С какой скоростью расширяется Вселенная?
Самое интересное, что на этот вопрос нет однозначного ответа. Нет — потому что, во-первых, скорость расширения Вселенной на разных этапах ее эволюции была разной, и, во-вторых, потому что само расширение состояло из двух совершенно разных по своей природе процессов — расширения или вздутия самого пространства и разлетания материи-энергии. Впрочем, мы не можем даже говорить, что само пространство расширяется быстрее скорости света, потому что у этого расширения пространства просто нет скорости, как нет объектов расчета расстояний…
Здесь надо иметь в виду, что согласно Эйнштейну, максимальная скорость физических процессов — скорость света — относится к классической материи, тогда как раздувание пространства или взаимодействие запутанных квантовых частиц (см. Игорь Папиров, Квантовая физика и квантовое сознание, 2013) происходит по иным законам и не подчиняется специальной теории относительности А.Эйнштейна или нашему пониманию скоростей.
Так, согласно инфляционной модели Вселенной, предложенной 1981 году Аланом Гутом и развитой Андреем Линде, Вячеславом Мухановым и другими, на ранней стадии Большого взрыва (при температуре выше 10 в 28 степени K или в период времени с 10-42 сек до 10-36 сек после начала взрыва), произошло почти мгновенное раздувание пространства, растянувшее Вселенную сразу на 40 порядков величины. Ускоренное расширение Вселенной, продолжающееся на современном этапе ее эволюции, началось 6-7 млрд лет назад. В настоящее время Вселенная расширяется таким образом, что расстояния в ней увеличиваются в два раза за 10 млрд лет, и в доступном для прогноза будущем этот темп будет меняться мало.
Именно вследствие инфляции (вздутия пространства), когда Вселенной было около 10 тысяч лет, ее наблюдаемая часть уже была размером в 10 миллионов световых лет. Когда ей был всего год, наблюдаемая Вселенная была размером 100 тысяч световых лет. Когда ей была всего одна секунда, она уже была размером 10 световых лет. И все это не потому, что частицы двигались друг относительно друга быстрее скорости света, а исключительно благодаря растяжению самого пространства, постулируемому общей теорией относительности.
Именно в силу нестатичности пространства — возможности его быстрого вздутия или инфляции — соседние объекты в самом начале взрыва сегодня отстоят от нас на расстоянии не в 13,8 световых лет (время, прошедшее от начала Большого взрыва), а на запредельную величину в 46,1 миллиарда световых лет от нас.
Поскольку в процессе эволюции Вселенной расширение самого пространства между частицами продолжалось многие миллиарды лет, мы никогда не сможем достичь никаких объектов, находящихся дальше 15,6 миллиарда лет на данный момент, даже если будем двигаться со скоростью света (что по определению невозможно), но не из-за того, что они отдаляются быстрее света, а потому, что пространство между разными точками продолжает расширяться и в наши дни.
Если долгое время космологи считали, что Вселенная расширяется с замедлением, то в конце 1990-х годов Сол Перлмуттер, Брайан П. Шмидт и Адам Рисс сделали феноменальное открытие, согласно которому расширение Вселенной происходит с ускорением (Нобелевская премия по физике за 2011 год) и этот факт заставил кардинальным образом пересмотреть стандартную модель мира, введя понятия темной материи и темной энергии — именно последняя и вынуждает Вселенную расширяться ускоренными темпами, причем расширяющая сила действия темной энергии будет со временем неограниченно увеличиваться, пока не превзойдет все остальные силы во Вселенной. Приблизительно через 14 млрд лет темная энергия разорвет все гравитационно связанные структуры Вселенной, затем превзойдет силы электростатических и внутриядерных взаимодействий, разорвет атомы, ядра и нуклоны и уничтожит Вселенную в Большом разрыве. Вселенная исчезнет…
Согласно новейшим данным, полученным с помощью телескопов Gaia и Hubble, Галактики, видимые на расстоянии 10 мегапарсек, сегодня убегают от нас со скоростью 735 километров в секунду.
Источник
С какой скоростью расширяется Вселенная?
Кажется, современная физика дошла до своего экзистенциального кризиса. Наблюдая за тем, как искривляется свет от далеких объектов, исследователи пришли к выводу о том, что методы измерения скорости расширения Вселенной не согласуются с реальными данными. Согласно статье, опубликованной на портале livescience.com, Джефф Чи-фан Чен, космолог из Калифорнийского университета в Дэвисе, подверг сомнению знаменитую константу Хаббла, которая впервые были вычислена американским астрономом Эдвином Хабблом около 100 лет назад. Известно, что выдающийся ученый XX века выдвинул гипотезу о стремительном удалении от Земли каждой галактики во Вселенной со скоростью, пропорционально равной расстоянию этой галактики от нашей Солнечной системы. Так стоит ли нам попрощаться с данной теорией или ей пока еще есть место в современной физике?
Вселенная может расширяться со скоростью, отличной от общепринятой
Как происходит расширение Вселенной?
Вселенная — интересная вещь, которая регулярно подкидывает ученым все новые возможности для обсуждения и споров. На этот раз мироздание показало ученым, что постоянно расширяясь, оно все равно сохраняет прямую зависимость между двумя удаленными друг от друга объектами. Однако основная проблема столь красивого и универсального научного утверждения заключается в том, что современные исследователи разошлись во мнениях относительно самого значения данной константы. Так, измерения, выполненные с использованием космического микроволнового фона (CMB), который представляет собой остатки Большого Взрыва, предполагают, что постоянная Хаббла составляет около 74 351 километра в час на миллион световых лет.
Рассматривая пульсирующие звезды, другая группа астрономов вычислила, что постоянная Хаббла приблизительно равна 81 100 километрам в час на миллион световых лет. Подобное расхождение в вычислениях кажется незначительным, однако именно он показывают, что в методологию расчетов закралась какая-то серьезная ошибка.
Эдвин Хаббл — американский ученый XX века, в честь которого была названа константа расширения Вселенной
Исследователи считают, что из-за того, что массивные объекты деформируют полотно пространства-времени, заставляя свет изгибаться при прохождении сквозь деформированные области, все проводимые вычисления относительно скорости расширения Вселенной могут быть ошибочными. Для того, чтобы подтвердить или опровергнуть данное утверждение, команда H0LiCOW, используя космический телескоп Хаббла, изучила свет, идущий от шести квазаров, расположенных на расстоянии от 3 миллиардов до 6,5 миллиардов световых лет от Земли. В тот момент, когда черные дыры квазаров поглощали материю, их свет мерцал, позволяя ученым исследовать длительность временной задержки между сигналами.
Результат эксперимента команды H0LiCOW показал, что значение постоянной Хаббла соответствует приблизительно 81 000 километров в час на миллион световых лет, что является очень близким показателем к значению, полученному при помощи измерения блеска переменных звезд.
Как бы то ни было, большое количество независимо проведенных измерений продолжает расходиться, показывая новые результаты. Эксперты полагают, что для объяснения происходящего, ученым, возможно, потребуется придумать новую физику. А что думаете по этому поводу вы? Поделитесь своим мнением с единомышленниками в нашем Telegram-чате.
Источник
Почему вселенная расширяется? И как долго?
Наша вселенная расширяется. С ускорением. Каждую секунду пространство между космическими галактиками растет все быстрее и быстрее.
Какова будет конечная судьба Вселенной — вечное расширение или великий крах? Ключом к этому является понимание «темной энергии» — самой большой загадки современной астрофизики, которая также является причиной ускорения, которое началось внезапно 4-5 миллиардов лет назад.
Только в конце двадцатого века ученые обнаружили, что вселенная расширяется с ускорением. Его начало — около 5 миллиардов лет назад, относительно скоро до возраста вселенной, которой почти 14 миллиардов лет. Это оказался огромным сюрпризом для всех ученых, потому что, согласно тогдашним теориям, вселенная должна замедляться, а не ускорять свое расширение.
На самом деле, сам Эйнштейн столкнулся с проблемами, связанными с идеей об изменяющейся, а не статичной вселенной. Великий ученый считает, что почти до самого конца своей жизни вселенная должна быть статичной и неизменной — и при этом она не должна расширяться или уменьшаться. Именно по этой причине он меняет свои уравнения, которые говорят об обратном, и добавляет к ним так называемые космологическая постоянная, которая препятствует расширению пространства.
Когда в 1929 году американский астроном Эдвин Хаббл открыл так называемую красное смещение галактик, становится ясно, что кажется, что все другие галактики в космосе «убегают» от нас.
Когда автомобиль движется к нам, его звук меняется, а когда галактика движется, ее «цвет» меняется, и мы можем определить, приближается ли он к Земле или удаляется от нее.
Хаббл наблюдает за смещением видимого света галактик в красный спектр, что означает, что объект удаляется, и мы можем измерить его скорость. Это так называемый закон Хаббла, и скорость расширения сегодня известна как постоянная Хаббла (около 72 км в секунду на мегапарсек, равная 1 парсек = 31 триллион километров или 206 265 раз расстояния между Землей и Солнцем, и 1 мегапарсек = 1 миллион парсек).
Поэтому единственно возможное объяснение состоит в том, что пространство вселенной расширяется и не может быть статичным. И хотя эксперименты Хаббла являются эмпирическим доказательством, математическое изложение этого факта было сделано еще раньше бельгийским математиком Жоржем Ломмером в 1927 году. Перед лицом этого доказательства Эйнштейн отказался от космологической постоянной и даже назвал ее «самой большой ошибкой в его карьера».
Сегодня, однако, совершенно неожиданно, что нам снова нужна космологическая константа, хотя и немного другим способом.
Теория большого взрыва и эволюция вселенной
Как только станет ясно, что галактики убегают друг от друга, логично предположить, что в начале все они были сгруппированы в одном месте. Более того, мы можем предположить, что в самом начале вселенная была сжата в одну взорвавшуюся точку. Так рождается теория большого взрыва.
Сегодня это одна из широко признанных и проверенных теорий развития вселенной. Причина в ее огромной объяснительной силе. Действительно, если все когда-либо было собрано в одной точке, то это состояние должно быть с огромной температурой и невероятной плотностью. Моделирование таких условий является одной из задач современных ускорителей частиц, таких как Большой адронный ускоритель в ЦЕРНе. Объясняя появление химических элементов в результате Большого взрыва, Первичный нуклеосинтез, также является одним из больших успехов теоретической ядерной физики.
Но это остается проблемой. Предполагая, что был начальный Большой взрыв, который «раздувает вселенную» и обеспечивает сравнительную однородность пространства в большом масштабе, и в любом направлении, которое так, и мы наблюдаем это, если будет какой-либо энергетический след этого первичного колоссального взрыва, который мы можем видеть? Оказывается, есть доказательство.
Это так называемый космическое микроволновое фоновое излучение, также называемое остаточным или реликтовым излучением. Идея состоит в том, что, когда вселенная очень молода, она находится в чрезвычайно плотном и горячем состоянии плазмы и непрозрачна. Во время процесса расширения его температура снижается, и он начинает охлаждаться. При более низкой температуре могут образовываться стабильные атомы, но они не могут поглощать тепло, и Вселенная становится прозрачной (примерно через 300-400 лет после взрыва). Это время, когда испускаются первые фотоны, которые даже сегодня циркулируют в пространстве и могут быть обнаружены нами. Поэтому их излучение называется реликтовым, т.е. остаточное. Этот момент — также самая далекая вещь, которую мы можем видеть с нашими телескопами.
В 1964 году два радиоастронома — Арно Пензиас и Роберт Уилсон — экспериментально обнаружили эффект реликтового фона — устойчивый микроволновый «шум» с температурой около 2,7 Кельвина, равномерный в любой точке неба без связи со звездой или другим объектом. Это голос космоса, остаток взрыва, породившего нашу вселенную. Это окончательное доказательство справедливости теории Большого взрыва, за которую два радиоастронома получили Нобелевскую премию в 1978 году.
Космическое микроволновое фоновое излучение
Помимо неоспоримого доказательства Большого взрыва, реликтовое излучение дало нам еще кое-что. Зонд WMAP (микроволновый зонд анизотропии Уилкинсона), запущенный в 2001 году, отображает космическое фоновое излучение в наблюдаемой Вселенной. Различный цвет рисунка соответствует небольшой разнице в температуре излучения. В результате излучение является однородным с точностью до пяти знаков после запятой. Однако там, после пятого знака, что-то интересное и удивительное — темная материя.
Он взаимодействует только гравитационно, и мы не можем установить или доказать это каким-либо другим способом. По оценкам, его содержание составляет около 25 процентов от общей плотности вселенной, в то время как обычная, наша материя, составляет всего 4-5 процентов.
Хотя темную материю нельзя наблюдать непосредственно, ее присутствие было предложено Фрицем Цвицким в 1934 году для объяснения так называемой «Проблема с недостающей массой».
Оказывается, что галактики не могут быть стабильными и вращаться, как они это делают, если не существует огромного количества скрытой массы, удерживающей звезды в соединенной галактике. Результаты исследования космического фонового излучения однозначно подтверждают наличие большого количества темной материи.
Результаты WMAP также можно использовать для проверки геометрии юниверса — закрытой, открытой или плоской.
Сегодня мы знаем, что Вселенная плоская с точностью до 0,5 процента. Это хорошо, но это также означает, что в зависимости от плотности вещества и энергии во вселенной у нас может быть другой конец эволюции пространства. Если общая плотность (так называемый космологический параметр Омеги) превышает критическую массу, Вселенная может сжаться в так называемую Большой крах, прямо противоположный большому взрыву. Или, наоборот, мы можем расширяться до бесконечности, пока сама вселенная не станет довольно холодной, пустынной и относительно скучной. Это теория Большого охлаждения.
Темная энергия и конечная судьба Вселенной
На самом деле, как мы можем знать, что произошло с пространством Вселенной, и что будет с ним в будущем? Поскольку скорость света ограничена, чем дальше находится объект, тем дольше свет должен будет добраться до нас. Например, путь света от нашего Солнца до Земли составляет чуть более 8 минут. Наблюдая с помощью наших телескопов далеких звезд, мы на самом деле видим прошлое, когда ловим свет, который давно покинул их и только сейчас достигает нас. Тогда, если мы знаем, что наблюдаем два одинаковых объекта, но на разном расстоянии, мы можем вывести изменение пространства между ними во времени.
Объекты, которые относительно «идентичны» в космосе, известны как стандартные свечи.
Это могут быть переменные звезды особого типа, так называемые Цефеиды. Они пульсируют одинаково, т.е. излучать один и тот же световой поток через равные промежутки времени. Другими такими объектами, которые являются еще более точными показателями расстояний, являются вспышки сверхновых типа IA. Они представляют собой термоядерное разрушение звезды (фактически пары звезд). Из-за особенностей процесса всегда выделяется одна и та же энергия. Вот почему сверхновые IA — наши самые известные стандартные свечи.
В частности, в 1997 году исследования сверхновых показали, что Вселенная расширяется с ускорением. Поскольку энергия вспышки всегда одна и та же, разница, которую мы наблюдаем (более тусклые или более яркие вспышки), обусловлена исключительно разницей в динамике пространства. Таким образом, мы можем получить карту эволюции пространства во времени. Оказывается, что в первые 8-9 миллиардов лет после взрыва Вселенная замедляется, как и следовало ожидать, а затем внезапно начинает расширяться с ускорением!
Это огромный парадокс, и причина ускоренного расширения пока неизвестна. Чтобы объяснить это, ученые вновь вводят космологическую постоянную Эйнштейна в уравнения, но с противоположным знаком — то есть он действует как антигравитация и целесообразно расширяет пространство.
Тем не менее похоже, что Эйнштейн не так сильно ошибался.
Сегодня мы знаем, что темная энергия занимает около 70 процентов от общей плотности энергии Вселенной. Мы понятия не имеем, почему он начинает свое действие или какова его природа. Вполне возможно, что его сила будет уменьшаться или увеличиваться со временем.
В зависимости от этого, есть два сценария конца нашей вселенной. Если космологическая постоянная продолжает работать и расти, мы будем расширяться вечно. Если, наоборот, его сила уменьшается и гравитация побеждает, тогда концом нашего космоса может стать Великое Падение. Тогда, почему бы и нет, возможно, новая вселенная родится в новом космическом Большом Взрыве. Но пока это просто загадки, ответы на которые скоро будут раскрыты.
Источник