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
Предстоит ли Вселенной вечное расширение?
Атеизм торжественно провозглашает материю несотворимой и неуничтожимой. На этом основании некоторые атеисты полагают, что плотность расширяющейся Вселенной непрерывно убывает и Вселенной предстоит якобы неограниченное расширение, см. например. Здесь делается явная попытка возродить на новой научной базе старую атеистическую басню о «вечности» Вселенной.
Но при этом атеисту приходится «забывать» не только диалектический закон перехода количества в качество, но и то, с чего он начал. А начал он с того, что Вселенная стала расширяться из «точки», которая якобы обладала «бесконечной или чрезвычайно большой плотностью», во много раз превышавшей критическую.
Как же при такой большой плотности могла расширяться новорожденная Вселенная? Если бы материя была несотворимой, то плотность первобытной Вселенной была бы во много раз больше критической плотности. Например, когда радиус Вселенной был равен 10^(-13) см (ее плотность р = 2,63·10^90 кг/см^3 ) превышала бы критическую (рcr = 6·10^(-31) кг/см^3 ) в 4,3·10^120 раз.
А если бы плотность новорожденной Вселенной была во много раз больше критической, то она никогда не стала бы расширяться. Более того, она исчезла бы в черной космической дыре сразу же после своего рождения. Однако факт налицо: Вселенная родилась и начала расширяться от точки. Следовательно, плотность новорожденной Вселенной никогда не была выше критической.
А если плотность новорожденной Вселенной не была столь большой, то это недвусмысленно означает, что материя создавалась из ничего в процессе расширения Вселенной. А если материя сотворима, то расширение Вселенной не обязано сопровождаться уменьшением ее плотности.
Если плотность расширяющейся Вселенной не будет уменьшаться непрерывно и беспредельно, то никакого вечного расширения Вселенной не будет. Атеизм утверждает, что с расширением Вселенной ее средняя плотность непрерывно уменьшается и по этой причине ей предстоит якобы вечное расширение. Однако мы знаем, что расширение физического тела зависит не только от условий (18)
не только от плотности или радиуса, но и от многих других факторов. Ведь не расширяется же Земля по той причине, что критическая плотность в 364 · 10^24 раз превышает ее действительную плотность. Если бы атеизм был прав, то наша Земля расширялась бы сейчас с колоссальной скоростью. Не только Земля, но и мы сами, наши тела, ядра всех атомов, Солнце, все звезды и вся материя в целом (кроме черных дыр) находились бы в состоянии вечного расширения.
Однако в объективной действительности этого вовсе не происходит. Так атеизм окончательно запутался в своих собственных противоречиях, тщетно ищет выхода, но не находит. Один из ученых атеистов, Роман Подольный, на стр. 80 своей книги «Нечто по имени ничто» пытается выбраться из такого рода атеистических противоречий примерно следующим образом:
«При определенном, сравнительно малом значении средней плотности материи во Вселенной расширение ее должно оказываться бесконечным. Однако значительная часть физиков, работающих в данной области, полагает, что реальная плотность материи в нашем мире больше этой величины и на смену расширению неизбежно придет сжатие — гравитационный коллапс нашей системы мира».
Понятно, что если бы Вселенная расширялась вечно, то она никогда не смогла бы перейти в свою диалектическую противоположность — сжатие. Поэтому атеистическая басня о вечном расширении Вселенной прежде всего в корне противоречит тем самым законам диалектики, на которых держится сам атеизм, а именно закону перехода количества в качество и закону отрицания отрицания.
Сказать, что расширение Вселенной никогда не перейдет в ее сжатие — это все равно что отказаться от законов диалектики. Но тогда «диалектический» материализм перестает быть диалектическим, а «научный» атеизм перестает быть научным. Поэтому более прогрессивным атеистам приходится отказаться от атеистической басни о «вечном» расширении Вселенной.
Один из ученых атеистов, проф. В. С. Барашенков, по этому поводу пишет следующее: «Знаменитый немецкий философ Гегель назвал неограниченно развертывающийся процесс, в котором нет качественных изменений, „дурной бесконечностью“. Едва ли нашему миру уготована такая судьба. В начале был Большой взрыв, в конце — Большое сжатие». Таким образом, можно считать общепризнанным, что никакого вечного расширения Вселенной не будет.
Однако атеизм не может существовать без фантастических понятий, таких как «вечность» и «бесконечность» материи. Поэтому он, отказываясь от старой басни о «вечном» расширении, рассказывает нам новую басню о вечно осциллирующей или вечно пульсирующей Вселенной. Если непрерывные колебания (то есть расширения и сжатия) вселенной повторяются многократно от нуля до критических размеров, то такую вселенную называют осциллирующей.
Если колебания (то есть расширения и сжатия) вселенной протекают с перерывами и повторяются многократно между конечными размерами (большими нуля и меньшими критических размеров), то такую вселенную принято называть пульсирующей. В связи с этим возникает вполне уместный вопрос: возможно ли вечное существование пульсирующей или осциллирующей вселенной?
Если бы Вселенная однажды сжалась до сверхкритической плотности, то ничто ее не спасло бы от неизбежной гибели. Коллапсирующая Вселенная должна исчезнуть до конца, не оставив после себя ничего материального. Так что о дальнейшем ее расширении не может быть и речи. Естественными науками (радиоастрономией и астрофизикой) достоверно установлено, что наша Вселенная не может быть вечно пульсирующей. И. С. Шкловский убедительно показал, что вечная пульсация Вселенной была бы невозможной даже в том случае, если материя была бы несотворимой и неуничтожимой.
Он пишет: «Если пульсации Вселенной в прошлом и имели место, число их можно пересчитать по пальцам одной руки». «Простое повторение циклов по существу исключает развитие Вселенной в целом, что философски совершенно неприемлемо. И уж если Вселенная когда-то „взрывалась“ и стала расширяться, не проще ли считать, что это было один раз».
Атеистическая басня о вечно осциллирующей Вселенной настолько фантастична, что даже самим ученым атеистам приходится возражать против нее следующим образом: «С учетом роста энтропии осциллирующая модель Вселенной не позволяет описать вечное существование Вселенной.
Теория осциллирующей Вселенной не достигает цели, стоящей перед этой теорией, — дать описание вечной Вселенной». Неплохое признание того, как ученому приходится подгонять науку под атеистические догмы. Если единственным средством для существования того или иного ученого является заработная плата, которую он получает от лидеров атеизма, то ему приходится извлекать свои научные выводы из заведомо неверной исходной предпосылки о «несотворимости» материи.
Если ученые атеистического Востока представляют собой внушительную часть всех ученых, занятых данной проблемой, то западным ученым приходится работать с оглядкой: не назовут ли их восточные коллеги, мягко выражаясь, «чудаками» за научно-религиозные выводы? В поисках фантастической модели «вечной» Вселенной, атеизм мечется между теориями стационарной и эволюционной Вселенной, откладывая на них обоих свой отпечаток.
В результате обе теории оказываются закованными в атеистические цепи, вследствие чего заходят в научные тупики. Таким образом, атеизм стал всесильным тормозом для дальнейшего развития естественных наук, таких как физика и астрономия. Освободить науку от каких бы то ни было цепей или предрассудков — вот ближайшая задача каждого ученого.
В связи с этим мы предлагаем вниманию читателя следующую модель эволюционной Вселенной, освобожденную от антирелигиозных цепей и всех атеистических предрассудков. Бесконечно большая плотность нулевой точки коллапсирующей Вселенной является не научным фактом, а всего лишь антинаучной небылицей, которую атеизм выдумал с целью отрицания религии.
Теория и расчеты показывают, что тоталитарный коллапс является настолько всепожирающим, что возможность сохранения или спасения сколь угодно малого количества материи от коллапсирующей Вселенной совершенно исключается. Поэтому гравитационный коллапс и катастрофическое сжатие Вселенной не могут перейти в ее расширение, а начало Вселенной никак не может быть связано с ее концом.
По признанию самих атеистов «во Вселенной в прошлом смена сжатия расширением невозможна, расширение начиналось от сингулярности». Начало нашей Вселенной не может быть также физическим продолжением какой-нибудь другой вселенной. Никаких вечно расширяющихся или вечно пульсирующих вселенных в Материальном Мире нет и не может быть. Физическая вселенная рождается и расширяется от идеального нуля, когда небытие материи в идеальной точке становится неустойчивым.
Источник