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
ВЕЧНОСТЬ БЕСКОНЕЧНОСТИ.
Теория Большого Взрыва была принята, но не как аксиома, а «точка» от которой можно было хоть как то оттолкнуться в исследованиях Мироздания и попытаться объяснить «разбегание» Галактик. Но по большому счету, ни один астрофизик или математик не скажет вам никогда, что он «на все сто» уверен в этой теории(на то она и теория, что её можно или опровергнуть или подтвердить).
Сама вера в «конечность» Мира исходит из чисто человеческого образа мыщления — » . раз я имею границы в пространстве и времени (рождение и смерть) то и Мир вокруг меня тоже где то имеет свои «границы». « Но в том утверждении находится и ответ на «проблему» — вокруг человека не пустота, а целый Мир — Вселенная , значит, при наличии «границ» этого Мира , за ними должен простираться ещё больший МИР . И так, всё равно до бесконечности.
А наша Вселенная, возникшая 14 млрд лет назад — всего лишь ничтожный, один из бесконечного множества, стремящийся к нулю «пук» в Океане Бесконечного Пространства . Почему стремящийся к нулю? А в Бесконечности всё что угодно, любых размеров, стремится к нулю в сравнении с этой самой Бесконечностью . Это трудно понять, это трудно представить.
И вряд ли в Бесконечности есть Сущность , способная управлять ею, ибо «нельзя объять необъятное» и тем более у Бесконечности нет Создателя, ибо нельзя создать что-то Вечное и Бесконечное в Абсолютной Пустоте или где-то ещё, да и сама Абсолютная Пустота подразумевается как ЧТО -ТО , ибо есть название, а как можно дать название тому чего нет . Бесконечность не была кем -то создана, просто потому, что она существовала всегда.
В этом вопросе Человечество пока находится в роли полугодовалого малыша, способного управлять бутылочкой с молоком, но неспособного понять «Квантовую гипотезу Планка».. . Но это не унижение Человечества, просто оно ещё в самом начале Бесконечного пути Познания, если конечно сможет обуздать свои патологические инстинкты уничтожения себя и окружающего мира, если всё-таки поумнеет и выживет. 😉😎
Касимов Ф. Д. , старший научный сотрудник, кандидат химических наук РФ. г. Димитровград
К ВОПРОСУ О ВЕЧНОСТИ ВСЕЛЕННОЙ.
Вселенная рассматривается как вечно существующая бесконечная система, в которой происходят взрывные процессы, приводящие к образованию обособленных метагалактик. Отмечено, что Вселенная не могла возникнуть в результате Большого взрыва. Предполагается, что первичную сингулярность метагалактик образуют небольшие скопления космического вещества. Предполагается, что время представляет собой воображаемый (реально не существующий) показатель.
. По мнению большинства космологов Вселенная возникла в результате Большого взрыва, который произошел около 14 млрд лет назад. Предполагается, что до момента взрыва Вселенная находилась в сингулярном состоянии (все вещество было сосредоточено в очень небольшом объеме) и переход в физическую реальность произошел самопроизвольно подобно извержению.
После возникновения и до настоящего времени Вселенная продолжает расширяться, о чем свидетельствует движение наблюдаемых галактик. Впервые идею о нестабильности окружающего мира высказал Фридман, опубликовавший в 1922 году статью, в которой утверждалось, что геометрия Вселенной зависит от времени. Согласно его модели, Вселенная может быть двух типов: стационарная и переменная. В первом случае кривизна пространства постоянна, во втором — кривизна пространства изменяется со временем. Соответственно, возможны два варианта развития: по одному из них стационарная Вселенная будет расширяться вечно . По другому — расширение переменной Вселенной когда-то прекратится, она будет изменяться периодически: то сжиматься, возвращаясь в сингулярное состояние, то снова расширяться , Через несколько лет были опубликованы работы Хаббла, обнаружившего «разбегание» галактик, что могло свидетельствовать о нестабильности Вселенной. В результате появилась теория Большого взрыва, получившая всеобщее признание. Отметим, что когда была построена модель расширяющейся Вселенной, Эйнштейн, первоначально считавший, что Вселенная является статической (не расширяется и не сжимается), изменил свое мнение.
Несмотря на, казалось бы, очевидные обстоятельства, идею о взрывном происхождении Вселенной и, соответственно, о ее нестабильности следует признать ошибочной. Дело в том, что Вселенная вообще никогда не возникала. Она просто не могла возникнуть, поскольку кроме нее в природе ничего не существует, нет никакой материи.
Абсурдно предположение о том, что Вселенная могла возникнуть «из ничего» . По мнению автора, ВСЕЛЕННАЯ СУЩЕСТВУЕТ ВЕЧНО!
Она представляет собой бесконечную космическую систему, в которой происходят локальные взрывные процессы, одним из которых является Большой взрыв, приведший к образованию нашей Метагалактики. В теории Большого взрыва Метагалактика необоснованно отождествляется со всей Вселенной. Соответственно, модели Фридмана, в основе которых лежат представления о динамично развивающемся мире, применимы по отношению к отдельным метагалактикам, но не ко всей Вселенной.
Как единое целое бесконечная Вселенная является стационарной системой: она не подвержена каким-либо глобальным изменениям, не может увеличиться и уменьшиться. Очевидно, что стационарная (не возникавшая) Вселенная не могла быть в сингулярном состоянии. Также очевидно, что сингулярное состояние должно предшествовать процессу образования обособленных метагалактик. В предыдущей работе высказано предположение том, что первичная сингулярность возникает в виде случайных скоплений (сгущений) космического вещества. В результате сближения двух или одновременно нескольких частиц образуется небольшая гравитационная яма (пространство деформируется), куда начинают скатываться другие частицы. Постепенно увеличиваясь и уплотняясь, скопление достигает критического размера (плотности) и взрывается, выбрасывая вещество в окружающее пространство. Вероятной причиной взрывов является противодействие сил гравитации и сил отталкивания атомов. Отмечено, что взрывные события представляют собой процессы возникновения и развития нестабильных участков Вселенной, одним из которых является наша Метагалактика. Наблюдаемое «разбегание» галактик вызвано расширением Метагалактики, но не расширением всей Вселенной. Заметим, что галактики, наблюдаемые в нашем регионе, двигаются по направлению от эпицентра Большого взрыва, что указывает на их общее происхождение. Если будут обнаружены галактики, движущиеся в противоположных или пересекающихся направлениях, это может означать, что они возникли в результате других «больших взрывов» .
Бесконечное космическое пространство заполнено в основном атомами водорода. Расчеты показывают, что при массе Метагалактики 6*10(в степени 51) кг в пространстве до взрыва должно находиться примерно 3,5*10(в степени 78) атомов водорода. При плотности 1 атом в кубическом метре, вещество будущей Метагалактики располагалось в объеме сферы радиусом около 0,9*10(в степени 26) метров. Процесс гравитационного сжатия вещества до критической плотности занимает большое время. Так, при скоростях близких к скорости света периферийные атомы воображаемой сферы достигнут основного скопления примерно за 1 млрд лет. Выяснить общие закономерности хаотичных перемещений частиц, приводящие к образованию сингулярных скоплений и последующим взрывам, не представляется возможным.
По современным представлениям время является мерой длительности существования всех объектов, а также основным условием протекания каких-либо процессов. Вместе с тем, определить длительность существования бесконечной (вечной) Вселенной невозможно. Отсутствие количественных данных позволяет предположить, что время, которое по определению должно характеризовать стабильную в целом Вселенную, является воображаемым (несуществующим) понятием. Также как другие воображаемые понятия (уверенность, рассеянность, мнительность и др.), время нельзя увидеть, ощутить и измерить.
На первый взгляд, может показаться, что время, характеризующее процессы возникновения и развития галактических систем, является реальным непосредственно измеряемым параметром. Однако, вопреки традиционным представлениям, показания часов и календаря фиксируют не течение времени, а движение Земли в солнечной системе. Один оборот планеты вокруг собственной оси получил название «день» (включает 24 часа), один оборот вокруг солнца — «год» (включает около 365 дней). В результате применения условных обозначений (годы, дни, часы и т.д.) создается иллюзия существования несуществующего времени. Фактически измеряется не продолжительность действия, а земные обороты. Так, возраст человека ( «время жизни» ) указывает только на то, сколько оборотов вокруг солнца совершила планета с момента его рождения. Приходится согласиться с мнением одного из героев фантастического романа Клиффорда Саймака, по словам которого «время является не чем иным, как продуктом умственной деятельности, оно существует только в сознании людей и за пределами сознания оно лишено каких-либо свойств» .
Другую позицию занимают известные американские ученые, предполагающие:
«Может быть, следует признать тот факт, что время — это одно из тех понятий, определить которые невозможно, и просто сказать, что это есть нечто известное нам: время это то, что отделяет два последовательных события» .
Фактически делается бездоказательная попытка обосновать (подобно невидимому «платью короля» из сказки Андерсена) существование не существующего времени. Такое «обоснование» следует признать не состоятельным: определить время невозможно именно потому, что оно не существует. Время это своеобразная этикетка (вывеска), обозначающая какое-либо действие.
В заключение отметим, что использование показателей воображаемого времени может привести к искаженной интерпретации реальных событий. В частности, понятия прошлое, настоящее или будущее, ошибочно воспринимаемые как моменты времени, обозначают не время, а состояния пространства, меняющегося в процессе эволюционных преобразований. Физическое перемещение по эволюции (так называемое «путешествие по времени» ) невозможно: прошлое пространство уже не существует, а будущее — еще не возникло. источник
Источник