Формула расчета возраста вселенной

Возраст Вселенной

Какой возраст Вселенной — это один из самых актуальных вопросов для ученых разных поколений. Для обозначения точного отрезка времени с момента расширения космического пространства, астрономы использовали несколько методов. Ввиду задействования нескольких линий исследований было выяснено, что нашему мирозданию 13,8 млрд лет.

Первые гипотезы

В античные времена, люди воспринимали космос, как что-то вечное и незыблемое. Только в 150 году до н.э., было определено, что Вселенной почти 2 млрд лет. Уже в 17 веке, ученый Дж. Лайтфут изучил информацию, изложенную в Библии, и заявил, что начало мироздания выпадает на 3929 год до н.э.

Основоположники современной науки Исаак Ньютон и Иоганн Кеплер, изучив данные о космическом пространстве, сделали вывод что ее появление приходиться на 3993-3988 года до н.э.

Способы определения возраста

Возраст Вселенной по современным оценкам равен 13,8 млрд лет. Существует два надежных способа определения временных рамок появления мироздания. Первый метод основан на изучении свечения белых карликов. Объемные и горячие небесные тела — это конечная фаза жизни всех звезд, которые полностью сожгли свое термоядерное вещество. Белый карлик состоит из углерода и водорода, в составе его тонкой атмосферы наблюдается наличие гелия. Центральный участок звезд нагрет до нескольких миллионов Кельвинов. Его остывание происходит очень медленно, так как он светит за счет накопленной энергии. Изучив скопления белых карликов, астрономы пришли к выводу, что им 12-13 млрд лет.

Еще один способ определения возраста Вселенной — по ее расширению. Для этого, ученые собирают такие данные:

Изменение яркости и расстояния между объектами.
Состав космического пространства. Большую часть составляет темная энергия и материя. В том случае, если бы преобладала простая материя, то возраст мироздания составил не более 10 млрд лет.
Тенденция расширения космического пространства.

Собрав всю информацию, ученые экстраполируют ее обратно во времени и в результате получают ту самую цифру в 13,8 млрд лет.

Точный возраст Вселенной

Несмотря на то, что использование космологической модели позволило нам узнать время, с момента Большого взрыва, ученые не перестают уточнять и корректировать полученные данные.

В мае 2009 года был запущен телескоп “Planck”. Аппарат был разработан для длительной работы в космическом пространстве. С его помощью удалось просканировать излучения всевозможных звездных объектов. Первые результаты астрономы получили в 2010 году, а поставить точку в определении точной цифры существования мироздания удалось в 2013 году.

Ученые выяснили, что скорость расширения границ космоса составляет 67,15 км/с. Это говорит о том, что со времени Большого взрыва прошло 13,798 млрд лет.

Источник

Откуда мы знаем возраст Вселенной?

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

Как посчитать возраст Вселенной?

Очень часто в комментариях к нашим статьям люди оспаривают возраст Вселенной и предлагают в альтернативу самые разные цифры, поэтому я решил написать статью о том, какие ещё есть оценки возраста Вселенной и почему основной считается оценка в 13,8 млрд лет.

Существует несколько различных методов, по которым оценивают возраст Вселенной. Среди них: изучение древнейших объектов во Вселенной; оценка возраста с помощью космологических моделей основанных на постоянной Хаббла и множество других. Разные методы дают существенно разные оценки возраста Вселенной, мы рассмотрим наиболее интересные из них.

Оценка по радиоактивным элементам.

Из-за нестабильности ядер многие химические элементы и их изотопы, распадаются со временем. Скорость этого распада может быть использована для датировки многих объектов и явлений в природе, включая возраст самой Вселенной. Тяжёлые радиоактивные элементы во Вселенной образовывались при взрывах сверхновых и нейтронных звёзд. Для того чтобы оценить по ним возраст Вселенной, мы должны рассчитать возраст радиоактивных образцов методами радиоизотопной датировки и сложить его с возрастом сверхновой первого поколения, из которой эти образцы образовались. Если добавить к этому ещё и время образования самой звезды, примерно 1 миллиард лет, мы получим оценку возраста Вселенной в диапазоне от 11 до 18 млрд лет. Однако, наличие большого количества источников радиоактивных элементов и невысокая точность определения изотопного состава на таких расстояниях делает этот метод неточным.

Оценка по древнейшим шаровым скоплениям звёзд.

Шаровые скопления — это плотные, похожие на улей конгломерации звёзд, расположенные на внешних краях нашей Галактики, они являются древнейшими объектами во Вселенной. Их возраст определяют по теории звёздной эволюции, рассчитывая возраста звёзд, входящих в скопление, и находя самые старые звёзды в скоплении. В зависимости от процентного содержания тяжёлых элементов шаровые скопление разделяют на два типа: богатые металлами и бедные. Возраст скоплений с малым содержанием металлов, таких как M15 и M92, оценивается до 17 миллиардов лет, тогда как для скоплений более богатых металлами они колеблется в диапазоне от 11 до 12 млрд лет.

Если предположить, что древнейшим из шаровых скоплений около 17 миллиардов лет, мы можем сделать вывод, что Вселенной около 18 млрд лет, если учесть ещё 1 млрд лет, необходимых для образования первых звёзд и скоплений.

Проблемой данного метода является невозможность учесть перетекания вещества со звезды на звезду в прошлом, что может существенно влиять на оценку возраста звезды.

Оценка по белым карликам.

Белый карлик — это ядро звезды, оставшееся после сброса оболочки. Средняя плотность карлика в миллион, а иногда и в миллиард раз больше, чем у воды. Белые карлики светятся только за счёт остаточного тепла, накопленного ещё до сброса оболочки и соответственно со временем их температура уменьшается, а сам карлик будет становиться более тусклым. Зная, как образуются белые карлики и анализируя температуру, химический состав и размер белого карлика можно оценить продолжительность времени, в течение которого он остывал. Таким образом, учёные оценили возраст Млечного Пути в 9,5 ± 1,1 млрд лет, а на формирование нашей галактики ушло ещё около 2 млрд лет, в итоге возраст Вселенной оценивается в 11,5 ± 1,1 млрд лет. Однако, другие исследования использовавшие белые карлики в звёздных скоплениях оценили возраст Вселенной в 12,8 ± 1,1 млрд лет.

Проблемой данного метода является неточность в оценке времени формирования галактики и проблемы в обнаружении старых белых карликов из-за их тусклости, возможно, мы просто ещё не нашли более старые карлики.

Оценка по реликтовому излучению.

Данный метод является наиболее точным и одним из наиболее сложных на сегодняшний день. Дело в том, что реликтовое излучение, сформированное вскоре после большого взрыва, имело определённые известные длины волн, со временем, за счёт расширения Вселенной, эти волны растягивались и их длина соответственно возрастала. Фиксируя современные длинны волн реликтового излучения, зная скорость расширения Вселенной в настоящем и анализируя её в прошлом (очень непростая задача) мы можем рассчитать сколько времени ушло на такое растяжение волн, а значит как давно они были излучены.

Но реликтовое излучение сформировалось не сразу после большого взрыва, как оказалось, их разделяет 379 тыс. лет. Это удалось определить благодаря анализу интенсивности этого излучения с разных участков неба, которые показали насколько успела сгуститься материя во Вселенной к моменту образования реликтового излучения.

В 2012-м году, по данным телескопа WMAP, возраст Вселенной оценили в 13,772 миллиарда лет с погрешностью в 59 миллионов лет, а в 2013-м, по данным Planck, в 13,82 млрд лет. Согласно современным данным, возраст Вселенной составляет 13.798 ± 0.037 млрд лет.

Автор: Алексей Нимчук. Редакция: Фёдор Карасенко.

Ставьте палец вверх, чтобы видеть в своей ленте больше статей о космосе и науке!

Подписывайтесь на мой канал здесь, а также на мои каналы в телеграме и на youtube . Там вы можете почитать большое количество интересных материалов, а также задать свой вопрос. Поддержать наш канал материально можно через patreon .

Источник

Возраст Вселенной

Современные учёные выяснили, что возраст Вселенной составляет 13,8 миллиарда лет (с погрешностью до 0,3 млрд в сторону увеличения и уменьшения). Понятие подразумевает период времени от первых расширений Галактики до нынешних дней. Способов определения указанного значения существует несколько.

Первые изучения

Ещё в античные времена философов интересовал возраст Вселенной. Греческие и вавилонские пророки убеждали человечество в вечности мироздания, индуисты указали относительно точную дату – 1 972 949 091 лет (150-й год до н.э). В кругу тогдашних современников они оказались недалёки от истины.

Теолог из Британии Дж. Лайтфут в 17 столетии провёл глубокий анализ библейских текстов, сделав вывод, что создание мира началось в 3929 году до н.э. Учёные того периода, включая Ньютона, Кеплера, опирались также на астрономические исследования, пришли к похожим выводам (3990 лет до н.э с погрешностью до 10 лет).

Определение срока существования Земли

Активно выяснять возраст Вселенной люди начали во второй половине XVIII века. Француз Жорж-Луи Лекрерк оценил период, требуемый для уменьшения температуры планеты со времени её образования до сегодняшнего параметра (до 168 тысяч лет). Его выводы базировались на физических конструкциях, в которых Земля позиционировалась, как раскалённая шарообразная субстанция.

Ирландский инженер Дж. Пери в 1895 г. провёл собственные расчёты, получил цифру 3 млрд лет, годом позже А. Беккерель вывел определение радиоактивности, ещё через 9 лет учёный из Британии Э. Резерфорд разработал способ оценки давности земных пород, используя систему изотопного распада. Суть идеи состояла в том, чтобы выяснить, какой сегмент изотопа успел распасться, применяя значимые периоды полураспада, в результате вычисляя возраст исследуемого образца. Базовые способы радиоизотопного датирования создал радиохимик из США Б. Боллтвуд. Метод позволил выяснить в 20-х годах прошлого столетия, что многие минеральные объекты существуют не менее 2-х млрд. лет.

Белые карлики

На финальной стадии жизни большинство звёзд остывают длительное время. Вычислив основные параметры светила, можно рассчитать его первоначальную температуру, интенсивность остывания. На базе этой информации несложно вычислить возраст белого карлика. Известный телескоп «Хаббл» способствовал совершению множества открытий, включая обнаружение самых холодных звёзд в мире.
Они существовали не менее 11-12 млрд лет. Прибавив к этим параметрам, время на образование светил, получили минимальный возраст Вселенной. Предельный показатель связан с отсутствием менее разогретых светил. Если бы мироздание было старше, учёным удалось бы обнаружить соответствующие объекты.

Старые звёздные образования

В этом направлении отмечают несколько важных моментов:

В Млечном Пути насчитывается свыше 160 шарообразных звёздных скоплений, количество светил в которых составляет сотни тысяч штук.
Подобные звезды сопряжены гравитацией, скорее всего, получены из одного газового облака.
Большая часть таких образований сформировалась в одинаковый временной период.
В зависимости от габаритов и особенностей строения, у каждой звезды сложился собственный эволюционный путь (некоторые так и остались на этапе белого карлика).
Выяснив длительность жизни каждого элемента в скоплении, можно с максимальной точностью выяснить возраст Вселенной.

Телескопическая система «Хаббл» помогла астрономам провести анализ 41 шарообразного объекта Млечного Пути. Это позволило выяснить, что все образования Галактики старше 10 млрд лет, самые древние – более 12,7 млрд. С учётом формирования светил, нижний рубеж Вселенной находится в пределах 13 млрд лет.

Измерения по Хабблу

Вопросом мироздания активно занимался учёный из США Э. Хаббл, в честь которого и назвали космический телескоп. Астроном вывел формулу v = HxD, где:

v – скоростное расширение;
D – дистанция от Вселенной до исследователя;
H – постоянная Хаббла, обратно пропорциональная временным показателям.

Об актуальности последнего параметра, определяющего зависимость между дистанцией до точки и скоростью её удаления, высказал предположение бельгийский астроном Ж. Леметр. Его идея основана на том, что мир создавался из одного условного атома, расширяясь со временем (теория Большого Взрыва).

В 1929 году Хаббл точнее рассчитал указанную величину, это даёт право утверждать, что возраст Вселенной напрямую зависит от упомянутой постоянной. Используя модель Галактики, учёные сделали вывод, что для расчётов необходимо параметр, обратно пропорциональный величине Хаббла, умноженный на 2/3. При этом искомый показатель составит порядка 1,2 млрд лет, который приближен к значению, выведенному индуистами в 150-м году до н.э. Только к концу прошлого столетия получили астрономические расчёты, свидетельствующие о возрасте не менее 13 млрд лет.

Было установлено, что причины ошибочной оценки в ложном представлении о расширении Галактики. Две команды учёных-астрономов смогли в 1999 году доказать, что последние 6 миллиардов лет космическое пространство расширяется ускорено, без замедления (как считалось ранее). Современные расчёты позволили вывести возраст Вселенной 13,8 млрд (с погрешностью до 0,037 лет).

Реликтовое излучение

Летом 2001 года NASA запустила космический аппарат WNAP, ориентированный на изучение микроволнового излучения. По результатам исследований была составлена обновлённая карта распределения реликтовых импульсов, разрешение которой в 35 раз больше, чем у предыдущего аналога. После анализа схемы, кроме насыщенной центральной полосы Млечного Пути, становится заметным распределение микроволн за его границами. Видимые неоднородные тела формируют пятнистую, неравномерную конфигурацию. Тщательное исследование указанной структуры позволяет точно определить период, необходимый для её создания. Показатель составляет 13,7 млрд лет (плюс/минус 0,2 млрд.). Выводы дают возможность точно выяснить возраст Галактики, что способствует пониманию мироздания в целом.

Большой Взрыв

Для выяснения возрастных параметров Вселенной необходимо понимать – она расширяется и остывает, с учётом факта, что в прошлом Галактика была плотнее, горячее. В древнейшие времена Вселенная имела меньший объём, а длины фотоновых частиц – были короче. До нынешнего значения последние элементы растянулись за счёт расширения пространства. Энергию и температуру фотона определяет его длина. Чем дальше возвращаться по времени, тем выше будут показатели, пока не достигнут стадии Большого Взрыва.

В соответствии с законами теории относительности, Вселенная типа нашей, обладает:

однородной плотностью, независимо от масштабов;
идентичными свойствами во всех местах;
одинаковыми характеристиками в любых направлениях;
возникновением большого Взрыва одновременно в каждой точке.

Имеется уникальное взаимодействие между возрастом Галактики и её расширением в период эволюции. Если была бы возможность измерить последний показатель, с учётом величины, на которую Вселенная расширилась до настоящего времени, человечество точно бы знало, из каких компонентов формировалось мироздание.

Источник