Возраст вселенной по современным оценкам равен. Расширяющаяся Вселенная и тёмная материя

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:

1. 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.
2. Эпоха рождения кварков - от 10 -11 до 10 -2 секунд. В этот период произошло зарождение кварков и разделение известных физических сил взаимодействия.
3. 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.

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. Эта постоянная учитывала существование во Вселенной сил отталкивания, уравновешивающих силы тяготения и препятствующих изменению расстояний между галактиками. После работ А.А. Фридмана (1922-1924 гг.), доказавшего, что вещество Вселенной не может находиться в покое, и открытия Э. Хабблом красного смещения (1929 г.) необходимость в космологической постоянной отпала. Но как показал последующий строгий анализ, в уравнения на правах постоянной интегрирования и ее равенство нулю само еще требует доказательств на основе результатов наблюдений. А последние говорят лишь о том, что космологическая постоянная не превышает 2*10^-55 см^-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.

Возраст Вселенной – это максимальное время, которое измерили бы часы с момента Большого взрыва до настоящего времени, попади они сейчас нам в руки. Эта оценка возраста Вселенной, как и другие космологические оценки, исходит из космологических моделей на основе определения постоянной Хаббла и других наблюдаемых параметров Метагалактики. Существует и некосмологический метод определения возраста Вселенной (по крайней мере тремя способами). Примечательно, что все эти оценки возраста Вселенной согласуются между собой. Также все они требуют ускоренного расширения Вселенной (то есть не нулевого лямбда-члена ), иначе космологический возраст оказывается слишком малым. Новые данные, полученные с помощью мощного телескопа-спутника «Планк», принадлежащего European Space Agency’s (ESA), показывают, что возраст Вселенной составляет 13,798 миллиарда лет («плюс-минус» 0,037 млрд лет, всё это сказано в Википедии).

Указанный возраст Вселенной (В = 13.798.000.000 лет) совсем нетрудно перевести в секунды:

1 год = 365(дней)*24(часа)*60(минут)*60(сек) = 31.536.000 сек;

значит, возраст Вселенной будет равен

В = 13.798.000.000 (лет)*31.536.000 (сек) = 4,3513*10^17 секунд. Кстати говоря, полученный результат позволяет нам «прочувствовать», что это значит – число порядка 10^17(то есть число 10 надо умножить на само себя 17 раз). Эта, казалось бы, небольшая степень (всего-то 17), на самом деле скрывает за собой гигантский отрезок времени (13,798 млрд лет), уже почти ускользающий от нашего воображения. Так, если весь возраст Вселенной – «сжать» до одного земного года (мысленно представить как 365 дней), то в таком масштабе времени: простейшая жизнь на Земле зародилась 3 месяца назад; точные науки появились не более 1 секунды назад, а жизнь человека (70 лет) – это миг, равный 0,16 секунды.

Однако секунда – это всё ещё огромное время для теоретической физики, мысленно (с помощью математики) изучающей пространство-время в предельно малых масштабах – вплоть до размеров порядка планковской длины (1,616199*10^−35 м). Эта длина – минимально возможный в физике «квант» расстояния, то есть, что происходит в ещё меньших масштабах – физики пока не придумали (нет общепризнанных теорий), возможно, там уже «работает» совсем другая физика, с неизвестными нам законами. Ещё здесь уместно сказать, что в своих (сверхсложных и очень дорогих) экспериментах физики пока проникли «всего лишь» на глубину порядка 10^–18 метра (это 0,000…01 метра, где после запятой стоит 17 нулей). Планковская длина – это расстояние, которое фотон (квант) света проходит за планковское время (5,39106*10^−44 сек) – минимально возможный в физике «квант» времени. Планковское время имеет у физиков и второе название – элементарный временной интервал (эви – эту удобную аббревиатуру я также буду использовать ниже). Таким образом, для физиков-теоретиков 1 секунда это колоссальное число планковских времен (эви ):

1 секунда = 1/(5,39106*10^−44) = 1,8549*10^43 эви .

В этом временно м масштабе возраст Вселенной становится, числом, которое мы уже не в силах хоть как-то себе представить:

В = (4,3513*10^17 сек) * (1,8549*10^43 эви ) = 8,07*10^60 эви .

Почему выше я сказал, что физики-теоретики изучают пространство-время ? Дело в том, что пространство-время – это две стороны единой структуры (математические описания пространства и времени схожи между собой), которая имеют решающее значение для построения физической картины мира, нашей Вселенной. В современной квантовой теории именно пространству-времени отводится центральная роль, существуют даже гипотезы, где вещество (в том числе и мы с вами, уважаемый читатель) рассматривается не более как… возмущение этой основной структуры. Видимое вещество во Вселенной на 92% состоит из атомов водорода, а средняя плотность видимого вещества оценивается как 1 атом водорода на 17 кубических метров пространства (это объём маленькой комнаты). То есть, как уже доказано в физике, наша Вселенная – это почти «пустое» пространство-время, которое непрерывно расширяется и дискретно в планковских масштабах , то есть на размерах порядка планковской длины и в интервалах времени порядка эви (в масштабах, доступных человеку, время течет «непрерывно и плавно», и никакого расширения мы не замечаем).

И вот однажды (ещё в конце 1997 года) я подумал, что дискретность и расширение пространства-времени лучше всего «моделирует»… ряд натуральных чисел 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, … Дискретность этого ряда никаких сомнений не вызывает, а вот его «расширение» можно пояснить таким представлением: 0, 1, 1+1, 1+1+1, 1+1+1+1, … . Таким образом, если числа отождествлять с планковским временем, то числовой ряд как бы превращается в некий поток квантов времени (пространства-времени). В итоге я придумал целую теорию, которую назвал виртуальная космология , и которая «обнаружила» важнейшие физические параметры Вселенной «внутри» мира чисел (ниже рассмотрим конкретные примеры).

Как и следовало ожидать, официальная космология и физика ответила на все мои (письменные) обращения к ним – абсолютным молчанием. А ирония текущего момента, вполне возможно, состоит в том, что теория чисел (как раздел высшей математики, изучающей натуральный ряд) имеет буквально единственное практическое приложение – это… криптография. То есть числа (причем очень большие, порядка 10^300) используются для шифрования сообщений (передающих в своей массе сугубо меркантильные интересы людей). А вместе с тем мир чисел сам по себе является неким зашифрованным сообщением о фундаментальных законах мироздания – именно это утверждает моя виртуальная космология и делает попытки «расшифровать сообщения» мира чисел. Однако, разумеется, что самая интригующая «расшифровка» получилась бы у физиков-теоретиков, если бы они однажды взглянули на мир чисел без профессиональных предубеждений…

Итак, приведу ключевую гипотезу из последней версии виртуальной космологии: плаковское время эквивалентно числу е = 2,718 … (число «е», основание натуральных логарифмов). Почему именно числу «е», а не единице (как я думал раньше)? Дело в том, что именно числу «е» равно минимально возможное положительное значение функции E = N / lnN – главной функции в моей теории. Если в данной функции знак точного равенства (=) заменить на знак асимптотического равенства (~, эту волнистую линию называют тильдой ), то мы получим главнейший закон общеизвестной теории чисел – закон распределении простых чисел (2, 3, 5, 7, 11, … эти числа делятся только на единицу и самих себя). В теории чисел, изучаемой будущими математиками в университетах, параметр Е (правда, математики пишут совсем другой символ) – это приблизительное количество простых чисел на отрезке , то есть от 1 до числа N включительно, и чем больше натуральное число N , тем точнее работает асимптотическая формула.

Из моей ключевой гипотезы вытекает, что в виртуальной космологии возраст Вселенной эквивалентен, как минимум, числу N = 2,194*10^61 – это произведение возраста В (выраженному в эви , см. выше) на число е = 2,718. Почему я пишу «как минимум» – станет ясно ниже. Таким образом, нашу Вселенную в мире чисел «отражает» отрезок числовой оси (с началом в числе е = 2,718…), на котором содержится порядка 10^61 натуральных чисел. Отрезок числовой оси, эквивалентный (в указанном смысле) возрасту Вселенной, я назвал Большим отрезком .

Зная, правую границу Большого отрезка (N = 2,194*10^61), вычислим количество простых чисел на этом отрезке: E = N / lnN = 1,55*10^59 (простых чисел). А теперь, внимание!, см. также таблицу и рисунок (они ниже). Очевидно, что у простых чисел (2, 3, 5, 7, 11, …) их порядковые номера (1, 2, 3, 4, 5,…, Е ) образуют свой отрезок натурального ряда , на котором также есть простые номера , то есть номера в виде простых чисел 1, 2, 3, 5, 7, 11, … . Здесь мы будем считать, что 1 – первое простое число, ведь иногда и в математике так поступают, а мы, возможно, рассматриваем как раз с тот случай, когда это оказывается очень важным. К отрезку всех номеров (из простых и составных чисел) мы также применим аналогичную формулу: K = E / lnE , где K – это количество простых номеров на отрезке . И ещё мы введем очень важный параметр: K / E = 1/ lnE – это отношение количества (K ) простых номеров к количеству (E ) всех номеров на отрезке . Ясно, что параметр 1/ lnE имеет смысл вероятности встречи с простым номером у простого числа на отрезке . Вычислим эту вероятность: 1/lnE = 1/ ln (1,55*10^59) = 0,007337 и получим, что она всего лишь на 0,54% больше значения… постоянной тонкой структуры (ПТС = 0,007297352569824…).

ПТС – это фундаментальная физическая постоянная, причем безразмерная , то есть ПТС имеет смысл вероятности некого архиважного для Его Величества Случая события (все остальные фундаментальные физические постоянные имеют размерность: секунды, метры, кг, …). Постоянная тонкой структуры всегда являлась объектом восхищения для физиков. Выдающийся американский физик-теоретик, один из основателей квантовой электродинамики, лауреат Нобелевской премии по физике Ричард Фейнман (1918 – 1988 гг.) называл ПТС «одной из величайших проклятых тайн физики: магическое число, которое приходит к нам без какого-либо понимания его человеком ». Предпринималось большое количество попыток выразить ПТС через чисто математические величины или вычислить на основе каких-либо физических соображений (см. Википедию). Вот и в данной статье, по сути дела, я привожу своё понимание природы ПТС (снимая с неё завесу таинственности?).

Итак, выше в рамках виртуальной космологии мы получили почти значение ПТС. Если немного отодвинуть (увеличить) правую границу (N ) Большого отрезка, то увеличится и количество (Е ) простых чисел на этом отрезке, а вероятность 1/lnE уменьшится до «заветного» значения ПТС. Так вот, оказывается, что достаточно увеличить возраст нашей Вселенной всего в 2,1134808791 раз (почти в 2 раза, а это немного, см. ниже), чтобы получить точное попадание в значение ПТС: приняв правую границу Большого отрезка равной N = 4,63704581852313*10^61, мы получим вероятность 1/lnE , которая меньше ПТС всего лишь на 0,0000000000013%. Указанная здесь правая граница Большого отрезка эквивалентна, скажем, ПТС-ому возрасту Вселенной в 29.161.809.170 лет (почти 29 миллиардов лет ). Разумеется, что полученные здесь мною цифры не являются догмой (сами цифры могут немного меняться), поскольку мне важно было объяснить сам ход моих рассуждений. Причем я – далеко не первый, кто пришёл (своим беспрецедентным путем) к необходимости «удвоения» возраста Вселенной. Например, в книге известного российского ученого М. В. Сажина «Современная космология в популярном изложении» (М.: Едиториал УРСС, 2002 г.) говорится буквально следующее (на стр. 69): «…Изменяются оценки возраста Вселенной. Если 90% общей плотности Вселенной приходится на новый вид материи (лямбда-член), а 10% на обычное вещество, то возраст Вселенной, оказывается больше почти в два раза! » (жирный курсив мой).

Таким образом, если верить виртуальной космологии , то помимо чисто «физических» определений ПТС (их также несколько), эту фундаментальную «константу» (у меня она, вообще говоря, убывает со временем) можно определить ещё и так (без ложной скромности замечу, что более изящного математического толкования природы ПТС мне встречать не приходилось). Постоянная тонкой структуры (ПТС) – это вероятность того, что случайно взятый порядковый номер простого числа на отрезке сам окажется простым числом . И указанная вероятность будет такой:

ПТС = 1/ ln ( N / lnN ) = 1/( lnN – lnlnN ) . (1)

При этом не надо забывать, что формула (1) «работает» относительно точно при достаточно больших числах N , скажем, в конце Большого отрезка она вполне пригодна. А вот в самом начале (при возникновении Вселенной) эта формула дает заниженные результаты (пунктирная линия на рисунке, см. также таблицу)

Виртуальная космология (впрочем, как и теоретическая физика) подсказывает нам, что ПТС это вовсе не константа, а «просто» важнейший параметр Вселенной, меняющийся со временем. Так, по моей теории ПТС при рождении Вселенной был равен единице, а потом, согласно формуле (1), уменьшился до современного значения ПТС = 0,007297… . При неизбежной кончине нашей Вселенной (через 10^150 лет, что эквивалентно правой границе N = 10^201) ПТС уменьшится от нынешнего значения ещё почти в 3 раза и станет равным 0,00219.

Если бы формула (1) (точное «попадание» в ПТС) была единственным мои «фокусом» по части нумерологии (в чём до сих пор абсолютно уверены профессиональные ученые), то я бы не стал с таким упорством повторять, что мир натуральных чисел 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, … (в частности его главный закон E = N / lnN ) – это некое «зеркало» нашей Вселенной (и даже… всякой вселенной), помогающий нам «расшифровать» самые главные тайны мироздания. Все мои статьи и книги интересны не только психологам , которые могут досконально проследить (в своих кандидатских и докторских работах) весь путь восхождения изолированного ума (я, практически, не общался с грамотными людьми) – восхождения к Истине или падения в глубочайшую пропасть Самообмана. Мои работы содержат много нового фактического материала (новых идей и гипотез) по теории чисел , а также содержат весьма любопытную математическую модель пространства-времени , аналоги которой обязательно есть, но только на… далеких экзопланетах , где разум уже открыл для себя натуральный ряд 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, … – самую очевидную абстрактную Истину, данную всякому искушенному разуму во всякой вселенной.

В качестве очередного оправдания скажу про ещё один «фокус» моей нумерологии. Площадь (S ) под графиком функции E = N / lnN (повторяю, главной функции мира чисел!), выражается такой формулой: S = (N /2)^2 (это 4-я часть площади квадрата со стороной, равной числу N ). При этом в конце ПТС-го Большого отрезка (при N = 4,637*10^61) величина, обратная этой площади (1/ S ), будет численно равна… космологической постоянной или (просто второе название) лямбда-члену L = 10^–53 м^–2, выраженному в планковских единицах (эви ): L = 10^–53 м^–2 = 2,612*10^–123 эви ^–2 и это, подчеркиваю, лишь оценка L (точное значение физикам не известно). А виртуальная космология утверждает, что космологическая постоянная (лямбда-член) – ключевой параметр Вселенной, убывающий со временем примерно по такому закону:

L = 1/ S = (2/ N )^2 . (2)

По формуле (2) в конце ПТС-го Большого отрезка мы получаем следующее: L = ^2 = 1,86*10^–123 (эви ^–2) – это и есть… истинное значение космологической постоянной (?).

Вместо заключения. Если кто-нибудь укажет мне иную формулу (кроме E = N / lnN ) и иной математический объект (кроме элементарного ряда натуральных чисел 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, …), которые приводят к столь же красивым нумерологическим «фокусам» (столь много и точно «копирующим» реальный физический мир в разных его аспектах), – тогда я готов публично признать, что нахожусь на самом дне пропасти Самообмана. Для вынесения своего «приговора» читатель может обратиться ко всем моим статьям и книгам, помещенным на портале (на сайте) «Техно Сообщество России» по псевдонимом iav 2357 (см. по следующей ссылке:

Знаете ли вы о том, что наблюдаемая нами Вселенная имеет довольно определённые границы? Мы привыкли ассоциировать Вселенную с чем-то бесконечным и непостижимым. Однако современная наука на вопрос о «бесконечности» Вселенной предлагает совсем другой ответ на столь «очевидный» вопрос.

Согласно современным представлениям, размер наблюдаемой Вселенной составляет примерно 45,7 миллиардов световых лет (или 14,6 гигапарсек). Но что означают эти цифры?

Первый вопрос, который приходит в голову обычному человеку – как Вселенная вообще не может быть бесконечной? Казалось бы, бесспорным является то, что вместилище всего сущего вокруг нас не должно иметь границ. Если эти границы и существуют, то что они вообще собой представляют?

Допустим, какой-нибудь астронавт долетел до границ Вселенной. Что он увидит перед собой? Твёрдую стену? Огненный барьер? А что за ней – пустота? Другая Вселенная? Но разве пустота или другая Вселенная могут означать, что мы на границе мироздания? Ведь это не означает, что там находится «ничего». Пустота и другая Вселенная – это тоже «что-то». А ведь Вселенная – это то, что содержит абсолютно всё «что-то».

Мы приходим к абсолютному противоречию. Получается, граница Вселенной должна скрывать от нас что-то, чего не должно быть. Или граница Вселенной должна отгораживать «всё» от «чего-то», но ведь это «что-то» должно быть также частью «всего». В общем, полный абсурд. Тогда как учёные могут заявлять о граничном размере, массе и даже возрасте нашей Вселенной? Эти значения хоть и невообразимо велики, но всё же конечны. Наука спорит с очевидным? Чтобы разобраться с этим, давайте для начала проследим, как люди пришли к современному понимаю Вселенной.

Расширяя границы

Человек с незапамятных времён интересовался тем, что представляет собой окружающий их мир. Можно не приводить примеры о трёх китах и прочие попытки древних объяснить мироздание. Как правило, в конечном итоге все сводилось к тому, что основой всего сущего является земная твердь. Даже во времена античности и средневековья, когда астрономы имели обширные познания в закономерностях движения планет по «неподвижной» небесной сфере, Земля оставалась центром Вселенной.

Естественно, ещё в Древней Греции существовали те, кто считал то, что Земля вращается вокруг Солнца. Были те, кто говорил о множестве миров и бесконечности Вселенной. Но конструктивные обоснования этим теориям возникли только на рубеже научной революции.

В 16 веке польский астроном Николай Коперник совершил первый серьёзный прорыв в познании Вселенной. Он твёрдо доказал, что Земля является лишь одной из планет, обращающихся вокруг Солнца. Такая система значительно упрощала объяснение столь сложного и запутанного движения планет по небесной сфере. В случае неподвижной Земли астрономам приходилось выдумывать всевозможные хитроумные теории, объясняющие такое поведение планет. С другой стороны, если Землю принять подвижной, то объяснение столь замысловатым движениям приходит, само собой. Так в астрономии укрепилась новая парадигма под названием «гелиоцентризм».

Множество Солнц

Однако даже после этого астрономы продолжали ограничивать Вселенную «сферой неподвижных звёзд». Вплоть до 19 века им не удавалось оценить расстояние до светил. Несколько веков астрономы безрезультатно пытались обнаружить отклонения положения звёзд относительно движения Земли по орбите (годичные параллаксы). Инструменты тех времён не позволяли проводить столь точные измерения.

Наконец, в 1837 году русско-немецкий астроном Василий Струве измерил параллакс . Это ознаменовало новый шаг в понимании масштабов космоса. Теперь учёные могли смело говорить о том, что звезды являют собой далекие подобия Солнца. И наше светило отныне не центр всего, а равноправный «житель» бескрайнего звёздного скопления.

Астрономы ещё больше приблизились к пониманию масштабов Вселенной, ведь расстояния до звёзд оказались воистину чудовищными. Даже размеры орбит планет казались по сравнению с этим чем-то ничтожным. Дальше нужно было понять, каким образом звёзды сосредоточены во .

Множество Млечных Путей

Известный философ Иммануил Кант ещё в 1755 предвосхитил основы современного понимания крупномасштабной структуры Вселенной. Он выдвинул гипотезу о том, что Млечный Путь является огромным вращающимся звёздным скоплением. В свою очередь, многие наблюдаемые туманности также являются более удалёнными «млечными путями» — галактиками. Не смотря на это, вплоть до 20 века астрономы придерживались того, что все туманности являются источниками звёздообразования и входят в состав Млечного Пути.

Ситуация изменилась, когда астрономы научились измерять расстояния между галактиками с помощью . Абсолютная светимость звёзд такого типа лежит в строгой зависимости от периода их переменности. Сравнивая их абсолютную светимость с видимой, можно с высокой точностью определить расстояние до них. Этот метод был разработан в начале 20 века Эйнаром Герцшрунгом и Харлоу Шелпи. Благодаря ему советский астроном Эрнст Эпик в 1922 году определил расстояние до Андромеды, которое оказалось на порядок больше размера Млечного Пути.

Эдвин Хаббл продолжил начинание Эпика. Измеряя яркости цефеид в других галактиках, он измерил расстояние до них и сопоставил его с красным смещением в их спектрах. Так в 1929 году он разработал свой знаменитый закон. Его работа окончательно опровергла укрепившееся мнение о том, что Млечный Путь является краем Вселенной. Теперь он был одной из множества галактик, которые ещё когда-то считали его составной частью. Гипотеза Канта подтвердилась почти через два столетия после её разработки.

В дальнейшем, открытая Хабблом связь расстояния галактики от наблюдателя относительно скорости её удаления от него, позволило составить полноценную картину крупномасштабной структуры Вселенной. Оказалось, галактики были лишь её ничтожной частью. Они связывались в скопления, скопления в сверхскопления. В свою очередь, сверхскопления складываются в самые большие из известных структур во Вселенной – нити и стены. Эти структуры, соседствуя с огромными сверхпустотами () и составляют крупномасштабную структуру, известной на данный момент, Вселенной.

Очевидная бесконечность

Из вышесказанного следует то, что всего за несколько веков наука поэтапно перепорхнула от геоцентризма к современному пониманию Вселенной. Однако это не даёт ответа, почему мы ограничиваем Вселенную в наши дни. Ведь до сих пор речь шла лишь о масштабах космоса, а не о самой его природе.

Первым, кто решился обосновать бесконечность Вселенной, был Исаак Ньютон. Открыв закон всемирного тяготения, он полагал, что будь пространство конечно, все её тела рано или поздно сольются в единое целое. До него мысль о бесконечности Вселенной если кто-то и высказывал, то исключительно в философском ключе. Без всяких на то научных обоснований. Примером тому является Джордано Бруно. К слову, он подобно Канту, на много столетий опередил науку. Он первым заявил о том, что звёзды являются далёкими солнцами, и вокруг них тоже вращаются планеты.

Казалось бы, сам факт бесконечности довольно обоснован и очевиден, но переломные тенденции науки 20 века пошатнули эту «истину».

Стационарная Вселенная

Первый существенный шаг на пути к разработке современной модели Вселенной совершил Альберт Эйнштейн. Свою модель стационарной Вселенной знаменитый физик ввёл в 1917 году. Эта модель была основана на общей теории относительности, разработанной им же годом ранее. Согласно его модели, Вселенная является бесконечной во времени и конечной в пространстве. Но ведь, как отмечалось ранее, согласно Ньютону Вселенная с конечным размером должна сколлапсироваться. Для этого Эйнштейн ввёл космологическую постоянную, которая компенсировала гравитационное притяжение далёких объектов.

Как бы это парадоксально не звучало, саму конечность Вселенной Эйнштейн ничем не ограничивал. По его мнению, Вселенная представляет собой замкнутую оболочку гиперсферы. Аналогией служит поверхность обычной трёхмерной сферы, к примеру – глобуса или Земли. Сколько бы путешественник ни путешествовал по Земле, он никогда не достигнет её края. Однако это вовсе не означает, что Земля бесконечна. Путешественник просто-напросто будет возвращаться к тому месту, откуда начал свой путь.

На поверхности гиперсферы

Точно также космический странник, преодолевая Вселенную Эйнштейна на звездолёте, может вернуться обратно на Землю. Только на этот раз странник будет двигаться не по двумерной поверхности сферы, а по трёхмерной поверхности гиперсферы. Это означает, что Вселенная имеет конечный объём, а значит и конечное число звёзд и массу. Однако ни границ, ни какого-либо центра у Вселенной не существует.

К таким выводам Эйнштейн пришёл, связав в своей знаменитой теории пространство, время и гравитацию. До него эти понятия считались обособленными, отчего и пространство Вселенной было сугубо евклидовым. Эйнштейн доказал, что само тяготение является искривлением пространства-времени. Это в корне меняло ранние представления о природе Вселенной, основанной на классической ньютоновской механике и евклидовой геометрии.

Расширяющаяся Вселенная

Даже сам первооткрыватель «новой Вселенной» не был чужд заблуждений. Эйнштейн хоть и ограничил Вселенную в пространстве, он продолжал считать её статичной. Согласно его модели, Вселенная была и остаётся вечной, и её размер всегда остаётся неизменным. В 1922 году советский физик Александр Фридман существенно дополнил эту модель. Согласно его расчётам, Вселенная вовсе не статична. Она может расширяться или сжиматься со временем. Примечательно то, Фридман пришёл к такой модели, основываясь на всё той же теории относительности. Он сумел более корректно применить эту теорию, минуя космологическую постоянную.

Альберт Эйнштейн не сразу принял такую «поправку». На помощь этой новой модели пришло, упомянутое ранее открытие Хаббла. Разбегание галактик бесспорно доказывало факт расширения Вселенной. Так Эйнштейну пришлось признать свою ошибку. Теперь Вселенная имела определённый возраст, который строго зависит от постоянной Хаббла, характеризующей скорость её расширения.

Дальнейшее развитие космологии

По мере того, как учёные пытались решить этот вопрос, были открыты многие другие важнейшие составляющие Вселенной и разработаны различные её модели. Так в 1948 году Георгий Гамов ввёл гипотезу «о горячей Вселенной», которая в последствие превратится в теорию большого взрыва. Открытие в 1965 году подтвердило его догадки. Теперь астрономы могли наблюдать свет, дошедший с того момента, когда Вселенная стала прозрачна.

Тёмная материя, предсказанная в 1932 году Фрицом Цвикки, получила своё подтверждение в 1975 году. Тёмная материя фактически объясняет само существование галактик, галактических скоплений и самой Вселенской структуры в целом. Так учёные узнали, что большая часть массы Вселенной и вовсе невидима.

Наконец, в 1998 в ходе исследования расстояния до было открыто, что Вселенная расширяется с ускорением. Этот очередной поворотный момент в науке породил современное понимание о природе Вселенной. Введённый Эйнштейном и опровергнутый Фридманом космологический коэффициент снова нашёл своё место в модели Вселенной. Наличие космологического коэффициента (космологической постоянной) объясняет её ускоренное расширение. Для объяснения наличия космологической постоянной было введено понятия – гипотетическое поле, содержащее большую часть массы Вселенной.

Современное представление о размере наблюдаемой Вселенной

Современная модель Вселенной также называется ΛCDM-моделью. Буква «Λ» означает присутствие космологической постоянной, объясняющей ускоренное расширение Вселенной. «CDM» означает то, что Вселенная заполнена холодной тёмной материей. Последние исследования говорят о том, что постоянная Хаббла составляет около 71 (км/с)/Мпк, что соответствует возрасту Вселенной 13,75 млрд. лет. Зная возраст Вселенной, можно оценить размер её наблюдаемой области.

Согласно теории относительности информация о каком-либо объекте не может достигнуть наблюдателя со скоростью большей, чем скорость света (299792458 м/c). Получается, наблюдатель видит не просто объект, а его прошлое. Чем дальше находится от него объект, тем в более далёкое прошлое он смотрит. К примеру, глядя на Луну, мы видим такой, какой он была чуть более секунды назад, Солнце – более восьми минут назад, ближайшие звёзды – годы, галактики – миллионы лет назад и т.д. В стационарной модели Эйнштейна Вселенная не имеет ограничения по возрасту, а значит и её наблюдаемая область также ничем не ограничена. Наблюдатель, вооружаясь всё более совершенными астрономическими приборами, будет наблюдать всё более далёкие и древние объекты.

Другую картину мы имеем с современной моделью Вселенной. Согласно ей Вселенная имеет возраст, а значит и предел наблюдения. То есть, с момента рождения Вселенной никакой фотон не успел бы пройти расстояние большее, чем 13,75 млрд световых лет. Получается, можно заявить о том, что наблюдаемая Вселенная ограничена от наблюдателя шарообразной областью радиусом 13,75 млрд. световых лет. Однако, это не совсем так. Не стоит забывать и о расширении пространства Вселенной. Пока фотон достигнет наблюдателя, объект, который его испустил, будет от нас уже в 45,7 миллиардах св. лет. Этот размер является горизонтом частиц, он и является границей наблюдаемой Вселенной.

За горизонтом

Итак, размер наблюдаемой Вселенной делится на два типа. Видимый размер, называемый также радиусом Хаббла (13,75 млрд. световых лет). И реальный размер, называемый горизонтом частиц (45,7 млрд. св. лет). Принципиально то, что оба эти горизонта совсем не характеризуют реальный размер Вселенной. Во-первых, они зависят от положения наблюдателя в пространстве. Во-вторых, они изменяются со временем. В случае ΛCDM-модели горизонт частиц расширяется со скоростью большей, чем горизонт Хаббла. Вопрос на то, сменится ли такая тенденция в дальнейшем, современная наука ответа не даёт. Но если предположить, что Вселенная продолжит расширяться с ускорением, то все те объекты, которые мы видим сейчас рано или поздно исчезнут из нашего «поля зрения».

На данный момент самым далёким светом, наблюдаемым астрономами, является реликтовое излучение. Вглядываясь в него, учёные видят Вселенную такой, какой она была через 380 тысяч лет после Большого Взрыва. В этот момент Вселенная остыла настолько, что смогла испускать свободные фотоны, которые и улавливают в наши дни с помощью радиотелескопов. В те времена во Вселенной не было ни звёзд, ни галактик, а лишь сплошное облако из водорода, гелия и ничтожного количества других элементов. Из неоднородностей, наблюдаемых в этом облаке, в последствие сформируются галактические скопления. Получается, именно те объекты, которые сформируются из неоднородностей реликтового излучения, расположены ближе всего к горизонту частиц.

Истинные границы

То, имеет ли Вселенная истинные, не наблюдаемые границы, до сих пор остаётся предметом псевдонаучных догадок. Так или иначе, все сходятся на бесконечности Вселенной, но интерпретируют эту бесконечность совсем по-разному. Одни считают Вселенную многомерной, где наша «местная» трёхмерная Вселенная является лишь одним из её слоёв. Другие говорят, что Вселенная фрактальна – а это означает, что наша местная Вселенная может оказаться частицей другой. Не стоит забывать и о различных моделях Мультивселенной с её закрытыми, открытыми, параллельными Вселенными, червоточинами. И ещё много-много различных версий, число которых ограничено лишь человеческой фантазией.

Но если включить холодный реализм или просто отстраниться от всех этих гипотез, то можно предположить, что наша Вселенная является бесконечным однородным вместилищем всех звёзд и галактик. Причем, в любой очень далёкой точке, будь она в миллиардах гигапарсек от нас, всё условия будут точно такими же. В этой точке будут точно такими же горизонт частиц и сфера Хаббла с таким же реликтовым излучением у их кромки. Вокруг будут такие же звёзды и галактики. Что интересно, это не противоречит расширению Вселенной. Ведь расширяется не просто Вселенная, а само её пространство. То, что в момент большого взрыва Вселенная возникла из одной точки говорит только о том, что бесконечно мелкие (практические нулевые) размеры, что были тогда, сейчас превратились в невообразимо большие. В дальнейшем будем пользоваться именно этой гипотезой для того, что наглядно осознать масштабы наблюдаемой Вселенной.

Наглядное представление

В различных источниках приводятся всевозможные наглядные модели, позволяющие людям осознать масштабы Вселенной. Однако нам мало осознать, насколько велик космос. Важно представлять, каким образом проявляют такие понятия, как горизонт Хаббла и горизонт частиц на самом деле. Для этого давайте поэтапно вообразим свою модель.

Забудем о том, что современная наука не знает о «заграничной» области Вселенной. Отбросив версии о мультивселенных, фрактальной Вселенной и прочих её «разновидностях», представим, что она просто бесконечна. Как отмечалось ранее, это не противоречит расширению её пространства. Разумеется, учтём то, что её сфера Хаббла и сфера частиц соответственно равны 13,75 и 45,7 млрд световых лет.

Масштабы Вселенной

Нажмите кнопку СТАРТ и откройте для себя новый, неизведанный мир!
Для начала попробуем осознать, насколько велики Вселенские масштабы. Если вы путешествовали по нашей планете, то вполне можете представить, насколько для нас велика Земля. Теперь представим нашу планету как гречневую крупицу, которая движется по орбите вокруг арбуза-Солнца размером с половину футбольного поля. В таком случае орбита Нептуна будет соответствовать размеру небольшого города, область – Луне, область границы воздействия Солнца – Марсу. Получается, наша Солнечная Система настолько же больше Земли, насколько Марс больше гречневой крупы! Но это только начало.

Теперь представим, что этой гречневой крупой будет наша система, размер которой примерно равен одному парсеку. Тогда Млечный Путь будет размером с два футбольных стадиона. Однако и этого нам будет не достаточно. Придётся и Млечный Путь уменьшить до сантиметрового размера. Она чем-то будет напоминать завёрнутую в водовороте кофейную пенку посреди кофейно-чёрного межгалактическое пространства. В двадцати сантиметрах от неё расположиться такая же спиральная «кроха» — Туманность Андромеды. Вокруг них будет рой малых галактик нашего Местного Скопления. Видимый же размер нашей Вселенной будет составлять 9,2 километра. Мы подошли к понимаю Вселенских размеров.

Внутри вселенского пузыря

Однако нам мало понять сам масштаб. Важно осознать Вселенную в динамике. Представим себя гигантами, для которых Млечный Путь имеет сантиметровым диаметр. Как отмечалось только что, мы окажемся внутри шара радиусом 4,57 и диаметром 9,24 километров. Представим, что мы способны парить внутри этого шара, путешествовать, преодолевая за секунду целые мегапарсеки. Что мы увидим в том случае, если наша Вселенная будет бесконечна?

Разумеется, пред нами предстанет бесчисленное множество всевозможных галактик. Эллиптические, спиральные, иррегулярные. Некоторые области будут кишить ими, другие – пустовать. Главная особенность будет в том, что визуально все они будут неподвижны, пока неподвижными будем мы. Но стоит нам сделать шаг, как и сами галактики придут в движение. К примеру, если мы будем способны разглядеть в сантиметровом Млечном Пути микроскопическую Солнечную Систему, то сможем пронаблюдать её развитие. Отдалившись от нашей галактики на 600 метров, мы увидим протозвезду Солнце и протопланетный диск в момент формирования. Приближаясь к ней, мы увидим, как появляется Земля, зарождается жизнь и появляется человек. Точно также мы будем видеть, как видоизменяются и перемещаются галактики по мере того, как мы будем удаляться или приближаться к ним.

Следовательно, чем в более далёкие галактики мы будем вглядываться, тем более древними они будут для нас. Так самые далёкие галактики будут расположены от нас дальше 1300 метров, а на рубеже 1380 метров мы будем видеть уже реликтовое излучение. Правда, это расстояние для нас будет мнимым. Однако, по мере того, как будем приближаться к реликтовому излучению, мы будем видеть интересную картину. Естественно, мы будем наблюдать то, как из первоначального облака водорода будут образовываться и развиваться галактики. Когда же мы достигнем одну из этих образовавшихся галактик, то поймем, что преодолели вовсе не 1,375 километров, а все 4,57.

Уменьшая масштабы

В качестве итога мы ещё больше увеличимся в размерах. Теперь мы можем разместить в кулаке целые войды и стены. Так мы окажемся в довольно небольшом пузыре, из которого невозможно выбраться. Мало того, что расстояние до объектов на краю пузыря будет увеличиваться по мере их приближения, так ещё и сам край будет бесконечно смещаться. В этом и заключается вся суть размера наблюдаемой Вселенной.

Какой бы Вселенная не была большой, для наблюдателя она всегда останется ограниченным пузырём. Наблюдатель всегда будет в центре этого пузыря, фактически он и есть его центр. Пытаясь добраться до какого-либо объекта на краю пузыря, наблюдатель будет смещать его центр. По мере приближения к объекту, этот объект всё дальше будет отходить от края пузыря и в тоже время видоизменяться. К примеру – от бесформенного водородного облачка он превратится в полноценную галактику или дальше галактическое скопление. Ко всему прочему, путь до этого объекта будет увеличиваться по мере приближения к нему, так как будет меняться само окружающее пространство. Добравшись до этого объекта, мы лишь сместим его с края пузыря в его центр. На краю Вселенной всё также будет мерцать реликтовое излучение.

Если предположить, что Вселенная и дальше будет расширяться ускоренно, то находясь в центре пузыря и мотая время на миллиарды, триллионы и даже более высокие порядки лет вперёд, мы заметим ещё более интересную картину. Хотя наш пузырь будет также увеличиваться в размерах, его видоизменяющиеся составляющие будут отдаляться от нас ещё быстрее, покидая край этого пузыря, пока каждая частица Вселенной не будет разрозненно блуждать в своём одиноком пузыре без возможности взаимодействовать с другими частицами.

Итак, современная наука не располагает сведениями о том, каковы реальные размеры Вселенной и имеет ли она границы. Но мы точно знаем о том, что наблюдаемая Вселенная имеет видимую и истинную границу, называемую соответственно радиусом Хаббла (13,75 млрд св. лет) и радиусом частиц (45,7 млрд. световых лет). Эти границы полностью зависят от положения наблюдателя в пространстве и расширяются со временем. Если радиус Хаббла расширяется строго со скоростью света, то расширение горизонта частиц носит ускоренный характер. Вопрос о том, будет ли его ускорение горизонта частиц продолжаться дальше и не сменится ли на сжатие, остаётся открытым.

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.