Расширение вселенной: В новой теории расширения Вселенной есть неизвестные «родственники» черных дыр. Что это значит |

Содержание

Физик раскрыл тайну расширения Вселенной

https://ria.ru/20200316/1568664920.html

Физик раскрыл тайну расширения Вселенной

Физик раскрыл тайну расширения Вселенной — РИА Новости, 16.03.2020

Физик раскрыл тайну расширения Вселенной

Профессор Женевского университета (UNIGE) Лукас Ломбрайзер выдвинул гипотезу, объясняющую скорость расширения Вселенной, сообщает портал Phys.org. РИА Новости, 16.03.2020

2020-03-16T13:23

2020-03-16T15:01

наука

космос — риа наука

физика

вселенная

/html/head/meta[@name=’og:title’]/@content

/html/head/meta[@name=’og:description’]/@content

https://cdnn21.img.ria.ru/images/07e4/03/0a/1568382908_0:36:1920:1116_1920x0_80_0_0_9d056c3d10c08e2957774edf13c6c835.jpg

МОСКВА, 16 мар — РИА Новости. Профессор Женевского университета (UNIGE) Лукас Ломбрайзер выдвинул гипотезу, объясняющую скорость расширения Вселенной, сообщает портал Phys.org.Бельгийский физик Жорж Леметр первым предположил, что Вселенная расширяется со времен Большого взрыва, который произошел 13,8 миллиарда лет назад. В 1929 году эту гипотезу подтвердил американский астроном Эдвин Хаббл. Он установил, что каждая галактика отдаляется от нас, причем быстрее всего двигаются самые отдаленные галактики. Из этого ученые сделали вывод, что когда-то все галактики находились в одной точке, которая по времени совпадает только с временем Большого взрыва. После этих исследований появился закон Хаббла-Леметра, позволивший физикам рассчитать параметр скорости расширения Вселенной — постоянную Хаббла. По оптимальной оценке, Вселенная расширяется на 70 километров в секунду быстрее каждые 3,26 миллиона световых лет. Но единого мнения по поводу справедливого значения постоянной нет: существуют два независимых друг от друга метода подсчета. Данные по ним отличаются друг от друга на десять процентов.Ломбрайзер предположил, что Вселенная не однородна, как считалось ранее, а материя внутри галактики распределяется иначе, нежели за ее пределами. Физик считает, что из-за этого сложно подсчитать вариации средней плотности материи в объемах, в тысячу раз больших размеров галактики. Расчеты могут стать достоверными, если представить, что Земля, наша Галактика и тысячи ближайших к нам галактик движутся в «пузыре», где плотность материи значительно ниже известной науке плотности Вселенной, предположил физик.По его гипотезе, диаметр «пузыря» составляет 250 миллионов световых лет, и этого достаточно, чтобы вместить галактику, которая послужила бы точкой отсчета для измерения расстояний. Тогда плотность материи внутри «пузыря» окажется наполовину меньше, чем в остальной Вселенной.Это дает новое значение постоянной Хаббла, которое согласуется с расчетом по одному из основных методов и составляет порядка 74 километров в секунду на один мегапарсек, отмечается в пресс-релизе исследования.

https://ria.ru/20190912/1558585662.html

https://ria.ru/20200311/1568426272.html

РИА Новости

4.7

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

2020

РИА Новости

4. 7

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

Новости

ru-RU

https://ria.ru/docs/about/copyright.html

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/

РИА Новости

4.7

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

1920

1080

true

1920

1440

true

https://cdnn21.img.ria.ru/images/07e4/03/0a/1568382908_192:0:1728:1152_1920x0_80_0_0_4420767cf91866fd21105ffa9c91b08a.jpg

1920

true

РИА Новости

4.7

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

РИА Новости

4.7

internet-group@rian. ru

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

наука, космос — риа наука, физика, вселенная

Наука, Космос — РИА Наука, Физика, Вселенная

МОСКВА, 16 мар — РИА Новости. Профессор Женевского университета (UNIGE) Лукас Ломбрайзер выдвинул гипотезу, объясняющую скорость расширения Вселенной, сообщает портал Phys.org.

Бельгийский физик Жорж Леметр первым предположил, что Вселенная расширяется со времен Большого взрыва, который произошел 13,8 миллиарда лет назад. В 1929 году эту гипотезу подтвердил американский астроном Эдвин Хаббл. Он установил, что каждая галактика отдаляется от нас, причем быстрее всего двигаются самые отдаленные галактики. Из этого ученые сделали вывод, что когда-то все галактики находились в одной точке, которая по времени совпадает только с временем Большого взрыва.

12 сентября 2019, 08:00Наука

Загадки сверхновых. Как происходят самые смертоносные взрывы в космосе

После этих исследований появился закон Хаббла-Леметра, позволивший физикам рассчитать параметр скорости расширения Вселенной — постоянную Хаббла. По оптимальной оценке, Вселенная расширяется на 70 километров в секунду быстрее каждые 3,26 миллиона световых лет. Но единого мнения по поводу справедливого значения постоянной нет: существуют два независимых друг от друга метода подсчета. Данные по ним отличаются друг от друга на десять процентов.

Ломбрайзер предположил, что Вселенная не однородна, как считалось ранее, а материя внутри галактики распределяется иначе, нежели за ее пределами. Физик считает, что из-за этого сложно подсчитать вариации средней плотности материи в объемах, в тысячу раз больших размеров галактики.

Расчеты могут стать достоверными, если представить, что Земля, наша Галактика и тысячи ближайших к нам галактик движутся в «пузыре», где плотность материи значительно ниже известной науке плотности Вселенной, предположил физик.

По его гипотезе, диаметр «пузыря» составляет 250 миллионов световых лет, и этого достаточно, чтобы вместить галактику, которая послужила бы точкой отсчета для измерения расстояний. Тогда плотность материи внутри «пузыря» окажется наполовину меньше, чем в остальной Вселенной.

Это дает новое значение постоянной Хаббла, которое согласуется с расчетом по одному из основных методов и составляет порядка 74 километров в секунду на один мегапарсек, отмечается в пресс-релизе исследования.

11 марта 2020, 12:40Наука

Раскрыта тайна происхождения материи во Вселенной

Ускоренное расширение Вселенной объяснили самовзаимодействием темной материи

Физики с помощью симуляций протестировали альтернативную модель ускоренного расширения Вселенной — отказались от космологической постоянной и постулировали существование сил отталкивания между частицами темной материи, которые действуют на масштабах порядка мегапарсеков и по величине пропорциональны квадрату дисперсии скоростей. Оказалось, что такой подход позволяет воспроизвести поведение Вселенной в общепринятой модели с космологической постоянной. Статья опубликована в The Astrophysical Journal.

Современные астрофизические наблюдения показывают, что Вселенная расширяется ускоренно — то есть удаленные галактики со временем разлетаются все быстрее. Этот факт требует физической интерпретации, ведь гравитация — взаимодействие, которое считается доминирующим на крупных масштабах, — лишь притягивает объекты друг к другу. В стандартной космологической модели ускоренное расширение описывают при помощи космологической постоянной — величины, которая описывает плотность энергии чистого вакуума (темной энергии) в уравнениях Общей теории относительности и обеспечивает отталкивание между далекими объектами.

Такой подход удобен, поскольку позволяет объяснять наблюдения, постулируя в модели всего один числовой параметр, однако у него есть и существенные недостатки. Так, космологическую постоянную приходится подбирать на основе самих же наблюдений и не удается вычислить независимо — например, в рамках квантовых представлений энергия вакуума оказывается на множество порядков выше, или вообще не может быть предсказана.

Это мотивирует ученых придумывать альтернативные модели, которые объясняли бы ускоренное расширение Вселенной, но не привлекали для этого космологической постоянной. Некоторые физики предлагают модифицировать теорию гравитации, другие — предположить, что расширение Вселенной неоднородно, а мы просто оказались в области, которая расширяется быстрее среднего, третьи — отказаться от ускоренного расширения как такового и искать ошибку в измерениях, которые о нем свидетельствуют. Тем не менее модель с космологической постоянной пока остается предпочтительной.

Физики из Института Нильса Бора под руководством Стина Хансена (Steen Hansen) предложили и проанализировали еще одно объяснение ускоренному расширению Вселенной. Авторы предположили, что темная материя, помимо гравитационного притяжения друг к другу и обычным частицам, испытывает еще и силу самоотталкивания, которая проявляется на межгалактических масштабах (порядка мегапарсеков).

Эту силу исследователи положили пропорциональной квадрату дисперсии скоростей частиц в галактиках (что делает ее в некотором смысле похожей на магнитную силу Лоренца между движущимися заряженными частицами) и обратно пропорциональной квадрату расстояния между разлетающимися галактиками (подобно гравитационной или кулоновской силе). Остальные параметры (кроме космологической постоянной, принятой равной нулю) физики позаимствовали из общепринятой модели.

Затем авторы проводили компьютерные симуляции эволюции распределения темной матери в области размером в 96 мегапарсеков, заполненной 2,1×10⁶ частицами массами в 1,6×10⁹ солнечных, между красными смещениями в z=20 и z=0,6 (в стандартной космологии последнее отвечает масштабу, на котором происходит переход от гравитационного замедления к космологическому ускорению). При этом числовой коэффициент, характеризующий величину отталкивания между частицами, исследователи подбирали так, чтобы результаты симуляции наилучшим образом описывались теорией с участием космологической постоянной.

Оказалось, что с помощью альтернативной модели можно воспроизводить прогнозы, которые дает стандартная космология — а значит, вероятно, и объяснять данные наблюдений. При этом, однако, не удается заменить пропорциональность силы квадрату дисперсии скоростей на линейный или кубический закон — оба случая дают существенное расхождение с общепринятой теорией.

Отмечается, что для серьезного сравнения альтернативной теории со стандартной нужно не просто «подгонять» параметры новой модели под старую, а, наоборот, искать и проверять различия в их прогнозах — на текущий момент, по словам авторов, данные крупномасштабных наблюдений практически не отдают предпочтения ни одной из них, и требуются более детальные исследования.

Кроме того, постулирование самоотталкивания темной материи может стать проблемой на меньших масштабах — например, в галактиках или галактических кластерах: если отталкивание будет сильнее гравитационного притяжения, то альтернативная модель не сможет описать существование таких структур.

За последнее время мы рассказывали и о других альтернативных космологических моделях. Так, в 2018 году британский физик предложил заменить темную материю и темную энергию отрицательной массой, а в 2019 ученые установили, что хамелеонная гравитация наравне с ОТО описывает формирование галактик.

Николай Мартыненко

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.

Наша расширяющаяся Вселенная: возраст, история и другие факты

(Изображение предоставлено Гетти)

Вселенная родилась в результате Большого Взрыва как невообразимо горячая и плотная точка. Когда Вселенной было всего 10 ^-34 секунды или около того, то есть возраст одной сотой миллиардной триллионной триллионной доли секунды, она испытала невероятный всплеск расширения, известный как инфляция, при котором само пространство расширялось быстрее скорости света. За этот период Вселенная удвоилась в размерах не менее чем на 90 раз, почти мгновенно переходя от субатомного размера к размеру мяча для гольфа.

Работа, направленная на понимание расширяющейся Вселенной, основана на сочетании теоретической физики и прямых астрономических наблюдений. Однако в некоторых случаях астрономы не смогли увидеть прямых доказательств — например, в случае с гравитационными волнами, связанными с космическим микроволновым фоном, остаточным излучением Большого взрыва. Предварительное объявление об обнаружении этих волн в 2014 году было быстро отозвано после того, как астрономы обнаружили, что обнаруженный сигнал можно объяснить наличием пыли в Млечном Пути.

По данным НАСА, после инфляции рост Вселенной продолжился, но более медленными темпами . По мере расширения пространства Вселенная охлаждалась и формировалась материя. Через секунду после Большого взрыва Вселенная была заполнена нейтронами, протонами, электронами, антиэлектронами, фотонами и нейтрино.

В течение первых трех минут существования Вселенной легкие элементы родились в процессе, известном как нуклеосинтез Большого взрыва. Температуры снижены со 100 нониллионов (10 ³² ) Кельвина до 1 миллиарда (10 ⁹ ) Кельвина, и столкновение протонов и нейтронов привело к образованию дейтерия, изотопа водорода. Большая часть дейтерия объединилась в гелий, а также образовались следовые количества лития.

Представление этого художника о Большом взрыве показывает, как материя формирует галактики. (Изображение предоставлено Getty)

В течение первых 380 000 лет или около того Вселенная была слишком горячей, чтобы излучать свет, по данным Национального центра космических исследований Франции (Centre National d’Etudes Spatiales, или CNES). Тепло творения столкнуло атомы вместе с достаточной силой, чтобы разбить их на плотную плазму, непрозрачную смесь протонов, нейтронов и электронов, которая рассеивала свет, как туман.

Статьи по теме

Примерно через 380 000 лет после Большого взрыва материя достаточно остыла для образования атомов в эпоху рекомбинации, в результате чего, по данным НАСА, образовался прозрачный электрически нейтральный газ . Это вызвало первоначальную вспышку света, созданную во время Большого взрыва, которую сегодня можно обнаружить как космическое микроволновое фоновое излучение. Однако после этого момента Вселенная погрузилась во тьму, так как еще не образовались ни звезды, ни какие-либо другие яркие объекты.

Примерно через 400 миллионов лет после Большого взрыва Вселенная начала выходить из космических темных веков в эпоху реионизации. За это время, длившееся более полумиллиарда лет, сгустков газа разрушилось достаточно, чтобы образовались первые звезды и галактики, чей энергичный ультрафиолетовый свет ионизировал и уничтожил большую часть нейтрального водорода.

Хотя расширение Вселенной постепенно замедлялось по мере того, как материя во Вселенной притягивалась сама к себе под действием гравитации, примерно через 5 или 6 миллиардов лет после Большого взрыва, по данным НАСА , таинственная сила, ныне называемая темной энергией, снова начала ускорять расширение Вселенной, явление, которое продолжается и сегодня.

Через 9 миллиардов лет после Большого взрыва родилась наша Солнечная система.

Большой взрыв

Шаровое скопление NGC 6397 содержит около 400 000 звезд и расположено на расстоянии около 7 200 световых лет в южном созвездии Ара. Его предполагаемый возраст составляет 13,5 миллиардов лет, и он, вероятно, является одним из первых объектов Галактики, образовавшихся после Большого взрыва. (Изображение предоставлено НАСА/Франческо Ферраро/Болонская обсерватория)

Большой взрыв не произошел как взрыв в обычном понимании таких вещей, несмотря на то, что можно сделать вывод из его названия. Согласно НАСА, Вселенная не расширялась в космос, поскольку космоса до Вселенной не существовало . Вместо этого лучше думать о Большом взрыве как об одновременном появлении пространства во всей Вселенной . Вселенная не расширялась ни с одной точки после Большого взрыва — скорее, само пространство растягивалось и уносило с собой материю.

Поскольку Вселенная по своему определению охватывает все пространство и время, какими мы ее знаем, НАСА говорит, что модель Большого Взрыва не может сказать, во что расширяется Вселенная или что привело к Большой взрыв. Хотя существуют модели, которые размышляют над этими вопросами, ни одна из них пока не сделала реалистично проверяемых прогнозов.

В 2014 году ученые из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики объявили, что они обнаружили слабый сигнал в космическом микроволновом фоне, который может быть первым прямым свидетельством гравитационных волн, которые сами считают «дымящимся пистолетом» для Большого взрыва. Выводы вызвали горячие споры, и астрономы вскоре отказались от своих результатов, когда поняли, что пыль в Млечном Пути может объяснить их выводы.

Сколько лет Вселенной?

На этом изображении всего неба показана зарождающаяся Вселенная. Он показывает температурные колебания возрастом 13,7 миллиардов лет. (Изображение предоставлено НАСА)

В настоящее время возраст Вселенной оценивается примерно в 13,8 миллиарда лет, плюс-минус 130 миллионов лет. Для сравнения, Солнечной системе всего около 4,6 миллиарда лет.

Эта оценка получена в результате измерения состава материи и плотности энергии во Вселенной. Это позволило исследователям вычислить, насколько быстро Вселенная расширялась в прошлом. Обладая этими знаниями, они могли бы повернуть время вспять и экстраполировать, когда произошел Большой взрыв (откроется в новой вкладке). Время между тем и сейчас – это возраст Вселенной.

Как он устроен?

Ученые считают, что в самые ранние моменты существования Вселенной в ней не было структуры, о которой можно было бы говорить, а материя и энергия распределялись почти равномерно. По данным НАСА , гравитационное притяжение небольших флуктуаций плотности материи в то время привело к возникновению огромной паутинообразной структуры звезд и пустоты, наблюдаемой сегодня. Плотные области притягивали все больше и больше материи под действием гравитации, и чем массивнее они становились, тем больше материи они могли притягивать под действием гравитации, образуя звезды, галактики и более крупные структуры, известные как скопления, сверхскопления, нити и стены, с «великими стенами». тысяч галактик, длина которых превышает миллиард световых лет. Менее плотные области не росли, превращаясь в область, казалось бы, пустого пространства, называемого пустотами.

Содержимое Вселенной

Нити темной материи, называемые волосками, образуются, когда частицы темной материи проходят через планету. (Изображение предоставлено NASA/JPL-Caltech)

Еще несколько десятилетий назад астрономы считали, что Вселенная почти полностью состоит из обычных атомов или «барионной материи», согласно НАСА . Однако в последнее время появляется все больше свидетельств того, что большинство ингредиентов, составляющих вселенную, имеют форму, которую мы не можем видеть.

Оказывается, атомы составляют всего 4,6 процента Вселенной. Остальные 23 процента состоят из темной материи, которая, вероятно, состоит из одного или нескольких видов субатомных частиц, очень слабо взаимодействующих с обычной материей, а 72 процента состоят из темной энергии, которая, по-видимому, является движущей силой ускоряющегося расширения Земли. Вселенная.

Когда дело доходит до знакомых нам атомов, водород составляет около 75 процентов, а гелий — около 25 процентов, а более тяжелые элементы составляют лишь крошечную часть атомов Вселенной, по данным НАСА (opens in new tab ).

Какой он формы?

Форма Вселенной и то, является ли она конечной или бесконечной в размерах, зависит от борьбы между скоростью ее расширения и гравитационным притяжением. Сила рассматриваемого притяжения частично зависит от плотности материи во Вселенной.

Если плотность вселенной превышает определенное критическое значение, то вселенная «закрыта (открывается в новой вкладке)» и «положительно изогнута», как поверхность сферы. Это означает, что световые лучи, которые изначально параллельны, будут медленно сходиться, в конечном итоге пересекаться и возвращаться обратно в исходную точку, если Вселенная будет существовать достаточно долго. Если это так, согласно НАСА , Вселенная не бесконечна, но не имеет конца, так же как площадь на поверхности сферы не бесконечна, но не имеет ни начала, ни конца, о которых можно было бы говорить. В конце концов Вселенная перестанет расширяться и начнет схлопываться сама по себе, так называемый «Большой толчок».

Если плотность Вселенной меньше этой критической плотности, то геометрия пространства «открыта » и «отрицательно изогнута», как поверхность седла. Если это так, то вселенная не имеет границ и будет расширяться вечно (откроется в новой вкладке).

Если плотность Вселенной в точности равна критической плотности, то согласно НАСА, геометрия Вселенной является «плоской» с нулевой кривизной, как лист бумаги . Если это так, то Вселенная не имеет границ и будет расширяться вечно, но скорость расширения будет постепенно приближаться к нулю через бесконечное количество времени. По данным НАСА, недавние измерения показывают, что Вселенная плоская, с погрешностью всего 0,4 процента.

Возможно, Вселенная в целом имеет более сложную форму, хотя кажется, что она обладает другой кривизной. Например, вселенная может иметь форму тора или бублика (откроется в новой вкладке).

Расширяющаяся Вселенная

В 1920-х годах астроном Эдвин Хаббл обнаружил, что Вселенная не статична . Скорее, он расширялся; находка, которая показала, что вселенная, по-видимому, родилась в результате Большого взрыва.

После этого долгое время считалось, что гравитация материи во Вселенной обязательно замедлит расширение Вселенной . Затем, в 1998, наблюдения космического телескопа Хаббл за очень далекими сверхновыми показали, что давным-давно Вселенная расширялась медленнее, чем сегодня. Другими словами, расширение Вселенной не замедлялось из-за гравитации, а необъяснимым образом ускорялось. Название неизвестной силы, движущей силой этого ускоряющегося расширения, — темная энергия, и оно остается одной из величайших загадок в науке.

Дополнительные ресурсы

Хотите исследовать вселенную самостоятельно? Вы можете виртуально путешествовать по звездам и галактикам Млечного Пути, используя карту неба NASA Hubble Skymap (откроется в новой вкладке). Кроме того, вы можете прочитать 10 диких теорий о Вселенной (открывается в новой вкладке) в этой статье Live Science.

Библиография

«Первые звезды во Вселенной». Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества: письма, том 373, выпуск 1 (2006 г.). https://academic.oup.com/mnrasl/article/373/1/L98/989035?login=true (открывается в новой вкладке)

«Молекулярная вселенная». Обзоры современной физики (2013). https://journals.aps.org/rmp/abstract/10.1103/RevModPhys.85.1021 (открывается в новой вкладке)

«Закон Хаббла и расширяющаяся Вселенная». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки (2015 г.). https://www.pnas.org/content/112/11/3173.short (открывается в новой вкладке)

Присоединяйтесь к нашим космическим форумам, чтобы продолжать обсуждать последние миссии, ночное небо и многое другое! А если у вас есть новость, исправление или комментарий, сообщите нам об этом по адресу: [email protected].

Айлса — штатный автор журнала How It Works, где она пишет о науке, технологиях, космосе, истории и окружающей среде. Проживая в Великобритании, она окончила Стерлингский университет со степенью бакалавра журналистики (с отличием). Ранее Айлса писала для журнала Cardiff Times, Psychology Now и многочисленных научных журналов.