 |
|
Явление и гипотезы расширения Вселенной
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ . 3
1. Явление и гипотезы расширения Вселенной 4
2. Квазары подтвердили ускоренное расширение Вселенной 6
3. Ускоренное расширение Вселенной подтверждено 8
ВЫВОДЫ 18
ЛИТЕРАТУРА 19
Введение
Вселенная бесконечна в пространстве и времени, и за всю историю человечества была вне доступа наших инструментов и умов. Но положение дел резко изменилось в двадцатом столетии. Изменения происходили в целом благодаря гениальным идеям, начиная с общей теории относительности Эйнштейна и заканчивая современными теориями элементарных частиц. Нельзя также не упомянуть и мощнейшие инструменты - от 100 - и 200-дюймовых отражателей, построенных Джорджем Эллери Хейлом и позволивших нам заглянуть за пределы Млечного Пути, до космического телескопа Хаббла, который доставил нас назад ко времени зарождения галактик. За последние 20 лет движение прогресса ускорилось благодаря открытию темной материи, темной энергии и рождению смелых идей о расширении космоса и Мультивселенной.
Наше понимание Вселенной еще столетие назад было очень примитивным: недвижимая, неизменная, состоящая из одной галактики и включающая в себя несколько миллионов видимых звезд. Сегодняшняя картина – более завершенная и красочная.
Космос зародился 13,7 миллиарда лет назад вместе с Большим Взрывом. Через долю секунды после взрыва, Вселенная приобрела форму горячего, бесформенного скопления самых элементарных частиц, кварков и лептонов. По мере расширения и охлаждения, слой за слоем, ее структура развивалась: нейтроны, протоны, атомные ядра, атомы, звезды, галактики, скопления галактик, и наконец, сверхскопления. Ныне обозримая часть вселенной заполнена сотней миллиардов галактик, каждая из которых содержит сто миллиардов звезд и, возможно, такое же количество планет. Сами по себе, галактики удерживаются благодаря гравитации таинственной темной материи. Вселенная продолжает расширяться и делает это все с большей скоростью, управляемой темной энергией – еще более таинственной формой энергии, чья гравитационная сила имеет более отталкивающее, нежели притягивающее свойство [1].
Явление и гипотезы расширения Вселенной
Долгое время после открытия Эдвином Хабблом (Edwin Hubble) в 1929 г. расширения Вселенной считалось, что оно всегда происходит по линейному закону. Пользуясь 10 дюймовым телескопом Хукера на горе Уилсон в 1924 году, Эдвин Хаббл показал, что неясные туманности, о которых велись споры несколько сотен лет, оказались галактиками подобной нашей. Таким образом, он увеличил их приблизительное видимое количество на сотню миллиардов. Через несколько лет Хаббл показал, что галактики движутся независимо друг от друга, согласно определенной модели, описанной математической зависимостью. Сейчас она носит название закона Хаббла, следуя которому, чем дальше двигаются галактики, тем большую скорость они развивают. Именно закон Хаббла привел к выводу о теории большого взрыва 13,7 миллиарда лет назад.
Закон Хаббла, без обращений к теории относительности, также говорит о следующем: пространство расширяется само по себе, а вместе с ним движутся и галактики. Свет также подвергается изменению или, если быть точнее, смещается по спектру в сторону красного — отчего его энергия слабеет, таким образом охлаждая вселенную по мере ее расширения. Космическое расширение объясняет, как вселенная пришла к тому состоянию, которое мы можем наблюдать сегодня. Свет также подвергается изменению или, если быть точнее, смещается по спектру в сторону красного — отчего его энергия слабеет, таким образом охлаждая вселенную по мере ее расширения. Космическое расширение объясняет, как вселенная пришла к тому состоянию, которое мы можем наблюдать сегодня. Подобно тому, как космологи словно бы перематывают время, мы сможем представить Вселенную, которая становится все более разреженной, горячей и предельно простой. В данном исследовании зарождения мы также изучим внутреннее строение природы, использовав достоинства ускорителя, более мощного, чем что-либо построенное на Земле — сам Большой Взрыв.
Рис. 6 Смещение по спектру в сторону красного.
Всматриваясь в космос с помощью телескопов, астрономы заглядывают в прошлое — и чем больше телескоп, тем оно глубже. Свет от удаленных галактик показывает нам ранние эпохи, и количество этого света в приближении к красному свидетельствует о том, насколько «вырос» удаленный объект. Самый большой рекорд по смещению в сторону красного, равный восьми, обозначает время, когда Вселенная была в девять раз менше нынешних ее размеров и возрастом всего в один миллион лет. Телескоп Хаббла и 10 метровые телескопы Кека позволяют наблюдать период через несколько миллиардов лет после Большого Взрыва, когда зародились галактики, подобные нашей. Свет из более ранних времен настолько смещен в спектре, что астрономы ищут его в инфракрасных и радиочастотах.
Ранее существовавшие космологические модели предполагали, что расширение Вселенной замедляется. Они исходили из предположения, что основную часть массы Вселенной составляет материя — как видимая, так и невидимая (тёмная материя). На основании новых наблюдений, свидетельствующих об ускорении расширения, было найдено, что во Вселенной существует ранее неизвестная энергия с отрицательным давлением (см. уравнения состояния). Её назвали «тёмной энергией».
По имеющимся оценкам, ускоряющееся расширение Вселенной началось приблизительно 5 миллиардов лет назад. Предполагается, что до этого расширение замедлялось благодаря гравитационному действию тёмной материи и барионной материи. Плотность барионной материи в расширяющейся Вселенной уменьшается быстрее, чем плотность тёмной энергии. В конце концов, тёмная энергия начинает преобладать. Например, когда объём Вселенной удваивается, плотность барионной материи уменьшается вдвое, а плотность тёмной энергии остается почти неизменной (или точно неизменной — в варианте с космологической константой).
Если ускоряющееся расширение Вселенной будет продолжаться бесконечно, то в результате галактики за пределами нашего Сверхскопления галактик рано или поздно выйдут за горизонт событий и станут для нас невидимыми, поскольку их относительная скорость превысит скорость света. Это не является нарушением специальной теории относительности. На самом деле невозможно даже определить «относительную скорость» в искривлённом пространстве-времени. Относительная скорость имеет смысл и может быть определена только в плоском пространстве-времени, или на достаточно малом (стремящемся к нулю) участке искривлённого пространства-времени. Любая форма коммуникации далее пределов горизонта событий становится невозможной, и всякий контакт между объектами теряется. Земля, Солнечная система, наша Галактика, и наше Сверхскопление будут видны друг другу и в принципе достижимы путём космических полётов, в то время как вся остальная Вселенная исчезнет вдали. Со временем наше Сверхскопление придёт в состояние тепловой смерти, то есть осуществится сценарий, предполагавшийся для предыдущей, плоской модели Вселенной с преобладанием материи. [3]
Существуют и более экзотические гипотезы о будущем Вселенной. Одна из них предполагает, что фантомная энергия приведёт к т. н. «расходящемуся» расширению. Это подразумевает, что расширяющая сила действия тёмной энергии продолжит неограниченно увеличиваться, пока не превзойдёт все остальные силы во Вселенной. По этому сценарию, тёмная энергия со временем разорвёт все гравитационно связанные структуры Вселенной, затем превзойдёт силы электростатических и внутриядерных взаимодействий, разорвёт атомы, ядра и нуклоны и уничтожит Вселенную в Большом Разрыве.
С другой стороны, тёмная энергия может со временем рассеяться или даже сменить отталкивающее действие на притягивающее. В этом случае гравитация возобладает и приведёт Вселенную к «Большому Хлопку». Некоторые сценарии предполагают «циклическую модель» Вселенной. Хотя эти гипотезы пока не подтверждаются наблюдениями, они и не отвергаются полностью. Решающую роль в установлении конечной судьбы Вселенной (развивающейся по теории Большого Взрыва) должны сыграть точные измерения темпа ускорения. [4]