319
8 лет назад · 5 фото · 24602 просмотров · 158 комментариев
Откуда нам известно, что Вселенной 13,8 млрд лет? (5 фото)
Цель данного поста в том, что бы проиллюстрировать какая цепь умозаключений и фактов стоит за утверждениями ученых о природе Вселенной.
Вы уже наверняка слышали, что Вселенная началась с Большого взрыва 13,8 млрд лет назад, и сформировала атомы, звёзды, галактики, и, наконец, планеты с нужным для появления жизни составом. Заглядывая в отдалённые места Вселенной, мы также заглядываем и назад во времени, и каким-то образом, благодаря возможностям физики и астрономии, мы вычислили не только, как началась Вселенная, но и её возраст. Но откуда нам известно, сколько ей лет? Как подсчитали это число в 13,8 млрд лет?
На самом деле есть два разных, независимых метода измерения этой величины, и хотя один из них гораздо точнее другого, в менее точном используется гораздо меньше предположений.
Более точный метод предлагает подумать о том, что Вселенная расширяется и охлаждается, а значит, в прошлом она была горячее и плотнее. Если возвращаться назад во времени, мы обнаружим, что в меньшей по объёму Вселенной не только вся материя располагалась ближе друг к другу, но и длины волн всех фотонов были короче, поскольку расширение Вселенной растянуло их до сегодняшнего состояния.
На самом деле есть два разных, независимых метода измерения этой величины, и хотя один из них гораздо точнее другого, в менее точном используется гораздо меньше предположений.
Более точный метод предлагает подумать о том, что Вселенная расширяется и охлаждается, а значит, в прошлом она была горячее и плотнее. Если возвращаться назад во времени, мы обнаружим, что в меньшей по объёму Вселенной не только вся материя располагалась ближе друг к другу, но и длины волн всех фотонов были короче, поскольку расширение Вселенной растянуло их до сегодняшнего состояния.
Поскольку длина волны фотона определяет его энергию и температуру, коротковолновый фотон более энергичен и горяч. Чем дальше мы будем возвращаться во времени, тем выше будет температура, пока в какой-то момент мы не достигнем самых ранних этапов Большого взрыва. Важно: у горячего Большого взрыва был этап, который можно назвать самым ранним!
Если мы будем вести экстраполяцию в прошлое бесконечно, то достигнем сингулярности, в которой физика перестаёт работать. С нашим современным пониманием раннего состояния Вселенной мы знаем, что горячему и плотному Большому взрыву предшествовало состояние инфляции, и её длительность была неопределённой. Когда мы говорим о возрасте Вселенной, мы говорим о том, сколько времени прошло с тех пор, когда Вселенную впервые можно было описывать через горячий Большой взрыв.
По законам Общей теории относительности, в такой Вселенной, как наша:
• с одинаковой плотностью на крупнейших масштабах,
• с одинаковыми законами и свойствами во всех местах,
• одинаковой по всем направлениям,
• с Большим взрывом, случившимся во всех местах одновременно,
существует уникальная связь между возрастом Вселенной и её расширением в течение жизни.
Иначе говоря, если мы сможем измерить, как Вселенная расширяется сегодня, и как она расширялась в течение жизни, мы точно вычислим, из каких компонентов она состоит. Нам это известно из множества различных наблюдений, а именно:
Если мы будем вести экстраполяцию в прошлое бесконечно, то достигнем сингулярности, в которой физика перестаёт работать. С нашим современным пониманием раннего состояния Вселенной мы знаем, что горячему и плотному Большому взрыву предшествовало состояние инфляции, и её длительность была неопределённой. Когда мы говорим о возрасте Вселенной, мы говорим о том, сколько времени прошло с тех пор, когда Вселенную впервые можно было описывать через горячий Большой взрыв.
По законам Общей теории относительности, в такой Вселенной, как наша:
• с одинаковой плотностью на крупнейших масштабах,
• с одинаковыми законами и свойствами во всех местах,
• одинаковой по всем направлениям,
• с Большим взрывом, случившимся во всех местах одновременно,
существует уникальная связь между возрастом Вселенной и её расширением в течение жизни.
Иначе говоря, если мы сможем измерить, как Вселенная расширяется сегодня, и как она расширялась в течение жизни, мы точно вычислим, из каких компонентов она состоит. Нам это известно из множества различных наблюдений, а именно:
• Из прямых измерений яркости и расстояний до таких объектов Вселенной, как звёзды, галактики и сверхновые, которые позволяют нам построить космическую лестницу расстояний.
• Из измерений крупномасштабных структур, скоплений галактик и барионных акустических осцилляций.
• Из флуктуаций в фоновом излучении, в «фотографии» Вселенной, сделанной, когда ей было 380 000 лет.
Объединив всё это, мы получим Вселенную, в настоящий момент состоящую на 68% из тёмной энергии, на 27% из тёмной материи, на 4,9% из нормальной материи, на 0,1% из нейтрино, на 0,01% из излучения, и, в общем-то, всё. Но если добавить сегодняшние особенности расширения Вселенной, это можно экстраполировать назад и узнать всю историю расширения, и, следовательно, возраст Вселенной.
Получившееся число – точнее всего нам даёт его эксперимент Планк, но вносят свои коррективы и другие источники, вроде измерений сверхновых, телескоп Хаббла и Слоановский небесный цифровой обзор – оказывается равным 13,81 млрд лет, с погрешностью всего в 120 млн лет. Это значит, что в возрасте Вселенной мы уверены на 99,1%, что удивительно точно!
• Из измерений крупномасштабных структур, скоплений галактик и барионных акустических осцилляций.
• Из флуктуаций в фоновом излучении, в «фотографии» Вселенной, сделанной, когда ей было 380 000 лет.
Объединив всё это, мы получим Вселенную, в настоящий момент состоящую на 68% из тёмной энергии, на 27% из тёмной материи, на 4,9% из нормальной материи, на 0,1% из нейтрино, на 0,01% из излучения, и, в общем-то, всё. Но если добавить сегодняшние особенности расширения Вселенной, это можно экстраполировать назад и узнать всю историю расширения, и, следовательно, возраст Вселенной.
Получившееся число – точнее всего нам даёт его эксперимент Планк, но вносят свои коррективы и другие источники, вроде измерений сверхновых, телескоп Хаббла и Слоановский небесный цифровой обзор – оказывается равным 13,81 млрд лет, с погрешностью всего в 120 млн лет. Это значит, что в возрасте Вселенной мы уверены на 99,1%, что удивительно точно!
Да, различных данных, указывающих на это число, у нас много, но на самом деле это один метод. Нам просто повезло, что существует непротиворечивая картинка, на которую указывают все данные, но каждого из этих ограничений по отдельности недостаточно, чтобы сказать: «Вселенная именно такая». Вместо этого все они предлагают набор возможностей, и о том, где мы живём, говорит место их пересечений.
Если бы у Вселенной сегодня были абсолютно те же свойства, но она состояла бы на 100% из нормальной материи, без тёмной материи и тёмной энергии, то ей было бы всего 10 млрд лет. Если бы во Вселенной было 5% нормальной материи (без тёмной материи и тёмной энергии), а константа Хаббла равнялась бы 50 км/с/Мпс вместо 70км/с/Мпс, то Вселенной было бы 16 млрд лет. Но, комбинируя все известные данные, мы с уверенностью можем заявить, что 13,81 млрд лет – это возраст Вселенной с небольшой погрешностью. Это удивительное достижение науки.
И всё это в целом даёт один метод. Это главный, лучший, наиполнейший метод, с огромным количеством различных доказательств. Но есть и ещё один факт, удивительно полезный для проверки наших результатов.
Это факт нашего понимания того, как звёзды живут, сжигают своё топливо и умирают. Конкретнее, мы знаем, что у всех звёзд, когда они живы и сжигают своё главное топливо (синтезируют гелий из водорода), есть определённая яркость и цвет, и они сохраняют эти яркость и цвет определённый промежуток времени: пока в их ядрах не начинает заканчиваться горючее.
В этот момент яркие, голубые и более массивные звёзды начинают «выключаться» из главной последовательности (кривой на диаграмме цвета и величины), превращаясь в гигантов и/или сверхгигантов.
Если бы у Вселенной сегодня были абсолютно те же свойства, но она состояла бы на 100% из нормальной материи, без тёмной материи и тёмной энергии, то ей было бы всего 10 млрд лет. Если бы во Вселенной было 5% нормальной материи (без тёмной материи и тёмной энергии), а константа Хаббла равнялась бы 50 км/с/Мпс вместо 70км/с/Мпс, то Вселенной было бы 16 млрд лет. Но, комбинируя все известные данные, мы с уверенностью можем заявить, что 13,81 млрд лет – это возраст Вселенной с небольшой погрешностью. Это удивительное достижение науки.
И всё это в целом даёт один метод. Это главный, лучший, наиполнейший метод, с огромным количеством различных доказательств. Но есть и ещё один факт, удивительно полезный для проверки наших результатов.
Это факт нашего понимания того, как звёзды живут, сжигают своё топливо и умирают. Конкретнее, мы знаем, что у всех звёзд, когда они живы и сжигают своё главное топливо (синтезируют гелий из водорода), есть определённая яркость и цвет, и они сохраняют эти яркость и цвет определённый промежуток времени: пока в их ядрах не начинает заканчиваться горючее.
В этот момент яркие, голубые и более массивные звёзды начинают «выключаться» из главной последовательности (кривой на диаграмме цвета и величины), превращаясь в гигантов и/или сверхгигантов.
Посмотрев, где находится эта точка «выключения» для скопления звёзд, появившихся примерно в одно и то же время, мы можем подсчитать – зная, как работают звёзды – сколько лет звёздам в кластере. Рассматривая самые старые шаровые скопления, где содержится меньше всего тяжёлых элементов, и чьи выключения случаются со звёздами наименьшей массы, мы обнаруживаем, что их возраст весьма последовательно оказывается равным 13,2 млрд лет, но не более того (имейте в виду, что в этом случае погрешность довольно велика, порядка миллиарда лет).
Довольно часто встречается возраст в 12 млрд лет, но возрасты порядка 14 млрд лет и более не встречаются никогда, хотя в 1990-х часто упоминали о возрастах в 14-16 млрд лет. Улучшение понимания работы звёзд и их эволюции снизило эти цифры.
В общем, у нас есть два метода – один из космической истории, а второй – из измерения локальных звёзд – показывающих, что возраст нашей Вселенной находится в промежутке от 13 до 14 млрд лет. Никого бы не удивило, если бы нам оказалось 13,6 млрд или 14,0 млрд, но можно с большой точностью заявить, что нам не 13,0 или 15,0 млрд лет. Говорите с уверенностью, что нам 13,8 млрд лет – теперь вы знаете, как мы это подсчитали!
Довольно часто встречается возраст в 12 млрд лет, но возрасты порядка 14 млрд лет и более не встречаются никогда, хотя в 1990-х часто упоминали о возрастах в 14-16 млрд лет. Улучшение понимания работы звёзд и их эволюции снизило эти цифры.
В общем, у нас есть два метода – один из космической истории, а второй – из измерения локальных звёзд – показывающих, что возраст нашей Вселенной находится в промежутке от 13 до 14 млрд лет. Никого бы не удивило, если бы нам оказалось 13,6 млрд или 14,0 млрд, но можно с большой точностью заявить, что нам не 13,0 или 15,0 млрд лет. Говорите с уверенностью, что нам 13,8 млрд лет – теперь вы знаете, как мы это подсчитали!
Было бы интересно узнать что было до большого взрыва. Теории какие-нибудь на эту тему научное сообщество оглошало?
блин, ну изначальная сингулярность это же абстракция. и большой взрыв это тоже абстракция. ведь нет теории, которая описывает, что происходило от нуля до 10^-27 секунды. вот и назвали эти вещи такими названиями
Я не астрофизик, но меня давно терзают мысли о том, что вся наша Вселенная появилась не из Большого взрыва. Вернее, это выглядело как взрыв, но... Представьте себе чёрную дыру. Настолько огромную, что в ней была заключена ВСЯ масса той прото-Вселенной, всё её вещество. И эта масса настолько огромна, что в центре этой чёрной дыры возникла такая сингулярность и гравитация, что она сколлапсировала внутрь себя, как бы вывернувшись наизнанку, образовав туннель в наше третье измерение и породила нашу Вселенную. А частицы чёрной дыры начали с огромной скоростью разлетаться в стороны от выхода этого туннеля, как взрыв, и образовывать сначала кварки/мезоны/глюоны и т.д., а уже потом электроны, протоны и нейтроны и антиматерию. А в свою очередь, из них образовались водород и гелий, ну и чуток более тяжёлых "осколков", и далее по той теории, которая сейчас более близко описывает первые секунды после "большого взрыва".
мне кажется, что сама по себе сингулярность - это форма объяснения физики нашей вселенной учитывая линейность нашего восприятия. Проще говоря наше сознание всегда ищет концы и начало, поэтому и есть нулевая величина, называемая сингулярностью, по факту же нет никакого начала и вселенная бесконечно абсолютно, или говоря иначе: вселенная сама из себя и сама в себя, своего рода проекция, которая проецирует на себя. Любопытно, что точкой сингулярности потенциально может являться любая точка пространства, т.к. как бы вселенная выворачивается/расширяется сама в себя)
а меня интересовал вопрос в чем находится Вселенная
вопрос. а почему вся эта ситуация происходила в другом пространстве или подпространстве? расширение вселенной от её условного центра приводит в итоге к образованию точки сингулярности с отрицательной гравитацией, и в итоге это будет цикличным явлением ...
Теоретически так оно и есть. Не удивлюсь, если рано или поздно учёные найдут центр Вселенной и там будет огромная чёрная дыра, вокруг которой и вращается всё сущее.
И насчёт цикличности - может не цикличность, а последовательность? Сначала одномерная Вселенная, потом двумерная, теперь трехмерная... А когда-нибудь, через многие триллионы лет появится четырехмерная вселеная и так далее. С каждым коллапсом, каждая новая "взорвавшаяся" сингулярность добавляет +1 измерение (одно неизвестное) к текущей формуле Вселенной... как вам идейка?
как говорится "будем посмотреть"
была некая черная дыра, которая пожирала всё вокруг, пожирая становилась больше - гравитационное поле ее повышалось и повышалось, пока она не сожрала все объекты в космосе. абсолютно ВСЕ, а потом взорвалась. это могло быть большим взрывом? и не повторяется ли эта история сейчас?
Т.е. вся материя схлопнулась в эту черную дыру, которая потом взорвалась, осколки разлетелись. Это был большой взрыв. Разлет осколков - период расширения вселенной. Потом, когда расширение закончится, опять начнет схлопываться в черную дыру?
да, почему то я не слышал такую теорию, а она наверное имеет право на жизнь?
Конечно имеет. Многие приходят к такому выводу
Всё именно так и было, если конечно само время не изменялось в процессе ;)
А кому говорить?
для оправдания заведомо неприподъёмной цифры, которую просто невозможно проверить никак, делаются определенные допущения, на основании которых далее делаются расчеты.
только вот беда: кто может поручиться, что сами допущения верны? Для их принятия требуется прям-таки религиозная вера (в самом гротескном ее понимании)
Вот большой взрыв это ладно я понял! Но я не понял что взорвалось звезда или молекула? И где это что-то находилось и откуда оно взялось до взрыва и в чем сейчас находится наша вселенная? Ведь не может быть что-бы она не в чем не находилась как вы думаете?
Почитайте по подробнее про точку сингулярности Вселенной и планковские единицы.
Проблема существования космологической сингулярности является одной из наиболее серьёзных проблем физической космологии. Дело в том, что никакие наши сведения о том, что произошло после Большого Взрыва, не могут дать нам никакой информации о том, что происходило до этого.
а евреи говорят , что сыну божьему всего 2017 лет.. тогда кто все это делал 13 ,8 млрд. лет назад? какой то другой Бог?
а когда вы смотрите на звездное небо и всякие там звезды, вас не удивляет . что вы видите прошлое звезд на расстоянии в несколько миллионов световых лет.. т.е. событие ( просто свет,который идет от них) произошло несколько миллионов световых лет назад.. а мы видим только сейчас.. смотрим сейчас ,а видим супер прошлое..
Так тож сын. Папа был по-страше.
Вот и я, сажусь в машину к набожному "братку". Если ему сказать, что он один из видов приматов, можно получить в морду. На панели - три иконки, Иисус, Богородица и Николай Угодник. Знает ли он, кто это, спрашиваю.
- Это отец, это мать, а это их сын.
- И почему они на иконах?
- Как почему? Боги же!
теперь я знаю смысл жизнь и всего, всего... "42" )))
объяснений мало, воды много.
зачем так всё сложно!?
а это нормально не верить во все это? я лично не могу проверить сколько планете лет, но и на чужие мнения/статьи/доказательства не могу положиться
а что? взрослый человек сомневаться не может?
Сомнение конечно штука полезная. Но ты не сомневалась, ты просто сказала что все идиоты, одна я королева.
Абсолютно нагадить как ты будешь жить , но вот объяснить твою ошибку хотел.
Увы, гонор не дает мозгу подумать.
Верь дальше.
Ну ну...
А где рвануло то, если до того ничего не было? И как предствавить - это Ничего
Не было взрыва. Это шутка в научных кругах, которая переросла себя и стала тем чем есть. Забавный факт)
Было расширение. И оно было везде. Везде и сразу. И до "взрыва" не было "ничего", была сингулярность(то что хз что, мы называем сингулярностью). Но до большого взрыва невозможно провести анализ какой либо информации. Ее просто нет для нас.
Может в будущем мы научимся смотреть дальше 14 млрд.лет. Но сейчас для нас все что старше БЗ загадка. По вполне объективным причинам.
это все проделки субатомных частиц, интересно откуда у них появилась энергия что б вытворять такое
Золотой памятник тому кто это разгдает
Не при нашей жизни походу.
Спасибо, интересно)
Но меня всегда коробит фраза "То, что происходило до Большого Взрыва, выходит за рамки естественных наук". Умом понимая, что это справедливо по отношению к наукам, бес любопытства и нетерпения во мне готов спорить и всячески осуждать эту "беспомощность"! )))
легко себе представить что происходило до большого взрыва - вся материя вселенной сосредоточена в одной бесконечно малой точке, в связи с чем нет ни пространства ни времени! То есть если бы там появился человек, то он не смог бы ничего воспринимать, так как время не продвинулось бы ни на секунду!
Типа есть ли жизнь на марсе -нету жизни на марсе Науке это не известно))
Весь прикол в том. Что твои слова и правда и нет.
Мы не знаем что было до БЗ. Там могли быть розовые пони, ровно так же как и не было времени.
Мы вообще ничего незнаем до БЗ.
"вся материя вселенной сосредоточена в одной бесконечно малой точке"
Неверное утверждение. Материя появилась после большого взрыва.
верно)))))
Сижу в баре, пью эль. Прочел этот пост, собирался, что-то умное написать в комментах. Посмотрел на кружку, передумал. Всем добра еще на 13.8 миллиардов лет.
Теперь буду знать...Проще молоть о бесконечности Вселенной или о ее пределах чем узнать что у нас под ногами. Так ведь и получается.Лучше знают о Марсе чем то, что под Землей километров тридцать в глубину.
Это ты не знаешь о земле.
Забавно, когда человек обвиняет в своей безграмотности учёных.
Да нет,не обвиняю.Плавали-знаем.Я не самый умный, не претендую.Но все-таки-слепо верить в то,что нам рассказывают тоже не охота.Сам полет на Марс схож с обещанием наступления коммунизма,постоянно откладывают на десять-двадцать лет.И ни коммунизма,ни полета.Давайте просто подождем и увидим.