Ускорение расширения вселенной кратко астрономия

Расширение Вселенной

Расширение Вселенной — явление, состоящее в почти однородном и изотропном расширении космического пространства в масштабах всей Вселенной. Экспериментально расширение Вселенной наблюдается в виде выполнения закона Хаббла. Началом расширения Вселенной наука считает так называемый Большой взрыв. Теоретически явление было предсказано и обосновано А. Фридманом на раннем этапе разработки общей теорией относительности из общефилософских соображений об однородности и изотропности Вселенной.

Содержание

Расширение Вселенной в различных моделях

Ускорение расширения Вселенной

Ускоренное расширение Вселенной было открыто в 1998 году при наблюдениях за сверхновыми типа Ia [1] [2] . За это открытие Сол Перлмуттер, Брайан П. Шмидт и Адам Рисс получили премию Шоу по астрономии за 2006 год и Нобелевскую премию по физике за 2011 год. Затем эти наблюдения были подкреплены другими источниками: измерениями реликтового излучения, гравитационного линзирования, нуклеосинтеза Большого Взрыва. Все полученные данные хорошо вписываются в лямбда-CDM модель.

Ранее существовавшие космологические модели предполагали, что расширение Вселенной замедляется. Они исходили из предположения, что основную часть массы Вселенной составляет материя — как видимая, так и невидимая (тёмная материя). На основании новых наблюдений, свидетельствующих об ускорении расширения, было найдено, что во Вселенной существует ранее неизвестная энергия с отрицательным давлением (см. уравнения состояния). Её назвали «тёмной энергией».

По имеющимся оценкам, ускоряющееся расширение Вселенной началось приблизительно 5 миллиардов лет назад. Предполагается, что до этого расширение замедлялось благодаря гравитационному действию тёмной материи и барионной материи. Плотность барионной материи в расширяющейся Вселенной уменьшается быстрее, чем плотность тёмной энергии. В конце концов, тёмная энергия начинает преобладать. Например, когда объём Вселенной удваивается, плотность барионной материи уменьшается вдвое, а плотность тёмной энергии остается почти неизменной (или точно неизменной — в варианте с космологической константой).

Если ускоряющееся расширение Вселенной будет продолжаться бесконечно, то в результате галактики за пределами нашего Сверхскопления галактик рано или поздно выйдут за горизонт событий и станут для нас невидимыми, поскольку их относительная скорость превысит скорость света. Это не является нарушением специальной теории относительности. На самом деле невозможно даже определить «относительную скорость» в искривлённом пространстве-времени. Относительная скорость имеет смысл и может быть определена только в плоском пространстве-времени, или на достаточно малом (стремящемся к нулю) участке искривлённого пространства-времени. Любая форма коммуникации далее пределов горизонта событий становится невозможной, и всякий контакт между объектами теряется. Земля, Солнечная система, наша Галактика, и наше Сверхскопление будут видны друг другу и в принципе достижимы путём космических полётов, в то время как вся остальная Вселенная исчезнет вдали. Со временем наше Сверхскопление придёт в состояние тепловой смерти, то есть осуществится сценарий, предполагавшийся для предыдущей, плоской модели Вселенной с преобладанием материи.

Существуют и более экзотические гипотезы о будущем Вселенной. Одна из них предполагает, что фантомная энергия приведёт к т. н. «расходящемуся» расширению. Это подразумевает, что расширяющая сила действия тёмной энергии продолжит неограниченно увеличиваться, пока не превзойдёт все остальные силы во Вселенной. По этому сценарию, тёмная энергия со временем разорвёт все гравитационно связанные структуры Вселенной, затем превзойдёт силы электростатических и внутриядерных взаимодействий, разорвёт атомы, ядра и нуклоны и уничтожит Вселенную в Большом Разрыве.

С другой стороны, тёмная энергия может со временем рассеяться или даже сменить отталкивающее действие на притягивающее. В этом случае гравитация возобладает и приведёт Вселенную к «Большому Хлопку». Некоторые сценарии предполагают «циклическую модель» Вселенной. Хотя эти гипотезы пока не подтверждаются наблюдениями, они и не отвергаются полностью. Решающую роль в установлении конечной судьбы Вселенной (развивающейся по теории Большого Взрыва) должны сыграть точные измерения темпа ускорения.

См. также

Примечания

1. ↑ Riess, A. et al. 1998, Astronomical Journal, 116, 1009
2. ↑ Perlmutter, S. et al. 1999, Astrophysical Journal, 517, 565

Литература

• Ian Steer Who discovered Universe expansion?. — 2012. — arΧiv:1212.1359

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое «Расширение Вселенной» в других словарях:

расширение Вселенной — visatos plėtimasis statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. cosmic expansion; expansion of the universe vok. Ausdehnung des Weltalls, f; Expansion des Weltalls, f rus. космическое расширение, n; расширение Вселенной, n pranc. expansion… … Fizikos terminų žodynas

Расширение Вселенной — наблюдаемое явление увеличения расстояний между галактиками со скоростью, пропорциональной расстоянию между ними … Астрономический словарь

Расширение — Расширение: Расширение имени файла: Список расширений имени файла Расширение (ПО): Расширение (Mozilla) Список расширений Firefox Расширения (Opera) Дополнение (компьютерные игры) Расширение поля Расширение Вселенной Тепловое расширение… … Википедия

Метрическое расширение космоса — Космология Возраст Вселенной Большой взрыв Содвижущееся расстояние Реликтовое излучение Космологическое уравнение состояния Тёмная энергия Скрытая масса Вселенная Фридмана Космологический принцип Космологические модели Формирование галактик … Википедия

Инфляционная модель Вселенной — Космология Изучаемые объекты и процессы … Википедия

Форма Вселенной — Космология Возраст Вселенной Большой взрыв Содвижущееся расстояние Реликтовое излучение Космологическое уравнение состояния Тёмная энергия Скрытая масса Вселенная Фридмана Космологический принцип Космологические модели Формирование … Википедия

КРИТИЧЕСКАЯ ПЛОТНОСТЬ ВСЕЛЕННОЙ — значение плотности вещества во Вселенной, определяемое выражением где Н постоянная Хаббла (см. Хаббла закон), G постоянная тяготения Ньютона. В однородных изотропных моделях Вселенной (см. Космологические модели )с равной нулю космологической… … Физическая энциклопедия

Тонкая настройка Вселенной — Проверить нейтральность. На странице обсуждения должны быть подробности … Википедия

КРИТИЧЕСКАЯ ПЛОТНОСТЬ ВСЕЛЕННОЙ — плотн. в ва во Вселенной, определяющая геом. свойства пространства в космологич. моделях, построенных на основе общей теории относительности. Определяется выражением: р = = ЗН2/(8п(пи)С), где Н постоянная Хаббла, С гравитац. постоянная;… … Естествознание. Энциклопедический словарь

История развития представлений о Вселенной — С ранних времен человек задумывался об устройстве окружающего его мира как единого целого. И в каждой культуре оно понималось и представлялось по разному. Так, в Вавилоне жизнь на Земле тесно связывали с движением звезд , а в Китае идеи гармонии… … Википедия

Источник

Ускоренное расширение Вселенной

Авг 17

Ускоренное расширение Вселенной

Состав Вселенной по данным WMAP (это космический аппарат НАСА, предназначенный для изучения реликтового излучения, образовавшегося в результате Большого взрыва). 74 % — тёмная энергия, 22 % тёмная материя, 3,6 % межгалактический газ, 0,4 % — наблюдаемые звезды (Nemets79).

Возможные сценарии эволюции Вселенной.

Наконец, последнее большое открытие – ускоренное расширение Вселенной. Если взять любую научно-популярную книжку о космологии, изданную до 2000 года, то, говоря о будущем Вселенной, авторы всегда обсуждали три сценария. Когда я преподавал в школе (с 1993 по 2002 год), то до 1998 года я рассказывал примерно то же самое. Итак, Вселенная начала расширяться, но самая главная действующая во Вселенной в большом масштабе сила (гравитация) стремится остановить это расширение. Дальше всё зависит от того, насколько много вещества, массы, насколько велика средняя плотность вещества. Если она больше некоторой критической, то всё это вещество схлопнется обратно, и, как это замечательно написано у Дугласа Адамса, получится обыкновенный gnab-gib, то есть big-bang наоборот. Если плотности не хватит, Вселенная будет расширяться всё медленнее и медленнее, но будет делать это всегда. Ну и, наконец, есть психологически приятный для нас промежуточный режим, когда расширение идёт всё медленнее и медленнее, и выходит на что-то постоянное. Мы подсознательно хотим какой-то стабильности в будущем, в том числе и в будущем нашей Вселенной. Такие три варианта всегда в основном рассматривались в популярной литературе. На самом деле космологи в своих книжках и статьях рассматривали и четвёртый вариант. И не только потому, что ключевой ингредиент этого варианта из совершенно других соображений придумал Эйнштейн в 1917 году, 100 лет назад. Во Вселенной может быть нечто, что заставляет её расширяться всё быстрее и быстрее. То, что работает «как будто» антигравитация. В Общей теории относительности никакой настоящей антигравитации нет. Но вы можете добавить нечто – какую-то среду, поле и ещё что-то, что обладает отрицательным давлением. И тогда в Общей теории относительности это будет приводить к кажущейся антигравитации. Приводить к тому, что объекты будут отталкиваться друг от друга, будучи погруженным в эту среду. Даже если объекты не погружать, у вас метрика будет расширяющейся. Так вот, неожиданно, в 1998 году две группы астрономов открыли это ускоренное расширение Вселенной. Они наблюдали сверхновые особого типа. Это взрывы белых карликов. Белый карлик – это то, что получится из Солнца, такой очень стабильный шарик. Но, если мы будем увеличивать массу белого карлика, то рано или поздно он взорвётся. Он взрывается, добравшись до некоторой критической массы, и поэтому такие взрывы (они называются взрывы сверхновых типа Ia) очень похожи друг на друга. Иногда о них говорят, что это «стандартные свечи». На самом деле взрыв происходит не точно на критической массе. Представьте себе: белый карлик и нормальная звезда. Вещество с нормальной звезды постепенно перетекает на белый карлик, у него растёт масса, она вырастает до критической и происходит взрыв. Тут всё более-менее должно быть стандартно. Но большая часть взрывов происходит по другой причине. У вас есть два белых карлика в системе, и они сливаются. Их масса может оказаться точно равна критической, но, скорее всего, она будет немного больше, а в некоторых случаях – почти в два раза. И поэтому взрывы разные. Но люди научились по характеру взрыва, по данным наблюдений рассчитывать светимость. Благодаря, в первую очередь, орбитальному телескопу имени Хаббла, удалось наблюдать сверхновые Ia на очень больших расстояниях. Это очень мощные взрывы, потому, что белый карлик при этом разрушаются целиком. Происходит глобальный термоядерный взрыв. Кстати, бóльшая часть железа, с которым мы имеем дело в повседневной жизни, родилась именно в результате взрыва в таких белых карликах. Так вот, наблюдая очень мощные взрывы на больших расстояниях, люди научились независимо определять расстояние до далёких галактик. С одной стороны, у нас есть красное смещение, и мы по космологической модели можем рассчитать это расстояние. А теперь мы его измеряем напрямую и сравниваем. И оказалось, что далёкие галактики находятся чуть-чуть дальше, чем им положено. То есть что-то в теории не так, нужно подкрутить какие-то параметры. И, когда попробовали это сделать, используя доступный космологический инструментарий, то оказалось, что надо добавить в уравнения тот самый лямбда-член, который ввёл Эйнштейн 100 лет назад, это нужно для того, чтобы Вселенную ещё немножко растянуть. И когда посчитали, сколько нужно вот этой необычной среды, оказалось что сейчас, в наше время, она доминирует. Результат был удивительным, сводится он сейчас к тому, что около 70% полной плотности нашей Вселенной связано именно с вот этой загадочной средой, которую назвали тёмная энергия. Энергия – потому, что её везде одинаково. Тёмное вещество можно «собрать в кучу», а тёмная энергия везде одинакова. И поскольку открытие было очень важное, его надо было перепроверить. Его довольно быстро перепроверили совершенно разными способами (не только по сверхновым), и поэтому спустя всего лишь несколько лет после публикации статьи, за открытие ускоренного расширения Вселенной была вручена Нобелевская премия. Строго говоря, мы не знаем, почему происходит это ускоренное расширение. Мы описываем, его вводя тёмную энергию. Мы не знаем, что это такое – то ли свойство вакуума, то ли какое-то новое физическое поле, люди над этим работают, ответа нет, это очень важный вопрос, очень интересная физическая загадка, и, скорее всего, не только астрофизическая, но и физическая. Но Вселенная, как минимум последние несколько миллиардов лет, действительно расширяется ускоренно, это очень надёжные данные. Это переписывает нашу картину мира, это меняет наше представление о будущем Вселенной.

Это – глава из стенгазеты, выпущенной благотворительным проектом «Коротко и ясно о самом интересном». Нажмите на миниатюру газеты ниже и читайте остальные статьи по интересующей вас тематике. Спасибо!

Материал выпуска любезно предоставил Сергей Борисович Попов – астрофизик, доктор физико-математических наук, профессор Российской академии наук, ведущий научный сотрудник Государственного астрономического института им. Штернберга Московского государственного университета, лауреат нескольких престижных премий в области науки и просвещения. Надеемся, что знакомство с выпуском будет полезно и школьникам, и родителям, и учителям – особенно сейчас, когда астрономия снова вошла в список обязательных школьных предметов (приказ №506 Минобрнауки от 7 июня 2017 года).

Все стенгазеты, изданные нашим благотворительным проектом «Коротко и ясно о самом интересном», ждут вас на сайте к-я.рф. Есть также группа вконтакте и ветка на сайте Питерских родителей Литтван, где мы обсуждаем выход новых газет. Любой желающий может бесплатно получать наши газеты в местах раздачи в Петербурге.

Источник