Как узнать возраст вселенной

Откуда мы знаем возраст Вселенной?

Сейчас мы можем узнать возраст Вселенной буквально за секунду, спросив об этом Google. Однако ученые потратили столетия, прежде чем выяснили ответ: почти 14 миллиардов лет, а точнее 13,8 миллиардов лет. И новые исследования продолжают подтверждать это число. В конце декабря группа ученых, работающих на Атакамском космологическом телескопе в Чили, опубликовала свою последнюю оценку — 13,77 миллиардов лет, плюс-минус несколько десятков миллионов лет. Это хорошо совпадает с данными миссии «Планк», европейского спутника, который проводил аналогичные наблюдения в период с 2009 по 2013 год.

Точные наблюдения чилийского телескопа и космического зонда — результат размышлений людей на протяжении тысячелетий, откуда взялась Вселенная. В итоге мы, люди, с продолжительностью жизни менее века, получили представления о событиях, которые произошли за много лет до того, как наша планета — и даже атомы, которые составляют нашу планету — появились. Но как мы это сделали?

Новое время: Вселенная не вечна

Опустим античность, где в почти каждой культуре хватало мифов о «творении всего сущего». Так, греческие философы, такие как Платон и Аристотель, в IV-III веках до нашей эры считали, что планеты и звезды заключены в вечно вращающиеся небесные сферы. И на протяжении почти пары тысяч лет всех это устраивало.

Противоречие с наблюдениями обнаружил лишь в 1610 году астроном Иоганн Кеплер: если в вечной Вселенной находится бесконечное количество звезд, почему все эти звезды не заполнили Вселенную ослепляющим светом? Он рассуждал, что темное ночное небо предполагает ограниченный космос, в котором звезды в конечном итоге гаснут. Вот так из неверных рассуждений он получил, в общем-то, верные выводы.

Таким представлял себе космос астроном Петр Алиан в своей книге «Космография» 1539 года.

Противоречие между наблюдаемым ночным небом и бесконечной Вселенной стало известно как парадокс Ольбера, названный в честь Генриха Ольбера, астронома, который популяризировал его в 1826 году. И следующую здравую мысль об этом парадоксе выдвинул поэт Эдгар Аллан По. В своей прозе «Эврика» в 1848 году он рассуждал о том, что Вселенная не вечна. Был момент ее образования, и с тех пор прошло недостаточно времени, чтобы звезды полностью осветили небо.

1900-е: первые оценки возраста Вселенной

Следующий шаг в решении парадокса Ольбера сделал Альберт Эйнштейн с его новой теорией гравитации. Из нее следовало, что Вселенная, вероятно, увеличивается или уменьшается со временем. Как мы знаем, это действительно так, однако гениальный физик добавил в свои уравнения ложный фактор — космологическую постоянную — чтобы Вселенная не меняла размеры (что позволяет ей существовать вечно).

Между тем, более крупные телескопы 20-ого века позволили астрономам четко разглядеть другие галактики, что вызвало ожесточенные споры о том, смотрят ли они на далекие «островные Вселенные», или же на близлежащие звездные скопления внутри Млечного Пути. Острые глаза Эдвина Хаббла окончательно разрешили парадокс в конце 1920-х годов, когда он впервые измерил межгалактические расстояния. Астроном обнаружил, что галактики не только являются огромными и далекими объектами, но и улетают друг от друга.

2.5-метровый телескоп, который помог Хабблу совершить многие его астрономические открытия.

Итак, решено: Вселенная расширяется, и Хаббл зафиксировал скорость этого процесса на уровне 500 километров в секунду на мегапарсек, ошибившись на порядок. С физической точки зрения это скорость, с которой разлетаются две галактики, находящиеся на расстоянии в 1 мегапарсек (порядка 3.2 миллионов световых лет) друг от друга. Это постоянная величина, которая теперь носит его имя. И, раз астрономы поняли, что Вселенная расширяется — значит, у нее было начало, и можно вычислить, когда именно она образовалась. Работа Хаббла в 1929 году показала, что Вселенная расширяется таким образом, что ей должно быть около 2 миллиардов лет — ожидаемая ошибка опять же почти на порядок.

«Скорость расширения говорит вам, насколько быстро вы можете перемотать историю Вселенной, как на старой видеокассете», — говорит Дэниел Сколник, космолог из Университета Дьюка. «Если скорость перемотки быстрее, значит, фильм короче».

Но достаточно точно измерять расстояния до далеких галактик тогда не умели. Более точный метод появился в 1965 году, когда исследователи обнаружили слабые микроволны, пронизывающие весь космос. На тот момент космологи уже предсказали, что такой сигнал должен существовать, поскольку свет, излучаемый всего через несколько сотен тысяч лет после рождения Вселенной, должен был растянут в результате расширения пространства и стать более длинными микроволнами. Измеряя характеристики этого космического микроволнового фона, астрономы смогли сделать своего рода снимок молодой Вселенной, определив ее первоначальный размер и состав. Этот фон послужил уже неопровержимым доказательством того, что у космоса было начало.

Карта реликтового излучения — «фото» ранней Вселенной.

«Самое важное, что было достигнуто окончательным открытием [реликтового излучения] в 1965 году, так это заставить всех нас серьезно отнестись к идее о существовании ранней Вселенной» , — писал лауреат Нобелевской премии Стивен Вайнберг в своей книге 1977 года «Первые три минуты».

С 1990 годов по настоящее время: уточнение расчетов

Реликтовое излучение позволило космологам понять, насколько велика была Вселенная в ранний момент времени, что помогло им вычислить ее размер и скорость расширения. Оказалось, что она почти в десять раз медленнее, чем вычисленная Хабблом, и составляет около 70 километров в секунду на мегапарсек, что отодвигает момент «начала космоса» еще дальше во времени. В 1990-е годы возраст Вселенной оценивался от 7 до 20 миллиардов лет.

Кропотливые усилия нескольких команд были направлены на то, чтобы максимально точно выяснить скорость расширения Вселенной. Наблюдение за далекими галактиками с помощью космического телескопа Хаббла в 1993 году показало, что текущее значение одноименной постоянной составляет 71 километр в секунду на мегапарсек, что сузило возраст Вселенной до 9-14 миллиардов лет.

Затем, в 2003 году, космический аппарат WMAP создал карту реликтового излучения с мельчайшими деталями. На основании этих данных космологи подсчитали, что возраст Вселенной составляет от 13,5 до 13,9 миллиардов лет. Примерно десять лет спустя спутник «Планк» измерил реликтовое излучение еще более детально, получив постоянную Хаббла в 67,66 и возраст в 13,8 миллиарда лет. Новое независимое измерение реликтового излучения на чилийском телескопе дало сравнимые цифры, что еще больше укрепило уверенность космологов в том, что они точны в определении возраста Вселенной.

Один из способов измерения постоянной Хаббла: вычисляется параллакс (то есть видимое смещение звезды при движении Земли по орбите, что позволяет вычислить расстояние до нее), а по красному смещению — скорость удаления звезды от нас.

Не все так просто: есть космологический конфликт

По мере того, как измерения ранней и современной Вселенных стали более точными, они начали противоречить друг другу. В то время как исследования, основанные на картографировании микроволнового фона, предполагают, что постоянная Хаббла находится на уровне 60 километров в секунду на мегапарсек, измерения расстояний до соседних галактик (которые опираются на снимки очень ярких и практически одинаковых по всему космосу сверхновых) дают более высокие темпы расширения ближе к 70 километрам в секунду на мегапарсек.

Сколник участвовал в одном таком исследовании в 2019 году, а другое измерение, основанное на яркости различных галактик, на прошлой неделе пришло к аналогичному выводу (что современная Вселенная быстро расширяется). На первый взгляд более высокие темпы расширения, которые получают эти команды, могут означать, что Вселенная на самом деле примерно на миллиард лет моложе канонических 13,8 миллиардов лет, установленных зондом «Планк» и чилийским телескопом.

Также такое несоответствие может указывать на то, что в представлении космологов о реальности не хватает чего-то важного и неочевидного. Связь реликтового излучения с современной Вселенной включает предположения о плохо изученных темных материи и энергии, которые, по-видимому, доминируют в нашей Вселенной, а тот факт, что измерения постоянной Хаббла «во времени» не совпадают, может указывать на то, что расчет истинного возраста Вселенная предполагает нечто большее, чем простую «перемотку» ленты.

«Я не уверен в теории, благодаря которой мы определяем возраст Вселенной», — говорит Сколник. «Я не говорю, что она неверна, но я не могу сказать, что она безупречна».

Источник

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

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