Возраст вселенной

Содержание

Содержание

Современное развитие космологии как науки

Лишь в XV веке Николаю Копернику удалось обобщить все существовавшие на тот момент знания. Согласно его теории, в центре нашей Вселенной находится Солнце, вокруг которого постоянно движутся планеты, в том числе и Земля с Луной. В основу своей теории Коперник положил утверждения таких учёных, как Аристарх Самосский, Леонардо да Винчи, Гераклит и Кузо.

Ещё один большой шаг в развитии этой науки был сделан Кеплером. Он создал свои известные три теории, которые в дальнейшем использовал Исаак Ньютон для своих законов динамики. Именно благодаря этим законам люди увидели абсолютно другой подход к движению планет во Вселенной. Таким образом, можно сделать вывод, что космология и физика были очень тесно связаны между собой. Космология кратко дает общие понятия процессов, происходящих в нашей Вселенной.

«Мобильность и ударные возможности»: чем уникален новый российский авиадесантируемый бронеавтомобиль «Тайфун-ВДВ»

Основы креационистской космологии

Космология — это исследование происхождения, эволюции и окончательной судьбы Вселенной. Научная космология использует научный метод, что означает формирование теорий или гипотез, которые делают конкретные прогнозы, которые можно проверить с помощью наблюдений; в зависимости от результатов наблюдений теории будут отвергнуты, пересмотрены или расширены, чтобы учесть данные. Научная модель происхождения и эволюции нашей Вселенной — Большой взрыв . Взрыв не был похож на обычный взрыв, при котором фрагменты бомбы выбрасываются наружу, а скорее был взрывом пространства внутри себя; вся материя и энергия вселенной были сосредоточены в одной точке, и во время взрыва все частицы зародышевой вселенной начали разноситься друг от друга. «Взрыв» произошел приблизительно 13,8 миллиарда лет назад, что, таким образом, является возрастом Вселенной.

Креационизм основан на вере в безошибочность буквального толкования Библии. По словам известного молодого защитника Земли Кена Хэма , президента креационного служения Answers in Genesis , их интерпретация Книги Бытия не может быть подвергнута сомнению, иначе вся Библия будет поставлена ​​под угрозу: «Опровергните или подорвите каким-либо образом библейское учение о происхождении и остальная часть Библии скомпрометирована «. Хэм продолжает: «Бытие — единственная книга, которая описывает происхождение всех основных сущностей жизни и вселенной: происхождение жизни, человека, правительства, брака, культуры, народов, смерти, избранного народа, греха, диеты и одежды, солнечной системы … » Первая глава Бытия описывает Бога, сотворившего мир посредством божественного повеления в течение шести дней:

• День 1: Сотворение света, отделение света от тьмы;
• День 2: Создание небосвода , отделение вод над Землей от вод внизу;
• День 3: Отделение вод под твердью от суши; Земле велено производить растительность;
• День 4: Создание «огней» (Солнца, Луны и звезд) на небосводе;
• День 5: Создание рыб и птиц для заселения моря и неба;
• День 6: Создание животных (затем) создание человечества.

Принятая в настоящее время периодизация

На данный момент самой ранней эпохой считается планковское время. Потому как наиболее ранние теоретические идеи возникли именно в этот период. Согласно имеющимся данным, в этом периоде гравитационное взаимодействие стало самостоятельным. К тому же, оно отделилось от остальных фундаментальных сил. Следующий период обозначается в науке, как появление первых частиц кварков и разделение сил взаимодействия. Так как эпоха обусловлена более поздним промежутком времени, то ученые смогли получить достаточно подробное описание всех происходящих тогда процессов.

По-видимому, последний же отрезок характеризуется созданием небесных тел (звезд), галактики и Солнечной системы в целом. Более того, это время и по сей день считается незавершённым.

Стоит отметить, что одной из одной из важнейших эр для эволюции Вселенной является эра рекомбинации. Именно в это время Вселенная стала прозрачной для излучения, а значит его можно увидеть, например, в виде реликтового фона. Подобный эксперимент стал наглядным подтверждением наличия моделей Вселенной.

Реликтовое излучение

История космологии

Красное смещение

Весто Слайфер открыл, что на фотографических изображениях спектра (спектрограммах) галактик, особенно тех, которые расположены далеко от нашей галактики, много красного цвета. Такое смещение в сторону красного цвета было названо красным смещением.

Красное смещение означает, что галактики двигаются: вращаются и удаляются. Это, в свою очередь, говорит о том, что Вселенная расширяется.

Галактики Вселенной, выявленные телескопами астрономической обсерватории в Чили

Закон Хаббла (или закон красного смещения)

Эдвин Хаббл — американский космолог (1889–1953)

В 1929 году Эдвин Хаббл обнаружил, что есть связь между скоростью, с которой далёкие галактики движутся в противоположную от нашей галактики сторону, и расстоянием до этих галактик.

Он вывел формулу, которая позволяет рассчитать скорость галактики и расстояние до Земли. Это открытие было названо законом Хаббла (также закон красного смещения).

Несмотря на то, что этот закон действует только для далёких галактик, он позволил подтвердить, что Вселенная расширяется. С помощью закона Хаббла можно вычислить момент, когда Вселенная начала расширяться. Это позволило учёным выяснить возраст Вселенной — 13,8 миллиардов лет.

Учёные пришли к выводу, что до образования Вселенной была сингулярность.

Насколько велика Вселенная?

Всякий, кто хоть что-то знает о Вселенной, ответит не задумываясь: «Ужасно велика!» А вот ученые так быстро и определенно ответить не берутся.

Мы привыкли к тому, что у любого объекта есть размер. Иногда его не так легко определить, но он есть. Есть размер у атома, живой клетки, человека, Земли, любой планеты, Солнечной системы. Мы можем заглянуть в справочники и найти все эти цифры. Но, открывая справочник на слове «Вселенная», видим, к удивлению, что ее размер не указан. Это потому, что Вселенная — объект, который не укладывается в обычные житейские представления. Но люди об этом обычно не задумываются. Чаще под влиянием фантастов и околонаучных энтузиастов интереснее поразмышлять об иных мирах и пришельцах из них. А между тем в последние десятилетия ученые наблюдают настоящую революцию в понимании устройства Вселенной. Это гораздо более крупное изменение представлений о строении окружающего нас мира, чем осознание человечеством того, что Земля — это шар.

Еще несколько десятков лет назад Вселенную считали бесконечной. Так думали потому, что нигде не заметно никаких признаков ее границ. Например, в наши дни через телескопы можно рассмотреть объекты, находящиеся на расстоянии 28 млрд световых лет, но границ так и не видно.

Ученые считают, что юная Вселенная была плотным сгустком вещества с высокой температурой и давлением, которое расширялось с момента Большого взрыва до наших дней и продолжает расширяться

Однако эти взгляды пришлось изменить, когда в 1929 году 40-летний американский астроном Эдвин Хаббл открыл, что галактики удаляются друг от друга со скоростью, пропорциональной расстоянию между ними. Из теоретических работ Альберта Эйнштейна и советского физика Александра Фридмана следовало, что Вселенная должна изменяться во времени. Таким образом, открытие Хаббла способствовало перевороту в науке: вместо вечной и неизменной мы получили расширяющуюся, эволюционирующую Вселенную, возникшую миллиарды лет назад.

Новые представления породили новые идеи и исследования. Их результаты привели к модели образования Вселенной в результате Большого взрыва, который произошел, по разным оценкам, от 13 до 17 млрд лет назад. С этого момента начало существовать и отсчитываться время. В результате взрыва образовались частицы, из них — вещество, а из него уже формировались звезды и планеты.

В нынешнем состоянии Вселенная по форме похожа на футбольный мяч, состоящий из 12 пятиугольников, плотно подогнанных друг к другу. Внутри него находятся все известные нам объекты, включая нас самих. Диаметр «мяча» составляет, по разным оценкам, от 60 до 80 млрд световых лет. (Световой год — это расстояние, которое свет проходит за год. Это примерно 10 000 млрд километров.) Считается, что «мяч» еще какое-то время будет расширяться, а потом начнется обратный процесс, так что общий цикл от начала до конца займет около 40 млрд световых лет.

Ученые полагают, что звезды и другие объекты Вселенной продолжают отдаляться друг от друга, двигаясь благодаря силе, которую придал им Большой взрыв

Некоторые модели, с помощью которых описываются процессы возникновения и эволюции Вселенной, предполагают, что вселенные могут возникать при высокоэнергетическом взаимодействии элементарных частиц. В этих моделях макромир и микромир оказываются взаимосвязанными. Из этого следует, что вселенных может быть много.

Конечно, и из-за гигантских отрезков времени, и из-за дистанций это никак не затрагивает нашу жизнь. Но это формирует наши представления об окружающем мире. И восхищает то, что люди на уютной планете Земля за свою короткую по космическим масштабам жизнь и историю своим разумом, страстью и упорством проникают в такие удивительные тайны мироздания. Этим можно гордиться.

Массовые скопления звёзд

Для того чтобы определить, сколько лет Вселенной, учёные исследуют участки космоса с большим скоплением звёзд. Находясь примерно в одной области, тела имеют сходный возраст. Одновременное зарождение звёзд даёт возможность учёным определить возраст скопления.

Используя теорию «эволюции звёзд», строят графики и проводят многолинейные вычисления. Учитываются данные объектов с одинаковым возрастом, но разной массой.

Получилось ли точно определить, сколько лет Вселенной? По расчётам учёных результат оказался неоднозначным — от 6 до 25 миллиардов лет. К сожалению, данный метод имеет большое количество сложностей. Поэтому существует серьезная погрешность.

Примечания[править | править код]

1. БСЭ.Вселенная
2. Определение Вселенной по Сурдину В. Г.
3. Статья «Вселенная» в ФЭ
4. http://slovari.299.ru/word.php?id=4324&sl=oj
5. Результаты исследований NASA (англ.)
6. Lineweaver, Charles; Tamara M. Davis. Misconceptions about the Big Bang. Scientific American (2005). Проверено 8 октября 2008. (англ.)
7. Была найдена самая далекая Галактика (рус.)
8. См. Фасмер М. Этимологический словарь русского языка. Т.1. М., 2004. С.363, написание «въс…» в первом случае и «вьс…» во втором
9. McClure, M. L.; Dyer, C. C. Anisotropy in the Hubble constant as observed in the HST extragalactic distance scale key project results.
10. Schwarz, D. J.; Weinhorst, B. (An)isotropy of the Hubble diagram: comparing hemispheres.
11. Физика космоса.
12. Maiolino, R.; Schneider, R.; Oliva, E.; Bianchi, S.; Ferrara, A.; Mannucci, F.; Pedani, M.; Roca Sogorb, M. A supernova origin for dust in a high-redshift quasar.
13. Гамма всплески на астронете
14. ↑ ABRAHAM LOEB, VOLKER BROMM GRB Cosmology (18 июня 2007).

Размножение маранты делением куста

Уменьшая масштабы

В качестве итога мы ещё больше увеличимся в размерах. Теперь мы можем разместить в кулаке целые войды и стены. Так мы окажемся в довольно небольшом пузыре, из которого невозможно выбраться. Мало того, что расстояние до объектов на краю пузыря будет увеличиваться по мере их приближения, так ещё и сам край будет бесконечно смещаться. В этом и заключается вся суть размера наблюдаемой Вселенной.

Какой бы Вселенная не была большой, для наблюдателя она всегда останется ограниченным пузырём. Наблюдатель всегда будет в центре этого пузыря, фактически он и есть его центр. Пытаясь добраться до какого-либо объекта на краю пузыря, наблюдатель будет смещать его центр. По мере приближения к объекту, этот объект всё дальше будет отходить от края пузыря и в тоже время видоизменяться. К примеру – от бесформенного водородного облачка он превратится в полноценную галактику или дальше галактическое скопление. Ко всему прочему, путь до этого объекта будет увеличиваться по мере приближения к нему, так как будет меняться само окружающее пространство. Добравшись до этого объекта, мы лишь сместим его с края пузыря в центр. На краю Вселенной всё также будет мерцать реликтовое излучение.

Если предположить, что Вселенная и дальше будет расширяться ускоренно, то находясь в центре пузыря и мотая время на миллиарды, триллионы и даже более высокие порядки лет вперёд, мы заметим ещё более интересную картину. Хотя наш пузырь будет также увеличиваться в размерах, его видоизменяющиеся составляющие будут отдаляться от нас ещё быстрее, покидая край этого пузыря, пока каждая частица Вселенной не будет разрозненно блуждать в своём одиноком пузыре без возможности взаимодействовать с другими частицами.

Итак, современная наука не располагает сведениями о том, каковы реальные размеры Вселенной и имеет ли она границы. Но мы точно знаем о том, что наблюдаемая Вселенная имеет видимую и истинную границу, называемую соответственно радиусом Хаббла (13,75 млрд св. лет) и радиусом частиц (45,7 млрд. световых лет). Эти границы полностью зависят от положения наблюдателя в пространстве и расширяются со временем. Если радиус Хаббла расширяется строго со скоростью света, то расширение горизонта частиц носит ускоренный характер. Вопрос о том, будет ли его ускорение горизонта частиц продолжаться дальше и не сменится ли на сжатие, остаётся открытым.

Материалы по теме

Планковские единицы

• Планковский момент – момент окончания квантового хаоса, который выпадает на 10-43 секунду. В этот момент параметры Вселенной равнялись планковским величинам, вроде планковской температуры (около 1032 К). В момент планковской эпохи все четыре фундаментальные взаимодействия (слабое, сильное, электромагнитное и гравитационное) являлись объединенными в некое одно взаимодействие. Рассматривать планковский момент как некоторый продолжительный период – не представляется возможным, так как с параметрами меньше планковских современная физика не работает.
• Стадия инфляции. Следующей стадией истории Вселенной стала инфляционная стадия. В первый момент инфляции от единого суперсимметричного поля (ранее включающего поля фундаментальных взаимодействий) отделилось гравитационное взаимодействие. В этот период вещество обладает отрицательным давлением, что вызывает экспоненциальный рост кинетической энергии Вселенной. Проще говоря, в данный период Вселенная стала очень быстро раздуваться, а ближе концу энергия физических полей переходит в энергию обычных частиц. В конце данной стадии значительно повышается температура вещества и излучения. Вместе с окончанием стадии инфляции выделяется и сильное взаимодействие. Также в этот момент возникает барионная асимметрия Вселенной.
• Стадия радиационного доминирования. Следующая стадия развития Вселенной, которая включает несколько этапов. На этой стадии температура Вселенной начинает понижаться, образуются кварки, затем адроны и лептоны. В эпоху нуклеосинтеза происходит образование начальных химических элементов, синтезируется гелий. Однако, излучение все еще преобладает над веществом.
• Эпоха доминирования вещества. Спустя 10 000 лет энергия вещества постепенно превосходит энергию излучения и происходит их разделения. Вещество начинает доминировать над излучением, возникает реликтовый фон. Также разделение вещества с излучением значительно усилило изначальные неоднородности в распределении вещества, в результате чего начали образовываться галактики и сверхгалактики. Законны Вселенной пришли к тому виду, в котором мы наблюдаем их сегодня.

Вышеописанная картина сложена из нескольких основополагающих теорий и дает общие представление о формировании Вселенной на ранних этапах ее существования.

Эволюция Вселенной

Похожее

• Эксперимент BICEP2 подтверждает важнейшее предсказание теории космической инфляции

  Специализированный телескоп BICEP2, работающий на Южном полюсе и измеряющий поляризацию космического микроволнового излучения, обнаружил реликтовые B-моды поляризации. Их наличие указывает на то, что по ранней Вселенной гуляли сильные гравитационные волны. Они, в свою очередь, могли возникнуть только на стадии инфляции — сверхбыстрого раздувания Вселенной, когда ей было примерно 10^–32 секунды от роду.

• Парадоксы Большого взрыва

  Даже астрономы не всегда правильно понимают расширение Вселенной. Раздувающийся воздушный шар – старая, но хорошая аналогия расширения Вселенной. Галактики, расположенные на поверхности шара, неподвижны, но поскольку Вселенная расширяется, расстояние между ними возрастает, а размеры самих галактик не увеличиваются.

• О начале Вселенной для начинающих
  Как зародилась вселенная и как она расширяется? Том Уитни, физик ЦЕРН, покажет, как космологи и физики, занимающиеся элементарными частицами, ищут ответы на эти вопросы, пытаясь воспроизвести температуру, энергию и события первых секунд после Большого взрыва.

• Что было до большого взрыва? / What Happened Before the Big Bang?
  BBC

  Откуда появилась наша Вселенная? Как это все началось? На протяжении почти ста лет, мы думали, что Большой взрыв был около 14 миллиардов лет назад. Но теперь некоторые ученые считают, что было на самом деле не «начало», наша Вселенная, возможно, была уничтожена «до». Этот фильм унесёт Вас в неизвестность, чтобы изучить головокружительный мир космоса и многочисленных вселенных, и Вы узнаете, что было до Большого взрыва.

• Теория инфляционной Вселенной, или теория Мультивселенной (Мультиверса)
  Линде А. Д.

  Андрей Дмитриевич Линде рассказывает о теории инфляционной Вселенной или теории Мультивселенной (Мультиверса). Термин «Multi-verse», заменяющий слово «Universe», означает, что вместо одной Вселенной — много вселенных сразу в одной.

• Наша Вселенная — лишь один из этапов в череде вселенных
  Наша Вселенная — лишь один из этапов в череде вселенных, регулярно порождаемых Большими взрывами. Этот результат работы ученых, о котором стало известно на днях, хотя и нуждается в серьезной проверке, демонстрирует, что в науке не закончилась эпоха фундаментальных открытий.

• Что было до Большого взрыва?
  Мозговой штурм
  Сегодня мы решили говорить о самой начальной точке, с которой ученые-космологи начинают историю нашей Вселенной. Многие думают, что такой начальной точкой может считаться Большой взрыв — начало расширения вселенной, которое продолжается до настоящего времени. Однако, простая логика подсказывает, что Большой взрыв тоже должен из-за чего-то произойти. А это значит, что какие-то процессы в нашей Вселенной шли и до него. Получается, что историю Вселенной можно начинать вести с какой-то еще более ранней точки. Мы пригласили в студию ученых, которые размышляют над началом всех начал.

• Мир многих миров. Физики в поисках иных вселенных
  Александр Виленкин

  Физик, профессор Университета Тафтса (США) Алекс Виленкин знакомит читателя с последними научными достижениями в сфере космологии и излагает собственную теорию, доказывающую возможность — и, более того, вероятность — существования бесчисленных параллельных вселенных. Выводы из его гипотезы ошеломляют: за границами нашего мира раскинулось множество других миров, похожих на наш или принципиально иных, населенных невообразимыми созданиями или существами, неотличимыми от людей.

• Параллельные вселенные
  Макс Тегмарк
  Статья этой статье Макса Тегмарка выдвигается гипотеза о строении предполагаемой сверхвселенной, теоретически включающей в себя четыре уровня. Однако уже в ближайшее десятилетие у ученых может появиться реальная возможность получить новые данные о свойствах космического простраства и, соответственно, подтвердить или опровергнуть данную гипотезу.

• Одна Вселенная или множество?
  Александр Виленкин

  Как выглядит Вселенная на очень больших расстояниях, в областях, недоступных наблюдению? И есть ли предел тому, как далеко мы можем заглянуть? Наш космический горизонт определяется расстоянием до самых далеких объектов, свет которых успел прийти к нам за 14 миллиардов лет с момента Большого взрыва. Из-за ускоренного расширения Вселенной эти объекты сейчас удалены уже на 40 миллиардов световых лет. От более далеких объектов свет к нам еще не дошел. Так что же находится там, за горизонтом?

Далее >>>

Космологические модели Вселенной кратко

Измерения ископаемого излучения с помощью шара Бумеранга вновь подтверждают гипотезу плоского космоса.

Гипотеза о плоском космосе наилучшим образом согласуется с экспериментальными данными.

Измерения, выполненные WMAP и спутником Планка, подтверждают эту гипотезу.

Итак, Вселенная была бы плоской. Но этот факт ставит человечество перед двумя вопросами. Если она плоская, это означает, что плотность вещества равна критической Ω=1. Но, самая большая, видимая материя во Вселенной составляет только 5 % этой непроницаемости.

Так же, как и при рождении Галактик, необходимо снова обратиться к темной материи.

Квантовая теория гравитации

Краткий обзор различных семейств элементарных и составных частиц, и теории, описывающие их взаимодействия. В поле элементарных частиц слева — фермионы, справа — бозоны. (Изображение интерактивно.)

Несмотря на более чем полувековую историю попыток, гравитация — единственное из фундаментальных взаимодействий, для которого пока ещё не построена общепризнанная непротиворечивая квантовая теория. При низких энергиях, в духе квантовой теории поля, гравитационное взаимодействие можно представить как обмен гравитонами — калибровочными бозонами со спином 2. Однако получающаяся теория неперенормируема, и поэтому считается неудовлетворительной.

В последние десятилетия разработаны несколько перспективных подходов к решению задачи квантования гравитации: теория струн, петлевая квантовая гравитация и прочие.

Теория струн

В ней вместо частиц и фонового пространства-времени выступают струны и их многомерные аналоги — браны. Для многомерных задач браны являются многомерными частицами, но с точки зрения частиц, движущихся внутри этих бран, они являются пространственно-временными структурами. Вариантом теории струн является М-теория.

Петлевая квантовая гравитация

В ней делается попытка сформулировать квантовую теорию поля без привязки к пространственно-временному фону, пространство и время по этой теории состоят из дискретных частей. Эти маленькие квантовые ячейки пространства определённым способом соединены друг с другом, так что на малых масштабах времени и длины они создают пёструю, дискретную структуру пространства, а на больших масштабах плавно переходят в непрерывное гладкое пространство-время. Хотя многие космологические модели могут описать поведение вселенной только от Планковского времени после Большого Взрыва, петлевая квантовая гравитация может описать сам процесс взрыва, и даже заглянуть раньше. Петлевая квантовая гравитация позволяет описать все частицы стандартной модели, не требуя для объяснения их масс введения бозона Хиггса.

Причинная динамическая триангуляция

Причинная динамическая триангуляция — пространственно-временное многообразие в ней строится из элементарных евклидовых симплексов (треугольник, тетраэдр, пентахор) размеров порядка планковских с учётом принципа причинности. Четырёхмерность и псевдоевклидовость пространства-времени в макроскопических масштабах в ней не постулируются, а являются следствием теории.

Самые крупные государства мира по населению

Население Земли в большей мере и степени сконцентрировано на определённых территориях. Ниже приведён перечень держав, количество людей в которых превышает 80 млн (данные по состоянию на 2016 год):

• Китай, Индия (свыше 1 млрд.);
• США (более 300 млн);
• Бразилия, Индонезия, Нигерия, Пакистан (от 200 млн.);
• Россия, Япония, Бангладеш, Мексика, Эфиопия, Филиппины (свыше 100 млн граждан);
• Египет, Вьетнам, Иран, Германия, Конго (более 8 миллионов жителей).

Именно в этих странах сконцентрировано население планеты. В остальных государствах эта отметка не превышает 80 млн человек.

Точный возраст Вселенной

Несмотря на то, что использование космологической модели позволило нам узнать время, с момента Большого взрыва, ученые не перестают уточнять и корректировать полученные данные.

В мае 2009 года был запущен телескоп “Planck”. Аппарат был разработан для длительной работы в космическом пространстве. С его помощью удалось просканировать излучения всевозможных звездных объектов. Первые результаты астрономы получили в 2010 году, а поставить точку в определении точной цифры существования мироздания удалось в 2013 году.

Ученые выяснили, что скорость расширения границ космоса составляет 67,15 км/с. Это говорит о том, что со времени Большого взрыва прошло 13,798 млрд лет.

Источник

Рентгеновские лучи

Tempel 1 в рентгеновском свете от Chandra

В конце марта 1996 года было обнаружено, что кометы излучают рентгеновские лучи . Это удивило исследователей, поскольку рентгеновское излучение обычно связано с телами с очень высокой температурой . Считается, что рентгеновские лучи генерируются взаимодействием комет с солнечным ветром: когда сильно заряженные ионы пролетают через атмосферу кометы, они сталкиваются с атомами и молекулами кометы, «отрывая» один или несколько электронов от кометы. Этот отрыв приводит к испусканию рентгеновских лучей и фотонов далекого ультрафиолета .

Абсолютная вездеходность

Эра дегенерации

Следом идет эра дегенерации (вырождения), которая начнется примерно через 1 квинтиллион лет после Большого Взрыва и продлится до 1 дуодециллиона после него. В этой период во Вселенной будут доминировать все видимые сегодня остатки звезд. На самом деле на космических просторах полно тусклых источников света: белые карлики, коричневые карлики и нейтронные звезды. Эти звезды гораздо холоднее и излучают меньше света. Таким образом, в эпоху дегенерации Вселенная будет лишена света в видимом спектре.

Тусклые остатки когда-то ярких звезд будут преобладать во Вселенной в эру дегенерации

В течение этой эры маленькие коричневые карлики будут удерживать большую часть доступного водорода, а черные дыры будут расти, расти и расти, питаясь остатками звезд. Когда водорода вокруг будет не достаточно, Вселенная со временем станет тусклее и холоднее. Затем протоны, существовавшие с самого начала Вселенной, начнут погибать, растворяя материю. В результате во Вселенной в основном останутся субатомные частицы, излучение Хокинга и черные дыры.

На поверхности гиперсферы

Точно также космический странник, преодолевая Вселенную Эйнштейна на звездолёте, может вернуться обратно на Землю. Только на этот раз странник будет двигаться не по двумерной поверхности сферы, а по трёхмерной поверхности гиперсферы. Это означает, что Вселенная имеет конечный объём, а значит и конечное число звёзд и массу. Однако ни границ, ни какого-либо центра у Вселенной не существует.

Будущее Вселенной

К таким выводам Эйнштейн пришёл, связав в своей знаменитой теории пространство, время и гравитацию. До него эти понятия считались обособленными, отчего и пространство Вселенной было сугубо евклидовым. Эйнштейн доказал, что само тяготение является искривлением пространства-времени. Это в корне меняло ранние представления о природе Вселенной, основанной на классической ньютоновской механике и евклидовой геометрии.

Боевой топор: происхождение и исторические особенности

Легенда

Энергия пустого пространства

В пустом пространстве, в ничто. Звучит, конечно, глупо, но пустое пространство не такое уж и пустое. Вот так выглядит то, что происходит внутри протона: постоянно что-то бурлит, появляются и исчезают различные частицы:

Мы не «видим» их, потому что они возникают на очень непродолжительное время, но при этом они составляют основную часть массы протона. А раз так, то, возможно, они появляются в открытом пространстве и дают какую-то энергию. Может быть, вакуум тоже что-то весит?

Еще когда я учился в университете, было предположение, что энергия вакуума — это единица со 120 нулями, но этого просто не может быть: будь это так, Вселенная была бы другой и нас бы просто не существовало. Мы ждали какого-то математического чуда, которое бы позволило нам сократить это число; предполагали даже, что энергия пустого пространства равна нулю. А затем решили не полагаться на теоретиков: если у пустого пространства есть энергия, ее можно измерить. Но как?

Гравитация в большинстве случаев притягивает объекты друг к другу, но вакуум создает антитяготение. Чтобы рассчитать его, необходимо понять, расширяется ли наша Вселенная с ускорением или с замедлением. Первые попытки определить это сделал Эдвин Хаббл в 1929 году, но сейчас мы знаем, что его расчеты были неверны из-за того, что, в частности, не учитывали эволюцию галактик и связанные с ней изменения светимости. Так что нам нужны были какие-то другие объекты с известной яркостью.

Это изображение галактики, расположенной в 7 млн световых лет от нас. В левом нижнем углу виден яркий объект — можно предположить, что в кадр случайно попала звезда из нашей Галактики, но нет: это сверхновая, которая светится как сто миллиардов звезд. Потом она тускнеет, но в первый месяц она светится с яркостью, которая нам известна. Сверхновые появляются в Галактике примерно раз в сто лет. Можно выдать каждому студенту по галактике, и пусть постоянно смотрит на нее — за сто лет как раз напишет диссертацию. Но на самом деле галактик очень много: если соединить пальцы в кружок размером с пятирублевую монету и посмотреть через него на небо, в этом кружочке будут сотни галактик. А значит, в небе постоянно взрываются сверхновые, так что мы легко можем использовать их, чтобы рассчитывать расстояния до отдаленных галактик и скорости, с которыми эти расстояния увеличиваются. Эти расчеты были проведены в 1998 году, и результатом стал вот такой график:

Если бы темпы расширения Вселенной были одинаковыми, то в его нижней части была бы просто прямая линия. Астрономы ожидали, что все сверхновые будут либо на этой линии, либо ниже. Но большая часть таких звезд оказалась выше линии — это могло быть только в том случае, если бы темпы расширения Вселенной увеличивались.

А чтобы Вселенная расширялась, нужно как раз столько энергии, сколько нам не хватало, — те самые 70%. Тогда все сходится. В 2011 году Нобелевскую премию по физике получили ученые, обнаружившие, что

Вероятно, это как-то связано с самой природой пространства и времени и причинами возникновения Вселенной. Но теперь понятно, что ее будущее будет определяться не материей и даже не геометрией, а энергией пустого пространства.