Сколько лет вселенной по расчетам ученых: Какой на самом деле возраст Вселенной и как его определили ученые |

Содержание

Сколько лет вселенной по расчетам ученых. Откуда мы знаем, сколько лет Вселенной? Следуя за белыми карликами

По последним данным, Вселенной примерно 13,75 млрд лет. Но как ученые пришли к этому числу?

Специалисты по космологии могут определить возраст Вселенной, используя два различных метода: изучая самые старые объекты во Вселенной
, и измеряя скорость ее расширения
.

Возрастные ограничения

Вселенная не может быть «моложе» объектов, находящихся внутри нее. Определив возраст старейших звезд, ученые смогут оценить возрастные границы.

Жизненный цикл звезды основан на ее массе. Более массивные звезды горят быстрее, чем их «братья» и «сестры» поменьше. Звезда в 10 раз массивнее Солнца может гореть 20 млн лет, в то время как звезда с массой в половину Солнца проживет 20 млрд лет. Масса также влияет на яркость звезд: чем массивнее звезда, тем она ярче.

Космический телескоп NASA Hubble захватил изображение красного карлика CHXR 73 и его компаньона, как полагают, коричневого карлика. CHXR 73 на треть легче Солнца.

На этом изображении с космического телескопа Hubble представлен Сириус А, самая яркая звезда в нашем ночном небе, вместе со своей слабой и крошечной звездой-компаньоном Сириусом В. Астрономы намеренно передержали изображение Сириуса А, чтобы стал виден Сириус В (крошечная точка слева внизу). Перекрещенные дифракционные лучи и концентрические кольца вокруг Сириуса А, а также небольшое кольцо вокруг Сириуса В были созданы системой обработки изображения телескопа. Две звезды огибают друг друга каждые 50 лет. Сириус А находится в 8,6 световых годах от Земли и является пятой ближайшей известной нам звездной системой.

Плотные скопления звезд, известные как шаровые скопления, имеют сходные характеристики. В древнейших из известных шаровых скоплений есть звезды, которым от 11 до 18 млрд лет. Столь большой диапазон связан с проблемами в выявлении расстояний до скоплений, что сказывается на оценке яркости и, следовательно, массы. Если скопление находится дальше, чем предполагают ученые, то звезды будут ярче и массивные, а значит и моложе.

Неопределенность по-прежнему накладывает ограничения на возраст Вселенной, ей должно быть не менее 11 млрд лет. Она может быть старше, но никак не моложе.

Расширение Вселенной

Вселенная, в которой мы живем, не плоская и не неизменная, она постоянно расширяется. Если скорость расширения станет известна, тогда ученые смогут начать работу в обратном направлении и определить возраст Вселенной. Таким образом, скорость расширения Вселенной, известная как постоянная Хаббла, является ключом.

Ряд факторов определяет значение этой константы. Прежде всего, это тип материи, которая доминирует во Вселенной. Ученые должны определить отношение обычной и темной материи к темной энергии. Плотность также играет роль. Вселенная с низкой плотностью материи старше той, где материи больше.

На этом композитном изображении с космического телескопа Hubble показано призрачное «кольцо» темной материи в скоплении галактик Cl 0024 +17.

Скопление галактик Abell 1689 славится своей способностью преломлять свет, это явление названо гравитационным линзированием. Новые исследования кластера раскрывают тайны о том, как темная энергия формирует Вселенную.

Чтобы определить плотность и состав Вселенной, ученые обратились к ряду миссий, таким Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) и космическому аппарату Planck. Измерив тепловое излучение, оставшееся после Большого взрыва, миссии подобные этим способны определить плотность, состав и скорость расширения Вселенной. Оба проекта, и WMAP, и Planck, зафиксировали остатки излучения, называемые космическим микроволновым фоном, и нанесли их на карту.

В 2012 году WMAP предположил, что возраст Вселенной составляет 13,772 млрд лет с погрешностью в 59 млн лет. А в 2013 году Planck посчитал, что Вселенной 13,82 млрд лет. Оба результата попадают под минимум в 11 млрд, не зависимо от шаровых скоплений, и у обоих относительно небольшая погрешность.

есть уникальная связь между возрастом Вселенной и ее расширением в процессе творения ее истории.

Другими словами, если бы мы могли измерить расширение Вселенной сегодня и то, как она расширилась за всю свою историю, мы бы точно узнали, какие различные компоненты ее составляют. Мы узнали это из ряда наблюдений, включая:

Прямые измерения яркости и расстояния до объектов во Вселенной вроде звезд, галактик и сверхновых, которые позволили нам выстроить линейку космических расстояний.
Измерения крупномасштабной структуры, кластеризации галактик и барионных акустических колебаний.
Колебания в микроволновом космическом фоне, такой себе «снимок» Вселенной, когда ей было всего 380 000 лет.

Вы собираете все это воедино и получаете Вселенную, которая сегодня состоит на 68% из темной энергии, на 27% из темной материи, на 4,9% из обычной материи, на 0,1% из нейтрино, на 0,01% из излучения, ну и всякого «по мелочи».

Затем вы смотрите на расширение Вселенной сегодня и экстраполируете его обратно во времени, собирая воедино историю расширения Вселенной, а значит и ее возраст.

Мы получаем цифру — наиболее точно от Планка, однако дополненную другими источниками вроде измерений сверхновых, ключевого проекта HST и Sloan Digital Sky Survey — возраста Вселенной, 13,81 миллиарда лет, плюс-минус 120 миллионов лет. Мы уверены в возрасте Вселенной с 99,1-процентной вероятностью, и это весьма круто.

У нас есть целый ряд различных наборов данных, которые указывают на такой вывод, но они, на деле, получены с помощью одного метода. Нам просто повезло, что есть согласованная картина, все точки которой указывают в одном направлении, но в действительности невозможно точно назвать возраст Вселенной. Все эти точки предлагают разные вероятности, и где-то на пересечении рождается наше мнение относительно возраста нашего мира.

Если бы Вселенная обладала теми же свойствами, но состояла на 100% из обычной материи (то есть без темной материи или темной энергии), нашей Вселенной было бы всего 10 миллиардов лет. Если бы Вселенная состояла из обычной материи на 5% (без темной материи и темной энергии), а постоянная Хаббла составляла бы 50 км/с/Мпк, а не 70 км/с/Мпк, нашей Вселенной было бы 16 миллиардов лет. С комбинацией всего этого, мы почти наверняка можем сказать, что возраст Вселенной — 13,81 миллиарда лет. Выяснить эту цифру — огромный подвиг для науки.

Этот метод выяснения по праву лучший. Он главный, уверенный, наиболее полный и проверен множеством разных улик, указывающих на него. Но есть и другой метод, и он весьма полезен для проверки наших результатов.

Он сводится к тому, что мы знаем, как живут звезды, как они сжигают свое топливо и умирают. В частности, мы знаем, что все звезды, пока живут и прожигают основное топливо (синтезируя гелий из водорода), обладает определенной яркостью и цветом, и остаются при этих специфических показателях конкретный отрезок времени: пока в ядрах не заканчивается топливо.

В этот момент яркие, синие и массивные звезды начинают эволюционировать в гиганты или сверхгиганты.

Глядя на эти точки в скоплении звезд, которые образовались в одно время, мы можем выяснить — если, конечно, знаем принцип работы звезд — возраст звезд в кластере. Глядя на старые шаровые скопления, мы выясняем, что эти звезды чаще всего пришли к жизни примерно 13,2 миллиарда лет назад. (Впрочем, есть небольшие разбегания в миллиард лет).

Возраст в 12 миллиардов лет довольно распространен, но возраст в 14 миллиардов лет и больше — это что-то странное, хотя был период в 90-х, когда возраст в 14-16 миллиардов лет упоминался довольно часто. (Улучшенное понимание звезд и их эволюции существенно занизили эти цифры).

Итак, у нас есть два метода — космической истории и измерения локальных звезд, — которые указывают на то, что возраст нашей Вселенной — 13-14 миллиардов лет. Никого не удивит, если возраст уточнится до 13,6 или даже до 14 миллиардов лет, но вряд ли это будет 13 или 15. Если вас будут спрашивать, говорите, что возраст Вселенной 13,8 миллиарда лет, претензий к вам не будет.

Существует масса догадок касательно того, сколько лет Вселенной на данный момент. Со стопроцентной уверенностью на вопрос о её возрасте ответить сейчас невозможно. Да и вряд ли когда-нибудь удастся найти на него точный ответ. Но ученые проводили немало исследований и расчетов, так что сейчас эта тема имеет более-менее четкие очертания.

Определение

Перед тем как начать рассказ о том, сколько лет Вселенной, стоит оговориться: её возраст отсчитывается с того момента, когда она начала расширяться.

Для выяснения этих данных была создана ΛCDM-модель. Учёные утверждают, что она может предсказывать моменты начала различных эпох. Но ещё, сколько лет Вселенной, можно выяснить методом нахождения самых старых объектов, путем вычисления их возраста.

К тому же огромное значение играет периодизация. В наше время выделяют три эпохи, о которых известна определённая информация. Первая — самая ранняя. Её называют планковским временем (10 -43 с после происхождения Большого взрыва). Если верить ученым, то этот период длился до 10 -11 с. Следующая эпоха продолжалась до 10 -2 с. Она характеризуется появлением частиц кварков — это составляющая адронов, то есть элементарных частиц, участвующих в ядерных взаимодействиях.

И последняя эпоха — современная. Она началась через 0,01 секунды после Большого взрыва. И собственно говоря, современная эпоха длится по сию пору.

В целом, если верить современным данным, Вселенной сейчас 13,75 миллиарда лет. Допускается поправка (± 0,11 млрд).

Методы вычисления с учетом холодных звёзд

Существует ещё один способ выяснить, сколько лет Вселенной. И заключается он в мониторинге свечения так называемых белых карликов. Они представляют собой небесные тела очень высокой температуры довольно небольших размеров. Примерно величиной с Землю. Они представляют собой последнюю стадию существования любой звезды. За исключением тех, что отличаются гигантскими размерами. В звезда превращается после того, как всё её термоядерное топливо сжигается. До этого она ещё претерпевает некоторые катаклизмы. Например, на какое-то время становится красным гигантом.

И как можно выяснить, сколько лет Вселенной, при помощи белых карликов? Не сказать, что просто, но у учёных это получается. Карлики сжигают свой водород очень медленно, так что срок их жизни может достигать сотен миллионов лет. И всё это время они светятся благодаря скопившейся энергии. А параллельно остывают. И ученые, вычисляя темпы их охлаждения, определяют то количество времени, что необходимо звезде для снижения температуры от той, которая была изначальной (как правило, она составляет 150 000 К). Чтобы вычислить, сколько лет существует Вселенная, нужно обнаружить самые холодные белые карлики. На текущий момент удалось найти звезды с температурой в 4000 К. Ученые, изучив внимательно все данные с учетом этой информации, уверяют, что наша Вселенная не может быть старше 15 миллиардов лет.

Исследование шарообразных скоплений из звёзд

Стоит обратиться и к этому методу, рассказывая о том, сколько лет Вселенной, по мнению ученых. Данные скопления находятся в периферийной зоне Млечного Пути. И вращаются они около его ядра. А определение даты их формирования помогает выяснить нижнюю границу возраста нашей Вселенной.

Способ технически сложный. Однако в его сути заложена простейшая идея. Ведь все скопления появляются из одного облака. Так что возникают они, можно сказать, в одно время. А в течение определенного времени выжигают водород в некоторых количествах. Чем всё заканчивается? Появлением белого карлика или образованием нейтронной звезды.

Несколько лет тому назад исследования данного рода провели астронавты, использовавшие камеру ACS космического телескопа, известного как «Хаббл». Так по расчетам ученых, сколько лет Вселенной? Астронавты выяснили ответ, и он соответствует официальным данным. Возраст скоплений, которые они исследовали, составил в среднем 12,8 миллиарда лет. Самому «старшему» оказалось 13,4 млрд.

О космических ритмах

Вот, в целом, что удалось выяснить по расчетам ученых. Сколько лет Вселенной — точно знать нельзя, но ещё примерную информацию можно выяснить, обратив внимание на космические ритмы. Их изучение провел зонд Explorer 80 около 15 лет тому назад. Во внимание принимались температурные колебания и Если не вдаваться в подробности, то удалось выяснить, что нашей Вселенной, скорей всего, 13,5-14 миллиардов лет.

А вообще, всё может быть далеко не так, как мы предполагаем. Ведь космос — удивительно огромное и почти непознанное пространство. Но радует то, что его исследование активно продолжается.

Каков возраст нашей Вселенной? Этим вопросом озадачивалось не одно поколение астрономов и продолжат ломать голову ещё много лет, пока не будет разгадана тайна мироздания.

Как известно, уже в 1929 году космологами из Северной Америки было установлено, что Вселенная растет в своих объемах. Или говоря астрономическим языком, имеет постоянное расширение. Автором метрического расширения Вселенной является американец Эдвин Хаббл, который вывел постоянную величину, характеризующую неуклонное увеличение космического пространства.

Так сколько же Вселенной лет? Еще десять лет назад считалось, что её возраст находится в пределах 13,8 миллиардов лет. Эта оценка была получена, исходя из космологической модели, в основе которой лежит постоянная Хаббла. Однако на сегодняшний день получен более точный ответ о возрасте Вселенной, благодаря кропотливой работе сотрудников обсерватории ЕКА (Европейское Космическое Агентство) и передовому телескопу «Planck».

Сканирование космического пространства телескопом «Planck»

Телескоп был запущен в активную работу еще в мае 2009 года для определения максимально точно возможного возраста нашей Вселенной. Функционал телескопа «Planck» был нацелен на длительный сеанс сканирования космического пространства, с целью составить наиболее объективную картину излучения всех возможных звездных объектов, полученных в результате так называемого Большого взрыва.

Длительный процесс сканирования проводился в два этапа. В 2010 году были получены предварительные результаты исследований, а уже в 2013 году подвели окончательный итог исследования космического пространства, который дал ряд весьма любопытных результатов.

Итог исследовательской работы ЕКА

Ученые ЕКА опубликовали интересные материалы, в которых, на основе собранных «оком» телескопа «Planck» данных, удалось уточнить постоянную Хаббла. Оказывается, скорость расширения Вселенной равняется 67,15 километрам в секунду на один парсек. Чтобы было понятнее, один парсек – это космическое расстояние, которое можно преодолеть за 3,2616 наших световых лет. Для большей наглядности и восприятия, можно представить две галактики, которые отталкиваются друг от друга со скоростью около 67 км/с. Цифры по космическим масштабам мизерные, но, тем не менее, это установленный факт.

Благодаря данным, собранным телескопом «Planck», удалось уточнить возраст Вселенной – это 13,798 миллиардов лет.

Изображение полученное на основе данных телескопа Planck

Данная исследовательская работа ЕКА привела к уточнению содержания во Вселенной массовой доли не только «обычной» физической материи, которая равняется 4,9 %, но и темной материи, равной теперь 26,8 %.

Попутно «Planck» выявил и подтвердил существование в далеком космическом пространстве так называемого холодного пятна, обладающего супер низкой температурой, которому пока нет внятных научных объяснений.

Другие способы оценки возраста Вселенной

Кроме космологических методов, узнать сколько Вселенной лет можно, например, по возрасту химических элементов. В этом поможет явление радиоактивного распада.

Ещё одним из способов является оценка возраста звезд. Оценив яркость старейших звезд — белых карликов, группа ученых в 1996 году получила результат: возраст Вселенной не может быть меньше 11,5 миллиардов лет. Это подтверждает данные о возрасте Вселенной, полученные на основе уточненной постоянной Хаббла.

По современным данным, возникла 13-14 миллиардов лет назад в результате Большого взрыва, наша Земля образовалась около 4,5 миллиардов лет назад, а возраст жизни оценивается в 3,8 миллиарда лет. Вместе с тем несколько сотен миллионов лет, остающихся на первичную эволюцию вещества, завершившуюся образованием первых живых организмов, явно недостаточно, тем более что, по некоторым данным, первые следы жизни возникли на нашей планете 4,2 миллиарда лет назад. Следовательно, либо жизнь обладает способностью к стремительному (разумеется, в геологических масштабах) самозарождению, либо Вселенная и наша Земля много старше, чем мы думаем. -2, и поэтому нельзя считать абсолютно бесспорным отсутствие сил отталкивания. В результате космологическая постоянная время от времени привлекается при обсуждении новых фактов, плохо укладывающихся в стандартную теорию Большого взрыва. В нашем же случае существенно, что возможное существование сил отталкивания способно значительно увеличить оценки времени существования Вселенной и, таким образом, вывести биологическую эволюцию из цейтнота.
Сегодня возраст Вселенной
определяют, экстраполируя наблюдаемый разлет , скорость которого определена по красному смещению, в прошлое (см. рисунок): время, необходимое галактикам для того, чтобы соединиться в одной точке, как раз и считается возрастом Вселенной. Но если силы отталкивания существуют, то картина расширения Вселенной будет иной.
В начале этого процесса, когда плотность вещества значительна, силы тяготения тормозят расширение. Затем, с понижением плотности вещества, силы тяготения сравниваются с силами отталкивания, в результате чего расширение задерживается – наступает так называемая квазистатическая фаза, выражаемая на графике горизонтальной прямой, которая может продолжаться 100-200 миллиардов лет. Наконец, рано или поздно равновесие нарушается, верх берут силы отталкивания, и Вселенная начинает расширяться ускоренно.
Таким образом, отличие космологической постоянной от нуля может примирить космологию с биологией: огромная продолжительность квазистатической фазы как раз и позволяет объяснить возможность превращения неживого вещества в живое
. И наоборот: само существование жизни может расцениваться как аргумент в пользу того, что космологическая постоянная не равна нулю и в природе существуют силы отталкивания, столь же фундаментальные, сколь и силы всемирного тяготения.

Сколько лет Вселенной? Как вычисляется её возраст?

Первые гипотезы

В античные времена, люди воспринимали космос, как что-то вечное и незыблемое. Только в 150 году до н.э., было определено, что Вселенной почти 2 млрд лет. Уже в 17 веке, ученый Дж. Лайтфут изучил информацию, изложенную в Библии, и заявил, что начало мироздания выпадает на 3929 год до н.э.

Основоположники современной науки Исаак Ньютон и Иоганн Кеплер, изучив данные о космическом пространстве, сделали вывод что ее появление приходиться на 3993-3988 года до н. э.

Определение срока существования Земли

Активно выяснять возраст Вселенной люди начали во второй половине XVIII века. Француз Жорж-Луи Лекрерк оценил период, требуемый для уменьшения температуры планеты со времени её образования до сегодняшнего параметра (до 168 тысяч лет). Его выводы базировались на физических конструкциях, в которых Земля позиционировалась, как раскалённая шарообразная субстанция.

Ирландский инженер Дж. Пери в 1895 г. провёл собственные расчёты, получил цифру 3 млрд лет, годом позже А. Беккерель вывел определение радиоактивности, ещё через 9 лет учёный из Британии Э. Резерфорд разработал способ оценки давности земных пород, используя систему изотопного распада. Суть идеи состояла в том, чтобы выяснить, какой сегмент изотопа успел распасться, применяя значимые периоды полураспада, в результате вычисляя возраст исследуемого образца. Базовые способы радиоизотопного датирования создал радиохимик из США Б. Боллтвуд. Метод позволил выяснить в 20-х годах прошлого столетия, что многие минеральные объекты существуют не менее 2-х млрд. лет.

Способы определения возраста

Возраст Вселенной по современным оценкам равен 13,8 млрд лет. Существует два надежных способа определения временных рамок появления мироздания. Первый метод основан на изучении свечения белых карликов. Объемные и горячие небесные тела — это конечная фаза жизни всех звезд, которые полностью сожгли свое термоядерное вещество. Белый карлик состоит из углерода и водорода, в составе его тонкой атмосферы наблюдается наличие гелия. Центральный участок звезд нагрет до нескольких миллионов Кельвинов. Его остывание происходит очень медленно, так как он светит за счет накопленной энергии. Изучив скопления белых карликов, астрономы пришли к выводу, что им 12-13 млрд лет.

Еще один способ определения возраста Вселенной — по ее расширению. Для этого, ученые собирают такие данные:

Изменение яркости и расстояния между объектами.
Состав космического пространства. Большую часть составляет темная энергия и материя. В том случае, если бы преобладала простая материя, то возраст мироздания составил не более 10 млрд лет.
Тенденция расширения космического пространства.

Собрав всю информацию, ученые экстраполируют ее обратно во времени и в результате получают ту самую цифру в 13,8 млрд лет.

Сканирование космического пространства телескопом «Planck»

Телескоп Planck

Итог исследовательской работы ЕКА

Благодаря данным, собранным телескопом «Planck», удалось уточнить возраст Вселенной – это 13,798 миллиардов лет.

Изображение полученное на основе данных телескопа Planck

Попутно телескоп «Planck» выявил и подтвердил существование в далеком космическом пространстве так называемого холодного пятна, обладающего супер низкой температурой, которому пока нет внятных научных объяснений.

Другие способы оценки возраста Вселенной

Белые карлики

На финальной стадии жизни большинство звёзд остывают длительное время. Вычислив основные параметры светила, можно рассчитать его первоначальную температуру, интенсивность остывания. На базе этой информации несложно вычислить возраст белого карлика. Известный телескоп «Хаббл» способствовал совершению множества открытий, включая обнаружение самых холодных звёзд в мире.
Они существовали не менее 11-12 млрд лет. Прибавив к этим параметрам, время на образование светил, получили минимальный возраст Вселенной. Предельный показатель связан с отсутствием менее разогретых светил. Если бы мироздание было старше, учёным удалось бы обнаружить соответствующие объекты.

Старые звёздные образования

В этом направлении отмечают несколько важных моментов:

В Млечном Пути насчитывается свыше 160 шарообразных звёздных скоплений, количество светил в которых составляет сотни тысяч штук.
Подобные звезды сопряжены гравитацией, скорее всего, получены из одного газового облака.
Большая часть таких образований сформировалась в одинаковый временной период.
В зависимости от габаритов и особенностей строения, у каждой звезды сложился собственный эволюционный путь (некоторые так и остались на этапе белого карлика).
Выяснив длительность жизни каждого элемента в скоплении, можно с максимальной точностью выяснить возраст Вселенной.

Телескопическая система «Хаббл» помогла астрономам провести анализ 41 шарообразного объекта Млечного Пути. Это позволило выяснить, что все образования Галактики старше 10 млрд лет, самые древние – более 12,7 млрд. С учётом формирования светил, нижний рубеж Вселенной находится в пределах 13 млрд лет.

Измерения по Хабблу

Вопросом мироздания активно занимался учёный из США Э. Хаббл, в честь которого и назвали космический телескоп. Астроном вывел формулу v = HxD, где:

v – скоростное расширение;
D – дистанция от Вселенной до исследователя;
H – постоянная Хаббла, обратно пропорциональная временным показателям.

Об актуальности последнего параметра, определяющего зависимость между дистанцией до точки и скоростью её удаления, высказал предположение бельгийский астроном Ж. Леметр. Его идея основана на том, что мир создавался из одного условного атома, расширяясь со временем (теория Большого Взрыва).

В 1929 году Хаббл точнее рассчитал указанную величину, это даёт право утверждать, что возраст Вселенной напрямую зависит от упомянутой постоянной. Используя модель Галактики, учёные сделали вывод, что для расчётов необходимо параметр, обратно пропорциональный величине Хаббла, умноженный на 2/3. При этом искомый показатель составит порядка 1,2 млрд лет, который приближен к значению, выведенному индуистами в 150-м году до н.э. Только к концу прошлого столетия получили астрономические расчёты, свидетельствующие о возрасте не менее 13 млрд лет.

Было установлено, что причины ошибочной оценки в ложном представлении о расширении Галактики. Две команды учёных-астрономов смогли в 1999 году доказать, что последние 6 миллиардов лет космическое пространство расширяется ускорено, без замедления (как считалось ранее). Современные расчёты позволили вывести возраст Вселенной 13,8 млрд (с погрешностью до 0,037 лет).

Реликтовое излучение

Летом 2001 года NASA запустила космический аппарат WNAP, ориентированный на изучение микроволнового излучения. По результатам исследований была составлена обновлённая карта распределения реликтовых импульсов, разрешение которой в 35 раз больше, чем у предыдущего аналога. После анализа схемы, кроме насыщенной центральной полосы Млечного Пути, становится заметным распределение микроволн за его границами. Видимые неоднородные тела формируют пятнистую, неравномерную конфигурацию. Тщательное исследование указанной структуры позволяет точно определить период, необходимый для её создания. Показатель составляет 13,7 млрд лет (плюс/минус 0,2 млрд.). Выводы дают возможность точно выяснить возраст Галактики, что способствует пониманию мироздания в целом.

Большой Взрыв

Для выяснения возрастных параметров Вселенной необходимо понимать – она расширяется и остывает, с учётом факта, что в прошлом Галактика была плотнее, горячее. В древнейшие времена Вселенная имела меньший объём, а длины фотоновых частиц – были короче. До нынешнего значения последние элементы растянулись за счёт расширения пространства. Энергию и температуру фотона определяет его длина. Чем дальше возвращаться по времени, тем выше будут показатели, пока не достигнут стадии Большого Взрыва.

В соответствии с законами теории относительности, Вселенная типа нашей, обладает:

однородной плотностью, независимо от масштабов;
идентичными свойствами во всех местах;
одинаковыми характеристиками в любых направлениях;
возникновением большого Взрыва одновременно в каждой точке.

Имеется уникальное взаимодействие между возрастом Галактики и её расширением в период эволюции. Если была бы возможность измерить последний показатель, с учётом величины, на которую Вселенная расширилась до настоящего времени, человечество точно бы знало, из каких компонентов формировалось мироздание.

Исследование шарообразных скоплений из звёзд

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.

Расширение Вселенной

Вычисления Планка как бы «происходят» в космосе, но мы с вами находимся на Земле, а значит, наблюдаем меньшие угловые масштабы и наши вычисления просто не могут быть одинаковыми. Со временем, из-за неопределенности в измерениях, разрыв между двумя методами стал непреодолимым. При этом нельзя исключать того, что оба метода в чем-то ошибочны, или, возможно, существует какая-то новая физика, которую ни одна из сторон не поняла.

Каждый раз, когда мы смотрим на звезды – мы видим прошлое

Возможно, существуют небольшие смещения в наборах данных, полученных вследствие изучения реликтового излучения или взрывов сверхновых звезд (или и того и другого), которые не учитываются полностью. Но по мере того, как инструменты и методы наблюдения становятся лучше, понять, нам все труднее понять что происходит на самом деле. Альтернатива заключается в том, что во Вселенной есть нечто фундаментальное, чего мы не понимаем.
Профессор Изобель Хук из Ланкастерского университета, Великобритания.

Существует несколько теорий, которые пытаются объяснить это несоответствие – согласно одной из них, дополнительное раннее расширение во Вселенной делает реликтовое излучение «мерилом» других физических величин. Но и с этими теориями есть проблемы. Авторы исследования признают, что не знают, на чьей находятся стороне, но спор очень увлекательный.

Какой возраст Солнечной системы?

Солнечная система появилась 4,568 миллиарда лет. Ученые определили ее возраст, используя радиоактивный распад изотопов, обнаруженных в метеоритах и породах. Изотопы калия и урана формировались одновременно с Солнечной системой, поэтому ее возраст сопоставим с возрастом комет и пород. Однако из-за того, что большинство пород были разрушены с течением времени, возраст Солнечной системы в настоящее время чаще измеряют с помощью метеоритов. Анализ проводится с использованием методов радиоактивного датирования для определения того, сколько из изотопов в метеоритах распалось. Таким образом, самые старые метеориты имеют возраст 4,568 миллиарда лет. Этот показатель может меняться в будущем, так как ученые говорят, что трудно обнаружить остатки метеоритов, которые не были изменены тектоническими плитами Земли.

Происхождение Солнечной системы

Считается, что Солнечная система сформировалась из-за нарушения в облаке газа и пыли сверхновой звезды, которое вызвало взрыв и волны, сжимающие пыль и облака. Затем облако начало разрушаться, в то время как газ и пыль удерживались вместе гравитационной силой, образуя Солнечную туманность. Впоследствии облако начало вращаться настолько быстро, что его центр стал более плотным и горячим. Кроме того, вокруг облака образовался диск пыли и газа. Центр диска был очень горячим, а его края прохладными. Диск становился все тоньше и тоньше, а частицы склеивались и образовывали скопления. Эти скопления формировали планеты и спутники, которые мы знаем сегодня. Со временем облако стало очень жарким и сформировало Солнце, а также появилась Солнечная система.

Будущее Солнечной системы

Поскольку Солнечная система полагается на Солнце в качестве основного источника энергии, ее будущее также связано с ним. Будучи звездой среднего возраста, ожидается, что Солнце будет гореть в течение следующих 5 миллиардов лет. Однако в конце этого периода солнце будет использовать весь водород, расположенный в его ядре. Ядро начнет сжиматься под действием силы тяжести и в результате столкновения атомов гелия и кислорода. Это приведет к выработке большего количества энергии, чем в настоящее время. Затем Солнце увеличится в 100 раз от его нынешнего размера. Оно поглотит Меркурий и Венеру и изменит цвет от желтого до красного. Что касается Земли, если она не будет поглощена Солнцем, то высокие температуры от звезды выжгут атмосферу. Кроме того, все океаны будут кипеть, и Земля больше не сможет поддерживать какую-либо жизнь.

Источники

https://spaceworlds.ru/vselennaya/vozrast-vselennoj.html
https://CosmosPlanet.ru/kosmos/vozrast-vselennoj.html
https://www.techcult.ru/space/2308-skolko-let-vselennoj
https://FB.ru/article/280946/skolko-let-vselennoy-i-kak-vyichislyaetsya-e-vozrast
https://Hi-News.ru/eto-interesno/chto-uchenym-izvestno-o-vozraste-i-rasshirenii-vselennoj.html
https://NatWorld.info/raznoe-o-prirode/skolko-let-nazad-byla-sformirovana-solnechnaja-sistema

[свернуть]

Возраст мироздания. Сколько лет Вселенной и как вычисляется её возраст

Люди с древних времен интересовались возрастом Вселенной. И хотя у нее нельзя спросить паспорт, чтобы посмотреть дату рождения, современная наука смогла ответить на этот вопрос. Правда, лишь совсем недавно.

Мудрецы Вавилона и Греции считали мироздание вечным и неизменным, а индуистские хронисты в 150 году до н. э. определили, что ему в точности 1 972 949 091 год (кстати, по порядку величины они не сильно ошиблись!). В 1642 году английский теолог Джон Лайтфут путем скрупулезного анализа библейских текстов вычислил, что сотворение мира пришлось на 3929 год до н.э.; спустя несколько лет ирландский епископ Джеймс Ашер передвинул его на 4004 год. Основатели современной науки Иоганн Кеплер и Исаак Ньютон тоже не прошли мимо этой темы. Хотя они апеллировали не только к Библии, но и к астрономии, их результаты оказались похожими на вычисления богословов — 3993 и 3988 годы до н.э. В наше просвещенное время возраст Вселенной определяют иными способами. Чтобы увидеть их в исторической проекции, поначалу взглянем на собственную планету и ее космическое окружение.

Гадание по камням

Со второй половины XVIII века ученые начали оценивать возраст Земли и Солнца на основе физических моделей. Так, в 1787 году французский натуралист Жорж-Луи Леклерк пришел к выводу, что, если бы наша планета при рождении была шаром из расплавленного железа, ей нужно было бы от 75 до 168 тысяч лет, чтобы остыть до нынешней температуры. Через 108 лет ирландский математик и инженер Джон Перри заново просчитал тепловую историю Земли и определил ее возраст в 2–3 млрд лет. В самом начале XX столетия лорд Кельвин пришел к выводу, что если Солнце постепенно сжимается и светит исключительно за счет высвобождения гравитационной энергии, то его возраст (и, следовательно, максимальный возраст Земли и остальных планет) может составить несколько сотен миллионов лет. Но в то время геологи не смогли ни подтвердить, ни опровергнуть эти оценки из-за отсутствия надежных методов геохронологии.

В середине первого десятилетия ХХ века Эрнест Резерфорд и американский химик Бертрам Болтвуд разработали основы радиометрической датировки земных пород, которая показала, что Перри был много ближе к истине. В 1920-х были найдены образцы минералов, чей радиометрический возраст приближался к 2 млрд лет. Позднее геологи не раз повышали эту величину, и к настоящему времени она выросла более чем вдвое — до 4,4 млрд. Дополнительные данные предоставляет исследование «небесных камней» — метеоритов. Почти все радиометрические оценки их возраста укладываются в интервал 4,4–4,6 млрд лет.

Современная гелиосейсмология позволяет непосредственно определить и возраст Солнца, который, по последним данным, составляет 4,56–4,58 млрд лет. Поскольку продолжительность гравитационной конденсации протосолнечного облака исчислялась всего лишь миллионами лет, можно уверенно утверждать, что от начала этого процесса до наших дней прошло не более 4,6 млрд лет. При этом солнечное вещество содержит множество элементов тяжелее гелия, которые образовались в термоядерных топках массивных звезд прежних поколений, выгоревших и взорвавшихся сверхновыми. Это означает, что протяженность существования Вселенной сильно превышает возраст Солнечной системы. Чтобы определить меру этого превышения, нужно выйти сначала в нашу Галактику, а затем и за ее пределы.

Следуя за белыми карликами

Время жизни нашей Галактики можно определять разными способами, но мы ограничимся двумя самыми надежными. Первый метод основан на мониторинге свечения белых карликов. Эти компактные (примерно с Землю величиной) и изначально очень горячие небесные тела представляют собой конечную стадию жизни практически всех звезд за исключением самых массивных. Для превращения в белый карлик звезда должна полностью сжечь все свое термоядерное топливо и претерпеть несколько катаклизмов — например, на какое-то время стать красным гигантом.

Типичный белый карлик почти полностью состоит из ионов углерода и кислорода, погруженных в вырожденный электронный газ, и имеет тонкую атмосферу, в составе которой доминируют водород или гелий. Его поверхностная температура составляет от 8 000 до 40 000 К, в то время как центральная зона нагрета до миллионов и даже десятков миллионов градусов. Согласно теоретическим моделям, могут также рождаться карлики, состоящие преимущественно из кислорода, неона и магния (в которые при определенных условиях превращаются звезды с массой от 8 до 10,5 или даже до 12 солнечных масс), однако их существование еще не доказано. Теория также утверждает, что звезды, как минимум вдвое уступающие Солнцу по массе, заканчивают жизнь в виде гелиевых белых карликов. Такие звезды очень многочисленны, однако они сжигают водород крайне медленно и посему живут многие десятки и сотни миллионов лет. Пока что им просто не хватило времени, чтоб исчерпать водородное горючее (очень немногочисленные гелиевые карлики, обнаруженные к настоящему времени, обитают в двойных системах и возникли совсем другим путем).

Коль скоро белый карлик не может поддерживать реакции термоядерного синтеза, он светит за счет накопленной энергии и потому медленно остывает. Темпы этого охлаждения можно вычислить и на этой основе определить время, потребное для снижения температуры поверхности от первоначальной (для типичного карлика это примерно 150 000 К) до наблюдаемой. Поскольку нас интересует возраст Галактики, следует искать самые долгоживущие, а потому и самые холодные белые карлики. Современные телескопы позволяют обнаружить внутригалактические карлики с температурой поверхности менее 4000 К, светимость которых в 30 000 раз уступает солнечной. Пока они не найдены — либо их нет вообще, либо очень мало. Отсюда следует, что наша Галактика не может быть старше 15 млрд лет, иначе они бы присутствовали в заметных количествах.

Это верхняя граница возраста. А что можно сказать о нижней? Самые холодные из ныне известных белых карликов были зарегистрированы космическим телескопом «Хаббл» в 2002 и 2007 годах. Вычисления показали, что их возраст составляет 11,5–12 млрд лет. К этому еще нужно добавить возраст звезд-предшественниц (от полумиллиарда до миллиарда лет). Отсюда следует, что Млечный Путь никак не моложе 13 млрд лет. Так что окончательная оценка его возраста, полученная на основе наблюдения белых карликов, — примерно 13–15 млрд лет.

Природные часы
Согласно радиометрической датировке, самыми старыми породами на Земле сейчас считаются серые гнейсы побережья Большого Невольничьего озера на северо-западе Канады — их возраст определен в 4,03 млрд. лет. Еще раньше (4,4 млрд. лет назад) кристаллизовались мельчайшие зерна минерала циркона, природного силиката циркония, найденные в гнейсах на западе Австралии. А раз в те времена уже существовала земная кора, наша планета должна быть несколько старше. Что касается метеоритов, наиболее точную информацию дает датировка кальциево-алюминиевых вкраплений в веществе каменноугольных хондритовых метеоритов, которое практически не изменилось после его формирования из газопылевого облака, окружавшего новорожденное Солнце. Радиометрический возраст подобных структур в метеорите Ефремовка, найденном в 1962 году в Павлодарской области Казахстана, составляет 4 млрд. 567 млн лет.

Шаровые свидетельства

Второй метод основан на исследовании шарообразных звездных скоплений, находящихся в периферийной зоне Млечного Пути и обращающихся вокруг его ядра. Они содержат от сотен тысяч до более чем миллиона звезд, связанных взаимным притяжением.

Шаровые скопления имеются практически во всех крупных галактиках, причем их количество порой достигает многих тысяч. Новые звезды там практически не рождаются, зато пожилые светила присутствуют в избытке. В нашей Галактике зарегистрировано около 160 таких шаровых скоплений, и, возможно, будут открыты еще два-три десятка. Механизмы их формирования не вполне ясны, однако, вероятнее всего, многие из них возникли вскоре после рождения самой Галактики. Поэтому датировка формирования древнейших шаровых скоплений позволяет установить и нижнюю границу галактического возраста.

Такая датировка весьма сложна технически, но в основе ее лежит очень простая идея. Все звезды скопления (от сверхмассивных до самых легких) образуются из одного итого же газового облака и потому рождаются практически одновременно. С течением времени они выжигают основные запасы водорода — одни раньше, другие позже. На этой стадии звезда покидает главную последовательность и претерпевает серию превращений, которые завершаются либо полным гравитационным коллапсом (за которым следует формирование нейтронной звезды или черной дыры), либо возникновением белого карлика. Поэтому изучение состава шарового скопления позволяет достаточно точно определить его возраст. Для надежной статистики число изученных скоплений должно составить не менее нескольких десятков.

Такую работу три года назад выполнила команда астрономов, пользовавшихся камерой ACS (Advanvced Camera for Survey
) космического телескопа «Хаббл». Мониторинг 41 шарового скопления нашей Галактики показал, что их средний возраст составляет 12,8 млрд лет. Рекордсменами оказались скопления NGC 6937 и NGC 6752, удаленные от Солнца на 7200 и 13 000 световых лет. Они почти наверняка не моложе 13 млрд лет, причем наиболее вероятное время жизни второго скопления — 13,4 млрд лет (правда, с погрешностью плюс-минус миллиард).

Однако же наша Галактика должна быть постарше своих скоплений. Ее первые сверхмассивные звезды взрывались сверхновыми и выбрасывали в космос ядра многих элементов, в частности, ядра стабильного изотопа бериллия — бериллия-9. Когда начали формироваться шаровые скопления, их новорожденные звезды уже содержали бериллий, причем тем больше, чем позже они возникли. По содержанию бериллия в их атмосферах можно выяснить, насколько скопления моложе Галактики. Как свидетельствуют данные по скоплению NGC 6937, эта разница составляет 200–300 млн лет. Так что без большой натяжки можно сказать, что возраст Млечного Пути превышает 13 млрд лет и, возможно, достигает 13,3–13,4 млрд. Это практически такая же оценка, как и сделанная на основании наблюдения белых карликов, но получена она совершенно иным способом.

Закон Хаббла

Научная постановка вопроса о возрасте Вселенной стала возможной лишь в начале второй четверти прошлого века. В конце 1920-х годов Эдвин Хаббл и его ассистент Милтон Хьюмасон занялись уточнением расстояний до десятков туманностей за пределами Млечного Пути, которые лишь несколькими годами ранее стали считать самостоятельными галактиками.

Эти галактики удаляются от Солнца с радиальными скоростями, которые были измерены по величине красного смещения их спектров. Хотя дистанции до большинства таких галактик удалось определить с большой погрешностью, Хаббл все же выяснил, что они примерно пропорциональны радиальным скоростям, о чем и написал в статье, опубликованной в начале 1929 года. Два года спустя Хаббл и Хьюмасон подтвердили этот вывод на основании результатов наблюдений других галактик — некоторые из них отдалены более чем на 100 млн световых лет.

Эти данные легли в основу прославленной формулы v
= H
0 d
, известной как закон Хаббла. Здесь v
— радиальная скорость галактики по отношению к Земле, d
— расстояние, H
0 — коэффициент пропорциональности, чья размерность, как легко видеть, обратна размерности времени (раньше его называли постоянной Хаббла, что неверно, поскольку в предшествующие эпохи величина H
0 была иной, чем в наше время). Сам Хаббл и еще многие астрономы долгое время отказывались от предположений о физическом смысле этого параметра. Однако Жорж Леметр еще в 1927 году показал, что общая теория относительности позволяет интерпретировать разлет галактик как свидетельство расширения Вселенной. Четырьмя годами позже он имел смелость довести этот вывод до логического конца, выдвинув гипотезу, что Вселенная возникла из практически точечного зародыша, который он, за неимением лучшего термина, назвал атомом. Этот первородный атом мог пребывать в статичном состоянии любое время вплоть до бесконечности, однако его «взрыв» породил расширяющееся пространство, заполненное материей и излучением, которое за конечное время дало начало нынешней Вселенной. Уже в своей первой статье Леметр вывел полный аналог хаббловской формулы и, располагая известными к тому времени данными о скоростях и дистанциях ряда галактик, получил примерно такое же значение коэффициента пропорциональности между дистанциями и скоростями, что и Хаббл. Однако его статья была напечатана на французском языке в малоизвестном бельгийском журнале и поначалу осталась незамеченной. Большинству астрономов она стала известна лишь в 1931 году после публикации ее английского перевода.

Хаббловское время

Из этой работы Леметра и более поздних трудов как самого Хаббла, так и других космологов прямо следовало, что возраст Вселенной (естественно, отсчитанный от начального момента ее расширения) зависит от величины 1/H
0 , которую теперь называют хаббловским временем. Характер этой зависимости определяется конкретной моделью мироздания. Если считать, что мы живем в плоской Вселенной, заполненной гравитирующим веществом и излучением, то для вычисления ее возраста 1/H
0 надо умножить на 2/3.

Тут-то и возникла загвоздка. Из измерений Хаббла и Хьюмасона вытекало, что численная величина 1/H
0 приблизительно равна 1,8 млрд лет. Отсюда следовало, что Вселенная родилась 1,2 млрд лет назад, что явно противоречило даже сильно заниженным в то время оценкам возраста Земли. Из этого затруднения можно было выпутаться, предположив, что галактики разлетаются медленнее, чем считал Хаббл. Со временем это допущение подтвердилось, но проблемы так и не решило. Согласно данным, полученным к концу прошлого века с помощью оптической астрономии, 1/H
0 составляет от 13 до 15 млрд лет. Так что расхождение все же оставалось, поскольку пространство Вселенной как считалось, так и считается плоским, а две трети хаббловского времени сильно меньше даже самых скромных оценок возраста Галактики.

В общем виде это противоречие было устранено в 1998–1999 годах, когда две команды астрономов доказали, что последние 5–6 млрд лет космическое пространство расширяется не с падающей, а возрастающей скоростью. Это ускорение обычно объясняют тем, что в нашей Вселенной растет влияние антигравитационного фактора, так называемой темной энергии, плотность которой не изменяется со временем. Поскольку плотность гравитирующей материи падает по мере расширения Космоса, темная энергия все успешней конкурирует с тяготением. Продолжительность существования Вселенной с антигравитационной компонентой вовсе не обязана быть равной двум третям хаббловского времени. Поэтому открытие ускоряющегося расширения Вселенной (отмеченное в 2011 году Нобелевской премией) позволило устранить расстыковку между космологическими и астрономическими оценками времени ее жизни. Оно также стало прелюдией к разработке нового метода датировки ее рождения.

Космические ритмы

30 июня 2001 года NASA отправило в космос зонд Explorer 80, через два года переименованный в WMAP, Wilkinson Microwave Anisotropy Probe
. Его аппаратура позволила регистрировать температурные флуктуации микроволнового реликтового излучения с угловым разрешением менее трех десятых градуса. Тогда уже было известно, что спектр этого излучения почти полностью совпадает со спектром идеального черного тела, нагретого до 2,725 К, а колебания его температуры при «крупнозернистых» измерениях с угловым разрешением в 10 градусов не превышают 0,000036 К. Однако на «мелкозернистой» шкале зонда WMAP амплитуды таких флуктуаций были в шесть раз больше (около 0,0002 К). Реликтовое излучение оказалось пятнистым, тесно испещренным чуть более и чуть менее нагретыми участками.

Флуктуации реликтового излучения порождены колебаниями плотности электронно-фотонного газа, который некогда заполнял космическое пространство. Она упала почти до нуля приблизительно через 380 000 лет после Большого взрыва, когда практически все свободные электроны соединились с ядрами водорода, гелия и лития и тем самым положили начало нейтральным атомам. Пока этого не произошло, в электронно-фотонном газе распространялись звуковые волны, на которые влияли гравитационные поля частиц темной материи. Эти волны, или, как говорят астрофизики, акустические осцилляции, наложили отпечаток на спектр реликтового излучения. Этот спектр можно расшифровать при помощи теоретического аппарата космологии и магнитной гидродинамики, что дает возможность по-новому оценить возраст Вселенной. Как показывают новейшие вычисления, его наиболее вероятная протяженность составляет 13,72 млрд лет. Она и считается сейчас стандартной оценкой времени жизни Вселенной. Если принять во внимание все возможные неточности, допуски и приближения, можно заключить, что, согласно результатам зонда WMAP, Вселенная существует от 13,5 до 14 млрд лет.

Таким образом, астрономы, оценивая возраст Вселенной тремя различными способами, получили вполне совместимые результаты. Поэтому теперь мы знаем (или, выражаясь осторожней, думаем, что знаем), когда возникло наше мироздание — во всяком случае, с точностью до нескольких сотен миллионов лет. Вероятно, потомки внесут решение этой вековой загадки в перечень самых замечательных достижений астрономии и астрофизики.

По современным данным, возникла 13-14 миллиардов лет назад в результате Большого взрыва, наша Земля образовалась около 4,5 миллиардов лет назад, а возраст жизни оценивается в 3,8 миллиарда лет. Вместе с тем несколько сотен миллионов лет, остающихся на первичную эволюцию вещества, завершившуюся образованием первых живых организмов, явно недостаточно, тем более что, по некоторым данным, первые следы жизни возникли на нашей планете 4,2 миллиарда лет назад. Следовательно, либо жизнь обладает способностью к стремительному (разумеется, в геологических масштабах) самозарождению, либо Вселенная и наша Земля много старше, чем мы думаем. Но как тогда примирить этот вывод с космологией?
Ключом к решению этой проблемы может служить гипотеза, высказанная еще в 1917 году Эйнштейном. Находясь в плену предвзятой идеи о неизменности (и, следовательно, вечности) Вселенной, он ввел в уравнение теории относительности, описывающее поведение мира в целом, член, получивший название космологической постоянной. -2, и поэтому нельзя считать абсолютно бесспорным отсутствие сил отталкивания. В результате космологическая постоянная время от времени привлекается при обсуждении новых фактов, плохо укладывающихся в стандартную теорию Большого взрыва. В нашем же случае существенно, что возможное существование сил отталкивания способно значительно увеличить оценки времени существования Вселенной и, таким образом, вывести биологическую эволюцию из цейтнота.
Сегодня возраст Вселенной
определяют, экстраполируя наблюдаемый разлет , скорость которого определена по красному смещению, в прошлое (см. рисунок): время, необходимое галактикам для того, чтобы соединиться в одной точке, как раз и считается возрастом Вселенной. Но если силы отталкивания существуют, то картина расширения Вселенной будет иной.
В начале этого процесса, когда плотность вещества значительна, силы тяготения тормозят расширение. Затем, с понижением плотности вещества, силы тяготения сравниваются с силами отталкивания, в результате чего расширение задерживается – наступает так называемая квазистатическая фаза, выражаемая на графике горизонтальной прямой, которая может продолжаться 100-200 миллиардов лет. Наконец, рано или поздно равновесие нарушается, верх берут силы отталкивания, и Вселенная начинает расширяться ускоренно.
Таким образом, отличие космологической постоянной от нуля может примирить космологию с биологией: огромная продолжительность квазистатической фазы как раз и позволяет объяснить возможность превращения неживого вещества в живое
. И наоборот: само существование жизни может расцениваться как аргумент в пользу того, что космологическая постоянная не равна нулю и в природе существуют силы отталкивания, столь же фундаментальные, сколь и силы всемирного тяготения.

Люди с древних времен интересовались возрастом Вселенной. И хотя у нее нельзя спросить паспорт,
чтобы посмотреть дату рождения,
современная наука смогла ответить на этот вопрос. Правда,
лишь совсем недавно.

Паспорт Вселенной Астрономы детально изучили раннюю биографию Вселенной. Но относительно ее точного возраста у них были сомнения, которые удалось развеять только в последние пару десятков лет

Астрономы детально изучили раннюю биографию Вселенной. Но относительно ее точного возраста у них были сомнения, которые удалось развеять только в последние пару десятков лет.

Гадание по камням

Со второй половины XVIII века ученые начали оценивать возраст Земли и Солнца на основе физических моделей. Так, в 1787 году французский натуралист Жорж-Луи Леклерк пришел к выводу, что, если бы наша планета при рождении была шаром из расплавленного железа, ей нужно было бы от 75 до 168 тысяч лет, чтобы остыть до нынешней температуры. Через 108 лет ирландский математик и инженер Джон Перри заново просчитал тепловую историю Земли и определил ее возраст в 2−3 млрд лет. В самом начале XX столетия лорд Кельвин пришел к выводу, что если Солнце постепенно сжимается и светит исключительно за счет высвобождения гравитационной энергии, то его возраст (и, следовательно, максимальный возраст Земли и остальных планет) может составить несколько сотен миллионов лет. Но в то время геологи не смогли ни подтвердить, ни опровергнуть эти оценки из-за отсутствия надежных методов геохронологии.

Современная гелиосейсмология позволяет непосредственно определить и возраст Солнца, который, по последним данным, составляет 4,56 — 4,58 млрд лет. Поскольку продолжительность гравитационной конденсации протосолнечного облака исчислялась всего лишь миллионами лет, можно уверенно утверждать, что от начала этого процесса до наших дней прошло не более 4,6 млрд лет. При этом солнечное вещество содержит множество элементов тяжелее гелия, которые образовались в термоядерных топках массивных звезд прежних поколений, выгоревших и взорвавшихся сверхновыми. Это означает, что протяженность существования Вселенной сильно превышает возраст Солнечной системы. Чтобы определить меру этого превышения, нужно выйти сначала в нашу Галактику, а затем и за ее пределы.

Следуя за белыми карликами

Природные часы

Согласно радиометрической датировке, самыми старыми породами на Земле сейчас считаются серые гнейсы побережья Большого Невольничьего озера на северо-западе Канады — их возраст определен в 4,03 миллиарда лет. Еще раньше (4,4 миллиарда лет назад) кристаллизовались мельчайшие зерна минерала циркона, природного силиката циркония, найденные в гнейсах на западе Австралии. А раз в те времена уже существовала земная кора, наша планета должна быть несколько старше.
Что касается метеоритов, наиболее точную информацию дает датировка кальциево-алюминиевых вкраплений в веществе каменноугольных хондритовых метеоритов, которое практически не изменилось после его формирования из газо-пылевого облака, окружавшего новорожденное Солнце. Радиометрический возраст подобных структур в метеорите Ефремовка, найденном в 1962 году в Павлодарской области Казахстана, составляет 4 миллиарда 567 миллионов лет.

Для датирования горных пород используется анализ содержания в них продуктов распада различных радиоактивных изотопов. В зависимости от типа пород и сроков датирования используются различные пары изотопов.

Это верхняя граница возраста. А что можно сказать о нижней? Самые холодные из ныне известных белых карликов были зарегистрированы космическим телескопом «Хаббл» в 2002 и 2007 годах. Вычисления показали, что их возраст составляет 11,5 — 12 млрд лет. К этому еще нужно добавить возраст звезд-предшественниц (от полумиллиарда до миллиарда лет). Отсюда следует, что Млечный Путь никак не моложе 13 млрд лет. Так что окончательная оценка его возраста, полученная на основе наблюдения белых карликов, — примерно 13 — 15 млрд лет.

Шаровые свидетельства

Такую работу три года назад выполнила команда астрономов, пользовавшихся камерой ACS (Advanvced Camera for Survey) космического телескопа «Хаббл». Мониторинг 41 шарового скопления нашей Галактики показал, что их средний возраст составляет 12,8 млрд лет. Рекордсменами оказались скопления NGC 6937 и NGC 6752, удаленные от Солнца на 7200 и 13 000 световых лет. Они почти наверняка не моложе 13 млрд лет, причем наиболее вероятное время жизни второго скопления -13,4 млрд лет (правда, с погрешностью плюс-минус миллиард).

Звезды массы порядка солнечной по мере исчерпания запасов водорода разбухают и переходят в категорию красных карликов, после чего их гелиевое ядро при сжатии разогревается и начинается горение гелия. Через некоторое время звезда сбрасывают оболочку, образуя планетарную туманность, а потом переходит в категорию белых карликов и далее остывает.

Однако же наша Галактика должна быть постарше своих скоплений. Ее первые сверхмассивные звезды взрывались сверхновыми и выбрасывали в космос ядра многих элементов, в частности, ядра стабильного изотопа бериллия-бериллия-9. Когда начали формироваться шаровые скопления, их новорожденные звезды уже содержали бериллий, причем тем больше, чем позже они возникли. По содержанию бериллия в их атмосферах можно выяснить, насколько скопления моложе Галактики. Как свидетельствуют данные по скоплению NGC 6937, эта разница составляет 200 — 300 млн лет. Так что без большой натяжки можно сказать, что возраст Млечного Пути превышает 13 млрд лет и, возможно, достигает 13,3 — 13,4 млрд. Это практически такая же оценка, как и сделанная на основании наблюдения белых карликов, но получена она совершенно иным способом.

Закон Хаббла

Эти данные легли в основу прославленной формулы v=H0d, известной как закон Хаббла. Здесь v — радиальная скорость галактики по отношению к Земле, d — расстояние, H0 — коэффициент пропорциональности, чья размерность, как легко видеть, обратна размерности времени (раньше его называли постоянной Хаббла, что неверно, поскольку в предшествующие эпохи величина H0 была иной, чем в наше время). Сам Хаббл и еще многие астрономы долгое время отказывались от предположений о физическом смысле этого параметра. Однако Жорж Леметр еще в 1927 году показал, что общая теория относительности позволяет интерпретировать разлет галактик как свидетельство расширения Вселенной. Четырьмя годами позже он имел смелость довести этот вывод до логического конца, выдвинув гипотезу, что Вселенная возникла из практически точечного зародыша, который он, за неимением лучшего термина, назвал атомом. Этот первородный атом мог пребывать в статичном состоянии любое время вплоть до бесконечности, однако его «взрыв» породил расширяющееся пространство, заполненное материей и излучением, которое за конечное время дало начало нынешней Вселенной. Уже в своей первой статье Леметр вывел полный аналог хаббловской формулы и, располагая известными к тому времени данными о скоростях и дистанциях ряда галактик, получил примерно такое же значение коэффициента пропорциональности между дистанциями и скоростями, что и Хаббл. Однако его статья была напечатана на французском языке в малоизвестном бельгийском журнале и поначалу осталась незамеченной. Большинству астрономов она стала известна лишь в 1931 году после публикации ее английского перевода.

Эволюция Вселенной определяется начальной скоростью ее расширения, а также воздействием гравитации (в том числе темной материи) и антигравитации (темной энергии). В зависимости от соотношения между этим факторами график размера Вселенной имеет разную форму и в будущем, и в прошлом, что влияет на оценку ее возраста. Текущие наблюдения показывают, что Вселенная расширяется экспоненциально (красный график).

Хаббловское время

Из этой работы Леметра и более поздних трудов как самого Хаббла, так и других космологов прямо следовало, что возраст Вселенной (естественно, отсчитанный от начального момента ее расширения) зависит от величины 1/H0, которую теперь называют хаббловским временем. Характер этой зависимости определяется конкретной моделью мироздания. Если считать, что мы живем в плоской Вселенной, заполненной гравитирующим веществом и излучением, то для вычисления ее возраста 1/H0 надо умножить на 2/3.

Тут-то и возникла загвоздка. Из измерений Хаббла и Хьюмасона вытекало, что численная величина 1/H0 приблизительно равна 1,8 млрд лет. Отсюда следовало, что Вселенная родилась 1,2 млрд лет назад, что явно противоречило даже сильно заниженным в то время оценкам возраста Земли. Из этого затруднения можно было выпутаться, предположив, что галактики разлетаются медленнее, чем считал Хаббл. Со временем это допущение подтвердилось, но проблемы так и не решило. Согласно данным, полученным к концу прошлого века с помощью оптической астрономии, 1/H0 составляет от 13 до 15 млрд лет. Так что расхождение все же оставалось, поскольку пространство Вселенной как считалось, так и считается плоским, а две трети хаббловского времени сильно меньше даже самых скромных оценок возраста Галактики.

Пустой мир

Согласно последним измерениям параметра Хаббла нижняя граница хаббловского времени составляет 13,5 миллиардов лет, а верхняя — 14 миллиардов. Получается, что нынешний возраст Вселенной примерно равен нынешнему хаббловскому времени. Такое равенство должно строго и неизменно соблюдаться для абсолютно пустой Вселенной, где нет ни гравитируюшей материи, ни антигравитирующих полей. Но ведь в нашем мире хватает и того, и другого. Дело в том, что пространство сначала расширялось с замедлением, потом скорость его расширения стала расти, и в нынешнюю эпоху
эти противоположные тенденции почти скомпенсировали друг друга.

В общем виде это противоречие было устранено в 1998 — 1999 годах, когда две команды астрономов доказали, что последние 5 — 6 млрд лет космическое пространство расширяется не с падающей, а возрастающей скоростью. Это ускорение обычно объясняют тем, что в нашей Вселенной растет влияние антигравитационного фактора, так называемой темной энергии, плотность которой не изменяется со временем. Поскольку плотность гравитирующей материи падает по мере расширения Космоса, темная энергия все успешней конкурирует с тяготением. Продолжительность существования Вселенной с антигравитационной компонентой вовсе не обязана быть равной двум третям хаббловского времени. Поэтому открытие ускоряющегося расширения Вселенной (отмеченное в 2011 году Нобелевской премией) позволило устранить расстыковку между космологическими и астрономическими оценками времени ее жизни. Оно также стало прелюдией к разработке нового метода датировки ее рождения.

Космические ритмы

30 июня 2001 года NASA отправило в космос зонд Explorer 80, через два года переименованный в WMAP, Wilkinson Microwave Anisotropy Probe. Его аппаратура позволила регистрировать температурные флуктуации микроволнового реликтового излучения с угловым разрешением менее трех десятых градуса. Тогда уже было известно, что спектр этого излучения почти полностью совпадает со спектром идеального черного тела, нагретого до 2,725 К, а колебания его температуры при «крупнозернистых» измерениях с угловым разрешением в 10 градусов не превышают 0,000036 К. Однако на «мелкозернистой» шкале зонда WMAP амплитуды таких флуктуаций были в шесть раз больше (около 0,0002 К). Реликтовое излучение оказалось пятнистым, тесно испещренным чуть более и чуть менее нагретыми участками.

Флуктуации реликтового излучения порождены колебаниями плотности электронно-фотонного газа, который некогда заполнял космическое пространство. Она упала почти до нуля приблизительно через 380 000 лет после Большого взрыва, когда практически все свободные электроны соединились с ядрами водорода, гелия и лития и тем самым положили начало нейтральным атомам. Пока этого не произошло, в электронно-фотонном газе распространялись звуковые волны, на которые влияли гравитационные поля частиц темной материи. Эти волны, или, как говорят астрофизики, акустические осцилляции, наложили отпечаток на спектр реликтового излучения. Этот спектр можно расшифровать при помощи теоретического аппарата космологии и магнитной гидродинамики, что дает возможность по‑новому оценить возраст Вселенной. Как показывают новейшие вычисления, его наиболее вероятная протяженность составляет 13,72 млрд лет. Она и считается сейчас стандартной оценкой времени жизни Вселенной. Если принять во внимание все возможные неточности, допуски и приближения, можно заключить, что, согласно результатам зонда WMAP, Вселенная существует от 13,5 до 14 млрд лет.

Немаловажную роль в определении возраста Вселенной играет выделение этапов её развития от начала Большого взрыва.

Эволюция Вселенной и этапы её развития

На сегодня принято выделять следующие фазы развития Вселенной:

Планковское время — период от 10 -43 до 10 -11 секунд. В этот короткий промежуток времени, как полагают учёные, гравитационная сила «отделилась» от остальных сил взаимодействия.
Эпоха рождения кварков — от 10 -11 до 10 -2 секунд. В этот период произошло зарождение кварков и разделение известных физических сил взаимодействия.
Современная эпоха — началась через 0,01 секунду после Большого взрыва и длится сейчас. В этот промежуток времени образовались все элементарные частицы, атомы, молекулы, звезды и галактики.

Стоит отметить, что важным периодом в развитии Вселенной считается время, когда она стала прозрачной для излучения — через триста восемьдесят тысяч лет после Большого взрыва.

Методы определения возраста Вселенной

Сколько лет Вселенной? Перед тем как пытаться это выяснить, стоит заметить, что её возраст считается от момента Большого взрыва. На сегодня никто не может утверждать с полной уверенностью, сколько лет назад появилась Вселенная. Если просматривать тенденцию, то со временем учёные приходят к выводу, что её возраст больше, чем считалось ранее.

Последние вычисления учёных показывают, что возраст нашей Вселенной составляет 13,75±0,13 миллиардов лет. По мнению некоторых специалистов, конечная цифра может быть пересмотрена в ближайшее время и скорректирована до пятнадцати миллиардов лет.

Современный способ оценки возраста космического пространства базируется на изучении «древних» звёзд, скоплений и неразвившихся объектов космоса. Технология вычисления возраста Вселенной — сложный и ёмкий процесс. Мы рассмотрим лишь некоторые принципы и способы расчётов.

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.

На основании полученных результатов удается определить возраст скопления. Предварительно вычислив расстояние до группы звёздного скопления, учёные определяют возраст Вселенной.

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.

Древние обитатели космоса

Для того чтобы понять, сколько лет существует Вселенная, учёные ведут наблюдение за белыми карликами в шаровых скоплениях. Они являются следующим эволюционным звеном после красного гиганта.

В процессе перехода от одной стадии к другой вес звезды практически не меняется. Белые карлики не имеют термоядерного синтеза, поэтому излучают свет за счёт накопленного тепла. Если знать зависимость между температурой и временем, получится установить возраст звезды. Возраст наиболее древнего скопления оценивается примерно в 12-13,4 миллиарда лет. Однако данный способ сопряжён со сложностью наблюдения за достаточно слабыми источниками излучения. Необходимы высокочувствительные телескопы и оборудование. Для решения поставленной задачи задействован мощный космический телескоп Хаббл.

Первичный «бульон» Вселенной

Для того чтобы определить, сколько лет Вселенной, учёные наблюдают за объектами, состоящими из первичной субстанции. Они дожили до нашего времени благодаря медленной скорости эволюции. Исследуя химический состав подобных объектов, учёные сравнивают его с данными по термоядерной физике. На основании полученных результатов определяется возраст звезды или скопления. Учёными проведено два независимых исследования. Результат оказался достаточно сходным: по первому — 12,3-18,7 миллиарда лет и по второму — 11,7-16,7.

Расширяющаяся Вселенная и тёмная материя

Существует большое количество моделей определения возраста Вселенной, но результаты весьма спорны. На сегодняшний день есть более точный способ. Он основан на том, что космическое пространство постоянно расширяется с момента Большого взрыва.

Изначально пространство было меньше, с тем же количеством энергии, что и сейчас.

По мнению учёных, со временем фотон «теряет» энергию, а длина волны увеличивается. Основываясь на свойствах фотонов и наличии чёрной материи, провели расчёт возраста нашей Вселенной. Учёным удалось определить возраст космического пространства, он составил 13,75±0,13 миллиардов лет. Этот способ расчёта получил название Lambda-Cold Dark Matter — современная космологическая модель.

Результат может оказаться ошибочным

Однако никто из учёных не утверждает, что этот результат является точным. Эта модель включает в себя множество условных допущений, которые взяты за основу. Однако на данный момент этот способ определения возраста Вселенной считается наиболее точным. В 2013 году удалось определить скорость расширения Вселенной — постоянную Хаббла. Она составила 67,2 километра в секунду.

Используя более точные данные, учёные определили, что возраст Вселенной составляет 13 миллиардов 798 миллионов лет.

Однако мы понимаем, что в процессе определения возраста Вселенной использовались общепринятые модели (сферически плоская форма, наличие холодной тёмной материи, скорость света как максимальная постоянная величина). Если наши предположения об общепринятых константах и моделях в будущем окажутся ошибочными, то это повлечёт за собой пересчёт полученных данных.

ЕГЭ. Русский язык. Тест №6

(1)Никто точно не знает, сколько лет Вселенной. (2)Долгое время ученые считали, что Вселенная образовалась 15-20 млрд лет назад. (3)Такое мнение основывалось на математи-ческих расчетах, в которых использовалась наблюдающаяся в настоящее время скорость расширения Вселенной. (4) данные, полученные с помощью космического телескопа Хаббла, указывают на то, что Вселенная почти в два раза моложе.

1. Укажите предложения, в которых верно передана ГЛАВНАЯ информация, содержащаяся в тексте. Запишите номера этих предложений.

1) Возраст Вселенной невозможно узнать наверняка, чтобы его определить, долгое время использовали данные математических расчетов.
2) Ранее считалось, что возраст Вселенной составляет около 15-20 млрд лет согласно данным математических расчетов, но цифры, полученные с помощью телескопа Хаббла, указывают на то, что Вселенная почти в два раза моложе.
3) Мнения ученых разнятся, одни считают, что Вселенной 15-20 млрд. лет, другие называют меньшую цифру.
4) Узнать, сколько лет Вселенной позволило изобретение космического телескопа Хаббла, ранее возраст пытались определить, измеряя скорость расширения Вселенной.
5) Космический телескоп Хаббла позволил ученым установить, что возраст Вселенной не 15-20 млрд. лет, а почти в два раза меньше, чем считали ученые, когда использовали математические расчеты.

2. Самостоятельно подберите сочинительный союз, который должен стоять на месте пропуска в 4 предложении. Запишите этот союз.

3. Прочитайте фрагмент словарной статьи, в которой приводятся значения слова СКОРОСТЬ. Определите значение, в котором это слово употреблено в 3 предложении текста.

1. Степень быстроты движения кого-, чего-л. или распространения чего-л., а также соверше-ния какого-л. действия, протекания процесса. Развить, увеличить с. Набирать с. Превышать с. Определить с. Достигнуть максимальной скорости. Высокая, предельная с. Сверхзвуковая с. Бешеная с. (разг.). С. полёта. С. бега. С. течения. С. света. С. звука.С. стрельбы. С. резания. С. вычисления. С. вращения.
2. Разг. Большая быстрота движения или осуществления чего-л. Срежем угол для скорости.
3. (с опр.). Ж.-д. Степень быстроты доставки грузов. Отправка грузов малой скоростью. Груз идёт пассажирской скоростью.
4. Техн. Степень тяговой силы автомашины, трактора и т.п., изменяющаяся в зависимости от порядка сцепления шестерён. Включить с. Переключение скоростей. Первая с.
5. Разг. Очень быстро, стремительно. Мчаться на всех скоростях. Со скоростью кого-чего. в зн. нареч. Ползёшь со скоростью черепахи.

4. В одном из слов НЕВЕРНО выделена буква, обозначающая ударный гласный звук. Выпишите это слово.

1) анАлог 2) бАнты 3) сверлИть 4) грУшевый 5) налИла

5. В одном из предложений НЕВЕРНО употреблено выделенное слово. Исправьте лексическую ошибку, подобрав к выделенному слову пароним. Запишите подобранное слово.

1) И не он один испытывал это чувство в те ПАМЯТНЫЕ дни, предшествующие Аустерлиц-

кому сражению.
2) Он помолчал, выражая жестом свою покорность ЖЕСТОКОЙ судьбе.
3) Взволнованный и РАЗДРАЖЕННЫЙ этими мыслями, князь Андрей пошел в свою   комнату, чтобы написать отцу, которому он писал каждый день.
4) Она прошла между мужчинами и   прямо, не глядя ни на кого, но всем улыбаясь и как бы любезно ПРЕДСТАВЛЯЯ   каждому право любоваться красотою своего стана
5) Из-за детской радости, возбужденной пожаром, и азарта УДАЧНОЙ стрельбы   по францу-зам, наши артиллеристы не заметили эту батарею

6. Исправьте лексическую ошибку, исключив лишнее слово. Выпишите это слово.

В дальнейшем развитии сюжета нас ожидает немало неожиданностей и сюрпризов.

7. В одном из слов допущена ошибка в образовании формы слова. Исправьте ошибку и запишите слово правильно.

1) известные ПРОФЕССОРЫ 2) более ДВУХСОТ участников

3) ОБЕИМИ руками 4) более КРАСИВЫЙ 5) не МАШИТЕ руками

8. Установите соответствие между грамматическими ошибками и предложениями.

А) нарушение связи между подлежащим

и сказуемым
Б) ошибка в построении предложения

с однородными членами
В) неправильное построение предложе-

ния с косвенной речью
Г) нарушение в построении предложе-

ния с причастным оборотом
Д) нарушение в построении предложе-

ния с несогласованным приложением

1) Мистер Томпсон спросил, правильно ли я

понял то, что вы сказали.
2) Мы пригласили на этот праздник людей,

интересующимся нашим проектом.
3) Человек должен быть не только добрым и

отзывчивым, а также справедливым и честным,

хоть это и бывает сложно.
4) Присутствующие в зале зрители заметили,

что актер, играющий главную роль, перепутал текст.
5) Многие из тех, кто имели некоторые причины

интересоваться его судьбой, слишком мало могли

узнать о нем за всё это время
6) Читая интересную книгу, возникает непреодо-

лимое желание встретиться с её героями.
7) Согласно подсчетов в этом городе проживает

миллион человек.
8) Недавно в журнале “Андромеде” я прочитал

интереснейшую статью о новом созвездии,

открытом учеными.
9) В романе “Обломов” главным героем

является не только Илья Ильич, но и его

лень.

9. Укажите варианты, в которых пропущена безударная проверяемая гласная корня.

Запишите номера ответов.

1) патри..тический, вык..сить, обм..кнуть 2) ванд..лизм, г..ристый, сож..ление

3) ре..лизм, осл..жнять, б..хрома 4) прим..риться, обог..щаться, изм..рять

5) оч..ровать, утв..рь, прот..реть

10. Укажите варианты, в которых пропущена одна и та же буква. Запишите номера ответов.

1) о..ходить, на..писать, о..растить

2) ра..потрошить, ни..падающий, не..держанный

3) пр..бабушка, от..йти, поз..вчера

4) пр..амбула, пр..мудрый, пр..следовать

5) сверх.. зысканный, двух..мпульсный, супер..гра

11. Укажите варианты, в которых пропущена одна и та же буква. Запишите номера ответов.

1) Плутони..вый, форел..вый 2) Выздоравл..вать, овлад..вать

3) Весел..нький, приколоч..нный 4) Трущ..ба, туш..нка 5) Ключ..к, замоч..к

12. Укажите варианты, в которых пропущена одна и та же буква. Запишите номера ответов.

1) Приконч..шь, ненавид..мый 2) Зала..л, посе…нный

3) Прополощ..шь, раскраш..нный 4) Игра..щий, (они) гон..т

5) Отрубл..нный, прикрепля..мый

13. Определите предложение, в котором НЕ со словом пишется СЛИТНО. Раскройте скобки и выпишите это слово.

1) А вслед за ним (не)менее мощно звучал голос другого гения.
2) Вечерами у него, по привычке, собирались люди, еще (не)изжившие настроение вчерашне-го дня.
3) Никогда (не)встречал человека, который так глупо боится смерти, как моя супруга.
4) Саню вдруг охватила (не)ведомая жалость, а вместе с нею, как когда-то давно, предчув-ствие беды.
5) Абажур отражал свет (не)вниз, на стол, а в потолок; от этого по комнате разливался скуч-ный полумрак.

14. В каком предложении оба выделенных слова пишутся СЛИТНО? Раскройте скобки и выпишите эти два слова.

1) Мать заплакала, а отец поглядел на сына так, словно теперь догадался о чем(то), и то(же)

хотел подойти к нему и поцеловать на дорогу, но, будучи человеком сдержанным, остался

на месте.

2) Совершать ли ей оборот (на)встречу новому утру или нет, и то(же) самое почувствова-ли миллионы других людей в громадных городах и забитых до отказа церквах.

3) Но что(бы) он ни говорил, назавтра друзья снова топали в «Лиру», «Гном» или»Метлу»,

рассаживались с видом завсегдатаев, что(бы) посмотреть на собравшуюся публику.

4) (В)течение недели они ели уху из жирных озерных окуней и сорог, жарили грибы и почти не спали, потому(что) терять время здесь было еще жальче, чем в Москве.

5) Пускали их не всегда, но за(то), оказавшись в уютных, наполненных дымом зальчиках с

низко свисающими абажурами, они сидели над коктейлем (не)взирая на позднее время.

15. Укажите цифры, на месте которых пишется Н.

Покраше(1)ая в зеле(2)ый цвет лавка была сдела(3)а на совесть: деревя(4)ая спинка и кова(5)ые подлокотники отличались особым удобством.

16. Укажите два предложения, в которых нужно поставить ОДНУ запятую. Запишите номера этих предложений.

1) Осенью улетели грачи и зимовать остались смелые воробьи.
2) Она снилась ему довольно часто и в такие дни он по ней сильно скучал и даже забывал короткой детской памятью.
3) Хозяйка поглядела на нее и вспомнила свое прекрасное невозвратное девичье время и свой первый бал.
4) Она в этот день встала в 8 часов утра и целый день находилась в лихорадочной тревоге и деятельности.
5) Не только в госпиталь но даже близко к санчасти его не подпустили.

17. Укажите цифру(-ы), на месте которой(-ых) должна(-ы) стоять запятая(-ые).

Однажды вечером (1) сидел я дома один (2) слушая вой осеннего ветра (3) и (4) смотря в окно (5) на тучи (6) бегущие (7) мимо луны.

18. Укажите цифру(-ы), на месте которой(-ых) в предложении должна(-ы) стоять запятая(-ые).

Мой первый друг (1) мой друг (2) бесценный!
И я (3) судьбу благословил,
Когда (4) мой двор (5) уединенный,
Печальным снегом занесенный,
Твой колокольчик огласил.

19 Укажите цифру(-ы), на месте которой(-ых) должна(-ы) стоять запятая(-ые).

Козетте не потребовалось много времени (1) чтобы (2) разобраться (3) что (4) к чему.

20. Укажите цифру(-ы), на месте которой(-ых) должна(-ы) стоять запятая(-ые).

Тезкин думал о том (1) что (2) если бы это хоть на каплю зависело от него (3) он отдал бы половину своих лет за то (4) чтобы она поступила(5) и была счастлива.

21. Найдите предложения, в которых тире ставится в соответствии с одним и тем же

правилом пунктуации. Запишите номера этих предложений.
(1)Московский университет – старейший классический университет России. (2)Его профессо-ра и выпускники внесли неоценимый вклад в развитие отечественной науки, просвещения и культуры. (3)МГУ был основан в 1755 году. (4)Учреждение университета в Москве стало во-зможным благодаря деятельности выдающегося ученого-энциклопедиста, первого русского академика Михаила Васильевича Ломоносова. (5)Сегодня МГУ – это комплекс из 40 факуль-тетов, готовящих кадры самых разных направлений. (6)Университет является крупнейшим инновационным центром. (7)Первый в стране научный парк, трансформирующий научные достижения в высокие технологии, открылся в МГУ более 10 лет назад. (8)Кроме того, Мос-ковский университет – сложнейшее в инженерно-эксплуатационном отношении хозяйство. (9)В МГУ 1 тыс. отдельных зданий и строений общей площадью около миллиона кв. м, в том числе 8 общежитий, в которых проживает свыше 12 тыс. человек.

Прочитайте текст и выполните задания 22-27

Создание желаний: новые возможности или потребительство?
   (1)Реклама, предлагая множество самых разных товаров, формирует такое же множество всяческих желаний. (2)И неизбежно возникает вопрос: а нужно ли человеку хотеть слишком многого? (3)В сущности, это старый спор Толстого и Чехова. (4)Лев Николаевич писал, что человеку нужно лишь две сажени земли для счастья. (5)На что Антон Павлович ответил, что две сажени  это для мертвеца, как раз на могилу хватит, а живому человеку нужен весь земной шар. (6)Я склонен согласиться с Чеховым. (7)Однако это не решает вопроса рекламы.
     (8)Мне кажется, что тут все зависит от человека. (9)Тот, кто по природе своей склонен к ве-щизму, и нынешнее наводнение рекламы воспримет как призыв к потребительству, свое сча-стье начнет измерять в банках модного пива, в популярных тарифах на мобильные телефоны и т.д. (10)Тот же, кто знает, что вещи и деньги  лишь одно из условий счастья, причем не самое важное, обилие предлагаемых товаров воспримет просто как расширение своих возможнос-тей, это не затмит ему истинного смысла жизни.
     (11)Но приведенное рассуждение верно лишь для сформировавшихся людей. (12)Как быть с теми, кто еще не определился? (13)На мой субъективный взгляд, на молодежь реклама влияет значительно больше. (14)Обладание некоторыми вещами (теми же мобильными телефонами, дубленками, модными туфлями), наличие некоторых привычек (пить пиво такой-то марки, курить такие-то сигареты, жевать такие-то жвачки, играть в боулинг и т.д.) означает принадлежность к своим, к «нашим», гарантирует качество, продвинутость данного человека. (15) Тогда как отсутствие этих вещей и привычек зачастую автоматически определяет человека как чужака, даже как отсталого. (16)Таким образом, внутреннее подменяется внешним, по-нятие души выхолащивается, человек сам превращается в вещь.
   (17)Однако виновата ли в этом реклама? (18)Сложный вопрос. (19)Виноват ли владелец винного магазина в том, что живущий поблизости человек спился? (20)Вряд ли. (21)Ведь множество его соседей не имеют проблем с алкоголем. (22)А виноват ли распространитель наркотиков в том, что его клиенты становятся наркоманами? (23)Безусловно.
    (24)Куда отнести рекламу в таком метафорическом понимании?     (25)К алкоголю или к наркотикам?

(По В. М. Черновецкому)

Черновецкий Вадим Михайлович (1981) – литератор, переводчик, политический и культурный

публицист, редактор многочисленных изданий, автор книги «Запад и Восток: столкновение цивилизаций».

22. Какие из высказываний соответствуют содержанию текста?

1) Тот, кто склонен к вещизму измеряет свое счастье в популярных вещах.
2) На старшее поколение реклама влияет значительно больше, чем на молодежь.
3) Автор не согласен с Чеховым в том, что“живому человеку нужен весь земной шар”
4) Когда внутреннее подменяется внешним, человек превращается в “вещь”.
5) Обладание некоторыми вещами и наличие привычек делает человека личностью.

23. Какие из утверждения являются ошибочными? Укажите номера ответов.

1) Предложение 9 поясняет, раскрывает содержание предложения 8.
2) В предложениях 3-5 представлено повествование.
3) В предложении 16 содержится вывод, следствие из предложений 14-15.
4) В предложении 18 содержится ответ на вопрос, сформулированный в предложении 17.
5) В предложениях 1-3 представлено описание.

24. Из предложений 14-15 выпишите контекстные синонимы.

25. Среди предложений 4-7 найдите такое(ие), которое(ые) связано(ы) с предыдущим(и) с помощью противительного союза и указательного местоимения. Найдите номер(а) этого(их) предложения(ий)

26. Приглашая читателя поразмышлять над предложенной проблемой, В. Черновецкий ис-пользует А__(в предл. 24-25). Динамику его рассуждениям придает такое синтаксическое средство, как Б___(в предл. 14,9) , а В__(в предл. 19-20,22-23 помогает самому автору разо-браться в сути тех явлений, которые происходят в современном мире. Для того, чтобы показать, противоречивость человеческой натуры, автор использует такое лексическое средство, как Г__(«внутреннее», «внешнее» в предл. 16).

Список терминов:

1) восклицательные предложения 2) диалог
3) риторический вопрос 4) фразеологизмы
5) ряды однородных членов 6) сравнение
7) вопросно-ответная форма 8) архаизмы
9) антонимы

27. Напишите сочинение по прочитанному тексту. Сформулируйте одну из проблем, поставленных автором текста.

Прокомментируйте сформулированную проблему. Включите в комментарий два примера-иллюстрации из текста, которые важны для понимания проблемы исходного текста (избегайте чрезмерного цитирования).
Поясните значение каждого примера и укажите смысловую связь между ними.

Сформулируйте позицию автора (рассказчика).

Выразите своё отношение к позиции автора по проблеме исходного текста (согласие или несогласие) и обоснуйте его.
Объём сочинения – не менее 150 слов.

ОТВЕТЫ:
1-25
2-но
3-1
4-налила
5-предоставляя
6-дальнейшем
7-профессора
8-53128
9-24
10-245
11-13
12-1235
13-неведомая
14- затоневзирая
15-235
16-25
17-26
18-1
19- 13
20-1234
21-158
22-14
23-45
24-нашимсвоим
25-7
26-3579

НАСА в замешательстве: телескоп «Хаббл» показывает, что с Вселенной происходит «нечто странное»

https://inosmi. ru/20220522/nasa-254235099.html

«Хаббл» показывает, что с Вселенной происходит «нечто странное»

Ученые агентства НАСА сбиты с толку теми данными, которые им отправил телескоп «Хаббл». Если верить этим данным, с нашей Вселенной происходит «нечто странное»,… | 22.05.2022, ИноСМИ

2022-05-22T16:15

2022-05-23T16:01

daily express

космос

nasa

наука

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

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

https://cdnn1.inosmi.ru/img/24266/24/242662487_0:128:1280:848_1920x0_80_0_0_23e62282455bfd6619f95f13432e50e6.jpg

Энтони Ашкеназ (Antony Ashkenaz)Последние 30 лет астрономы использовали космический телескоп «Хаббл», чтобы изучать самые далекие уголки нашей Вселенной. Теперь же, проанализировав данные, полученные с телескопа, ученые пришли к ошеломляющему выводу, что с нашей Вселенной происходит «нечто странное». Телескоп, запущенный в 1990 году, помог астрономам выявить 40 «путевых столбов» пространства и времени, позволяющих измерять скорость расширения Вселенной.Однако теперь ученые НАСА обнаружили несоответствие между нынешней скоростью расширения и скоростью, которая была сразу после Большого взрыва, случившегося примерно 14 миллиардов лет назад.В своем заявлении агентство сообщило следующее: «Попытки оценить скорость расширения Вселенной начались еще в 1920-х годах с измерений астрономов Эдвина Хаббла и Жоржа Леметра».»Это позволило в 1998 году открыть темную энергию – загадочную отталкивающую силу, которая ускоряет расширение Вселенной».»За последние несколько лет благодаря данным, полученным с “Хаббла” и других телескопов, астрономы обнаружили еще один интересный момент, а именно несоответствие между скоростью расширения, наблюдаемой в ближней Вселенной, и данными независимых наблюдений, касающихся периода сразу после Большого взрыва, которые предсказывают иную скорость расширения».»Причина этого расхождения остается загадкой». «Однако данные, полученные с “Хаббла” и охватывающие самые разные космические объекты, которые служат маркерами расстояния, подтверждают гипотезу о том, что происходит нечто странное».С помощью более точных данных, полученных с телескопа «Хаббл», астрономы сумели определить, что Вселенная расширяется гораздо быстрее, чем изначально считалось.Ученые НАСА ранее предсказывали, что Вселенная должна расширяться со скоростью примерно 67,5 километра в секунду на мегапарсек с минимальной погрешностью всего 1,3%. Но новые наблюдения указывают на то, что скорость расширения составляет 73 километра в секунду на мегапарсек.Основываясь на этих вычислениях, ученые прогнозируют, что размеры Вселенной увеличатся вдвое в течение следующих 10 миллиардов лет.Команды экспертов продолжают расшифровывать данные с телескопа «Хаббл», чтобы разгадать секреты Вселенной.Адам Рисс (Adam Riess), сотрудник Института исследований космоса с помощью космического телескопа (Space Telescope Science Institute) и Университета Джона Хопкинса в Балтиморе, штат Мэриленд, сказал следующее: «Вы получаете самые точные измерения скорости расширения Вселенной от золотого стандарта всех телескопов и благодаря космическим маркерам расстояния». Теперь ученым необходимо разобраться в этой загадке, и в этом им поможет космический телескоп «Джеймс Уэбб», который недавно был запущен в космос и уже готов отправлять на Землю первые партии данных наблюдений.Этот новый телескоп позволит ученым найти новые маркеры расстояния, которые находятся еще дальше от Земли, и разглядеть их в лучшем разрешении.Хайди Хаммель (Heidi Hammel), специалист по междисциплинарным исследованиям и наблюдению процессов в Солнечной системе, объяснила: «Я с нетерпением жду тех данных, которые мы получим за первый год работы телескопа “Уэбб”».»Я возглавляют команду не менее увлеченных специалистов, которые с нетерпением ждут момента получения первой партии данных».»Телескоп “Уэбб” способен улавливать очень слабые отсветы в далеких галактиках, но моя команда будет наблюдать за процессами, которые происходят гораздо ближе к Земле».»Они будут использовать телескоп “Уэбб”, чтобы разгадывать тайны, которых очень много в нашей Солнечной системе».

/20220520/voyadzher-254227390. html

ИноСМИ

[email protected]

+7 495 645 66 01

ФГУП МИА «Россия сегодня»

2022

ИноСМИ

[email protected]

+7 495 645 66 01

ФГУП МИА «Россия сегодня»

Новости

ru-RU

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

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

ИноСМИ

[email protected]

+7 495 645 66 01

ФГУП МИА «Россия сегодня»

1920

1080

true

1920

1440

true

https://cdnn1.inosmi.ru/img/24266/24/242662487_4:0:1280:957_1920x0_80_0_0_fc98d33af933f6ab8d63fc580d874f30.jpg

1920

true

ИноСМИ

[email protected]

+7 495 645 66 01

ФГУП МИА «Россия сегодня»

ИноСМИ

[email protected]

+7 495 645 66 01

ФГУП МИА «Россия сегодня»

daily express, космос, nasa, наука

«Галактика-телескоп» помогла астрономам заглянуть в младенческие годы Вселенной

19 мая 2022
16:43

Ольга Мурая

Иллюстрация, помогающая понять принцип гравитационного линзирования.

Иллюстрация Adam Makarenko/W. M. Keck Observatory.

Правильная комбинация инструментов и капелька везения — и учёные смогли впервые с беспрецедентной точность «разглядеть» места, где формировались первые звёзды и галактики во Вселенной.

Уникальная комбинация инструментов дала исследователям возможность заглянуть в «галактические ясли» в сердце молодой Вселенной. Не обошлось без небольшой помощи самой матери-природы.

После Большого взрыва, который по расчётам учёных произошёл около 13,8 миллиардов лет назад, ранняя Вселенная была заполнена огромными облаками нейтрального и очень не плотного газа. Газ медленно конденсировался внутри них, постепенно формируя первые звёзды и галактики.

Учёным было бы бесконечно интересно «подсмотреть» за этими процессами. Шутка ли, увидеть рождение самых первых объектов во Вселенной!

Исследователи называют облака, из которых родились первые звёзды и галактики, затухающие Лайман-альфа системы (ЗЛС).

Излучение, испущенное миллиарды лет назад этими «галактическими яслями», всё ещё можно наблюдать сегодня, но это непросто. Облака были слишком рассеяны и не излучали никаких волн, которые могли бы засечь существующие обсерватории.

Поэтому для их обнаружения астрофизики обычно используют квазары — активные галактические ядра, одни из самых ярких источников видимого излучения во Вселенной — в качестве «прожекторов» для обнаружения облаков ЗЛС.

Хотя этот метод позволяет исследователям точно определять местонахождение ЗЛС, свет от квазаров не позволяет измерить общий размер и массу таких облаков. Он просто пронизывает их, подобно межзвёздному шампуру.

Но астрофизики нашли способ обойти эту проблему. Они использовали галактику в качестве гравитационной линзы и спектроскопию интегрального поля для наблюдения за двумя ЗЛС — и галактиками внутри них — которые сформировались около 11 миллиардов лет назад.

При гравитационном линзировании галактики кажутся растянутыми и светятся ярче, чем есть на самом деле, объясняют учёные.

То есть мы на Земле видим галактику словно сквозь увеличительное стекло (линзу). Этот эффект имеет место, когда перед галактикой находится массивная структура с сильной гравитацией, которая искривляет проходящий рядом с ней свет.

Гравитационное линзирование позволяет астрофизикам «видеть» в глубоком космосе элементы, обычно невидимые в телескопы, такие как неплотные облака газа и потенциальные галактики, зарождающиеся внутри них.

Как правило, сбор таких данных — длительный и кропотливый процесс. Но исследовательская группа из США и Австралии решила эту проблему с помощью спектрографа KCWI.

Метод, известный как спектроскопия интегрального поля, позволил исследователям получить спектр для каждого отдельного «пикселя» той части неба, на которую нацелен прибор.

Это новшество в сочетании с гравитационным линзированием позволило команде учёных изучить два ЗЛС в небе с беспрецедентной точностью.

Исследователи смогли определить не только размер двух ЗЛС, но и то, что обе эти системы содержат внутри себя галактики.

К слову, ЗЛС оказались огромны. Эти облака диаметром более 17,4 килопарсека более чем две трети сегодняшнего размера галактики Млечный Путь.

Для сравнения, 13 миллиардов лет назад средняя галактика имела бы диаметр менее 5 килопарсек. Парсек равен 3,26 светового года, а килопарсек — это 1 000 парсеков, поэтому свету потребуется 56 723 лет, чтобы пройти через каждое облако ЗЛС.

Но самой удивительной особенностью ЗЛС для учёных оказалось то, что эти объекты не уникальны — в их структуре наблюдается сходство, в обоих были обнаружены галактики, а их массы указывают на то, что они содержат достаточно строительного материала для следующего поколения звёзд.

Теперь с новой комбинацией инструментов исследователи планируют подробнее изучить то, как формировались звёзды в ранней Вселенной.

Работа международной группы учёных была опубликована в научном журнале Nature.

Ранее мы сообщали о том, что в одной из древнейших звёздных систем присутствуют следы кислорода, а также об обнаружении космического гиганта — протоскопления галактик, появившегося всего через миллиард лет после Большого взрыва.

Больше новостей из мира науки вы найдёте в разделе «Наука» на медиаплатформе «Смотрим».

Подписывайтесь на наши страницы в соцсетях. «Смотрим» – Telegram и Яндекс.Дзен, Вести.Ru – Одноклассники, ВКонтакте, Яндекс.Дзен и Telegram.

наука
звезды
космос
Вселенная
галактики
астрофизика
новости

Вечный вопрос: сколько лет Вселенной?

За миллисекунды Google может предоставить факт, который долгое время ускользал от внимания многих самых глубоких мыслителей человечества: Вселенной почти 14 миллиардов лет — 13,8 миллиарда лет, если быть точным. И многие космологи продолжают все больше доверять этому числу. В конце декабря 2020 года группа исследователей, работающих на Атакамском космологическом телескопе (ACT) в Чили, опубликовала свою новейшую оценку — 13,77 миллиарда лет плюс-минус несколько десятков миллионов лет. Их ответ совпадает с ответом миссии Planck, европейского спутника, который проводил аналогичные наблюдения в период с 2009 г. и 2013.

Точные наблюдения ACT и Planck были сделаны после того, как люди более тысячи лет наблюдали за небом и размышляли, откуда все это могло взяться. Каким-то образом приматы с продолжительностью жизни менее века получили представление о событиях, которые произошли за эоны до того, как их планета — и даже атомы, которые образовали ее планету, — существовали. Вот краткий отчет о том, как человечество пришло к выводу, сколько лет Вселенной.

Древность: начало творения

В каждой культуре есть миф о творении. Вавилоняне, например, верили, что небеса и земля высечены из туши убитого бога. Но лишь немногие системы верований указывали, когда началось существование (одним исключением является индуизм, который учит, что Вселенная обновляется каждые 4,3 миллиарда лет, что не так далеко от фактического возраста Земли).

Идея, которая прижилась, по крайней мере, на западе, исходила от греческих философов, и на самом деле это был своего рода научный шаг назад. В четвертом и третьем веках до нашей эры Платон, Аристотель и другие философы полностью придерживались мнения, что планеты и звезды заключены в вечно вращающихся небесных сферах. В следующем тысячелетии или около того мало кто ожидал, что у Вселенной вообще будет возраст.

С 16:00 до 19:00: конец бесконечности

Астроном Иоганн Кеплер в 1610 году понял, что одной из основных трещин в популярной космологии, вдохновленной греками, все это время было то, что смотрело в лицо наблюдателям звезд. Если в вечной вселенной находится бесконечное количество звезд, как многие считали, почему все эти звезды не наполняют вселенную ослепляющим светом? Темное ночное небо, рассуждал он, предполагает конечный космос, где звезды в конце концов угасают.

Столкновение между ночным небом и бесконечной Вселенной стало известно как парадокс Ольбера, названный в честь Генриха Ольбера, астронома, который популяризировал его в 1826 году. Ранняя версия современного решения пришла, конечно же, от поэта Эдгара Аллана По. . Мы переживаем ночь, размышлял он в своей поэме в прозе «Эврика» в 1848 году, потому что вселенная не вечна. Начало было, и с тех пор не прошло достаточно времени, чтобы звезды полностью осветили небо.

1900-е годы: в поле зрения появляются современная и ранняя вселенные

Но разрешение парадокса Ольбера потребовалось время, чтобы до него дошло. Когда собственная теория гравитации Эйнштейна подсказала ему, что Вселенная, вероятно, со временем росла или сжималась в 1917 году, он добавил выдумку фактор в его уравнениях — космологическая постоянная — чтобы заставить вселенную оставаться неподвижной (позволяя ей существовать вечно).

[См.: Одно из предсказаний Эйнштейна о черных дырах наконец-то подтвердилось]

Между тем, более крупные телескопы позволили астрономам увидеть более четкие изображения других галактик, что вызвало ожесточенные споры о том, смотрят ли они на далекие галактики. «островные вселенные» или близлежащие звездные скопления внутри Млечного Пути. Острые глаза Эдвина Хаббла разрешили этот спор в конце XIX века.20-х годов, впервые измерив межгалактические расстояния. Он обнаружил, что галактики не только огромные и далекие объекты, но и разлетаются друг от друга.

Вселенная расширялась, и Хаббл зафиксировал скорость ее расширения на уровне 500 километров в секунду на мегапарсек — константа, которая теперь носит его имя. С расширением Вселенной у астрономов появился новый мощный инструмент, чтобы оглянуться назад во времени и определить, когда космос начал расти. Работа Хаббла в 1929 году показала, что Вселенная расширяется таким образом, что ей должно быть примерно 2 миллиарда лет.

«Скорость расширения говорит вам, как быстро вы можете перематывать историю Вселенной, как старую кассету VHS», — говорит Дэниел Сколник, космолог из Университета Дьюка. «Если темп перемотки быстрее, значит, фильм короче».

Но измерение расстояний до далеких галактик — дело грязное. Более чистый метод появился в 1965 году, когда исследователи обнаружили слабое потрескивание микроволн, исходящих со всех направлений в космосе. Космологи уже предсказали, что такой сигнал должен существовать, поскольку свет, излученный всего через сотни тысяч лет после рождения Вселенной, растянулся бы из-за расширения пространства на более длинные микроволны. Измеряя характеристики этого космического микроволнового фона (CMB), астрономы могли бы сделать своего рода снимок молодой Вселенной, сделав вывод о ее раннем размере и содержании. Реликтовое излучение служило неопровержимым доказательством того, что космос имел начало.

«Самое главное, что было достигнуто благодаря окончательному открытию реликтового излучения в 1965 году, — это заставить всех нас серьезно отнестись к идее существования ранней Вселенной», — писал лауреат Нобелевской премии Стивен Вайнберг в своей книге 1977 года The First. Три минуты.

1990 г. по настоящее время: Уточнение расчетов

Реликтовое излучение позволило космологам получить представление о том, насколько большой была Вселенная в ранний момент времени, что помогло им рассчитать ее размер и расширение сегодня. Сколник сравнивает этот процесс с обнаружением руки ребенка длиной в один фут на детской фотографии, а затем с оценкой роста и скорости роста соответствующего подростка. Этот метод дал исследователям новый способ измерения текущей скорости расширения Вселенной. Оказалось, что он почти в десять раз медленнее, чем хаббловские 500 километров в секунду на мегапарсек, отодвигая момент космического генезиса еще дальше во времени. В 1990-х годов, оценки возраста колебались от 7 до 20 миллиардов лет.

Кропотливые усилия нескольких команд пытались уточнить наилучшую космологическую оценку скорости расширения Вселенной. Наблюдения за галактиками с помощью космического телескопа Хаббла в 1993 году показали, что текущая постоянная Хаббла составляет 71 километр в секунду на мегапарсек, что сузило возраст Вселенной до 9–14 миллиардов лет.

[См. также: Звездные телескопы для ваших детей, любящих космос]

Затем, в 2003 году, космический аппарат WMAP записал карту реликтового излучения с прекрасными деталями. С помощью этих данных космологи рассчитали возраст Вселенной от 13,5 до 13,9 лет.миллиард лет. Примерно десять лет спустя спутник Planck измерил реликтовое излучение еще более подробно, получив постоянную Хаббла 67,66 и возраст 13,8 миллиарда лет. Новые независимые измерения реликтового излучения от ACT получили в основном те же цифры, что еще больше укрепило уверенность космологов в том, что они знают, что делают.

«Теперь мы нашли ответ, в котором Планк и ACT согласны», — сказала в пресс-релизе Симона Айола, космолог из Института Флэтайрон и член коллаборации ACT. «Это говорит о том, что эти сложные измерения надежны».

Далее: космологический конфликт

Но по мере того, как измерения ранней и современной вселенных становились более точными, они начали расходиться. В то время как исследования, основанные на изображении младенца реликтового излучения, предполагают, что постоянная Хаббла составляет высокие 60 километров в секунду на мегапарсек, измерения расстояний до сегодняшних галактик (которые Сколник сравнивает с космическим «селфи») дают более высокие скорости расширения в диапазоне от низких до средних 70-х. Scolnic участвовал в одном таком обзоре в 2019 году, а другое измерение, основанное на яркости различных галактик, пришло к аналогичному выводу (о том, что современная Вселенная быстро расширяется) в январе 2021 года9. 0003

Если принять за чистую монету, более высокие темпы, которые получают эти команды, могут означать, что Вселенная на самом деле примерно на миллиард лет моложе, чем канонические 13,8 миллиарда лет по Планку и ACT.

Или несоответствие может указывать на то, что в космологической картине реальности отсутствует что-то более глубокое. Связь реликтового излучения с сегодняшним днем включает предположения о плохо изученной темной материи и темной энергии, которые, по-видимому, доминируют в нашей Вселенной, например, и тот факт, что измерения постоянной Хаббла не совпадают, может указывать на то, что расчет истинного возраста Вселенная будет включать в себя больше, чем просто перемотка ленты.

«Я не уверен, как мы определяем возраст Вселенной, — говорит Сколник. «Я не говорю, что это неправильно, но я не могу сказать, что это правильно».

Сколько лет Вселенной?

Вы можете ВЫЙТИ из этого

показать на странице о Джеймсе

Хаттона, сделавшего ключевые открытия, и краткая страница истории

геологической шкалы времени

Вы можете ВЫЙТИ с этой выставки, чтобы почитать газету.

статья об измерениях 2008 года.

Принесли

тебе

Центром

по истории физики,

дивизия
американских

Институт физики

C христиане

во времена Исаака Ньютона 90 024 считали, что Вселенная состоит из нескольких

тысячелетней давности — создано за шесть дней почти в настоящем

условие. Космическая история и человеческая история казались одним и тем же.

Некоторые священнослужители и даже сам Ньютон производили расчеты на основе своих

изучение библейских отрывков, и объявили возраст около 6000 лет (они

не согласен с точным числом). Другие культурные и философские традиции

думал, что Вселенная намного старше, возможно, вечна. Но большинство европейцев

считал, что Вселенная была создана недавно.

К середине 19 века ученые обнаружили, что время гораздо глубже. Разобрались, например, как размываются горные хребты

и реки несут отложения вниз к морю. Процесс такой медленный

что, должно быть, потребовалось много миллионов лет, чтобы образовался великий

слои сланца и песчаника, в сумме достигающие километров в толщину.

Геологи также обнаружили несколько других процессов, на которые, должно быть, ушли миллионы лет.

лет. Насколько наука могла сказать, Земля и звездная вселенная

были вечны. Споры продолжались десятилетиями, но к концу

девятнадцатого века, все ученые, изучавшие свидетельства, были

убежден, что возраст Земли должен быть не менее многих десятков миллионов

лет. Библейские фундаменталисты продолжали яростно все это отрицать.

Но господствующие христианские богословы показали, как слова их Библии

могут быть согласованы с фактами геологии.

Один из способов определить возраст Земли состоял в том, чтобы посмотреть на источник

Энергия Солнца. Самые энергичные известные химические реакции могут удерживать

Солнце горит всего несколько тысяч лет. Но был еще один

возможный источник энергии, преобразование гравитационной энергии в

тепловой энергии при сжатии Солнца. Сто миллионов лет

такая жара возможна. К концу XIX века научно

информированные люди думали, что это правдоподобный возраст для всей нашей солнечной

система. В других частях Вселенной такие системы звезд и планет

может постоянно сливаться из газовых облаков и постепенно умирать

прочь.

открытие радиоактивных элементов примерно в начале двадцатого

столетие принесло новые и поразительные факты. Лабораторные работы показали, что

когда атом минерального элемента, такого как уран, испускает радиоактивность,

он распадается на другой элемент. Это запускает регулярную цепочку распада

что заканчивается инертным свинцом. (см. страницу

о радиоактивном распаде на нашей выставке Марии Кюри). Когда физики

измерили, сколько различных типов радиоактивных элементов («изотопов»)

остались, скажем, в куске свинцовой руды, они могли выработаться, когда порода

впервые сформировался. Скорость распада некоторых элементов цепи равна

очень медленно, и измерения показали, что некоторые породы не просто

сотни миллионов, но миллиарды лет. Похожие измерения

изотопов в астероидах (камнях, упавших из других мест Солнечной системы)

также дал возраст в миллиардах лет.

Тем временем

Открытие радиоактивности привело к возникновению науки ядерной физики, которая

указал на истинный источник энергии Солнца и других звезд.

В 1960-х годах астрофизики начали использовать цифровые компьютеры для расчета

как звезды эволюционируют со временем. Они обнаружили, например, что звезда, подобная

наше Солнце должно в конечном итоге превратиться в «красного гиганта», а затем

превратиться в «белого карлика». Расчеты точно совпали

с типами звезд, которые астрономы видели в звездных скоплениях (группы

которые образовались одновременно из одного огромного облака газа).

Со временем астрофизики смогли даже точно рассчитать, как внутренние

ядерные процессы заставили некоторые типы звезд регулярно пульсировать. Все

это дало ученым уверенность в том, что их расчеты действительно работают.

Если обратиться к эволюции нашего собственного Солнца, то они получили нынешний возраст примерно

пять миллиардов лет. Это было так близко к возрасту Земли и астероидов,

измеряется совершенно иначе, чем радиоактивность, что немногие

мог усомниться в том, что наша Солнечная система сформировалась примерно в то время —

число, принятое сейчас для возраста Земли, Солнца и Солнечной системы

составляет 4,5 миллиарда лет.

Находка

возраст всей вселенной, , если он действительно не был вечным,

было еще тяжелее. Одна идея состояла в том, чтобы найти расстояние до самого дальнего

видимые объекты, измеренные в световых годах, так как это могло бы сказать, как

много лет назад они излучали свет, который, наконец, достиг

нас. Когда Эдвин Хаббл провел такие измерения, он обнаружил линейную

соотношение между расстоянием и скоростью галактик — чем дальше

галактики, тем быстрее она удалялась. Это предполагало расширение

наружу из одной исходной точки. Идея такого космического взрыва

уже предлагалось следовать из уравнений Эйнштейна

общей теории относительности (все галактики удаляются друг от друга

по мере расширения самого пространства). Таким образом, соотношение скорость-расстояние может быть

интерпретируется как возраст всей Вселенной. Потому что Хаббл

оценки расстояния в течение 1930-е были вдвое меньше, чем астрономы

позже выяснилось, шкала времени, как он заметил, «кажется подозрительно

коротко — малая часть предполагаемого возраста некоторых звезд».

После того, как другие астрономы исправили ошибку в его расстояниях, они стали

уверены, что Вселенная действительно расширяется. Для исправленной шкалы времени

вполне соответствовали шкале времени, которую другие нашли в

эволюции звезд, в радиоактивности, в геологии и даже в биологии

из оценок скорости эволюции видов.

Чтобы получить больше

точный ответ, астрономы продолжали совершенствовать измерения расстояний

до самых дальних видимых объектов, не только галактик, но и сверхновых

и квазары. Они разработали несколько независимых способов определения этих

расстояния. Некоторые способы давали лишь общее представление («миллиарды

световых лет»), в то время как другие давали приблизительные цифры. Другой возможный

Способ найти возраст Вселенной состоял в том, чтобы вычислить, сколько времени она

эволюцию взяли самые старые видимые звезды, белые карлики. Еще больше

возможности появились благодаря открытию в 1950-е годы слабого излучения

оставшиеся от взрывного «Большого взрыва» у истоков нашего

вселенная. Применение фундаментальной физики к характеристикам этого первичного

излучения, физики могут оценить возраст несколькими различными способами.

Сначала много

самостоятельные способы измерения возраста Вселенной дали большое разнообразие

оценок, в диапазоне до двадцати миллиардов лет и более, и астрономы

спорили о том, чьи результаты были лучше. Но примерно в конце ХХ

века ответы стали сходиться — сошлись в возрасте в

диапазон от двенадцати до пятнадцати миллиардов лет. Это все еще оставляет место для

бурные дебаты. По мере усовершенствования старых инструментов и появления новых

разработан, ответ был сужен до 13,7 миллиардов лет, плюс-минус

взять несколько сотен миллионов.

ЗАДНЯЯ ЧАСТЬ

Марии Кюри

Главный экспонат или Мари

Кратко о Кюри

НАЗАД к Космическому путешествию — история научной космологии:
Расширение Вселенной — Большой взрыв — Новые инструменты — Путешествие продолжается

См.

больше экспонатов | Исторический центр

Главная

Помогите нам сделать больше экспонатов

индекс

термины: возраст земли, вселенная, радиоактивность, расширение, космология,

интеллектуальный дизайн, эволюция

Заявление о позиции: Возраст Земли и Вселенной

Официальное заявление МПС о
Древнем возрасте Земли и Вселенной

Примечание. В приведенном ниже утверждении используется короткая шкала миллиардов, поэтому 4,54 миллиарда лет = 4,54 гига года = 4 540 миллионов лет = 4 540 000 000 лет; и 13,8 миллиардов лет = 13,8 гигалет = 13 800 миллионов лет = 13 800 000 000 лет.

Многие независимые научные доказательства показывают, что Земле и Вселенной миллиарды лет. Текущие измерения дают возраст около 4,54 миллиардов лет для Земли и около 13,8 миллиардов лет для Вселенной.

Как измеряется возраст

Возраст Земли измеряется исследованиями радиоактивных элементов. Радиоактивные элементы нестабильны, и «родительские» атомы распадаются на другие «дочерние» элементы с постоянной скоростью. Например, через ряд стадий атомы урана распадаются на атомы свинца. Измеряя содержание «родительских» и «дочерних» атомов в образцах горных пород и зная скорость распада, геологи могут рассчитать возраст породы. Используя несколько различных наборов исходных и дочерних элементов, геологи измерили возраст различных горных пород, в том числе земных и лунных пород, а также метеоритов, которые образовались в основном из астероидов. Результаты неизменно указывают на возраст Земли около 4,56 миллиарда лет.

Возраст Вселенной измеряется несколькими способами. Один метод основан на скорости расширения Вселенной. Измеряя расстояние до далеких галактик и скорость, с которой они удаляются от нас, астрономы могут рассчитать, сколько времени потребовалось галактикам, чтобы уйти так далеко, как они есть. Это говорит о том, как долго Вселенная расширялась или сколько ей лет. Эти исследования дают возраст около 13,8 миллиардов лет.

Возраст Вселенной также можно определить, исследуя самые старые скопления звезд. Это делается путем измерения яркости и температуры звезд в скоплении и сравнения этих измерений с моделями изменения яркости и температуры звезды по мере ее старения. Это похоже на оценку возраста человека, глядя на черты его или ее лица и зная, как наши лица меняются с возрастом. Эти исследования показывают, что старейшим звездным скоплениям около 12 миллиардов лет. Вселенная должна быть старше своих звезд, поэтому этот метод устанавливает минимальный возраст Вселенной. Подобные исследования показывают, что Солнцу около 5 миллиардов лет, что соответствует возрасту Земли, измеренному радиоактивными исследованиями.

Третий способ определения возраста Вселенной включает измерение возраста долгоживущих умирающих звезд. По мере того, как звезды, подобные Солнцу, стареют, они в конечном итоге становятся очень маленькими, слабыми объектами размером с Землю. Эти звездные трупы называются «белыми карликами» и не имеют оставшихся источников новой энергии. Астрономы могут рассчитать скорость, с которой белые карлики становятся тусклее и холоднее, поэтому, когда они затем измерят яркость и температуру белого карлика, они смогут определить, сколько ему лет. Эти исследования показывают, что возраст самых старых белых карликов составляет не менее 10 миллиардов лет. Как и выше, это устанавливает минимальный возраст Вселенной, поскольку Вселенная должна быть старше своих звезд.

Почему эти измерения приняты научным сообществом

Эти измерения возраста принимаются почти всеми астрономами, включая астрономов-исследователей и преподавателей планетариев. Эти астрономы происходят из наций и культур со всего мира и из очень широкого спектра религиозных верований.

Фундаментальная причина того, почему эти древние эпохи так широко признаны научным сообществом, заключается в том, что они получены из нескольких независимых линий доказательств, собранных независимыми и часто конкурирующими группами исследователей. Каждый метод включает в себя различные измерения и применение различных физических принципов для определения возраста на основе этих измерений. Физические принципы включают в себя те же самые проверенные принципы, которые лежат в основе технологии, управляющей современным миром. Следовательно, тот факт, что все независимые методы дают одинаковый возраст, укрепляет уверенность в том, что методы являются надежными и точными, несмотря на их сложность и не содержат серьезных фундаментальных недостатков.

Вторая причина, почему эти возрасты так широко приняты, заключается в том, что для того, чтобы научные результаты были опубликованы в исследовательских журналах, они должны быть подвергнуты критическому анализу другими учеными, являющимися экспертами в той же области исследований. Этот процесс называется рецензированием и используется почти во всех исследовательских журналах по физическим и биологическим наукам, а также по гуманитарным и социальным наукам. Часто рецензенты являются конкурентами автора и поэтому особенно заинтересованы в поиске недостатков в предлагаемых публикациях. В результате такого обзора почти каждая статья должна быть пересмотрена и улучшена перед публикацией, а некоторые статьи отклоняются, потому что обзор выявляет недостатки в измерениях или в их анализе и интерпретации.

Третья причина, по которой эти эпохи и другие научные парадигмы, такие как теория относительности Эйнштейна, так широко приняты, заключается в том, что по своей природе они приобретаются — посредством независимых линий доказательств и всегда подлежат тщательной проверке — научные доказательства накапливаются. только очень медленно, шаг за шагом. Только когда будет накоплен очень большой и разнообразный корпус свидетельств, можно будет принять широкое заключение. Даже в этом случае общий вывод остается предметом проверки, поскольку дальнейшие доказательства могут его подкрепить или уточнить, а в редких случаях — опровергнуть.

Заключение

Доказательства того, что Земле и Вселенной миллиарды лет, основаны на различных направлениях исследований, которые были тщательно изучены и дали согласующиеся результаты. Поэтому IPS признает, что эти результаты дают точное описание нашей Вселенной.

Планетарий основан на науке и образовании и как таковой отражает идеалы и принципы этих дисциплин. Преподаватели планетариев стремятся представить как научные результаты, так и понимание того, как делаются эти открытия. IPS уважает личные взгляды и мнения посетителей планетария и отдельных преподавателей планетария и признает, что в некоторых случаях эти взгляды могут отличаться от материала, представленного в этом заявлении.

Американское астрономическое общество опубликовало заявление о возрасте Вселенной и креационизме. Он также совместно с Тихоокеанским астрономическим обществом опубликовал буклет «Древняя Вселенная: как астрономы знают огромные масштабы космического времени».

Американское физическое общество опубликовало в своем Интернете заявление о креационизме, а также заявление о природе науки.

Как диаметр Вселенной может превышать ее возраст?

Размер Вселенной

Скорость света — одно из важнейших и фундаментальных свойств нашей Вселенной. Он используется для измерения расстояний, для межпланетной связи и в различных математических расчетах. И это только начало.

Нажмите, чтобы просмотреть полную инфографику

Скорость, с которой свет распространяется в вакууме — 299 792 километра (186 282 мили) в секунду — является статической и неизменной. Если убрать эту константу, по ряду причин рухнет сама основа современной физики, и общее правило можно свести к следующему: ничто во Вселенной не может двигаться со скоростью, превышающей скорость света.

Как вы понимаете, возникает некоторая путаница, если принять во внимание тот факт, что ширина Вселенной не 13,8 миллиарда световых лет — число, соответствующее возрасту Вселенной. По текущим оценкам, она на самом деле немного больше, ее предполагаемый диаметр составляет около 93 миллиардов световых лет. И это только то, что мы можем видеть. То, чего мы не видим, может продолжаться вечно.

Итак, как Вселенная может иметь ширину 93 миллиарда световых лет, если ей всего 13,8 миллиарда лет и ничто не может двигаться быстрее света?

Понимание красного смещения

Прежде чем вы сможете понять, почему размер Вселенной намного превышает ее возраст, важно понять, как работает свет.

Сэр Исаак Ньютон, несомненно, был одним из величайших умов, когда-либо живших на земле. Помимо «изобретения» исчисления, он был первым ученым, который по-настоящему понял сущность света и то, что происходит, когда вы разбиваете его на составные части.

Во-первых, его исследование показало, что черный цвет — это отсутствие цвета, а белый свет — подобно тому, что исходит от Солнца и других звезд — представляет собой комбинацию всех цветов. Глядя на свет объекта через призму, можно увидеть соответствующие элементы, которые представляет свет, которые затем можно использовать для определения состава объекта, температуры и даже того, где он находится в эволюционном процессе.

Изображение предоставлено: Лукас В. Барбоза / Wikimedia Commons

Работа Ньютона произвела революцию в физике во многих отношениях и проложила путь для всех великих людей, включая Нильса Бора, Макса Планка и, конечно же, Альберта Эйнштейна. Однако для целей этого обсуждения наиболее подходящим ученым, разработавшим работу Ньютона, было имя Кристиана Доплера.

Допплер стал известен спустя сотни лет после смерти Ньютона, и, если вы не знакомы с его работой, он открыл то, что сейчас называется эффектом Доплера. Этот процесс объясняет, почему некоторый свет от космических источников имеет тенденцию падать ближе к красному концу электромагнитного спектра, а другой ближе к синему концу.

Проще говоря, эффект Доплера показывает, как длина волны света смещается в зависимости от направления движения источника, например, приближается ли что-то к нам или удаляется. В частности, световые волны будут на 90 187 растянуты на 90 189, если источник удаляется от наблюдателя, поэтому они будут казаться красными (более длинная длина волны). И наоборот, световые волны будут на 90 187 сжаты на 90 189, если объект движется к наблюдателю, поэтому он кажется синим (более короткая длина волны).

Линии поглощения в спектрах далеких галактик. Изображение предоставлено: Чано Биркелинд, Институт Нильса Бора,

. По пути произошел переломный момент. В конечном итоге оказалось, что почти все галактики смещаются в сторону большей длины волны, а это означает, что они выглядят красными, как будто удаляются от нас. Что еще более поразительно, мало того, что почти все удалялось от нас, это красное смещение увеличивалось, а это означало, что объекты удалялись от нас все быстрее и быстрее.

Это привело к открытию того, что Вселенная не стационарна, как считали некоторые, — она на самом деле расширяется!

Расширение Вселенной

Вот тут-то и возникают сложности. Наши наблюдения за красным смещением показали, что объекты, в три раза более удаленные, движутся в три раза быстрее относительно ближайших галактик. Чем дальше мы смотрим в космос, тем быстрее движутся галактики — на самом деле, они движутся так быстро на таких огромных расстояниях, что легко превосходят скорость света. Однако, как было сказано ранее, скорость света является универсальным пределом скорости. Так как же это может быть?

Во-первых, обратите внимание, что, хотя есть предел тому, что мы можем видеть, реальная вселенная простирается намного дальше, чем мы можем себе представить. Все, что находится в пределах этого предела, называется «наблюдаемой вселенной» и включает в себя:

10 million superclusters
25 billion galaxy groups
350 billion large galaxies
7 trillion dwarf galaxies
30 billion trillion (3×10²²) stars

If all of this was tucked into 13.7 billion light-years пространства-времени вселенная казалась бы довольно плотной.

Изображение предоставлено: Scale of the Universe

Первая проблема с предположением о том, что размер Вселенной должен быть равен ее возрасту в годах на основе расстояния, которое преодолевает свет, возникает, когда мы смотрим на первые несколько мгновений, последовавших за Большим взрывом.

Когда Вселенная впервые «вспыхнула» примерно 13,75 миллиарда лет назад, само пространство-время начало расширяться со скоростью, превышающей скорость света. Этот период, называемый инфляцией, является неотъемлемой частью объяснения гораздо большего, чем размер Вселенной. Он также охватывает такие вещи, как однородность пространства в больших масштабах и условия, существовавшие в первую эпоху.

По сути, Вселенная превратилась из бесконечно плотного и горячего состояния в обширную область, изобилующую протонами и нейтронами — частицами, которые в конечном итоге собрались вместе и выковали строительные блоки всей материи — за считанные секунды. После того как первоначальная инфляция утихла, расширение замедлилось. Теперь объекты разрываются таинственной силой, называемой темной энергией.

Быстрее света

С помощью средств, которые еще не установлены, это расширение действительно происходит со скоростью, превышающей скорость света, , но это означает не то, что вы, вероятно, думаете.

Нажмите, чтобы просмотреть полную инфографику

Боюсь, путаница возникает из-за неправильного толкования самой теории относительности. Видите ли, теория утверждает, что объектов не могут двигаться в пространстве-времени со скоростью, превышающей скорость света. Однако оно не накладывает никаких ограничений на само пространство-время.

Подводя итог, размер космоса не противоречит основам физики.

По сути, сами галактики (и любые другие объекты в космосе) не нарушают никаких законов, потому что они не путешествуют через пространство со скоростью, превышающей скорость света (по крайней мере, не в традиционном смысле). Скорее, каждая часть пространства расширяется и растягивается. Дело даже не в том, что края разлетаются наружу, а в том, что само пространство-время — пространство между галактиками, звездами, планетами, вами и мной — растягивается.

Короче говоря, пространство-время расширяется и раздвигает материю. Материя на самом деле не путешествует в пространстве-времени.

Изображение предоставлено NASA/WMAP Science Team

Интересно отметить, что, к сожалению, расширение имеет некоторые мрачные последствия для будущего Вселенной. Если предположить, что расширение продолжается бесконечно (и не замедляется), горизонт видимой Вселенной будет постепенно сужаться до тех пор, пока объекты просто не окажутся слишком далеко друг от друга, чтобы свет из одной галактики мог когда-либо достичь другой.

Если уж на то пошло, многое из того, что мы видим сейчас, изначально было намного ближе. Благодаря расширению эти объекты были унесены, а некоторые галактики и другие объекты исчезли из-за красного смещения (или, во всяком случае, вне нашего поля зрения). Самые далекие галактики являются одними из самых древних вещей во Вселенной, они сформировались, когда Вселенной было всего несколько миллионов лет, и, вероятно, большинство из них уже не существуют или сегодня находятся в совершенно другой части космоса.

Дополнительный отчет Хайме Троспера.

Поделиться этой статьей 2021

Космос расширялся после Большого взрыва, но как быстро? Ответ может показать, что все, что, как мы думали, мы знали о физике, неверно.

Начнем с того, что Вселенная большая. Когда мы смотрим в любом направлении, самые дальние видимые области Вселенной находятся примерно в 46 миллиардах световых лет от нас. Это диаметр 540 секстиллионов (или 54 с 22 нулями) миль. Но на самом деле это всего лишь наше лучшее предположение — никто точно не знает, насколько велика Вселенная на самом деле.

Это потому, что мы можем видеть ровно столько, сколько прошел свет (или, точнее, микроволновое излучение, выброшенное Большим взрывом) с момента возникновения Вселенной. С тех пор, как Вселенная возникла примерно 13,8 миллиарда лет назад, с тех пор она расширяется вовне. Но поскольку мы также не знаем точного возраста Вселенной, сложно определить, насколько далеко она простирается за пределы того, что мы можем видеть.

Одно из свойств, которое астрономы пытались использовать, чтобы помочь им в этом, — это число, известное как постоянная Хаббла.

«Это мера того, насколько быстро Вселенная расширяется в настоящее время», — говорит Венди Фридман, астрофизик из Чикагского университета, посвятившая всю свою жизнь измерениям. «Постоянная Хаббла определяет масштаб Вселенной, ее размер и возраст».

Полезно думать о Вселенной, как о надуваемом воздушном шаре. Чем быстрее звезды и галактики, подобно точкам на поверхности воздушного шара, удаляются друг от друга, тем больше расстояние между ними. С нашей точки зрения, это означает, что чем дальше от нас находится галактика, тем быстрее она удаляется.

Наша галактика Млечный Путь стремительно удаляется от других галактик по мере расширения Вселенной (Фото: Аллан Мортон/Деннис Милон/Science Photo Library) предсказания, основанные на нашем понимании Вселенной. Один метод ее измерения напрямую дает нам определенное значение, в то время как другой метод измерения, основанный на нашем понимании других параметров Вселенной, говорит нечто иное. Либо измерения неверны, либо что-то не так в том, как, как мы думаем, работает наша Вселенная.

Но теперь ученые считают, что они близки к ответу, во многом благодаря новым экспериментам и наблюдениям, направленным на то, чтобы выяснить, что именно представляет собой постоянная Хаббла.

«Перед нами, космологами, стоит инженерная задача: как нам измерить эту величину как можно точнее и точнее?» — говорит Рэйчел Битон, астроном из Принстонского университета. По ее словам, для решения этой задачи требуется не только собрать данные для их измерения, но и перепроверить измерения всеми возможными способами. «С моей точки зрения, как ученого, это больше похоже на сбор головоломки, чем на то, чтобы оказаться внутри загадки в стиле Агаты Кристи».

Первое измерение постоянной Хаббла в 1929 году астрономом, чье имя она носит, Эдвином Хабблом, показало, что она составляет 500 км в секунду на мегапарсек (км/с/Мпк), или 310 миль/с/Мпк. Это значение означает, что на каждый мегапарсек (единица расстояния, эквивалентная 3,26 миллионам световых лет) дальше от Земли, на которую вы смотрите, галактики, которые вы видите, удаляются от нас на 500 км/с (310 миль/с) быстрее, чем галактики, находящиеся на мегапарсек ближе. .

Спустя столетие после первой оценки Хабблом скорости космического расширения это число снова и снова пересматривалось в сторону уменьшения. По сегодняшним оценкам, она составляет где-то между 67 и 74 км/с/Мпк (42-46 миль/с/Мпк).

Часть проблемы заключается в том, что постоянная Хаббла может быть разной в зависимости от того, как вы ее измеряете.

В большинстве описаний несоответствия постоянной Хаббла говорится, что есть два способа измерения ее значения: один смотрит на то, как быстро удаляются от нас соседние галактики, а второй использует космический микроволновый фон (CMB), первый свет, который вышел после Большой взрыв.

Мы все еще можем видеть этот свет сегодня, но из-за отдаленных частей Вселенной, удаляющихся от нас, свет превратился в радиоволны. Эти радиосигналы, впервые обнаруженные случайно в 1960-х годов, дают нам самое раннее представление о том, как выглядела Вселенная.

Две конкурирующие силы — гравитационное притяжение и направленное наружу излучение — играли в космическое перетягивание каната со Вселенной в ее младенчестве, что создавало возмущения, которые все еще можно увидеть на космическом микроволновом фоне как крошечные различия в температуре.

Используя эти возмущения, можно измерить, насколько быстро Вселенная расширялась вскоре после Большого Взрыва, и затем это можно применить к Стандартной модели космологии, чтобы сделать вывод о скорости расширения сегодня. Эта Стандартная модель — одно из лучших объяснений того, как возникла Вселенная, из чего она состоит и что мы видим вокруг себя сегодня.

Крошечные возмущения в ранней Вселенной можно увидеть в флуктуациях самого старого света во Вселенной — космического микроволнового фона (Фото: NASA/JPL/ESA-Planck)

Но есть проблема. Когда астрономы пытаются измерить постоянную Хаббла, глядя на то, как близлежащие галактики удаляются от нас, они получают другую цифру.

«Если [стандартная] модель верна, то вы можете себе представить, что два значения — то, что вы измеряете сегодня локально, и значение, которое вы выводите из ранних наблюдений, — согласуются», — говорит Фридман. «И они не делают.»

Когда спутник Европейского космического агентства (ЕКА) Planck измерил расхождения в CMB, сначала в 2014 году, а затем снова в 2018 году, значение постоянной Хаббла составило 67,4 км (41,9 мили)/с/Мпк. Но это примерно на 9% меньше, чем значение, которое астрономы, такие как Фридман, измерили, изучая близлежащие галактики.

Дальнейшие измерения реликтового излучения в 2020 году с использованием космологического телескопа Атакама коррелируют с данными Планка. «Это помогает исключить систематическую проблему с Планком из нескольких источников», — говорит Битон. Если измерения реликтового излучения были правильными, это оставляло одну из двух возможностей: либо методы, использующие свет от ближайших галактик, были отключены, либо необходимо изменить Стандартную модель космологии.

Техника, используемая Фридман и ее коллегами, использует особый тип звезд, называемый переменной цефеидой. Эти звезды, открытые около 100 лет назад астрономом Генриеттой Ливитт, меняют свою яркость, пульсируя все слабее и ярче в течение нескольких дней или недель. Ливитт обнаружил, что чем ярче звезда, тем дольше она становится яркой, затем тускнеет, а затем снова становится яркой. Теперь астрономы могут точно сказать, насколько ярка звезда на самом деле, изучая эти импульсы яркости. Измеряя, насколько ярким он кажется нам на Земле, и зная тусклый свет в зависимости от расстояния, он обеспечивает точный способ измерения расстояния до звезд. ( Узнайте больше о том, как Генриетта Ливитт изменила наше представление о Вселенной. )

Фридман и ее команда были первыми, кто использовал переменные цефеиды в соседних галактиках для измерения постоянной Хаббла, используя данные космического телескопа Хаббла. В 2001 году они измерили ее на уровне 72 км (45 миль)/с/Мпк.

С тех пор ценность изучения местных галактик колеблется вокруг одной и той же точки. Используя звезды того же типа, другая команда использовала космический телескоп Хаббла в 2019 году.чтобы получить цифру 74 км (46 миль)/с/Мпк. Затем, всего несколько месяцев спустя, другая группа астрофизиков использовала другую технику, включающую свет, исходящий от квазаров, чтобы получить значение 73 км (45 миль)/с/Мпк.

Если эти измерения верны, то это предполагает, что Вселенная может раздуваться быстрее, чем позволяют теории Стандартной модели космологии. Это может означать, что эта модель — а вместе с ней и наша лучшая попытка описать фундаментальную природу Вселенной — нуждается в обновлении. В настоящее время ответ не определен, но если это окажется так, то последствия могут быть глубокими.

«Это может означать, что в нашей стандартной модели чего-то не хватает, — говорит Фридман. «Мы еще не знаем, почему это происходит, но это возможность для открытия».

Если Стандартная модель неверна, это может означать, что наши модели того, из чего состоит Вселенная, относительного количества барионной или «нормальной» материи, темной материи, темной энергии и излучения не совсем верны. И если Вселенная действительно расширяется быстрее, чем мы думали, она может быть намного моложе принятых в настоящее время 13,8 миллиардов лет.

Пульсирующие звезды, называемые переменными цефеидами, подобные этой, можно использовать для измерения расстояний во Вселенной и определения скорости ее расширения (Фото: NASA/ESA/Hubble Heritage Team)

Вселенная, в которой мы живем, чем-то отличается или особенна по сравнению с остальной Вселенной, и эта разница искажает измерения. «Это далеко не идеальная аналогия, но вы можете подумать о том, как меняется скорость или ускорение вашего автомобиля, если вы поднимаетесь или спускаетесь с холма, даже если вы одинаково нажимаете на педаль газа», — говорит Битон. «Я думаю, что это вряд ли является основной причиной несоответствия в постоянной Хаббла, которое мы видим, но я также думаю, что важно не игнорировать работу, проделанную для получения этих результатов».

Но астрономы думают, что они приближаются к тому, чтобы точно определить, что такое постоянная Хаббла и какие измерения верны.

«Что интересно, так это то, что я думаю, что мы действительно решим эту проблему в довольно короткие сроки, будь то год, два или три», — говорит Фридман. «На горизонте появляется так много вещей, которые повысят точность наших измерений, и я думаю, что мы докопаемся до сути».

Одной из них является космическая обсерватория ЕКА Gaia, запущенная в 2013 году и с высокой степенью точности измеряющая положение около миллиарда звезд. Ученые используют это для определения расстояний до звезд с помощью техники, называемой параллаксом. Когда Гайя вращается вокруг Солнца, ее точка обзора в пространстве меняется, подобно тому, как если вы закрываете один глаз и смотрите на объект, а затем смотрите другим глазом, он появляется в немного другом месте. Таким образом, изучая объекты в разное время года на своей орбите, Gaia позволит ученым точно определить, насколько быстро звезды удаляются от нашей собственной Солнечной системы.

Еще одним объектом, который поможет ответить на вопрос о значении постоянной Хаббла, является космический телескоп Джеймса Уэбба, который должен быть запущен в конце 2021 года. пыль между нами и звездами.

18-сегментное золотое зеркало космического телескопа Джеймса Уэбба будет улавливать инфракрасный свет от некоторых из первых образовавшихся галактик (Фото: НАСА/Дезире Стовер) это будет время для новой физики. И хотя было предложено множество теорий, объясняющих разницу, ничто не соответствует тому, что мы видим вокруг себя. У каждой потенциальной теории есть оборотная сторона. Например, в ранней Вселенной мог быть другой вид излучения, но мы измерили реликтовое излучение настолько точно, что это маловероятно. Другой вариант заключается в том, что темная энергия может меняться со временем.

«Это казалось многообещающим направлением, но теперь есть другие ограничения на то, насколько темная энергия может меняться в зависимости от времени», — говорит Фридман. «Вам придется сделать это действительно надуманным способом, а это выглядит не очень многообещающе». Альтернативой является то, что в ранней Вселенной существовала темная энергия, которая только что исчезла, но нет никакой очевидной причины, по которой она могла это сделать.

Это заставило ученых придумывать новые идеи, которые могли бы объяснить происходящее. «Люди очень много работают над этим, и это захватывающе», — добавляет Фридман. «То, что никто еще не понял, что [объяснение] еще не означает, что не появится хорошая идея».

В зависимости от того, что покажут эти новые телескопы, Битон и Фридман вполне могут оказаться в эпицентре тайны, достойной романа Агаты Кристи.

* Эбигейл Билл — независимый научный журналист и автор книги «Искусство городской астрономии» .

—

Присоединяйтесь к миллиону поклонников Future , поставив нам лайк в Facebook или подпишитесь на нас в Twitter или Instagram .

Если вам понравилась эта история, подпишитесь на еженедельную рассылку новостей bbc.com под названием «The Essential List». Подборка историй из BBC Future , Культура , Worklife и Путешествия , доставляемая на ваш почтовый ящик каждую пятницу.

Вселенная может быть на миллиард лет моложе, чем мы думали. Ученые пытаются выяснить, почему.

Мы все теряли счет времени в тот или иной момент, но астрономы действительно идут ва-банк. Недавние исследования показывают, что они, возможно, переоценили возраст Вселенной более чем на миллиард лет — удивительное осознание, которое заставляет их переосмыслить ключевые части научной истории о том, как мы дошли от Большого взрыва до сегодняшнего дня.

Потерянное время особенно досадно, потому что во вселенной, полной загадок, его возраст рассматривался как один из немногих почти несомненных фактов. К 2013 году детальные измерения космического излучения Европейским космическим телескопом «Планк», похоже, дали окончательный ответ: 13,8 миллиарда лет. Оставалось только проверить это число, используя независимые наблюдения ярких звезд в других галактиках.

Затем произошел неожиданный поворот событий.

Несколько групп, в том числе одна под руководством лауреата Нобелевской премии Адама Рисса из Научного института космического телескопа в Балтиморе, приступили к выполнению этих наблюдений. Вместо того, чтобы подтвердить измерения Планка, они стали получать совершенно другой результат.

«Дошло до того, что мы сказали: «Подождите секунду, мы не проходим этот тест — мы проваливаем тест!», — говорит Рисс, соавтор новой статьи об исследовании, которое предстоит провести. опубликовано в Астрофизическом журнале.

По его оценкам, его результаты, если принять их за чистую монету, указывают на вселенную, которой всего 12,5–13 миллиардов лет.

Исследования звездных скоплений в соседней галактике (врезка) дополняют доказательства того, что Вселенная моложе и расширяется быстрее, чем ожидалось. Управление по связям с общественностью Научного института космического телескопа / НАСА, ЕКА, А. Рейсс (STScI/JHU)

Поначалу считалось, что Рисс и другие наблюдатели за галактикой ошиблись. Но по мере того, как их наблюдения продолжали поступать, результаты не менялись. Повторный анализ данных Планка также не выявил никаких проблем.

Если все числа правильные, то проблема должна быть глубже. Это должно заключаться в нашей интерпретации этих чисел, то есть в наших фундаментальных моделях того, как работает Вселенная. «Это несоответствие предполагает, что в космологической модели есть что-то, что мы неправильно понимаем», — говорит Рисс. Что это могло быть, никто не знает.

Открытие на заре времен

Нынешнее несоответствие восходит к 1929 году, когда астроном Эдвин Хаббл обнаружил, что галактики убегают от Земли во всех направлениях. Что еще более шокирует, так это то, что Хаббл обнаружил, что чем дальше галактики, тем быстрее они удаляются друг от друга. Этот шаблон означает, что они все убегают друг от друга. «Все это может быть правдой только в том случае, если пространство расширяется», — говорит Рисс.

Если идея расширяющейся вселенной кажется вам странной, добро пожаловать в клуб.

«Для меня это тоже все еще странно, — говорит Рисс. «Но это то, что показывают все данные, и это то, что предсказывает наша теория». Даже Хаббл никогда полностью не принимал последствия своей работы.

Расширяющаяся Вселенная подразумевает, что Вселенная имеет определенный возраст, потому что вы можете проследить действие до того времени, когда все в космосе было стиснуто вместе в чрезвычайно плотном, горячем состоянии: то, что мы называем Большим взрывом.

«Это еще одна трудная для понимания концепция, — говорит космолог Чикагского университета Венди Фридман, добавляя, что Большой взрыв не взорвался, как бомба. «Большой взрыв — это взрыв пространства, а не в космос», — сказала она.

Другими словами, галактики не разлетаются друг от друга в пространстве. Между ними простирается само пространство, и так было со времен Большого Взрыва. Так что бессмысленно спрашивать, где произошел Большой взрыв. Это происходило повсеместно. Как говорит Фридман, «у взрыва нет ни центра, ни края».

Но в расширяющейся Вселенной есть начало времени — по крайней мере, того времени, которое мы знаем. Астрономы поняли, что измеряя скорость, с которой галактики расходятся, они могут вычислить момент, когда космос начал существовать. Все, что им нужно было сделать, это выяснить, как получить точные галактические измерения.

Часы космоса

Фридман работает над этой проблемой более трех десятилетий, намного дольше, чем она когда-либо ожидала. «Это невероятный вызов, — говорит она. «Представьте себе измерения на сотни миллионов световых лет с точностью до 1%!»

Сам Хаббл провалил тест. Его первоначальные расчеты подразумевали, что Вселенная моложе Земли, потому что он сильно недооценил расстояния до других галактик.

Сложность прямых наблюдений за другими галактиками — одна из причин, по которой ученые создали космический телескоп «Планк». Он был разработан для обнаружения радиации, оставшейся после Большого взрыва. Характер этого излучения точно указывает на физическое состояние ранней Вселенной, если вы знаете, как его расшифровать. В принципе, показания Планка должны сообщить нам все, что мы хотим знать о том, из чего состоит Вселенная и сколько ей лет.

Планк имел ошеломляющий успех, прикрепляя точные числа к неявным загадкам космоса. Это показало, что 26 процентов Вселенной состоит из темной материи, невидимого материала, который помогает удерживать галактики вместе. Это также подтвердило неожиданное открытие, что во Вселенной преобладает темная энергия, неизвестная сила, которая пронизывает все пустое пространство. (Обнаружение темной энергии принесло Риссу совместную Нобелевскую премию 2011 года.)

Вероятным следствием этих открытий является то, что Вселенная будет расширяться вечно, все быстрее и быстрее, во все более глубокую тьму. Это неудобная мысль, на которой Рисс предпочел бы не останавливаться: «Шкала времени настолько превосходит человеческую, что я не думаю о ней в человеческих терминах».

Пожалуй, больше всего меня порадовало то, что Планк наконец завершил работу, начатую Хабблом, определив, насколько быстро расширяется Вселенная и как долго она существует. Или так казалось.

Не хватает чего-то большого

К счастью, Фридман, Рисс и их коллеги не отказались от альтернативного подхода к определению возраста Вселенной. Они продолжали улучшать свои наблюдения и теперь приближаются к этой амбициозной цели — точности в 1 процент. Что подводит нас к текущему спору — тому, что ученые вежливо называют «напряжением».

Последние исследования галактик показывают, что скорость расширения примерно на 9 процентов выше, чем ответ Планка. Это может показаться не таким уж большим разногласием, но в космической истории это составляет целый миллиард лет потерянного времени.

Учитывая ставки, все участники проверяют и перепроверяют свои результаты на предмет возможных источников ошибок. Однако все чаще кажется, что проблема заключается не в наблюдениях, а в лежащих в их основе космологических теориях. Если эти теории ошибочны или неполны, интерпретация показаний Планка также будет ошибочной.

«В настоящее время нет последовательной истории, которая бы работала со всеми нашими космологическими данными», — говорит астрофизик из Принстонского университета Джо Данкли, тщательно проанализировавшая результаты Планка. «Это означает, что предстоит проделать увлекательную работу, чтобы увидеть, есть ли что-то, что может все это объяснить».

«Напряжение» напоминает ученым о том, как много они еще не понимают в основных законах природы. Данкли указывает на призрачные частицы, известные как нейтрино, которых чрезвычайно много в космосе. «Мы измеряем нейтрино в лаборатории и помещаем их в нашу космологическую модель, предполагая, что они ведут себя именно так, как мы ожидаем, но мы просто не знаем, правда ли это», — говорит она. «Я бы не удивился, если бы темная материя оказалась более сложной, чем мы думаем».

Еще одна загадка темной энергии. «У нас нет хороших представлений о том, что это такое. Возможно, есть элементы, полностью отсутствующие в модели, которые еще предстоит открыть», — говорит Фридман. У теоретиков нет недостатка в идеях: новые виды темной энергии, новые поля, новые частицы.

Выяснение того, какое объяснение является правильным — если оно вообще есть — потребует еще одного значительного усовершенствования того, как мы измеряем то, что на самом деле делает Вселенная.