Az univerzum tágulása. - Remélem, nem fognak csalódni.

A "Táguló univerzumok tulajdonságai" című szakdolgozatom végre elkészült.

A bevezető első sorai: A gondolat, hogy az univerzum tágul, új. Minden korábbi kozmológia eredendően stacionárius volt, sőt Einstein, akinek relativitáselmélete minden modern kozmológiai kutatás alapját képezte, természetesnek tartotta a világegyetem statikus modelljének javaslatát. Azonban az Einstein -féle statikus modellekhez nagyon komoly nehézségek kapcsolódnak, amelyek állítólag végtelen ideig léteznek ...

A mikrohullámú háttér azt jelezte, hogy az Univerzum forró, sűrű szakaszon ment keresztül a múltban. De nem bizonyította be, hogy ez a szakasz az univerzum kezdete. El lehet képzelni, hogy a Világegyetem korábban az összehúzódás fázisában volt, majd nagy, de véges sűrűségben felpattanást tapasztalt, és az összehúzódástól a tágulásig haladt. Az, hogy ez a tény valóban megtörtént -e, pusztán alapvető kérdés, és pontosan ez kellett a dolgozatom befejezéséhez.

A gravitáció összehúzza az anyagot, és a forgás széttépi. Tehát először azt tettem fel magamnak a kérdést: okozhatja -e a forgatás az univerzum ugrálását? George Ellisszel együtt meg tudtam mutatni, hogy a válasz erre a kérdésre negatív, ha a világegyetem térben homogén, vagyis ha a tér minden pontján azonos. Két orosz tudós, Evgeny Lifshits és Isaak Khalatnikov azonban azzal érvelt, hogy be tudják bizonyítani, hogy általános esetben a pontos szimmetria nélküli tömörítés mindig visszapattanáshoz vezet, ha véges sűrűséget érnek el. Ez az eredmény nagyon kényelmes volt a marxista-leninista dialektikus materializmus számára, mivel lehetővé tette a Világegyetem létrejöttének kellemetlen kérdésének megkerülését. Így vált dogmává a szovjet tudósok számára.

Lifshits és Halatnikov a régi iskola képviselői voltak az általános relativitáselméletben, vagyis hatalmas egyenletrendszereket írtak fel és próbáltak megoldásokat találni. De nem volt nyilvánvaló, hogy az általuk talált megoldások a legáltalánosabbak. Roger Penrose új megközelítést javasolt, amely nem követelte meg kifejezetten Einstein téregyenleteinek megoldását, hanem csak néhány általános tulajdonsággal dolgozott, például azzal a ténnyel, hogy az energia pozitív és a gravitáció vonz. 1965 januárjában Penrose szemináriumot tartott erről a témáról a londoni King's College-ban. Nem voltam ezen a szemináriumon, de hallottam erről Brandon Cartertől, akivel közös irodánk volt Cambridge -ben, az Ezüst utcai alkalmazott matematika és elméleti fizika új ágában.

Először nem tudtam megérteni, mi a lényeg. Penrose megmutatta, hogy csak annyit ér haldokló csillag egy bizonyos sugárra zsugorodva elkerülhetetlenül szingularitás keletkezik - az a pont, ahol a tér és az idő véget ér. Természetesen azt hittem, hogy már tudunk arról, hogy lehetetlen megakadályozni egy hatalmas hideg csillag összeomlását saját gravitációja hatására, amíg el nem éri a végtelen sűrűségű szingularitást. De a valóságban az egyenleteket csak az összeomlás esetére oldották meg tökéletesen gömb alakú a csillagok, és az igazi sztárok természetesen nem voltak éppen gömb alakúak. Ha Lifshitsnek és Khalatnikovnak igaza van, akkor a csillag összeomlásakor a gömbszimmetriától való eltérések növekedni fognak, és a csillag különböző részei hiányoznak egymástól, elkerülve ezáltal a végtelen sűrűségű szingularitást. De Penrose megmutatta, hogy tévedtek: a gömbszimmetriától való kis eltérések nem akadályozzák meg a szingularitás megjelenését.

Rájöttem, hogy hasonló érvelés alkalmazható az univerzum tágulására is. Ebben az esetben be tudtam bizonyítani, hogy voltak szingularitások, amelyekben a téridő ered. Tehát Lifshits és Halatnyikov ismét tévedtek. Az általános relativitáselmélet azt jósolja, hogy az univerzumnak van kezdete – ez az eredmény nem kerülte el az egyház figyelmét.

Mindkét eredeti szingularitási tétel - Penrose és az enyém - feltételezte, hogy a világegyetemnek van Cauchy horizontja, vagyis olyan felülete, amelyet az egyes részecskék pályája egyszer és csak egyszer keresztez. Tehát előfordulhat, hogy az első szingularitási tételeink egyszerűen azt bizonyították, hogy az univerzumnak nincs Cauchy-horizontja. Bár ez egy érdekes lehetőség, fontossága összehasonlíthatatlan volt azzal a ténnyel, hogy az időnek lehet kezdete vagy vége. Ezért zavarba estem a szingularitási tételek olyan bizonyításain, amelyek nem igényelnek feltételezéseket a Cauchy horizontról.

A következő öt évben, Roger Penrose és Bob Geroch, kidolgoztam az általános relativitáselmélet oksági struktúrájának elméletét. Milyen csodálatos érzés volt, hogy egy egész kutatási terület áll a rendelkezésére! Mennyire különbözött a részecskefizikától, ahol az emberek szó szerint harcoltak egymással a tétért friss ötletek! Minden a mai napig ott van.

Erről meséltem egy esszében, amely 1966 -ban elnyerte a Cambridge -i Adams -díjat. Ez képezte az alapját a The Large-Scale Structure of Spacetime című könyvnek, amelyet John Ellis-szel közösen írtam, és 1973-ban publikáltam a Cambridge University Press-ben. A könyvet még mindig újranyomják, ahogy valójában van az utolsó szó a téridő ok-okozati szerkezetének kérdésében, vagyis arról, hogy a téridő mely pontjai befolyásolhatják más pontokon az eseményeket. Szeretném óvatosságra hozni a széles közönséget, hogy ne hivatkozzanak erre a könyvre, mivel ez nagyon specializált, és abban az időben íródott, amikor ugyanolyan szigorúságot próbáltam betartani, mint a tiszta matematikusokat. Ma jobban aggódom az igazam, mint az igazam miatt. Bárhogy is legyen, szinte lehetetlen rigoristanak lenni kvantumfizika mert ez az egész terület nagyon ingatag matematikai talajon nyugszik.

7. Fekete lyukak

Néhány objektum ötlete, amelyet ma fekete lyukaknak nevezünk, több mint két évszázada folyik. 1783 -ban John Michell cambridge -i professzor közzétett egy cikket a Londoni Royal Society Philosophical Transactions című folyóiratában az úgynevezett "sötét csillagokról". Megjegyezte, hogy egy kellően masszív és kompakt csillag olyan erős gravitációs mezővel rendelkezhet, hogy csapdába ejti az általa kibocsátott fényt. A csillag felszínéről kibocsátott fényt a gravitációs tere visszaadja, de nem távolodik el tőle jelentősen.

Michell azt javasolta, hogy sok ilyen csillag lehet. Bár nem láthatók, mert tőlük nem jut el hozzánk a fény, érezni lehet a gravitációs vonzásukat. Az ilyen tárgyakat most fekete lyukaknak nevezzük, mert ez tükrözi lényegüket - fekete üregeket a térben. Hasonló feltételezést tett néhány évvel később a francia tudós, Marquis de Laplace, láthatóan Michelltől függetlenül. Nagyon érdekes, hogy Laplace ezt a hipotézist csak a "Világrendszer bemutatása" című könyvének első kiadásába foglalta bele, a későbbi kiadásokban már nincs meg. Talán őrült ötletnek tartotta.

Michell és Laplace is úgy vélte, hogy a fény olyan részecskékből áll, mint az ágyúgolyók, amelyeket a gravitáció lelassíthat és visszaeshet a csillagra. Ez nem volt összhangban az 1887-es Michelson-Morley kísérlet eredményeivel, amelyek azt mutatták, hogy a fény mindig a ugyanaz a sebesség... 1915 -ig, amikor Einstein megfogalmazta az általános relativitáselméletet, nem létezett kompatibilis elmélet a gravitáció fényre gyakorolt ​​hatásairól. Ennek alapján Robert Oppenheimer és tanítványai, George Volkov és Hartland Snyder 1939 -ben kimutatták, hogy a nukleáris üzemanyagát kimerítő csillag nem tud ellenállni a gravitációnak, ha tömege meghalad egy bizonyos, a Nap tömegéhez hasonló nagyságrendben összehasonlítható határértéket. A kiégett, nagyobb tömegű csillagoknak befelé kell omlaniuk, végtelen sűrűségű szingularitásokat tartalmazó fekete lyukakat képezve. Einstein soha nem ismerte fel a fekete lyukakat vagy az anyag végtelen sűrűségű összenyomódásának lehetőségét, bár ezt elmélete előre jelezte.

A háború kitörése elterelte Oppenheimer figyelmét, hogy az atombombán dolgozzon. A háború után az atom- és atomfizika nagyobb érdeklődést váltott ki, és több mint húsz évig elfelejtették a gravitációs összeomlást és a fekete lyukakat.

A gravitációs összeomlás iránti érdeklődés az 1960 -as években újjáéledt kvazárok felfedezésével - nagyon távoli tárgyakkal, amelyek rendkívül kompakt és erős optikai és rádióforrások. A fekete lyukba eső anyag volt az egyetlen hihető mechanizmus, amely megmagyarázhatta az ilyen előállítását egy nagy szám energiát ilyen kis térben. Aztán ismét eszükbe jutott Oppenheimer munkája, és a szakemberek elkezdték tanulmányozni a fekete lyukak elméletét.

A megfigyelési technológia fejlődésével lehetővé válik az egyre halványabb objektumok színképeinek vöröseltolódásának mérése. Azon spektrumok listája, amelyek Δƛ / ƛ> 1 már kiterjedtté vált, és a spektrum legnagyobb észlelt vöröseltolódása megfelel Δƛ / ƛ = 3,14

Az υ / c = ((((Δƛ / ƛ) +1) 2-1) / (((Δƛ / ƛ) +1) 2 +1) képlet szerint ez 270 000 km / s eltávolítási sebességet jelent. Vegyük a Hubble -állandó legvalószínűbb értékét, amely 65 km / s Mpc. Ekkor az objektum távolsága az υ = H * r képlet szerint 4200 megaparsecs.

Egyre nyilvánvalóbbá válik, hogy a galaxisok minden irányába való szórás törvénye univerzális, univerzális törvény. Van egy tágulás, az egész Univerzum egészének tágulása.

A csillagászatnak azt az ágát, amely a világegyetem egészének tulajdonságait vizsgálja, kozmológiának nevezik. Einstein által lefektetett elméleti alapjai két fő megfigyelhető jelenségen alapulnak. Az első az, hogy a galaxisok és halmazaik viszonylag egyenletesen oszlanak el az égbolton, kivéve a galaxisunkban lévő fényelnyelő anyag által okozott elkerülési zónát. A második fontos megfigyelt jelenség a galaxisok távolságukkal arányos sebességű, minden irányban történő szóródásának törvénye. Ezeknek a megfigyelt jelenségeknek az összehasonlítása arra a következtetésre vezet, hogy a kezdeti robbanás eredményeként létrejött univerzum hasonló a homogén táguló golyóhoz.

Mely törvények szabályozzák ennek a táguló gömbnek a fejlődését, amelyben a galaxisok és halmazaik vonzzák egymást az egyetemes gravitáció törvénye szerint? Mit hoz a jövő az univerzum számára? A végtelenségig bővül -e, vagy az egyes részek kölcsönös gravitációja, lassítva és megállítva a tágulást, kényszeríti az univerzumot, hogy összehúzódjon?

A tágulási folyamat Einstein relativisztikus mechanikája szerint zajlik, de a folyamat bizonyos aspektusai az ismert newtoni mechanika szempontjából is világosak.

Abból, hogy az Univerzum egyes részeinek kölcsönös gravitációja lassítja a tágulását, az következik, hogy a tágulás a múltban gyorsabb volt, ezért az Univerzum korára vonatkozó becslést módosítani kell - csökkenteni kell. A korrekció nagysága az Univerzum anyagának átlagos sűrűségétől függ. Minél nagyobb az anyag sűrűsége, annál erősebb a sebesség lassulása, és annál jelentősebb korrekciót kell bevezetni.

Ha adott tágulási sebesség mellett a golyóban lévő anyag sűrűsége elég nagy, akkor a gravitációs erők képesek lesznek megállítani a tágulást és összehúzódással helyettesíteni. Ha az anyag sűrűsége alacsony, és ezért a gravitációs erők gyengék, akkor a tágulási folyamat soha nem áll le, a Világegyetem végtelenül tágulni fog, és az anyag átlagos sűrűsége nulla lesz.

Nyilvánvalóan van az anyag átlagos sűrűségének kritikus értéke - ρ 0. Ha a H Hubble-állandó jelenlegi értékénél az Univerzumban az átlagos anyagsűrűség nagyobb, mint ρ 0, akkor a jövőben az Univerzum tágulása leáll, és összehúzódás váltja fel. Ha a sűrűség egyenlő ρ 0 -val vagy kisebb annál, akkor az Univerzum tágulása a végtelenségig folytatódik.

Ennek fordítva is igaz. Ha megadjuk az Univerzum átlagos anyagsűrűségét, akkor van egy bizonyos kritikus értéke a H 0 Hubble -állandónak. Ha a tényleges H kisebb, mint H o, akkor az Univerzum tágulását kompresszió váltja fel, de ha H ≥ H 0, akkor az Univerzum tágulása korlátlan lesz.

Ezek az arányok közel állnak azokhoz az arányokhoz, amelyek összekötik a Föld átlagos sűrűségét és a kritikus (második kozmikus) sebességet, amelyet a felszínén elhelyezkedő testnek kell adni, hogy az végtelenül eltávolodjon a Földtől anélkül, hogy visszaesne annak felszínét. Az egyetlen különbség az, hogy az Univerzum egészében, minden részében tágul, nem pedig az egyes elemeiben.

A relativisztikus relativitáselmélet törvényei szerint, vagyis a táguló Univerzum engedelmeskedik törvényeinek, a tágulási folyamatot a tér, az anyag és az idő fogalmai közötti, tudatunk számára szokatlan kapcsolatok jellemzik. Ha az anyag átlagos sűrűsége nagyobb, mint ρ 0, és a tágulást kompresszióval kell helyettesíteni, akkor az anyag gravitációja bezárja a teret önmagán. Az anyagot tartalmazó táguló térfogaton kívül nincs tér. Ezt az Univerzumot általában zártnak nevezik.

A zárt univerzum tere korlátozott. De ugyanakkor az Univerzumnak nincs sem középpontja, sem határrégiója, minden pontja egyenlő a helyzetét tekintve.

Annak érdekében, hogy megértsük, hogyan lehet ez a háromdimenziós térrel, érdemes figyelembe venni annak kétdimenziós analógiáját-a gömb felületét. A gömb felületének korlátozott területe van, minden pontja egyenlő a pozíciójában, nincsenek központi vagy határpontok.

A geometria törvényei, amelyek a világegyetemben az ρ 0 kritikus értéknél nagyobb anyagsűrűséggel működnek, szintén szokatlanok elképzeléseink számára. Eltérnek az euklideszi geometria törvényeitől, amelyeket bolygónkon az iskolákban tanítanak. Ebben a geometriában, amelyet Riemannian -nak hívnak, lehetetlen vele egyenes vonal meghúzása egy egyenes vonalon kívüli ponton keresztül. A háromszög szögeinek összege nem egyenlő két derékszöggel. Ez több mint két egyenes, mint nagyobb területet háromszög. A kör hossza a Riemann-féle geometriában nem a sugár első fokával arányosan, hanem lassabban nő. A kör területe pedig nem a sugár négyzetével arányosan nő, hanem lassabban.

Hogy segítsünk tudatunknak hinni abban, hogy ilyen törvényszerűségek megvalósulhatnak valamilyen háromdimenziós térben, forduljunk ismét a kétdimenziós analógiához-a gömb felületéhez. A két pontot összekötő felület legrövidebb vonalát geodéziai egyenesnek nevezzük. Egy gömbön a két pont közötti legrövidebb távolságot a nagykör ívének hossza határozza meg, vagyis az a kör, amelyet a gömb metszéspontjával a középpontján áthaladó sík kapott. Ezért a gömbön lévő térbeli egyenesek analógjai nagy körök ívei. De minden nagy kör, amelyet valamilyen ponton keresztül húznak, metsz egy másik rögzített nagy kört. Egy gömbháromszög, azaz egy három nagykörívből álló háromszög szögeinek összege valójában több, mint két derékszög. Minél nagyobb a háromszög felülete, annál nagyobb. És a kör hossza egy gömbön, amelynek r sugara a kör középpontját a kör pontjával összekötő nagy kör ívének hossza, kisebb, mint 2Πr. És a kör területe kisebb, mint Πr 2.

Csak abban az esetben, ha egy végtelenül kicsi gömbháromszöget veszünk figyelembe, szögeinek összege egyenlő két egyenessel, és csak a gömbön lévő végtelenül kicsi sugarú kör hossza 2Πr, és a megfelelő felülete kör egyenlő m 2 -vel.

A relativisztikus elméletnek megfelelően az ember a mindennapi életében és még napjaink űrrepülései során sem észlel eltéréseket az euklideszi geometria által feltételezett törvényektől, csak azért, mert a tér azon területének térfogata, amelyben működik, elhanyagolható az Univerzum térbeli térfogatához képest.

Ha az Univerzumban az anyag átlagos sűrűsége pontosan megegyezik a kritikus ρ 0 értékkel, akkor ebben az esetben (amit természetesen rendkívül valószínűtlennek kell tekinteni) az euklideszi geometria törvényei a teljes három- az Univerzum dimenziós tere. Az ilyen tér kétdimenziós analógiája a sík felülete.

Ha a harmadik lehetőség megvalósult a természetben, az Univerzumban az átlagos anyagsűrűség kisebb, mint a ρ 0 kritikus érték, akkor a végtelenül táguló nyitott Univerzum terében egy másik geometria törvényeinek kell működniük - Lobacsevszkij geometriájának. . Egy ilyen térben egy egyenes vonalon kívül fekvő ponton keresztül számtalan egyenes vonal rajzolható meg vele párhuzamosan, a háromszög szögeinek összege kevesebb, mint két egyenes, valamint a kerülete és területe a kör nagyobb, mint 2Πr, illetve Πr 2.

Az ilyen tér némely kétdimenziós analógiája lehet egy hiperbolikus paraboloid, amelynek nyeregszerű alakja van, amelynek felszínén a geodéziai vonalak alapján felépített egyenesek, háromszögek és körök megfelelnek Lobachevszkij geometriájának tulajdonságainak. Ez a kétdimenziós analógia azonban nem felel meg teljesen a végtelenül táguló Univerzumnak, mivel a hiperbolikus paraboloidnak van középpontja, és a táguló Univerzumnak nincs középpontja.

Érdekes megjegyezni, hogy amikor N. I. Lobacsevszkij és a német matematikus Riemann megalkotta nem euklideszi geometriájukat, sok kollégájuk úgy gondolta, hogy bár a kapott konstrukciók logikailag hibátlanok voltak, nem találnak alkalmazást. Több évtized telt el, és kiderült Nagy világ, amelyben élünk, betartja e két geometria egyikének törvényeit. Csak azért, mert az emberi tevékenység még mindig a tér egy nagyon kis területére korlátozódik, törvényeinek eltérései Euklidész geometriájától elhanyagolhatók és nem észlelhetők.

Milyen univerzumban élünk? Nyitott vagy zárt?

A Hubble -állandó 65 km / s Mpc értékénél az Univerzum kritikus anyagsűrűsége ρ 0 = 8 10 -30 g/cm3. Ezért meg kell határozni, hogy a benne lévő anyag valódi átlagos sűrűsége nagyobb vagy kisebb, mint ez az érték.

Az Univerzumban az anyag átlagos sűrűségének becslése az egyik legnehezebb feladat. Először is valahogy meg kell határozni a galaxisok tömegét, másodszor meg kell találni a térfogat egységre jutó galaxisok átlagos számát, és végül meg kell próbálni figyelembe venni a diffúz intergalaktikus anyagok anyagtömegéhez való hozzájárulást, és talán olyan szilárd anyagokra is, mint a bolygók és az aszteroidák.

Egészen a közelmúltig az elvégzendő becslések 2 10 -31 és 5 10 -31 g / cm 3 közötti értékeket eredményeztek, azaz olyan sűrűségűek, amelyek több mint tízszer alacsonyabbak, mint az anyag kritikus sűrűsége. Ebből az következik, hogy az Univerzum végtelenül tágul, nyitott.
T.A. Agekyan "Csillagok, galaxisok, metagalaxisok" 1981. Harmadik kiadás, javítva és nagyítva

Meghívjuk Önt, hogy vitassa meg ezt a kiadványt honlapunkon.

Az univerzum nem statikus. Ezt erősítették meg Edwin Hubble csillagász tanulmányai még 1929 -ben, azaz majdnem 90 évvel ezelőtt. A galaxisok mozgásának megfigyelései vezették erre a gondolatra. A huszadik század végén az asztrofizikusok másik felfedezése az Univerzum gyorsulással történő tágulásának kiszámítása volt.

Hogy hívják az univerzum tágulását?

Néhányan meglepődve hallják, amit a tudósok a világegyetem tágulásának neveznek. A legtöbben ezt a nevet a gazdasággal és a negatív várakozásokkal asszociálják.

Az infláció az Univerzum tágulásának folyamata közvetlenül a megjelenése után, éles gyorsulással. Angol fordításban az "inflation" azt jelenti, hogy "pump up", "inflate".

A táguláselmélet ellenzői élnek az Univerzum inflációelméletének egyik tényezőjeként a sötét energia létezésével kapcsolatos új kétségekkel.

Aztán a tudósok fekete lyukak térképét javasolták. A kezdeti adatok eltérnek a későbbiekben kapott adatoktól:

1. Hatvanezer fekete lyuk távolsága a legtávolabbi több mint tizenegy millió fényév – négy évvel ezelőtti adatok.
2. Száznyolcvanezer fekete lyukú galaxis tizenhárom millió fényévnyire. A tudósok, köztük az orosz nukleáris fizikusok által 2017 elején szerzett adatok.

Az asztrofizikusok szerint ez az információ nem mond ellent az Univerzum klasszikus modelljének.

Az univerzum tágulási sebessége kihívást jelent a kozmológusok számára

A terjeszkedés mértéke valóban kihívást jelent a kozmológusok és a csillagászok számára. Igaz, a kozmológusok már nem vitatkoznak azon a tényen, hogy az Univerzum tágulási sebességének nincs állandó paramétere, az eltérések egy másik síkra költöztek - amikor a tágulás gyorsulni kezdett. A nagyon távoli I. típusú szupernóvák spektrumában való vándorlásra vonatkozó adatok azt bizonyítják, hogy a tágulás nem hirtelen folyamat.

A tudósok úgy vélik, hogy az univerzum az első ötmilliárd évben zsugorodott.

Az ősrobbanás első következményei először erőteljes terjeszkedést váltottak ki, majd elkezdődött a zsugorodás. De a sötét energia továbbra is befolyásolta az univerzum növekedését. És gyorsulással.

Amerikai tudósok elkezdtek térképet készíteni az univerzum méretéről különböző korszakok hogy megtudja, mikor kezdődött a gyorsulás. A szupernóva-robbanások, valamint az ősi galaxisokban a koncentráció irányának megfigyelése során a kozmológusok felfigyeltek a gyorsulás jellemzőire.

Miért "gyorsul" az univerzum

Kezdetben azt feltételezték, hogy az összeállított térképen a gyorsulási értékek nem lineárisak, hanem szinuszossá változtak. A "világegyetem hullámának" nevezték.

A világegyetem hulláma azt mondja, hogy a gyorsulás nem ment vele állandó sebesség: vagy lassított, vagy felgyorsult. És többször is. A tudósok úgy vélik, hogy az ősrobbanást követő 13,81 milliárd évben hét ilyen folyamat volt.

A kozmológusok azonban még nem tudnak válaszolni arra a kérdésre, hogy mitől függ a gyorsulás-lassulás. A feltételezések abból indulnak ki, hogy az energiamező, amelyből a sötét energia származik, alá van rendelve az Univerzum hullámának. És az egyik helyzetből a másikba haladva az Univerzum vagy kiterjeszti a gyorsulást, majd lelassítja azt.

Az érvek meggyőző volta ellenére továbbra is elmélet marad. Az asztrofizikusok azt remélik, hogy a Planck keringő teleszkóp információi megerősítik egy hullám létezését az Univerzumban.

Amikor megtalálták a sötét energiát

A szupernóva -robbanások miatt először a kilencvenes években kezdtek erről beszélni. A sötét energia természete ismeretlen. Bár Albert Einstein relativitáselméletében kiemelte a kozmikus állandót.

Száz évvel ezelőtt, 1916 -ban az univerzum még mindig változatlannak számított. De a gravitáció közbeszólt: a kozmikus tömegek változatlanul ütnék egymást, ha az univerzum mozdulatlan lenne. Einstein a kozmikus taszító erő miatt kijelenti a gravitációt.

Georges Lemaitre ezt fizikán keresztül fogja igazolni. A vákuum energiát tartalmaz. Rezgései miatt, amelyek részecskék megjelenéséhez és további megsemmisüléséhez vezetnek, az energia taszító erőre tesz szert.

Amikor Hubble bebizonyította, hogy az univerzum tágul, Einstein baromságnak nevezte.

A sötét energia hatása

A világegyetem állandó sebességgel tágul. 1998 -ban a világ bemutatta az első típusú szupernóva -robbanások elemzéséből származó adatokat. Bebizonyosodott, hogy az univerzum egyre gyorsabban növekszik.

Ez egy ismeretlen anyag miatt történik, a "sötét energia" becenevet kapta. Kiderült, hogy a Világegyetem térének közel 70% -át foglalja el. A sötét energia lényegét, tulajdonságait és természetét nem vizsgálták, de tudósai megpróbálják kideríteni, hogy más galaxisokban is jelen volt -e.

2016-ban kiszámolták a közeljövő pontos tágulási ütemét, de feltűnt egy ellentmondás: az Univerzum gyorsabban tágul, mint azt korábban az asztrofizikusok javasolták. A tudósok között viták robbantak ki a sötét energia létezéséről és annak hatásáról az univerzum határainak tágulási sebességére.

Az univerzum tágulása sötét energia nélkül történik

Az Univerzum tágulásának sötét energiától való függetlenségéről szóló elméletet a tudósok 2017 elején terjesztették elő. A tágulást az Univerzum szerkezetének megváltozásával magyarázzák.

A budapesti és a hawaii egyetem tudósai arra a következtetésre jutottak, hogy a számítások, ill. valódi sebesség a kiterjesztések a tér tulajdonságainak változásával járnak. Senki nem vette figyelembe, hogy mi történik a világegyetem modelljével, ahogy tágul.

A sötét energia létezésében kételkedve a tudósok elmagyarázzák: az Univerzum legnagyobb anyagkoncentrátumai befolyásolják annak tágulását. Ebben az esetben a többi tartalom egyenletesen oszlik el. A tény azonban elmarad.

Feltételezéseik érvényességének bizonyítására a tudósok egy mini-univerzum modelljét javasolták. Buborékok formájában mutatták be, és elkezdték kiszámítani az egyes buborékok növekedési paramétereit a saját sebességükkel, annak tömegétől függően.

Az univerzum ilyen modellezése megmutatta a tudósoknak, hogy az energia figyelembevétele nélkül is képes változni. És ha "kevered" a sötét energiát, a modell nem fog megváltozni, mondják a tudósok.

Általában véve a vita még mindig tart. A sötét energia támogatói szerint ez befolyásolja az Univerzum határainak tágulását, az ellenfelek megállják a helyüket, azt állítva, hogy az anyag koncentrációja számít.

Az univerzum tágulási sebessége most

A tudósok meg vannak győződve arról, hogy az Univerzum az Ősrobbanás után kezdett növekedni. Majdnem tizennégy milliárd évvel ezelőtt kiderült, hogy az Univerzum tágulási sebessége nagyobb, mint a fénysebesség. És tovább növekszik.

Stephen Hawking és Leonard Mlodinov, Az idő legrövidebb története című könyvében megjegyzik, hogy a világegyetem határainak tágulási sebessége nem haladhatja meg a 10% -ot milliárd év alatt.

Az univerzum tágulási ütemének meghatározásához 2016 nyarán a díjazott Nóbel díj Riess Ádám kiszámította a távolságot a pulzáló cefeidákhoz az egymáshoz közeli galaxisokban. Ezek az adatok lehetővé tették a sebesség kiszámítását. Kiderült, hogy a legalább hárommillió fényév távolságra lévő galaxisok közel 73 km/s sebességgel távolodhatnak el.

Az eredmény elképesztő volt: a keringő teleszkópok, ugyanaz a "Planck", körülbelül 69 km / s sebességgel beszéltek. Miért rögzítették ezt a különbséget, a tudósok nem tudnak választ adni: semmit sem tudnak a sötét anyag eredetéről, amelyen az Univerzum tágulásának elmélete alapul.

Sötét sugárzás

A világegyetem "gyorsulásának" egy másik tényezőjét fedezték fel a csillagászok a "Hubble" segítségével. Úgy gondolják, hogy a sötét sugárzás a világegyetem kialakulásának legelején jelent meg. Akkor több energia volt benne, és nem számít.

A sötét sugárzás "segített" a sötét energiának az univerzum határainak kitágításában. A tudósok szerint a gyorsulási sebesség meghatározásában bekövetkezett eltérések ennek a sugárzásnak az ismeretlenségéből adódtak.

A Hubble további munkája pontosabbá fogja tenni a megfigyeléseket.

A titokzatos energia elpusztíthatja az univerzumot

A tudósok több évtizede fontolgatják ezt a forgatókönyvet, a Planck Űr Megfigyelőközpont adatai szerint ez messze nem csak találgatás. 2013 -ban jelentek meg.

"Planck" mérte az ősrobbanás "visszhangját", amely az Univerzum korában körülbelül 380 ezer év alatt jelent meg, a hőmérséklet 2700 fok volt. Ráadásul a hőmérséklet változott. "Planck" meghatározta az Univerzum "összetételét" is:

• csaknem 5% -a csillagok, kozmikus por, kozmikus gáz, galaxisok;
• csaknem 27% a sötét anyag tömege;
• körülbelül 70% -a sötét energia.

Robert Caldwell fizikus azt javasolta, hogy a sötét energiának növekedési ereje van. És ez az energia elválasztja a téridőt. A galaxis a következő húsz-ötvenmilliárd évben el fog távolodni – mondta a tudós. Ez a folyamat az Univerzum határainak növekvő tágulásával megy végbe. Ez elszakítja a Tejútot a csillagtól, és az is szétesik.

Az űrt körülbelül hatvanmillió éve mérik. A Napból egy haldokló törpe csillag lesz, és a bolygók elválnak tőle. Akkor a Föld felrobban. A következő harminc percben az űr atomokat hasít szét. A végső a tér-idő szerkezet megsemmisítése lesz.

Ahol a Tejút "repül"

A jeruzsálemi csillagászok meg vannak győződve arról, hogy a Tejút elérte a világegyetem tágulási sebességénél magasabb sebességet. A tudósok ezt azzal magyarázzák, hogy a Tejút a legnagyobbnak tartott „Nagy Vonzó” iránti vágyakozik.A Tejút tehát elhagyja az űrsivatagot.

A tudósok különböző módszereket használnak az Univerzum tágulási sebességének mérésére, így erre a paraméterre nincs egyetlen eredmény.

A komplex elméletekről egyszerű nyelv.

Ma reggel meghalt Stephen Hawking híres fizikus és a tudomány népszerűsítője. A tudós kozmológiával és kvantumgravitációval foglalkozott.

Egyszerűen beszélünk Hawking főbb felfedezéseiről, amelyek megváltoztatták a tudományt.

1. Hawking -sugárzás

   Hawking kifejlesztette azt az elméletet, miszerint a fekete lyukak "elpárolognak" a speciális sugárzás hatására, amelyet később róla neveztek el.

   A felfedezés előtt a tudósok úgy vélték, hogy a feketék nem bocsátanak ki semmit, hanem csak elnyelnek. Bebizonyította, hogy a fekete lyukak nem teljesen feketék, mivel maradék sugárzást bocsátanak ki.

   Hawking arra a következtetésre is jut, hogy a fekete lyukak nem léteznek örökké: egyre többet bocsátanak ki erős szélés végül eltűnnek egy óriási robbanásban.

   Einstein soha nem fogadta el kvantummechanika a véletlenszerűség és a bizonytalanság kapcsolódó eleme miatt. Azt mondta: Isten nem játszik kockával. Úgy tűnik, Einstein kétszer tévedett. A fekete lyuk kvantumhatása arra enged következtetni, hogy Isten nemcsak kockával játszik, hanem néha oda is dobja, ahol nem látható. ”Stephen Hawking.

2. Az univerzum önmagát teremtette

   Ez a Hawking-elmélet az univerzum létrehozásának szentelt, amelynek a tudós szerint nem volt kezdete és a teremtés pillanata. A tudós azt javasolta, hogy az idő mozgásának van egy másik iránya is (nem csak előre vagy hátra), és előterjesztett egy elméletet a képzeletbeli időről, amelyhez egyáltalán nincsenek "kezdet" vagy "vég" fogalmai.

   Hawking határozott ateista volt. Íme egy idézet tőle a témában:

   Mivel létezik olyan erő, mint a gravitáció, az univerzum a semmiből létrehozta magát, és létre is hozta magát. A spontán teremtés az oka annak, hogy az univerzum létezik, miért létezünk. Nincs szükség arra, hogy Isten „meggyújtsa” a tüzet, és működőképessé tegye az univerzumot. Stephen Hawking.

3. Az univerzum tágul

   A 20. századig azt hitték, hogy a világegyetem örök és változatlan. Hawking egyszerűen bebizonyította, hogy ez nem így van.

   A távoli galaxisok fényében elmozdulás következik be a spektrum vörös része felé. Ez azt jelenti, hogy távolodnak tőlünk, hogy az univerzum tágul Stephen Hawking.

4. A kvarkok soha nincsenek egyedül

   Kvarkok - elemi részecskék amelyek protonokat és neutronokat alkotnak. Hawking bebizonyította, hogy csak csoportok léteznek, és sohasem egyek. A kvarkokat megkötő erő a köztük lévő távolság növekedésével növekszik. Ha megpróbálja elhúzni az egyik kvarkot a másiktól, csak erőteljesebben vonzza őket.

5. Az univerzum tömörítési elmélete

   Hawking azon töprengett, mi történik, ha az univerzum leáll tágulni, és összehúzódni kezd. Másfelé megy az idő?

   Úgy tűnt számomra, hogy amikor az összehúzódás elkezdődik, az univerzum visszatér rendezett állapotába. Ebben az esetben a tömörítés kezdetével az időnek vissza kellett volna fordulnia. Az emberek ebben a szakaszban visszafelé élnék az életüket, és fiatalabbá válnának, ahogy az univerzum zsugorodik. Stephen Hawking.

   Ezt a folyamatot mutatja be a "Mr. Nobody" film Jared Leto főszereplésével.

   Létrehozási kísérletek matematikai modell ez az elmélet megbukott, de továbbra is népszerű. Az univerzumnak csak két lehetősége van: vagy végtelen tágulás vagy összehúzódás.

6. Hatalmas számú univerzum létezik

   Az M-elméletről beszélünk, amelyet Hawking Leonard Mlodinovval finomított. Az M-elmélet a húrelmélet mellékága. Ezen elmélet szerint a legkisebb szinten minden részecske korpákból - többdimenziós membránokból - áll, amelyek tulajdonságai megmagyarázhatják az univerzumunkban lejátszódó összes folyamatot.

   Ez az elmélet egyébként hatalmas számú univerzum létezését is feltételezi, amelyekben a miénktől eltérő fizikai törvények működnek.

   Ez a tény pedig idegenek jelenlétére utal. Hawking hitt bennük.

   Egy 100 milliárd galaxisból álló univerzumban, amelyek mindegyike több száz millió csillagot tartalmaz, nem valószínű, hogy a Föld az egyetlen hely, ahol az élet fejlődik. Stephen Hawking

2.2. Tényleg tágul az univerzum?

Az egész történeten elmélkedve abból a feltevésből indultam ki, hogy az igazság, bármennyire is hihetetlennek tűnik, az marad, ha minden lehetetlent elvetünk. Lehetséges, hogy ez a maradék több magyarázatot is elismer. Ebben az esetben minden lehetőséget elemezni kell, amíg csak egy nem lesz elég meggyőző.

Arthur Conan Doyle

Miért olyan biztos mindenki abban, hogy az univerzum valóban tágul? A szakirodalomban szinte soha nem esik szó a terjeszkedés valóságáról, hiszen a problémát a maga teljességében ismerő hivatásos tudósoknak gyakorlatilag nincs kétsége felőle. E kérdés aktív vitái gyakran kirobbannak különféle internetes fórumokon, ahol az úgynevezett "alternatív tudomány" képviselői (szemben az "ortodoxokkal") újra és újra megpróbálják "feltalálni a kereket", és találnak egy másik, nem kapcsolódó a tárgyak eltávolítására, a spektrális galaxisok vöröseltolódásának megfigyelése. Az ilyen próbálkozások általában azon a tényen alapulnak, hogy a vöröseltolódáson kívül más bizonyítékok is szólnak a kozmológiai tágulás valósága mellett. Szigorúan véve az Univerzum állhatatlansága sok lenne nagyobb probléma a tudomány számára, mint annak kiterjesztése!

A modern tudomány egymással összefüggő eredmények sűrűn szőtt szövete, vagy ha úgy tetszik, egy folyamatosan épülő épület, amelynek alapjáról egyetlen tégla sem húzható ki anélkül, hogy az egész épület összeomlana. Az Univerzum tágulása, az Univerzum és az azt alkotó objektumok felépítéséről és fejlődéséről alkotott kép a modern tudomány egyik ilyen alapvető eredménye.

De először néhány szó a vöröseltolódás nem Doppler-értelmezéséről. Nem sokkal a függőség felfedezése után z a távolságból felvetődött - és ez teljesen természetes - az az elképzelés, hogy a vöröseltolódást nem a tárgyak távolságával lehet összefüggésbe hozni, hanem azzal, hogy a távoli galaxisokból a fotonenergia egy része elvész, és ennek következtében a sugárzás hullámhossza. növekszik, "vörös lesz". Ennek a nézőpontnak a hívei voltak például az oroszországi asztrofizika egyik alapítója, A. A. Belopolsky, valamint Fritz Zwicky, a 20. század egyik legkreatívabban gondolkodó és legtermékenyebb csillagásza. Hasonló magyarázatra z Maga Hubble is meghajolt időnként. Hamarosan azonban világossá vált, hogy a fotonok ilyen energiaveszteségi folyamatait a forrásképek elmosódásával kell kísérni (minél távolabb a galaxis, annál erősebb az elmosódás), amit nem figyeltek meg. Ennek a forgatókönyvnek egy másik változata, amint azt M. P. Bronstein szovjet fizikus is kimutatta, előre jelezte, hogy a vörösödő hatásnak másnak kell lennie Különböző részek spektrum, vagyis a hullámhossztól kell függnie. A XX. Század 60 -as éveinek elejére a rádiócsillagászat fejlődése is bezárta ezt a lehetőséget - egy adott galaxis esetében a vöröseltolódás értéke független volt a hullámhossztól. A híres szovjet asztrofizikus, V. A. Ambartsumyan 1957 -ben összefoglalta a helyzetet különböző lehetőségeket a vöröseltolódás ilyen módon történő értelmezése: „Minden kísérlet, amely a vöröseltolódást a Doppler -elvtől eltérő mechanizmusokkal magyarázza, kudarccal végződött. Ezeket a kísérleteket nem annyira a logikai vagy tudományos szükségszerűség okozta, mint a jól ismert félelem ... a jelenség mérhetetlenségétől ... ".

Tekintsünk most több megfigyelési tesztet, amelyek alátámasztják az Univerzum globális kozmológiai tágulásának képét. Az elsőt 1930 -ban Richard Tolman amerikai fizikus javasolta. Tolman felfedezte, hogy az objektumok úgynevezett felületi fényereje eltérően fog viselkedni egy álló és egy táguló univerzumban.

A felületi fényerő egyszerűen egy tárgy egységnyi területének időegységenként (például másodpercenként) adott irányban, vagy pontosabban egy szög egységében kibocsátott energiája. Egy helyhez kötött univerzumban, amelyben a vöröseltolódás oka valamilyen ismeretlen természeti törvény, ami a megfigyelő felé vezető úton a fotonok energiájának csökkenéséhez (a fotonok "elöregedéséhez" vagy "fáradásához") vezet, a felület fényessége egy objektumnak az 1 + érték arányában kell csökkennie z... Ez azt jelenti, hogy ha a galaxis olyan távolságban van, hogy számára z= 1, akkor kétszer halványabbnak kell tűnnie a közelünkben lévő galaxisokhoz képest, azaz z= 0.

A táguló univerzumban a fényesség (értsd: bolometrikus, azaz a teljes spektrumban összegzett fényesség) vöröseltolódástól való függése sokkal erősebbé válik - csökken, mint (1 + z) 4. Ebben az esetben a tárgyat z= 1 már nem 2, hanem 16 -szor halványabb lesz. A fényerő ilyen erős visszaesésének az az oka, hogy a vöröseltolódás miatti fotonok energiájának csökkenése mellett további effektusok kezdenek működni a galaxisok valós távolságával. Így minden távoli galaxis által kibocsátott új foton nagyobb távolságból éri el a megfigyelőt, és egyre több időt tölt az úton. A fotonok érkezése közötti intervallumok növekedni fognak, ezért időegységenként kevesebb energia esik a sugárzásvevőre, és az általunk megfigyelt galaxis gyengébbnek tűnik. Valós kiterjesztés esetén a függőséget is szögletes méret galaxisok honnan z más lesz, mint egy álló Világegyetem esetében, ami szintén megfigyelt felületi fényességének megváltozásához vezet.

Tolman tesztje nagyon egyszerűnek és intuitívnak tűnik - valóban elegendő két hasonló objektumot venni, különböző vöröseltolódásokban, és összehasonlítani fényességüket. A megvalósítás technikai nehézségei azonban olyanok, hogy ezt a tesztet csak viszonylag nemrégiben - a XX. század kilencvenes éveiben - lehetett alkalmazni. Ezt Hubble tanítványa és követője, a híres amerikai csillagász, Alan Sandage tette. Sandage különböző kollégáival együtt cikksorozatot tett közzé, amelyben megvizsgálta a távoli elliptikus galaxisok Tolman -tesztjét.

Az elliptikus galaxisok arról a tényről nevezetesek, hogy viszonylag egyszerű szerkezetűek. Első közelítéssel úgy képzelhetők el, hogy szinte egyidejűleg születő csillagok óriási konglomerátumai, simított, minden különösség nélkül nagy léptékű fényeloszlású (a 16. ábra legfényesebb galaxisai ebbe a típusba tartoznak). Az elliptikus galaxisoknak egyszerű empirikus kapcsolatuk van, amely összekapcsolja fő megfigyelési jellemzőiket - a csillagok méretét, felületi fényességét és sebességének eloszlását a látómező mentén. (Bizonyos feltevések szerint ez az összefüggés az elliptikus galaxisok stabilitására vonatkozó feltételezés következménye.) Ennek a háromparaméteres függőségnek a különböző kétdimenziós vetületei is jó korrelációt mutatnak, például összefüggés van a galaxisok mérete és fényessége között. galaxisok. Ezért egy jellemző elliptikus galaxis összehasonlítása lineáris méret különbözően z, végrehajthatja a Tolman -tesztet.

Körülbelül így járt el Sandage. Több galaxishalmazt is megvizsgált z ~ 1 -nél, és összehasonlította a megfigyelt elliptikus galaxisok felületi fényességét a közelünkben lévő hasonló galaxisok adataival. Ahhoz, hogy az összehasonlítás helyes legyen, Sendige-nek figyelembe kellett vennie a galaxisok fényességének várható alakulását az őket alkotó csillagok "passzív" evolúciója miatt, de ez a korrekció jelenleg meglehetősen megbízhatóan meghatározható. Az eredmények egyértelműnek bizonyultak - a galaxisok felületi fényessége arányosan változik 1 / (1 + z) 4, és ezért az univerzum tágul. Az „öregedő” fotonokkal rendelkező álló világegyetem modellje nem elégíti ki a megfigyeléseket.

Egy másik érdekes tesztet is nagyon régen javasoltak, és csak viszonylag nemrégiben hajtották végre. A táguló világegyetem alapvető tulajdonsága az idő látszólagos lelassulása a távoli objektumokban. Minél távolabb vannak tőlünk a táguló világegyetemben az órák, annál lassabban mennek - ahogy nekünk tűnik - általában zúgy tűnik, hogy minden folyamat időtartama meghosszabbodik (1 + z) alkalommal (22. ábra). (Ez a hatás hasonlít a speciális relativisztikus idődilatációhoz.) Ezért ha talál egy ilyen "órát", amely nagy távolságból is megfigyelhető, akkor közvetlenül ellenőrizheti az Univerzum tágulásának valóságát.

Rizs. 22. Távoli objektum vöröseltolódású impulzusai z 1 másodperces időközönként, 1 -es időközönként fog eljutni hozzánk + z másodperc.

1939 -ben Olin Wilson amerikai csillagász közzétett egy megjegyzést, amelyben megjegyezte a szupernóva -órák fénygörbéinek alakjának meglepő állandóságát. " A szupernóva -robbanás az univerzum egyik legerősebb katasztrofális folyamata. Egy ilyen kitörés során a csillag ~ 104 km / s sebességgel ledob egy borítékot, amelynek tömege hasonló a Napéhoz. Ebben az esetben a csillag több tízmilliószor fényesebbé válik, és maximális fényességénél képes felülmúlni az egész galaxist, amelyben fellángolt. Egy ilyen fényes tárgy természetesen nagyon nagy, kozmológiai távolságból látható. Hogyan használhatod a szupernóva fénygörbéit "óraként"? (Szabvány gyertyaként is használhatók, de erről egy kicsit később beszélek.) Először is, nem minden szupernóva egyforma megfigyelési megnyilvánulásaiban és fénygörbéjében. Két típusra (I. és II.) oszthatók, ezek pedig több altípusra. A következőkben csak az Ia típusú szupernóvák fénygörbéit tárgyaljuk. Másodszor, még az ilyen típusú csillagok esetében is a fénygörbék első pillantásra nagyon változatosnak tűnnek, és egyáltalán nem nyilvánvaló, hogy mit lehet velük tenni. Például a 23. ábra több közeli Ia típusú szupernóva megfigyelt fénygörbéit mutatja. Ezek a görbék meglehetősen eltérőek: például az ábrán látható csillagok fényereje maximális fényerő mellett csaknem háromszoros eltérést mutat.

Rizs. 23. SN Ia fénygörbék: a felső ábra a megfigyelt görbéket mutatja, az alsó összehozza azokat, maximálisan figyelembe véve a fénygörbe alakja és a szupernóva fényessége közötti összefüggést. A vízszintes tengely a fényerő maximumát követő napokat jelzi, a függőleges tengely az abszolút nagyságot (a fényerő mértéke). A Calan-Tololo Supernova Survey projekt szerint

A helyzetet az menti, hogy a megfigyelt fénygörbék alakjainak változatossága egyértelmű összefüggésnek engedelmeskedik: minél világosabb az SN maximum, annál simábban csökken a fényereje. Ezt a függőséget Jurij Pskovsky szovjet csillagász fedezte fel még az 1970 -es években, majd később, már az 1990 -es években más kutatók részletesen tanulmányozták. Kiderült, hogy ezt az összefüggést figyelembe véve az SN Ia fénygörbéi meglepően egyenletesek (lásd 23. ábra) - például az SN Ia fényereinek eloszlása ​​a fényerő maximumánál csak körülbelül 10%! Ebből következően az SN Ia fényerejének változása standard folyamatnak tekinthető, amelynek időtartama a lokális referenciakeretben jól ismert. Ezeknek az "óráknak" a használata azt mutatta, hogy a távoli szupernóvákban (ma már több tucat SN -vel z> 1) a látszólagos fényerő és spektrum változásait egy tényező (1 +) lelassítja z). Ez azonnali és nagyon erős érv a kozmológiai tágulás valósága mellett. Egy másik érv az Univerzum korának a táguló Univerzum modell keretein belül kapott egyezése a ténylegesen megfigyelt objektumok korával. A tágulás azt jelenti, hogy a galaxisok közötti távolság idővel nő. Ezt a folyamatot mentálisan megfordítva arra a következtetésre jutunk, hogy ez a globális terjeszkedés valamikor megindult. Ismerve a világegyetem jelenlegi tágulási sebességét (ezt a Hubble -állandó értéke határozza meg) és az alkotó alrendszerek (közönséges anyag, sötét anyag, sötét energia) sűrűségének egyensúlyát, megállapíthatjuk, hogy a terjeszkedés körülbelül 14 milliárd évvel ezelőtt. Ez azt jelenti, hogy nem szabad olyan objektumokat megfigyelnünk Világegyetemünkben, amelyek életkora meghaladja ezt a becslést.

De hogyan lehet megtalálni az űrobjektumok korát? Eltérően. Például radioaktív "órák" használatával - a nukleáris kozmokronológia módszereivel, amelyek lehetővé teszik az objektumok életkorának becslését a hosszú felezési idejű izotópok relatív mennyiségének elemzésével. A meteoritok, szárazföldi és holdkőzetek izotóptartalmának vizsgálata azt mutatta, hogy a Naprendszer közel 5 milliárd év. A galaxis kora, amelyben a naprendszerünk található, természetesen nagyobb. Becsülhető a Naprendszerben megfigyelt nehéz elemek mennyiségének kialakulásához szükséges idővel. A számítások azt mutatják, hogy ezeknek az elemeknek a szintézisének a Naprendszer kialakulása előtt ~ 5 milliárd évig kellett volna folytatódnia. Következésképpen a Tejútrendszer környező régióinak kora megközelíti a 10 milliárd évet.

A Tejútrendszer másik randevúzási módja a legrégebbi csillagok és csillaghalmazok életkorának becslésén alapul. Ez a módszer a csillagfejlődés elméletén alapul, amelyet számos megfigyelés jól alátámaszt. Ennek a megközelítésnek az eredménye, hogy a Galaxis különböző objektumainak (csillagok, gömbhalmazok, fehér törpék stb.) életkora nem haladja meg a ~ 10-15 milliárd évet, ami összhangban van a galaxis kezdetének idejére vonatkozó modern elképzelésekkel. kozmológiai terjeszkedés.

Más galaxisok korát természetesen nehezebb meghatározni, mint a Tejút korát. Nem látunk egyes csillagokat távoli tárgyakban, és kénytelenek vagyunk csak a galaxisok integrált tulajdonságait - spektrumokat, fényerő -eloszlást stb. Ezenkívül a galaxisok megfigyelt jellemzői erősen függenek a csillagközi közeg - gáz és por - jelenlététől és eloszlásától. Mindezek a nehézségek leküzdhetők, és a modern csillagászok megtanulták rekonstruálni a csillagképződés történetét, ami a galaxisok jelenleg megfigyelt szerves jellemzőihez vezetett volna. Galaxisok közelében különböző típusok ezek a történetek eltérőek (például az elliptikus galaxisok egy erőteljes csillagkeletkezési robbanás során keletkeztek sok milliárd évvel ezelőtt, a csillagok még mindig születnek spirálgalaxisokban), de nem találtak olyan galaxisokat, amelyek csillagkeletkezési kezdete meghaladná a csillagkeletkezés korát. Világegyetem. Ezen kívül van egy egészen határozott, egy igazán táguló Univerzumra várható trend - minél tovább z bemászunk az Univerzumba, vagyis továbblépünk fejlődésének egyre korábbi szakaszaiba, így átlagosan fiatalabb tárgyakat figyelünk meg.

Az Univerzum tágulását alátámasztó fontos érvek még az ereklyesugárzás megléte, a hőmérsékletének megfigyelt emelkedése a vöröseltolódás fokozódásával, valamint az Univerzum elemeinek bősége, de erről kicsit később szólok. A történetemet talán az Univerzum tágulásának legtisztább bizonyítékaival szeretném befejezni – távoli galaxisok képeivel (lásd a példát a 24. ábrán).

A Hubble űrteleszkóp egyik leglátványosabb eredménye kétségtelenül a különböző kozmikus tárgyak - ködök, csillaghalmazok, galaxisok stb. - csodálatos képei, amelyek körülbelül tízszer világosabbak, mint a szárazföldiek. Ezeken a nagyon tiszta képeken (szögfelbontásuk körülbelül 0. "" 1) a kilencvenes években először lehetett részletesen megvizsgálni a távoli galaxisok szerkezetét. Mint kiderült, a távoli galaxisok nem hasonlítanak azokhoz, amelyeket a közelünkben megfigyelünk. A vöröseltolódás növekedésével az aszimmetrikus és szabálytalan galaxisok, valamint a kölcsönhatásban lévő és összeolvadó rendszerekben lévő galaxisok aránya növekszik: ha z= 0, akkor a galaxisoknak csak néhány százaléka tulajdonítható ilyen objektumoknak z= 1, részesedésük ~ 30-40%-ra nő.

Rizs. 24. A Hubble Űrteleszkóp szupermély mezőjének töredéke (képméret 30 "" x 30 "") z~ 0,5: 1, vagyis abba a korszakba tartoznak, amikor a világegyetem körülbelül fele volt a korának.

Miért történik ez? A legegyszerűbb magyarázat az Univerzum tágulásával függ össze - a korábbi korszakokban a galaxisok közötti kölcsönös távolságok kisebbek voltak (kb. z= 1 kétszer kisebbek voltak), és ezért a galaxisoknak gyakrabban kell zavarniuk egymást szoros járatokkal, és gyakrabban egyesülniük. Ez az érvelés nem olyan egyértelmű, mint az előbb említettek, de egyértelműen egy egészen határozott, megfelelő képről tanúskodik a táguló Világegyetemről, a galaxisok tulajdonságainak időbeli alakulásáról. Tehát az Univerzum tágulását különböző, egymással teljesen független független megfigyelési tesztek igazolják. Ezenkívül a Világegyetem nem -stativitása elkerülhetetlenül felmerül szerkezetének és fejlődésének elméleti tanulmányai során. Mindez lehetővé tette, hogy a híres szovjet elméleti fizikus, Jakov Zeldovics a nyolcvanas évek elején azt a következtetést vonja le, hogy az ősrobbanás elmélete, amely az Univerzum tágulására épül, „ugyanolyan megbízhatóan megalapozott és helyes, mint az, hogy a Föld körül forog. Nap. Mindkét elmélet központi szerepet játszott koruk világegyetemének képében, és mindkettőnek sok ellenfele volt, akik azzal érveltek, hogy a beléjük ágyazott új elképzelések abszurdok és ellentmondásosak. józan ész... De az ilyen beszédek nem képesek akadályozni az új elméletek sikerét. "

| |