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
Доказано расширение вселенной замедляется
Сегодня, задену тему неинтересную, сложную к восприятию и может быть даже нудную. Хотя вот Интерстеллар тоже вроде и непонятный, и. совсем непонятный для блондинок, тем не менее многие от него тащились. В общем, тема пойдет о космологии или часть космогонии. Для тех кто не в теме, космогония вполне научное понятие а не то что вы подумали. Итак.
О расширяющейся вселенной
В наше время, принято считать что вселенная расширяется, причем расширяется с ускорением, на самом деле это нелогично. Представьте что вы катитесь на санках В ГОРКУ! да именно в горку а не с нее, и при всем при том набираете скорость, повашему мнению это возможно? Сегодня, в доме книги на Новом Арбате переворошил кучу книг и не нашел сколько нибудь понятных доказательств.
В основном, информация по теме была в виде коротких статей в различных энциклопедиях не раскрывающих, сути вопроса, более- менее подробная статья на несколько страниц была конкретно перенасыщена формулами ! Только там буквы прибавляют и умножают, а это не совсем понятно. Вот, сейчас многие подумают АГА ТИПА БЛА БЛА БЛА ну итд. Немного отступлю, от темы. Вот, любопытная история про формулы.
Когда, Перельман доказал недоказываемую теорему, факт произошедшего ни кто не может проверить,и принято ему верить на слово что, вроде как доказал, ну чтобы из уважения наверно, а по факту в его букевках с плюсами и минусами никто не смог и разобраться. А, вы говорите, что уж мне простому смертному. Здесь я вернусь, к тому что, какие современная наука приводит доказательства.
Очень много статей о красном смещении якобы чем дальше наблюдаемый объект- звезда тем более выраженно красное смещение. Здесь опять же непонятно, красное смещение усиливает эффект! но как это доказывает ускорение расширения вселенной. Здесь необходимо расставить точки над i, не буду уподобляться Перельману, и попробую насколько возможно обьяснить в чем тут несоответствие. Немного общих понятий.
Это, условная схема нашей вселенной. Мы находимся в центре, кругом обозначен видимый нами горизонт вселенной, за него мы не можем заглянуть, почему? В космосе, очень большие расстояния и исчислять их в километрах не совсем удобно, поэтому за еденицу исчисления принимают световой год, Световой год это расстояние которое свет проходит за один год.
Для примера, расстояние от солнца до земли свет преодолевает за восемь минут, при скорости 300000 километров в секунду. Ближайшие звезды мы видим такие какие они были годы назад, те звезды которые подальше десятки лет назад. От края до края нашей спиралевидной галактики млечный путь свет идет 200 000 лет. Ближайшая! галактика от млечного пути туманность андромеды, находится от нас на растоянии двух с половиной миллионов световых лет.
Таким образом, даже относительно ближайшие объекты в космосе находятся на таком гигантском расстоянии, и мы видим эту туманность, такой какой она была два с половиной миллиона лет назад. И чем дальше мы заглядываем в космос тем более прошлое мы видем. Предел наступает на расстоянии 13 700 000 000 световых лет, в это время произошел большой взрыв раньше этого времени ничего небыло и в этом месте мы видим горизонт за которым ничего не видно.
Обращу внимание на то, то что мы видим в противоположных частях вселенной 13 700 000 лет назад было рядом, поэтому наше представление о вселенной сильно искажено иллюзией которую играет то что скорость света не моментальна, а ограничена временем. Космос который мы видем уже не существует поскольку это было в очень далеком прошлом. ( Если вникнуть, и не взорвать себе мозг, создается иллюзия как будто край вселенной неизменен, а мы вжимаемся.)
На изображение выше показан свет, свет это видимое для нашего зрения , волновое электромагнитное излучение. Отличает радиоволны частота, она показана в виде красных цикличных стрелок . У видимого света, как и у любой другой волны частота постоянная, но, с расширением пространства (космоса), волна растягивается, и частота волны расширяется тоже, изменяя ее свойства.
Из за того что волна растягивается в спектральном анализе звезд мы видем красное смещение, если бы мы видели синее смещение то было-бы очевидно что волна сжимается, но так как куда мы не посмотрим в космос все объекты дают красное смещение следовательно вселенная расширяется. Это подтвержденные современные научные данные. Более того, чем дальше мы не заглядываем в космос, (а следовательно можно сказать чем более в прошлое вселенной мы заглядываем), тем больше красное смещение мы наблюдаем. Из этого следует что волны света в виде сбоку сбоку имеют такой вид. В большем красном сдвиге
На схеме заметно что по мере увеличения красного смещения, в глубь космоса из этого следует что, расширение вселенной в прошлом происходило быстрее, постепенно замедляя расширение в наше время.
Вывод: Вселенная замедляет свое расширение
Здесь оговорюсь, так как мы видим вселенную только до горизонта, и то в большем виде в прошлом то насколько она расширяется в данный момент и каковы ее реальные размеры надолго останутся загадкой. Глядя в даль космоса, мы обречены видеть далекое прошлое, я бы сказал ооооооооочень далекое прошлое, еще и с искаженной картинкой, однако в этом прошлом мы видим что вселенная расширялась быстрее чем сейчас!
Современная наука считает что после большого взрыва, расширение вселенной сначала замедлялось, а затем примерно четыре миллиарда лет назад, стало набирать обороты. Вот здесь я не могу согласиться, ведь здравый смысл подсказывает, что это невозможно.Решили господа ученые это потому, что такой сценарий больше вписывается в формулы которые они решают.
Навернека так было в детстве у каждого, заглядываешь в ответы по математике в конец учебника, и пытаешься притянуть за уши цифры чтобы вышел тот самый ответ, думаю что такое происходит и в науке, на чистоту это факт 80 % нашего представления о космосе 50 лет назад пересмотрено. И темная энергия так же как и темная материя были высосаны из пальца, для того чтобы их формулы пришли в соответствие с решением. Это примерно так как:
X=2 я пишу 5+5 =2, почему? ну просто мне так хочется, дальше сверяю ответ и смотрю что то не так, и вот решение приходит в виде темной материи.
Нет темной материи? не беда, будет. Итак 5+5 : на темную энергию и умножить на темную материю и выходит «правильный ответ» Главный же вопрос заключается в том что мне не понятно как ученые по эффекту доплера решили что она расширяется все быстрее? Почему, с увеличением красного сдвига принято считать о увеличение скорости расширения?
Ведь увеличивающийся красный сдвиг, доказывает обратное, а именно замедление расширения. У меня возникает вопрос, может быть я чего-то непонимаю в данных но вывод который я сделал очевиден, и прост. Почему, ученые считают что вселенная расширяется все быстрее? Мне безумно это интересно. Я готов к спору и диалогу, даже готов принять вашу мудрость если вы убедите меня.
С уважением Алексей Святославович Павлов
Источник