром Хаббла, H0 являются самыми важными.
Ценность фактора исправления возраста F показывают как функция двух космологических параметров: текущая фракционная плотность вопроса Ωm и космологическая постоянная(неизменная) плотность ΩΛ. Лучшие-пригодные ценности этих параметров показывает коробка в оставленном верхнем; доминируемую вопросом вселенную показывает звезда в более низком праве.Если Вы имеете точные размеры(измерения) этих параметров, то возраст вселенной может быть определен при использовании уравнения Friedmann. Это уравнение имеет отношение, норма(разряд) изменения(замены) в масштабе выступают в качестве фактора (t) к содержанию вопроса Вселенной. Переворачивая это отношение, мы можем вычислить изменение(замену) вовремя в изменение(замену) в факторе масштаба и таким образом вычислить полный возраст вселенной, объединяя эту формулу. Возраст t0 тогда дается по выражению формы,
где функция F () зависит только от фракционного вклада в содержание энергии Вселенной, которое прибывает от различных компонентов. Первое наблюдение, что можно сделать из этой формулы, состоит в том, что это является параметром Бульканья(Кочки), который управляет тем возрастом вселенной, с исправлением, являющимся результатом содержания энергии и вопроса. Таким образом грубая оценка(смета) возраста вселенной прибывает от инверсии параметра Хаббла,
Чтобы получить более точное число(номер), фактор исправления F () должен быть вычислен. Вообще это должно быть сделано в цифровой форме, и результаты для диапазона космологических ценностей параметра показывают в фигуре(числе). За ценности WMAP (Ωm, ΩΛ) = (0.266,0.732), показанный коробкой в верхнем левом углу фигуры(числа), этот фактор исправления — почти один: F = 0.996. Для плоской вселенной без любого космологический постоянный(неизменный), показанный звездой в более низком правильном углу, F = 2 / 3 является намного меньшим, и таким образом вселенная моложе за неподвижную ценность параметра Бульканья(Кочки). Чтобы сделать эту фигуру(число), Ωr считается постоянным(неизменным) (примерно(грубо) эквивалентный проведению(удерживанию) постоянной(неизменной) температуры CMB), и параметр плотности искривления установлен ценностью других трех.
Микроволновое Исследование Анизотропии Wilkinson (WMAP) способствовало установлению точного возраста Вселенной, хотя другие размеры(измерения) должны быть свернуты в получить точное число(номер). Размеры(измерения) CMB очень хороши при ограничении Ωm содержания вопроса [1] и параметра искривления Ωk [2]. Это не столь чувствительно к ΩΛ непосредственно [3], частично потому что космологическое постоянное(неизменное) только становится важным в низком красном смещении. Самые точные определения(намерения) параметра Бульканья(Кочки) H0 прибывают от сверхновых звезд типа SNIa. Объединение этих размеров(измерений) приводит к общепринятой ценности для возраста вселенной, указанной выше.
Космологическое постоянное(неизменное) делает вселенную «старше» за неподвижные ценности других параметров. Это существенно, так как(с тех пор как) прежде, чем космологическим постоянным(неизменным) стал общепринятым, модель Большого взрыва имела трудность, объясняющую, почему шаровидные группы в Млечном пути, казалось, были намного старше чем возраст вселенной как вычислено от параметра Бульканья(Кочки) и вселенной только для вопроса [4] [5]. Представление космологического постоянного(неизменного) позволяет вселенной быть старше чем эти группы, так же как объяснение других особенностей, что космологическая модель только для вопроса не могла [6].
Школьный метод определения возраста Вселенной [ править | править код ]
Простой и не претендующий на абсолютную точность определения возраста Вселенной — косвенный «школьный » метод состоит в следующем.
Предполагается наличие в прошлом Большого Взрыва или похожего события, когда вся материя была сосредоточена в одной небольшой точке или двух близко расположенных, пространство-время существовало до этого события и не надувается по типу пузыря. Наблюдаемые данные: до самых далеких космических объектов около 13 млрд световых лет (S-путь), причем эти объекты удаляются от нас уже со скоростью две трети скорости света (2/3с) и делают это равноускоренно. Зададим себе вопрос : сколько времени понадобится далёкому космическому объекту, чтобы удалиться от нас (точки наблюдения) при указанных выше условиях? Путём простейших школьных уравнений получаем: T=3S/c, что составляет 39 млрд лет. Аналогия саппаратами Voyager, удалившимися от нас за 30 лет на расстояние которое свет проходит всего за 15 часов. Вселенная несомненно старше 39 млрд лет, потому что далёкому и масштабному космическому объекту нужно было время чтобы сформироваться. Наблюдая этот объект, мы видим Вселенную в возрасте более 26 млрд лет, а вовсе не в момент её сотворения. Напрашивается и другая аналогия — с человеком, 1 год жизни которого, может соответствовать 1 млрд лет существования Вселенной.
Предположение о сильном priors [ править | править код ]
Вычисление возраста вселенной только точно, если предположения, встроенные в используемые модели также точны. Это упоминается как сильный priors и по существу вовлекает демонтаж потенциальных ошибок в другие части модели, чтобы отдать точность фактических наблюдательных данных непосредственно в заключенный результат. Хотя это не полностью недействительная процедура в определенных контекстах, должно быть отмечено, что протест, «основанный на факте, мы приняли(предположили) основную модель, которую мы использовали, правильно», тогда данный возраст таким образом точен к указанной ошибке (так как эта ошибка представляет ошибку в инструменте, используемом, чтобы собрать сырой ввод данных в модель).
Возраст вселенной, основанной на «лучше всего пригодный» к данным WMAP «только» — 13.4±0.3 Конусных дробилки (немного более высокое число(номер) 13.7 включает некоторые другие данные, смешанные в). Это число(номер) представляет первое точное «прямое» измерение возраста вселенной (другие методы типично вовлекают закон Бульканья(Кочки) и возраст самых старых звезд в шаровидных группах, и т.д). Возможно использовать различные(другие) методы для того, чтобы определить тот же самый параметр (в этом случае – возраст вселенной) и достигнуть различных(других) ответов без наложения по «ошибкам». Чтобы лучше всего избегать проблемы, обычно показать два набора сомнений; один связанный с фактическим измерением и другое связанное с систематическими ошибками используемой модели.
Важный компонент к анализу данных имел обыкновение решать, что возраст вселенной (например от WMAP) поэтому должен использовать Статистический анализ Bayesian, который нормализует результаты, основанные на priors (то есть модель). [2] Это определяет количество любой неуверенности в точности измерения из-за специфической используемой модели. [7] [8]
Ссылки [ править | править код ]
^ Возраст Вселенной с Новой Точностью. Восстановленный на 2006-12-29. ^ b Spergel, D. N.; и др. (2003). «Первое-летнее Микроволновое Исследование Анизотропии Wilkinson (WMAP) Наблюдения: Определение(Намерение) Космологических Параметров». Астрофизический Ряд Приложения Журнала 148: 175—194. DOI:10.1086/377226. ^ Вселенная, замеченная под Gran Sasso гора, кажется, старше чем ожидаемый. Иституто Назайонэйл ди Физика Наклер (13 мая 2004). ^ Imbriani, Г; и др. (2004). «Узкое место горения(сжигания) начальника морских операций и возраста Шаровидных Групп». A*A 420: 625—629. DOI:10.1051/0004-6361:20040981. ^ Bolte, M.; C. J. Хоган (3 августа 2002). «Конфликт по возрасту Вселенной». 376: 399—402. DOI:10.1038/376399a0. ^ Prochaska, Джейсон Кс.; и др. (20 сентября 2003). «Отношение Металлических свойств возраста Вселенной в Нейтральном Газе: Первые 100 Заглушенных Ly α Системы». Астрофизический Журнал 595: L9-L12. ^ Loredo, T. J.. Обещание Вывода Bayesian для Астрофизики (PDF). ^ Colistete, R.; J. C. Fabris и S. V. B. Concalves (2005). «Статистика Bayesian и Ограничения Параметра на Обобщенную Газовую Модель Chaplygin Используя SNe ia Данные». Международный Журнал Современной Физики D 14 (5): 775—796. arXiv:astro-ph/0409245.
Внешние Ссылки [ править | править код ]
Обучающая программа Космологии Неда Райта Мастер, Эдвард Л. (2 июля 2005). Возраст Вселенной. Космологические мультипликации параметра Уэйна Ху J. P. Ostriker и P. J. Steinhardt, Космическое Соответствие, arXiv:astro-ph/9505066. Страница SEDS на «Шаровидных Группах Звезды» Дуглас Скотт «Независимые Оценки(Сметы) Возраста»
