Спросите Итана: расширяется ли Вселенная быстрее, чем ожидалось?

https://www.forbes.com/sites/startswithabang/2016/06/04/ask-ethan-is-the-universe-expanding-faster-than-expected/#5c46c59f6c1b
  • Перевод
Многие из нас не осознают, что судьба Вселенной, управляемая законами Общей теории относительности, и начавшаяся с Большого взрыва 13,8 млрд лет назад, была предопределена с самого её рождения. Начальные условия – это гонка между первичным расширением, работающим на разбрасывание материи и энергии в стороны, и гравитацией, работающей на стягивание всего вместе, замедление расширения и, по возможности, сжатия Вселенной в коллапсе. Если мы знаем, как расширяется Вселенная, и как это происходило в прошлом, мы можем рассчитать, из чего она состоит и какова будет её судьба – но только, если мы способны точно измерить прошлое.

image

На этой неделе я получил огромное количество вопросов по поводу новости, сообщающей, что Вселенная расширяется быстрее, чем предполагалось. Проблема в следующем: если судьба Вселенной зависит от скорости расширения, текущей и прошлой, и мы измерили её неправильно, могут ли наши выводы о Вселенной также быть неправильными? Может ли в ней не быть тёмной энергии? Может ли статься, что Вселенная вовсе не ускоряется от нас? Может ли скорость расширения замедляться и в будущем превратиться в Большое сжатие? Чтобы ответить на эти вопросы, необходимо обратиться к научной основе происходящего.

image

Простейший способ измерить расширение Вселенной – наблюдать за хорошо известными нам объектами. Это отдельные звёзды, вращающиеся галактики, сверхновые, и т.п. Мы можем измерять их видимую яркость и красное смещение. Если мы знаем реальную яркость объекта – а для хорошо изученных объектов мы это знаем – и измерим его видимую яркость, мы можем рассчитать, как далеко он находится, точно так же, как мы можем выяснить расстояние до 60-ваттной лампы, измерив её видимую яркость. Астрономы зовут такие объекты «стандартные свечи», поскольку эта идея родилась задолго до лампочек. Поскольку Вселенная расширяется, измерение красного смещения и расстояния позволяет нам наблюдать, как пространство расширяется сегодня. А работая со всё большими и большими расстояниями, мы можем наблюдать, как изменялась скорость расширения со временем.



Концепция работает для множества разных объектов: переменных звёзд-цефеид, флуктуаций на поверхности спиральных галактик, эволюционирующих красных гигантов, вращающихся спиральных галактик и сверхновых типа Ia – последние можно находить на самых больших расстояниях. Комбинация этих методов использовалась в 90-х и 2000-х для определения хаббловской скорости расширения Вселенной с невероятной точностью: 72 ± 7 км/с/Мпк. Это был прорыв по сравнению с предыдущими оценками, варьировавшимися от 50 до 100. Космический телескоп Хаббла, сделавший эти измерения, и был назван так из-за намерения измерить константу Хаббла!

Но с того времени мы ещё больше уточнили измерения и уменьшили погрешности, что привело к новой проблеме: разные измерения дают разные величины скорости расширения.



Один способ измерить историю расширения Вселенной – обратиться к реликтовому излучению, остаточному свечению Большого взрыва. Его флуктуации и некоторые общие свойства позволяют нам вычислить скорость расширения. Спутник Планк выдаёт нам значение в 67 ± 2 км/с/Мпк, что совпадает с предыдущими измерениями, увеличивая точность. Из скопления галактик на крупнейших масштабах (барионные акустические осцилляции), измеренных в проекте Sloan Digital Sky Survey и других, мы получаем величину в 68 ± 1 км/с/Мпк. И два этих измерения выдают нам значения, соответствующие как предыдущим измерениям, так и друг другу. Но если мы обратимся к данным по цефеидам и сверхновым, когда в одной и той же галактике мы изучаем цефеиды и сверхновые типа Ia, мы получим настолько же точную величину, которая, однако, не совпадает с другими: 73 ± 2 км/с/Мпк.



Вот из-за этого и идёт весь сыр-бор. Некоторые начали предлагать экзотические альтернативные теории, типа эволюционирующей тёмной энергии, а другие уже ставят под сомнение основы космологии. Но вполне возможно, и даже вероятно, что проблемы вообще не существует. В эти ошибки не включены систематические погрешности, или неопределённости, присущие процессу измерений. Данные по цефеидам и сверхновым позволяют нам воссоздавать лестницу космических расстояний, у которой каждая ступенька расширяющейся Вселенной строится на более близкой предыдущей. Если сделать ошибку на раннем этапе:

• в измерении параллакса ближайших цефеид,
• в стандартности этих объектов,
• в отношении яркости и расстояния любой из ступенек,
• в предполагаемой реальной яркости стандартных свечей,
• по поводу окружения обнаруженных явлений,

то эта ошибка распространится на все последующие построения. Несмотря на малую неопределённость этой лестницы расстояний, необходимо отметить, что существует четыре независимых способа калибровки постоянной Хаббла, и каждый из них выдаёт разное значение, от 71,82 до 75,91, а погрешность каждого примерно равна 3.



Есть надежда, что планируемые измерения параллакса улучшат эти неопределённости и помогут понять систематические ошибки, проходящие через эти различия. Очень интересно рассуждать на необычные темы, но, скорее всего, эти новые признаки неопределённости в постоянной Хаббла указывают на возможность лучше понять астрофизические явления, благодаря которым мы получаем эти значения, и, возможно, в результате сойтись на единственном значении скорости расширения, одной для всех методик. Изменится ли значение на 73, останется ли около 70 или прыгнет до 67, результат изменит наши параметры на несколько процентов, но не наши выводы. Возможно, Вселенной не 13,8 млрд лет, а 13,5 млрд; возможно, она на 65%, а не на 70% состоит из тёмной энергии; возможно, через 40 млрд лет сможет произойти Большой разрыв. Но основная картинка Вселенной останется неизменной. Ключ, как всегда, в том, чтобы открыть основы явлений и научиться тому, чему нас учит Вселенная.
Поделиться публикацией
Комментарии 7
    –5
    Чтобы предвидеть будущее Вселенной, нужно знать её прошлое. Но это прошлое обрывается за границей её рождения. Значит, каким внезапным было рождение или начало Вселенной, таким же внезапным может быть и её конец.
    Вселенная родилась как ограниченный во времени и в пространстве расширяющийся объект. Значит, её внезапным концом будет неожиданная остановка её расширения. И для этого на Вселенную должны подействовать внешние силы, поскольку внутренние силы — гравитация материи и антигравитация пространства (расширяющийся энергетически плотный вакуум) — немного известны и не являются источником внезапных перемен.
    В качестве внешних сил, способных остановить расширение Вселенной, могут выступить соседние вселенные, расширяющиеся ей навстречу. Точнее — их плотные среды, аналогичные энергетически плотному вакууму (эфиру) нашей Вселенной. Они сделают невозможным прежнее увеличение объёма среды Вселенной, и тогда её плотность — космологическая постоянная — станет расти. Это существенно изменит условия для эволюции материи.
    Вот так, путём простых рассуждений, зная лишь начало и текущее состояние Вселенной, открывается её возможное будущее. Оно реализуется среди множества соразмерных вселенных.
    Будущее уточняется с помощью общего закона эволюции материи (о нём — в моей последней публикации). Закон тоже приводит к такому варианту мультиверса. Истинность закона и мультиверса подтверждается мгновенным взаимодействием запутанных частиц.
      –1

      Наверное, обоснование существования множества вселенных у меня не совсем правильное. Причина не для внезапного, а просто быстрого конца Вселенной вполне может быть внутренней. Взрывное начало может иметь взрывной конец. В буквальном смысле, как Большой разрыв, и в переносном смысле, как взрыв "наоборот" — гравитационный коллапс.
      Причём при разрыве и коллапсе возможно вечное циклическое существование единственной Вселенной. В статье Итана о Большом разрыве допускается не только распад всех частиц материи, но и самой ткани пространства — на её отдельные кванты. Тогда добавим, что после этого всё вновь собирается в единое целое, начиная с пространства, потом происходит быстрый рост плотности пространства (эфира/вакуума), а далее — очередной Большой взрыв.
      И с коллапсом аналогичная картина: торможение разлёта вселенской материи переходит в её сближение и в итоговое образование вселенской чёрной дыры. Которая втягивает в себя и всё пространство — как в "берилиевой модели" гравитации ЧД (использовалась для поиска излучения Хокинга). И уже после этого такая "материально-пространственная сингулярность" взрывается — в очередной раз.


      Да, всё это научно-фантастические сюжеты, не проверяемые в принципе. Но зато более реальный из них даёт ответ на вопрос о появлении во Вселенной её "животворных" фундаментальных параметров. Это чисто случайное событие. Из бесконечных пульсаций единственной Вселенной в какой-то из них вполне могут сложиться такие параметры. Что совершенно бессмысленно — Большой разрыв или коллапс уничтожит все формы жизни.
      Сюжет со множеством вселенных, эволюционирующих по общему закону, под управлением разумных сил из вселенных предыдущего масштаба ещё более фантастичен. Но проверяем. Он подтверждается мгновенным взаимодействием запутанных нами частиц. Поскольку в таком случае все частицы следует считать разумными, соблюдающими ими же установленные законы — ради успешной эволюции материи в нашей Вселенной.
      Каждый волен выбирать свой вариант мироздания. Только мой вариант, кроме прочего, объясняет природу гравитации и тёмной энергии, а у минусующих меня с этим проблемы.

        0

        Интересно, какая же реальная скорость проходящего мимо поезда? Собственно реальная скорость его движения зависит приближается ли он к центру большого взрыва или отдаляется.

          0

          Давно гложет простой вопрос: какой была температура реликтового излучения во времена динозавров (200 000 000 лет назад) и во время зарождения жизни на земле (4 000 000 000 лет назад)?

            +1
            Вот тут написано
            https://sites.ualberta.ca/~pogosyan/teaching/ASTRO_122/lect31/lecture31.html
            что температура реликтового излучения обратно пропорциональна типичному расстоянию между галактическими кластерами.
            И дан пример, что 6,5 млрд лет назад расстояния были в два раза меньше, и соответственно температура РИ была порядка 6 К. Уменьшается логарифмически, так что ко времени появления жизни Т уже опустилась до 3-4 К.
            –1
            Чёт я не понял. Скорость расширения — 70 км\с на Мпарсек. Размер Вселенной — 14 600 Мпк.
            Умножаем, получаем где-то 1 200 000 км/с. Скорость света 30 000 км/с.
            WTF !? Где я ошибся?

            Примерно то же, если я ошибся с цифрами. Если Вселенная ускоренно расширяется, то она достигнет скорости света и… перестанет ускоренно расширяться.
              +1
              Новое пространство может появляться с любой скоростью. ОТО говорит, что нельзя двигаться быстрее света в локальном смысле.
              https://geektimes.ru/post/279142/

            Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

            Самое читаемое