Можно ли разгадать тайну расширения Вселенной?
Немногим больше ста лет назад никто на нашей планете не знал, что Вселенная расширяется. Но несмотря на все беды и несчастья, которые ХХ век принес человечеству, именно это столетие ознаменовано научно-техническим прогрессом. За невероятно короткий отрезок времени мы узнали о мире и Вселенной больше, чем когда-либо. Идею о том, что наша Вселенная расширяется на протяжении последних 13,8 миллиардов лет впервые предложил бельгийский физик Жорж Леметр в 1927 году. Два года спустя американскому астроному Эдвину Хабблу удалось подтвердить эту гипотезу. Он установил, что каждая галактика удаляется от нас и чем она дальше, тем быстрее это происходит. Сегодня существует множество способов, с помощью которых ученые могут понять, как быстро наша Вселенная увеличивается в размерах. Вот только цифры, которые исследователи получают в процессе измерения, каждый раз получаются разными. Но почему?
C момента своего рождения наша Вселенная расширяется со все возрастающей скоростью.
Самая большая загадка Вселенной
Как мы знаем сегодня, существует тесная связь между расстоянием до галактики и тем, как быстро она удаляется. Так, скажем, галактика на расстоянии 1 мегапарсек от нашей планеты (один мегапарсек приблизительно равен 3,3 млн световых лет) удаляется со скоростью 70 километров в секунду. А та галактика, что находится несколько дальше, на расстоянии двух мегапарсек, движется в два раза быстрее (140 км/сек).
Интересно и то, что сегодня существует два основных подхода для определения возраста Вселенной или, по-научному, постоянной Хаббла. Разница между этими двумя группами заключается в том, что один набор методов рассматривает относительно близкие объекты во Вселенной, а другой – очень отдаленные. Однако каким бы способом не воспользовались ученые, результаты каждый раз получаются разные. Выходит, либо мы делаем что-то не так, либо где-то далеко во Вселенной происходит нечто абсолютно неведомое.
Исходя из того, что быстрее всего от Земли отдаляются самые далекие галактики, ученые сделали вывод о том, что когда-то все галактики находились в одной точке – по времени это событие совпадает только с Большым взрывом.
В исследовании, недавно опубликованном на сервере препринтов airxiv.org, астрономы, изучая близлежащие галактики, использовали умный метод измерения расширения Вселенной под названием флуктуации поверхностной яркости (surface brightness fluctuations). Это причудливое название, но оно включает в себя идею, которая на самом деле интуитивно понятна.
Хотите всегда быть в курсе последних новостей из мира науки и высоких технологий? Подписывайтесь на наш новостной канал в Telegram чтобы не пропустить ничего интересного!
Представьте, что вы стоите на опушке леса, прямо перед деревом. Так как вы стоите очень близко, вы видите только одно дерево в своем поле зрения. Но стоит отойти немного назад, как перед глазами возникнет больше деревьев. И чем дальше вы будете отходить, тем больше деревьев будете видеть. Примерно то же самое происходит с галактиками, которые ученые наблюдают с помощью телескопов, только гораздо сложнее.
Как узнать скорость расширения Вселенной?
Чтобы получить хорошие статистические данные, астрономы наблюдают за галактиками, расположенными довольно близко к Земле, примерно на расстоянии 300 миллионов световых лет и ближе. Однако наблюдая за галактиками, необходимо учитывать пыль, фоновые галактики и звездные скопления, которые видно на полученных с помощью телескопа изображениях.
Вселенная хитра. Начиная с 1990-х годов астрономы увидели, что очень далекие взрывающиеся звезды всегда были расположены дальше, чем показывали простые измерения. Это привело их к мысли, что сейчас Вселенная расширяется быстрее, чем раньше, что, в свою очередь, привело к открытию темной энергии — таинственной силы, ускоряющей Вселенское расширение.
На сегодняшний день время Большого взрыва, породившего Вселенную, ученые оценивают с помощью компьютерного моделирования.
Как пишут авторы научной работы, когда мы смотрим на очень далекие объекты, мы видим их такими, какими они были в прошлом, когда Вселенная была моложе. Если скорость расширения Вселенной тогда была иной (скажем, 12-13, 8 миллиарда лет назад), чем сейчас (менее миллиарда лет назад), мы можем получить два разных значения для постоянной Хаббла. Или, быть может, разные части Вселенной расширяются с разной скоростью?
Но если скорость расширения изменилась, значит возраст нашей Вселенной совсем не такой, как мы думаем (ученые используют скорость расширения Вселенной, чтобы определить ее возраст). Это, в свою очередь, означает, что у Вселенной другой размер, а значит время, необходимое для того, чтобы что-то произошло, тоже будет другим.
«Если следовать этой цепочке рассуждений, то в конечном итоге окажется, что физические процессы, происходившие в ранней Вселенной, происходили в разное время. Еще, возможно, были задействованы другие процессы, влияющие на скорость расширения. В общем выходит какой-то бардак. Из чего следует, что либо мы недостаточно хорошо понимаем, как ведет себя Вселенная, либо неправильно ее измеряем», – отмечают авторы исследования.
В любом случае постоянная Хаббла является предметом горячих споров в астрономическом сообществе. Так как новое исследование добавило еще больше вопросов, борьба с неопределенностью будет долгой. Когда-нибудь, конечно, наше понимание космоса изменится. Но когда это произойдет, космологам придется искать что-то еще, о чем можно будет поспорить. Что они обязательно сделают.
Источник
Вселенная расширяется в другом измерении?
Вселенная, в которой находимся мы с вами, представляет собой крайне сложный организм, существующий порой по совсем непонятным законам. Как случился Большой взрыв, что было до него и в первые моменты после — это еще предстоит узнать ученым. Но уже сейчас перед исследователями возникла новая проблема, заключающаяся в расширении Вселенной. Почему происходит растяжение пространства и причем тут темная энергия — попробуем разобраться.
Откуда мы знаем о расширении Вселенной?
Расширение Вселенной стало не просто теоретическом термином после наблюдения за сверхновыми звездами в конце 20 века. Особенность этих космических объектов заключается в ярких вспышках, которые быстро угасают. Ученые из США и Австралии выяснили, что эти сверхновые звезды светились в этот раз тусклее обычного. Это могло означать то, что объекты находились дальше, чем должны были.
Такое явление почти наверняка доказывает расширение Вселенной. Был даже введен специальный количественный показатель разрастания пространства — постоянная Хаббла . Проведенные измерения показали, что галактики, находящиеся от нас на расстоянии 1 млрд. световых лет, отдаляются со скоростью 24 000 км/с.
Постоянная Хаббла напрямую зависит от кривизны пространства. Таким образом можно было бы объяснять расширение Вселенной — ведь сумма углов треугольника может быть не 180 градусов. А это означает, что работает сферическая геометрия, например. Однако данное объяснение разрастания пространства противоречит экспериментам по поводу плоской Вселенной. Геометрия все-таки евклидова, по крайней мере, в видимой части космоса.
Темная энергия всему виной
Также постоянная Хаббла зависит от плотности энергии. Была проведена довольно точная оценка «обычного» вещества во Вселенной, из которого состоят планеты, звезды и прочие видимые объекты. Для измерений отлично подошла формула Эйнштейна, связывающая энергию, массу и скорость света. Получив данные, ученные порядком удивились. Оказалось, что масса «обычной» материи и темной материи — это лишь треть всего вещества, существующего во Вселенной.
Что же занимает почти 70% пространства? Учеными был придуман новый термин — темная энергия (будем для простоты иногда называть ее «таинственным нечто»). Именно это, предположительно, расширяет Вселенную, причем делает это с ускорением. Динамическая сущность темной энергии была отчасти подтверждена китайскими учеными, которые проверили измерения барионных акустических колебаний далекой Вселенной. Это флуктуации материи, которая состоит из нейтронов и протонов.
Темная энергия не видна для человека и проявляет себя только при гравитационном взаимодействии с космическими объектами. Вероятно, данное нечто равномерно распределено по Вселенной и не собирается в сгустки из галактик. Другим свойством темной энергии, как уже упоминалось, является возможность расширять Вселенную. Но за счет чего это происходит?
Темная энергия будто бы связана с антигравитацией, которая позволяет увеличивать разрастание. Это фактор принципиально отличает «таинственное нечто» от «обычной» материи, испытывающей притяжение. Темная энергия будто бы расталкивает все вокруг, тем самым, увеличивая размеры Вселенной каждую секунду.
Также темная энергия имеет постоянную плотность. Это свойство было установлено в результате эксперимента, точность данных не абсолютная, разумеется. Несмотря на увеличившееся размеры Вселенной, плотность темной энергии за последние 8 млрд. лет почти не изменилась. Это как ездить на машине с бесконечным бензином, нет ли противоречия с законом сохранения энергии?
Дело в том, что в космосе невозможно ввести понятие полной энергии. Должно же быть взято в расчет и гравитационное поле. В таком случае закон сохранения энергии применять нельзя. К слову, его нарушение кажется очевидным: на темную энергию воздействует пространство, а оно само зависит от «таинственного нечто». Очень уже похоже на барона Мюнхгаузена, который вытащил самого себя из болота.
Четвертое измерение?
Одним из объяснений темной энергии можно считать теорию струн. Согласно ей, весь мир состоит из небольших вибрирующих струноподобных объектов. За более чем 10 лет было предложено сразу несколько моделей. Конечно же, пока они все не были доказаны, к тому же их встретили мощной критикой. Теория струн также считает, что измерений пространства не 3, а больше.
Получается, что темная энергия — это гость из соседнего измерения? Шведские ученые предложили новую модель, которая несколько иначе доказывает расширение Вселенной. Исследователи считают, что весь мир находится на краю огромнейшего пузыря, который увеличивается в другом измерении. Ученые утверждают, что их модель хорошо согласуется с теорией струн. Также они считают, что таких пузырей может быть множество.
Что дальше?
К сожалению, обнаружить темную энергию привычными способами практически невозможно. Предположительная плотность вещества равна значению: 10 в степени -29 грамм/кубический см. Для сравнения лед — это 0.9. Возможно, в будущем удастся подробнее изучить гравитационное влияние темной энергии на «обычную» материю.
Неоднозначность объяснения расширения Вселенной может привести и к другому выводу. Что если темной энергии…вообще нет? Полученные свойства «таинственного нечто» базируются на Общей теории относительности. Но вдруг на таких гигантских масштабах она не работает?
В таком случае придется писать новый свод космических законов, который бы основывался на Общей теории относительности и учитывал гравитационные особенности. Одним из путей решения данной проблемы считается доказательство изменчивости постоянной всемирной тяготения, открытой Ньютоном.
Делитесь этой статьей в своих социальных сетях, а также не забывайте поставить палец вверх, подписаться на наш канал и оставить комментарий, если вам понравилась данная публикация!
Источник
Загадка расширения Вселенной
Немногим больше ста лет назад никто на нашей планете не знал, что Вселенная расширяется. Но несмотря на все беды и несчастья, которые ХХ век принес человечеству, именно это столетие ознаменовано научно-техническим прогрессом. За невероятно короткий отрезок времени мы узнали о мире и Вселенной больше, чем когда-либо.
Идею о том, что наша Вселенная расширяется на протяжении последних 13,8 миллиардов лет впервые предложил бельгийский физик Жорж Леметр в 1927 году. Два года спустя американскому астроному Эдвину Хабблу удалось подтвердить эту гипотезу. Он установил, что каждая галактика удаляется от нас и чем она дальше, тем быстрее это происходит. Сегодня существует множество способов, с помощью которых ученые могут понять, как быстро наша Вселенная увеличивается в размерах. Вот только цифры, которые исследователи получают в процессе измерения, каждый раз получаются разными. Но почему?
Самая большая загадка Вселенной
Как мы знаем сегодня, существует тесная связь между расстоянием до галактики и тем, как быстро она удаляется. Так, скажем, галактика на расстоянии 1 мегапарсек от нашей планеты (один мегапарсек приблизительно равен 3,3 млн световых лет) удаляется со скоростью 70 километров в секунду. А та галактика, что находится несколько дальше, на расстоянии двух мегапарсек, движется в два раза быстрее (140 км/сек).
Интересно и то, что сегодня существует два основных подхода для определения возраста Вселенной или, по-научному, Постоянную Хаббла. Разница между этими двумя группами заключается в том, что один набор методов рассматривает относительно близкие объекты во Вселенной, а другой – очень отдаленные. Однако каким бы способом не воспользовались ученые, результаты каждый раз получаются разные. Выходит, либо мы делаем что-то не так, либо где-то далеко во Вселенной происходит нечто абсолютно неведомое.
Исходя из того, что быстрее всего от Земли отдаляются самые далекие галактики, ученые сделали вывод о том, что когда-то все галактики находились в одной точке – по времени это событие совпадает только с Большым взрывом.
В исследовании, недавно опубликованном на сервере препринтов airxiv.org, астрономы, изучая близлежащие галактики, использовали умный метод измерения расширения Вселенной под названием флуктуации поверхностной яркости (surface brightness fluctuations). Это причудливое название, но оно включает в себя идею, которая на самом деле интуитивно понятна.
Представьте, что вы стоите на опушке леса, прямо перед деревом. Из-за того, что вы стоите очень близко, вы видите только одно дерево в своем поле зрения. Но стоит отойти немного назад, как вы увидите больше деревьев. И чем дальше вы будете отходить, тем больше деревьев возникнет у вас перед глазами. Примерно то же самое происходит с галактиками, которые ученые наблюдают с помощью телескопов, но гораздо сложнее.
Как узнать скорость расширения Вселенной?
Чтобы получить хорошие статистические данные, астрономы наблюдают за галактиками, расположенными довольно близко к Земле, примерно на расстоянии 300 миллионов световых лет и ближе. Однако наблюдая за галактиками, необходимо учитывать пыль, фоновые галактики и звездные скопления, которые видно на полученных с помощью телескопа изображениях.
Вселенная, однако, хитра. Начиная с 1990-х годов астрономы увидели, что очень далекие взрывающиеся звезды всегда были расположены дальше, чем показывали простые измерения. Это привело их к мысли, что сейчас Вселенная расширяется быстрее, чем раньше, что, в свою очередь, привело к открытию темной энергии — таинственной силы, ускоряющей Вселенское расширение.
На сегодняшний день время Большого взрыва, породившего Вселенную, ученые оценивают с помощью компьютерного моделирования.
Как пишут авторы научной работы, когда мы смотрим на очень далекие объекты, мы видим их такими, какими они были в прошлом, когда Вселенная была моложе. Если скорость расширения Вселенной тогда была иной (скажем, 12-13, 8 миллиарда лет назад), чем сейчас (менее миллиарда лет назад), мы можем получить два разных значения для Постоянной Хаббла. Или, быть может, разные части Вселенной расширяются с разной скоростью?
Но если скорость расширения изменилась, значит возраст нашей Вселенной совсем не такой, как мы думаем (ученые используют скорость расширения Вселенной, чтобы проследить ее возраст). Это, в свою очередь, означает, что у Вселенной другой размер, а значит время, необходимое для того, чтобы что-то произошло, тоже будет другим.
Если следовать этой цепочке рассуждений, то в конечном итоге окажется, что физические процессы, происходившие в ранней Вселенной, происходили в разное время. Еще, возможно, были задействованы другие процессы, влияющие на скорость расширения. В общем выходит какой-то бардак. «Из чего следует, что либо мы недостаточно хорошо понимаем, как ведет себя Вселенная, либо неправильно ее измеряем», – отмечают авторы исследования.
В любом случае Постоянная Хаббла является предметом горячих споров в астрономическом сообществе. Новое исследование, однако, добавило еще больше вопросов, так что борьба с неопределенностью будет долгой. Когда-нибудь, конечно, наше понимание космоса изменится. Но когда это произойдет, космологам придется искать что-то еще, о чем можно будет спорить. Что они обязательно сделают.
Источник