Новая теория может объяснить главный парадокс вселенной

Фон

За десятилетия, прошедшие с момента обнаружения космического микроволнового фона (CMB) в 1965 году, модель Большого взрыва стала наиболее распространенной моделью, объясняющей эволюцию нашей Вселенной. Уравнение Фридмана определяет, как энергия Вселенной управляет ее расширением.

ЧАС2знак равно(а˙а)2знак равно8πграмм3ρ-κc2а2{\ displaystyle H ^ {2} = {\ left ({\ frac {\ dot {a}} {a}} \ right)} ^ {2} = {\ frac {8 {\ pi} G} {3} } \ rho — {\ frac {{\ kappa} c ^ {2}} {a ^ {2}}}}

где κ представляет собой кривизну Вселенной , a ( t ) — масштабный фактор , ρ — полная плотность энергии Вселенной, а H — параметр Хаббла .

Определим критическую плотность

ρcзнак равно3ЧАС28πграмм{\ displaystyle \ rho _ {c} = {\ frac {3H ^ {2}} {8 {\ pi} G}}}

и параметр плотности

Ωзнак равноρρc{\ Displaystyle \ Omega = {\ гидроразрыва {\ rho} {\ rho _ {c}}}}

Затем мы можем переписать параметр Хаббла как

ЧАС(а)знак равноЧАСΩkа-2+Ωма-3+Ωра-4+ΩDEа-3(1+ш){\ displaystyle H (a) = H_ {0} {\ sqrt {{\ Omega _ {k} a ^ {- 2} + \ Omega} _ {m} a ^ {- 3} + \ Omega _ {r} a ^ {- 4} + \ Omega _ {\ mathrm {DE}} a ​​^ {- 3 (1 + w)}}}}

где четыре предполагаемых в настоящее время вкладчика в плотность энергии Вселенной — кривизна , материя , излучение и темная энергия . Каждый из компонентов уменьшается с расширением Вселенной (увеличение масштабного фактора), за исключением, возможно, члена темной энергии. Именно значения этих космологических параметров используют физики для определения ускорения Вселенной.

Уравнение ускорения описывает эволюцию масштабного фактора во времени.

а¨азнак равно-4πграмм3(ρ+3пc2){\ displaystyle {\ frac {\ ddot {a}} {a}} = — {\ frac {4 {\ pi} G} {3}} \ left (\ rho + {\ frac {3P} {c ^ { 2}}} \ right)}

где давление P определяется выбранной космологической моделью. (см. ниже)

Одно время физики были настолько уверены в замедлении расширения Вселенной, что ввели так называемый параметр замедления q . Текущие наблюдения показывают, что этот параметр замедления отрицательный.

Отношение к инфляции

Согласно теории космической инфляции , очень ранняя Вселенная пережила период очень быстрого квазиэкспоненциального расширения. Хотя временной масштаб для этого периода расширения был намного короче, чем у текущего расширения, это был период ускоренного расширения с некоторым сходством с текущей эпохой.

Техническое определение

Определение «ускорение расширения» является то , что вторая производная по времени космического масштабного коэффициента, является положительной, что эквивалентно параметром замедления , , будучи отрицательным

Однако обратите внимание, что это не означает, что параметр Хаббла увеличивается со временем. Поскольку параметр Хаббла определяется как , из определений следует, что производная параметра Хаббла определяется выражением
а¨{\ Displaystyle {\ ddot {а}}}q{\ displaystyle q}ЧАС(т)≡а˙(т)а(т){\ Displaystyle Н (т) \ экв {\ точка {а}} (т) / а (т)}

dЧАСdтзнак равно-ЧАС2(1+q){\ displaystyle {\ frac {dH} {dt}} = — H ^ {2} (1 + q)}

поэтому параметр Хаббла со временем уменьшается, если только . Предпочтение отдается наблюдению , что подразумевает, что это положительно, но отрицательно. По сути, это означает, что космическая скорость удаления любой конкретной галактики увеличивается со временем, но ее соотношение скорость / расстояние все еще уменьшается; таким образом, различные галактики, расширяющиеся по сфере фиксированного радиуса, в более поздние времена пересекают сферу медленнее.
q<-1{\ displaystyle q <-1}q≈-0,55{\ displaystyle q \ приблизительно -0,55}а¨{\ Displaystyle {\ ddot {а}}}dЧАСdт{\ displaystyle dH / dt}

Как видно из выше , что в случае «нулевого ускорения / замедления» соответствует является линейной функцией , , , и .
а(т){\ Displaystyle а (т)}т{\ displaystyle t}qзнак равно{\ displaystyle q = 0}а˙знак равноcопsт{\ displaystyle {\ dot {a}} = const}ЧАС(т)знак равно1т{\ Displaystyle Н (т) = 1 / т}

Скопления и сверхскопления галактик

Под скоплением галактик понимают гравитационно-связанную систему, которая считается крупнейшей структурой во Вселенной. Ее размер может достигать от 6 до 60 миллионов световых лет. В составе одного скопления 100-1000 галактик. Интересным является факт, что в одном скоплении, сами галактические системы занимают всего 1%, около 9% — это межгалактический газ, а все остальное приходится на темную материю и энергию. В космосе существует два типа скоплений галактик:

регулярные – для этого типа характерна правильная сферическая форма. Основную часть составляют линзовидные и эллиптические галактики, имеют яркую центральную часть. Пример скопления – Волос Вероники;

Скопление галактик в Волосах Вероники 

иррегулярные – форма неопределенная, количество галактик в составе гораздо меньше, чем у регулярного типа. Пример – скопление Девы.

Скопление галактик в Деве

Сверхскопления – структура, в состав которой входят скопления галактик и несколько отдельных галактических систем. Как правило, в одном сверхскоплении их насчитывается от 2 до 20, располагаются они в галактических нитях, или же в узлах их пересечения.

Размеры сверхскоплений галактик во Вселенной достигают сотен млн. световых лет. Это настолько много, что объекты не способны удерживаться между собой гравитационными силами. Самые известные сверхскопления:

  • Стена Скульптора – находится недалеко от Млечного Пути. Его длина 300 млн. световых лет, ширина – 210 млн. световых лет;
  • Девы – Местное сверхскопление галактик, в состав которого входит Млечный путь;
  • Шепли – это одно из самых больших сверхскоплений во Вселенной. Его масса в 10 тыс. раз больше массы Млечного пути.

Сверхскопление Шепли 

Расширение Вселенной и сфера Хаббла

Давайте представим, что наблюдаем в суперогромный телескоп, в которой видно, что угодно во Вселенной. Она расширяется и её галактики удаляются от нас. Причём, чем пространственно дальше относительно нас находятся они, тем быстрее галактики удаляются. Давайте посмотрим всё дальше и дальше. И на каком-то расстоянии выяснится, что все тела удаляются относительно нас со световой скоростью. Так образуется сфера, которая называется, сфера Хаббла. Сейчас до неё чуть менее 14 млрд.св.лет, и всё за её пределами улетает относительно нас быстрее света. Казалось бы, что это противоречит Теории Относительности, ведь скорость не может превышать световую. Но нет, ведь тут речь не о скорости самих объектов, а о скорости расширения пространства. А это совсем другое и она может быть какой угодно.
Но мы можем посмотреть и дальше. На некотором расстоянии объекты удаляются настолько быстро, что мы их вообще никогда не увидим. Фотоны, испущенные в нашу сторону просто никогда не достигнут Земли. Они словно человек, идущий против движения эскалатора. Будут уноситься назад быстро расширяющимся пространством. Граница, где такое происходит, называется Горизонтом частиц. Сейчас до него около 46,5 млрд.св.лет. Расстояние это увеличивается, ведь Вселенная расширяется. Это граница, так называемой, Наблюдаемой Вселенной. И всё за пределами этой границы, мы никогда никогда не увидим.
И вот тут вот самое интересное. А что же за ней? Может быть, это и есть ответ на вопрос?! Оказывается всё очень прозаично. На самом-то деле никакой границы нет. И там на миллиарды миллиарды километров простираются такие же Галактики, звёзды и планеты.

Всегда ли Вселенная расширялась с одной скоростью?

Мы называем ее постоянной Хаббла, но она является постоянной только в пространстве, а не во времени. Вселенная в настоящий момент расширяется медленнее, чем в прошлом. Когда мы говорим о скорости расширения, мы говорим о скорости на единицу расстояния: около 70 км/c/Мпк сегодня. (Мпк — это мегапарсек, примерно 3 260 000 световых лет). Но скорость расширения зависит от плотностей всех разных вещей во Вселенной, включая материю и излучение. По мере расширения Вселенной материя и излучение в ней становятся менее плотными, а вместе с падением плотности падает и скорость расширения. Вселенная расширялась быстрее в прошлом и замедляется со времен Большого Взрыва. Постоянная Хаббла — это неверное название, ее стоило бы назвать параметром Хаббла.

Далекие судьбы Вселенной предлагают разные возможности, но если темная энергия действительно постоянна, как показывают данные, мы будем следовать красной кривой

Нам повезло

И ответ на этот вопрос — нет. И мы все должны быть рады, что живем в такой Вселенной. К нашему счастью, локальные электромагнитные силы, которые удерживают положительно заряженное ядро ​​атома и отрицательно заряженные электроны вместе, а также сильные ядерные силы, стабилизирующие ядро, значительно мощнее, чем потенциально разрушительные силы темной энергии.

Другими словами — электромагнитные и гравитационные силы препятствуют расширению планет и их спутников по мере расширения Вселенной. В еще больших масштабах это тоже работает. Сила тяжести, которая связывает звезды, галактики и скопления галактик, также сильнее, чем локальные эффекты темной энергии. Поэтому последние начинают работать там, где гравитационные связи между объектами становятся слишком слабы. И такие объекты начинают удаляться друг от друга со все возрастающей скоростью. Именно по этой причине настанут такие времена, когда в нашем небе будут видны лишь объекты, входящие в так называемую Местную группу галактик. Потому что все они связаны гравитационными взаимодействиями, которые мощнее эффектов, вызываемых темной энергией.

Космологи говорят, что возможно существуют какие-то другие Вселенные, в которых темная энергия оказалась сильнее. В таких Вселенных темная энергия могла помешать образованию звезд или галактик. Или, в конечном итоге, даже разорвать все атомы.

Если бы так произошло в нашей реальности, нас бы здесь не было.

Темная материя

Еще одним доказательством в копилку теории Мультивселенной добавляет новое, крайне интересное исследование. Его результаты, как пишет Vice, предполагают, что черные дыры, образованные из свернутых вселенных, порождают темную материю, а наша собственная Вселенная может выглядеть как черная дыра для посторонних.

Одни из самых таинственных объектов во Вселенной, черные дыры, могут являться источником темной материи.

Отмечу, что темная материя – невидимая субстанция, на долю которой приходится большая часть массы Вселенной – хотя и не излучает обнаруживаемый свет, все же существует, так как оказывает гравитационное воздействие на скопления галактик и другие излучающие объекты в космосе.

Для объяснения темной материи был предложен ошеломляющий спектр гипотез, но теперь ученые предположили, что первичные черные дыры – гипотетические объекты, которые относятся к периоду зарождения Вселенной, «являются жизнеспособным кандидатом на темную материю». К такому выводу пришла международная команда исследователей из США, Японии и Тайваня, в работе, опубликованной в научном журнале Physical Review Letters в январе этого года.

И все же, на данный момент все эти концепции являются умозрительными, хотя физики ожидают, что новые способы наблюдения с помощью сложных телескопов в ближайшие годы помогут ответить на многие вопросы.

Как появилась Вселенная?

Вопрос о том, как появилась Вселенная, всегда волновал людей. Это и не удивительно, ведь каждому хочется знать свои истоки. Над этим вопросом уже несколько тысячелетий бьются ученые, священники и писатели. Этот вопрос будоражит умы не только специалистов, но и каждого простого человека. Однако сразу стоит сказать, что стопроцентного ответа на вопрос о том, как появилась Вселенная, нет. Есть только теория, которую поддерживает большинство ученых.

Вот ее мы и разберем.

Поскольку все, что окружает человека, имеет свое начало, то не удивляет тот факт, что с древних времен человек пытался найти начало Вселенной. У человека эпохи Средневековья ответ на этот вопрос был достаточно прост – Вселенную создал Бог. Однако с развитием науки ученые начали подвергать сомнению не только вопрос о Боге, но и вообще о том, что Вселенная имеет начало.

В 1929 году благодаря американскому астроному Хабблу ученые вернулись к вопросу о корнях Вселенной. Дело в том, что Хаббл доказал, что галактики, из которых состоит Вселенная, постоянно двигаются. Кроме движения они еще и могут увеличиваться, а значит, увеличивается и Вселенная. А если она растет, выходит так, что был когда-то этап старта этого роста. А это означает, что у Вселенной есть начало.

Чуть позже уже британский астроном Хойл выдвинул сенсационную гипотезу: Вселенная возникла в момент Большого Взрыва. Его теория так и вошла в историю под таким названием. Суть идеи Хойла проста и сложна одновременно. Он считал, что когда-то существовал этап, который называют состоянием космической сингулярности, то есть время стояло на отметке нуль, а плотность и температура равнялись бесконечности. И в один момент случился взрыв, в результате которого нарушилась сингулярность, а следовательно плотность и температура изменились, начался рост материи, а значит время начало свой отчет. Позже сам Хойл назвал свою теорию малоубедительной, однако это не помешало ей стать самой популярной гипотезой происхождения Вселенной.

Когда случилось то, что Хойл назвал Большим Взрывом? Ученые проводили множество расчетов, в результате большинство сошлось на цифре 13,5 миллиардов лет. Именно тогда из ничего начала появляться  Всего за долю секунды Вселенная приобрела размер меньше атома, и процесс разрастания был запущен. Ключевую роль сыграла гравитация. Самое интересное, что если бы она была чуть сильнее, то ничего бы не возникло, максимум черная дыра. А если бы гравитация была немного слабее, то ничего бы не возникло вообще.
Через несколько секунд после Взрыва температура во Вселенной немного уменьшилась, что дало толчок созданию вещества и антивещества. В результате начали появляться атомы. Так Вселенная перестала быть однотонной. Где-то атомов было больше, где-то меньше. В одних частях было горячее, в других температура была ниже. Атомы начали сталкиваться друг с другом, образовывая соединения, затем новые вещества, а позже тела. Часть объектов обладала большой внутренней энергией. Это были звезды. Они начали собирать вокруг себя (благодаря силе притяжения) другие тела, которые мы называем планетами. Так возникли системы, одной из которых является наша Солнечная.

Как видим, теория Большого Взрыва является на сегодняшний момент самой убедительной среди всех версий происхождения Вселенной. Однако она не дает ответ на вопрос о причине возникновения Большого Взрыва. Над этим вопросом ученым еще предстоит поработать.

Проблемы теории расширяющейся Вселенной

Теория расширяющейся Вселенной, несмотря на огромную популярность, имеет ряд проблем:

  1. Существует мнение, что если бы Вселенная начала расширяться в результате Большого Взрыва, то это могло бы вызвать возникновение сильного неоднородного распределения вещества. Однако этого не наблюдается.
  2. Гипотеза Большого Взрыва принимает расширение Вселенной как факт, не объясняя его.
  3. Если предположить, что вначале Вселенная была симметричной, с одинаковым количеством материи и антиматерии, то должен был существовать специальный механизм, который привел к преобладанию частиц над античастицами, а материи — над антиматерией (барионной асимметрии). Этот механизм, бариогенезис, вызвал бы возможность распада протона. А этого не наблюдается.
  4. В теориях, посвященных этапу Великого объединения, предполагалось возникновение магнитных монополей в большом количестве. Но они до сих пор не обнаружены.
  5. Современными учеными подвергается сомнению и вывод Хаббла, что все соседние галактики удаляются от Земли (а значит, Вселенная расширяется), на том лишь основании, что у них наблюдается красное спектральное смещение. Ученые считают, что красное смещение нельзя однозначно объяснять лишь эффектом Допплера. Это может происходить и по причине того, что гравитационные потенциал звезд превышает гравитационный потенциал Земли, и именно это приводит к отличию излучаемой элементами частоты. На основании этого современные ученые делают вывод, что красное смещение вызвано изменением частоты колебаний, когда элементы находятся в области с большим, чем на Земле, гравитационным потенциалом, а вовсе не из-за удаления от нее звезд и галактик.

Tesla Motors

На Марсе нет кислорода, а значит, транспорт там может быть только электрическим. Именно поэтому в Пало-Альто (Калифорния) в 2003 году была основана Tesla Motors. Маск возглавил компанию в 2008-м, сделав ее крупнейшим автопроизводителем мира. В Tesla Motors работают инженеры, которые занимались созданием американских марсоходов.

Цель: сделать электрический транспорт массовым.

Достижения: в 2020 году в мире было продано почти 500 тыс. электромобилей Tesla. Налажен выпуск четырех моделей, идет разработка внедорожника Cybertruck, родстера и грузовика Semi. Сеть заправок Tesla Supercharger насчитывает более 2000 станций. Отрабатывается и частично применяется система беспилотного управления Tesla Autopilot.

Вклад Жоржа Леметра

Перед нами весьма необычный человек, так как был не только математиком и астрономом, но и священником. Можно сказать, что это один из первопроходцев в применении общей теории относительности. В 1927 году вышла его статья, где были представлены расчеты, приближенные к «постоянной Хаббла», появившейся лишь спустя 2 года.

Кроме того, Леметр был первым, кто четко утверждал, что далекие объекты представлены не звездами, а целыми системами, хотя слово «галактика» пока не употреблялось, но автор подразумевал именно его. Однако интересно, что в своих расчетах Леметр все же использовал данные Хаббла, с которым успел познакомиться еще в 1926 году.

Леметр был знаком с Альбертом Эйнштейном, поэтому последний читал его работу. Напомним, что еще в 1922 году советский математик А. Фридман предсказал вселенское расширение. Эйнштейн также читал эту работу и раскритиковал (он все еще не верил). При первом ознакомлении он повторил это и со статьей Леметра, но в более легкой форме.

Из чего состоит Вселенная?

Все, кто интересуется устройством Вселенной знают, что она всего на 5% состоит из привычной нам материи. Еще примерно четверть составляет темная материя – загадочная субстанция, о которой не так много известно, так как она недоступна прямому наблюдению. Оставшиеся две трети приходятся на еще более таинственную темную энергию, которая заставляет нашу Вселенную расширяться со все возрастающей скоростью.

Так, команда астрофизиков из Физико-математического института им. Кавли (IPMU) установила, что в реликтовом излучении наблюдаются признаки нарушения так называемой пространственной четности – одного из фундаментальных свойств мироздания, которое не предсказывает Стандартная модель. По мнению авторов исследования, темная материя и темная энергия нарушают принцип четности, что может указывать на существование «новой физики».

В ходе нового исследования физики решили удалить из уравнения темную энергию.

Еще одним «звоночком» в пользу пересмотра современных представлений о Вселенной стала работа южноафриканских ученых 2019 года. В ней исследователи и вовсе предположили, что темной энергии не существует, так как сама гипотеза о разлетающихся на бешеной скорости галактиках основана на «ложных догадках и некорректных расчетах». Как отмечают авторы научной работы, опубликованной в журнале Physical Review Letters, чтобы доказать это, понадобится гораздо больше данных наблюдения за реликтовым излучением.

Эйнштейн махнул рукой

Вы можете совершенно не разбираться в физике, но все равно должны были слышать об Альберте Эйнштейне и его общей теории относительности. Если говорить самым простым языком, то в центре теории находится принцип «относительности». То есть, все природные законы остаются одинаковыми относительно статичного или перемещающегося с неизменной скоростью тела.

Эта теория позволила избавиться от проблем в физике XX века, спрогнозировала существование черных дыр, показала, что световые лучи искривляются возле массивных тел, а также позволила совершенно по-новому взглянуть на пространство-время и подтолкнула ученых к новым важным открытиям.

Но в 1917 году Эйнштейн стал догадываться, что его теория предлагает два варианта для Вселенной: сжатие или расширение. Возможно, ученый был просто не готов развивать столь глобальную тему или не поверил в выводы собственных уравнений, но решил аккуратно обойти эту проблему. По сути, он создал искусственную космологическую постоянную. Впоследствии, Эйнштейн назовет этот поступок крупнейшей ошибкой.

Смерть Вселенной

Также Вселенная могла бы быть мягкой, без сложностей. Или Вселенная могла бы расшириться слишком быстро, чтобы вещество успело конденсироваться в звездах, галактиках и планетах. Или все это могло схлопнуться снова в секунды после рождения материи. Любая сложная жизнь была бы невозможной.

На этом вопросы не заканчиваются. В нашей Вселенной мы живем в комфорте лишь при определенном сочетании пространства и времени и, казалось бы, вполне понятная математическая база лежит в основе известной нам науки. Почему Вселенная такая понятная и предсказуемая? Почему она познаваема? Разве могли бы мы задать такой вопрос, если бы она таковой не являлась?

Наша Вселенная, кажется, балансирует на острие ножа стабильности. Но почему?

Hyperloop

На Марсе практически нет атмосферы, транспорту придется передвигаться почти в вакууме – отсюда проект вакуумного поезда Hyperloop. Совместный стартап команд из Tesla и SpaceX нацелен на разработку вакуумных поездов – высокоскоростного вида транспорта, движущегося в сильно разреженном воздухе с помощью магнитной левитации. Планируется, что 560-километровый путь от Сан-Франциско до Лос-Анджелеса пассажиры смогут преодолевать за полчаса на скорости до 1200 км/ч.

Цель: поезду должно быть достаточно одних только рельсов.

Достижения: первый концепт Hyperloop представлен в 2013 году, причем техническая документация открыта, сторонние компании могут участвовать в проекте. К работе привлечены десятки стартапов. Для испытаний конструкций капсул в Калифорнии построен экспериментальный тоннель километровой длины. На сегодняшний день достигнута скорость 463 км/ч.

Hyperloop

На Марсе практически нет атмосферы, транспорту придется передвигаться почти в вакууме – отсюда проект вакуумного поезда Hyperloop. Совместный стартап команд из Tesla и SpaceX нацелен на разработку вакуумных поездов – высокоскоростного вида транспорта, движущегося в сильно разреженном воздухе с помощью магнитной левитации. Планируется, что 560-километровый путь от Сан-Франциско до Лос-Анджелеса пассажиры смогут преодолевать за полчаса на скорости до 1200 км/ч.

Цель: поезду должно быть достаточно одних только рельсов.

Достижения: первый концепт Hyperloop представлен в 2013 году, причем техническая документация открыта, сторонние компании могут участвовать в проекте. К работе привлечены десятки стартапов. Для испытаний конструкций капсул в Калифорнии построен экспериментальный тоннель километровой длины. На сегодняшний день достигнута скорость 463 км/ч.

Космологические тесты

Космологическая модель ΛCDM описывается минимальным набором из шести космологических параметров. Их значения ищутся одновременной подгонкой методом максимального правдоподобия к данным различных экспериментов. В результате находится точка в многомерном пространстве, которая дает лучшее соответствие совокупности наблюдений. В последней работе коллаборации Planck 2018 года [] по определению параметров использовались данные по неоднородностям реликтового фонового микроволнового излучения и его поляризации, а также данные по барионным осцилляциям (Baryon Oscillation Sky Survey — BOSS) [], измеренным в оптическом Слоановском обзоре неба. Поиск параметров опирается на неоднородность Вселенной, которая проявляется в разных распределениях. В случае реликтового излучения она проявляется в угловом спектре мощности (обозначается Cl). Он показывает относительную долю энергии, приходящей из Вселенной в проекции на окружающую нас воображаемую сферу, в зависимости от углового масштаба, в котором эта доля энергии измеряется (рис. 1). Для изучения распределения вещества применяют корреляционные функции, которые в классическом астрофизическом подходе позволяют находить выделенные расстояния между объектами в пространстве (рис. 2). Кроме того, одним из наиболее активно применяемых методов определения свойств Вселенной является диаграмма Хаббла, связывающая скорость удаления галактики от нас (или скорость расширения Вселенной) с расстоянием до этой галактики (рис. 3). Расстояние (модуль расстояния) до галактики связывает ее абсолютную звездную величину M и видимую m. В основном в измерениях используют именно разность m − M при построении зависимости. А вместо скорости удаления галактики применяют красное смещение z, определяющее относительный сдвиг спектра в красную сторону, т. е. в сторону меньших частот или больших длин волн электромагнитного спектра.

В общем, как при эффекте Доплера: при приближении машины частота звука повышается, а при удалении — понижается. С той лишь разницей, что космологическое красное смещение не связано с эффектом Доплера, а определяется расширением Вселенной.

Все эти функции — угловой спектр мощности, корреляционные функции скоплений галактик и диаграмма Хаббла — применяются в процедуре подгонки параметров как самостоятельные зависимости, так и общим набором для построения согласованной модели.

Чтобы быть точным в изложении, надо отметить, что кроме этих трех космологических тестов еще есть линии поглощения квазаров, когда по положению и ширине линий водорода на различных красных смещениях удается восстановить структуру Вселенной; гравитационное линзирование на скоплениях галактик; классические подсчеты источников излучения; стандартная линейка при измерении углового размера объектов с известным физическим размером; стандартные свечи для разных объектов стандартной светимости (они же имелись в виду, когда говорилось о диаграмме Хаббла); стандартные часы для измерения динамики расширения Вселенной по данным возраста галактик с учетом эволюции звезд и темпа звездообразования; и ряд других тестов. Кроме того, измеренные космологические параметры являются входными для построения точных компьютерных симуляций и их статистического сравнения с результатами наблюдений.

Будет ли Вселенная расширяться вечно или когда-нибудь остановится?

Несколько поколений астрофизики и космологи ломали голову над этим вопросом, и ответить на него можно, только определив скорость расширения Вселенной и все типы (и количества) энергии, присутствующие в ней. Мы уже успешно измерили, сколько имеется обычной материи, излучения, нейтрино, темной материи и темной энергии, а также скорость расширения Вселенной. Основываясь на законах физики и произошедшем в прошлом, складывается впечатление, что Вселенная будет расширяться вечно. Хотя вероятность этого не 100%; если нечто вроде темной энергии будет вести себя иначе в будущем по сравнению с прошлым и настоящим, все наши выводы придется пересмотреть.

Как узнать скорость расширения Вселенной?

Чтобы получить хорошие статистические данные, астрономы наблюдают за галактиками, расположенными довольно близко к Земле, примерно на расстоянии 300 миллионов световых лет и ближе. Однако наблюдая за галактиками, необходимо учитывать пыль, фоновые галактики и звездные скопления, которые видно на полученных с помощью телескопа изображениях.

Вселенная хитра. Начиная с 1990-х годов астрономы увидели, что очень далекие взрывающиеся звезды всегда были расположены дальше, чем показывали простые измерения. Это привело их к мысли, что сейчас Вселенная расширяется быстрее, чем раньше, что, в свою очередь, привело к открытию темной энергии — таинственной силы, ускоряющей Вселенское расширение.

На сегодняшний день время Большого взрыва, породившего Вселенную, ученые оценивают с помощью компьютерного моделирования.

Как пишут авторы научной работы, когда мы смотрим на очень далекие объекты, мы видим их такими, какими они были в прошлом, когда Вселенная была моложе. Если скорость расширения Вселенной тогда была иной (скажем, 12-13, 8 миллиарда лет назад), чем сейчас (менее миллиарда лет назад), мы можем получить два разных значения для постоянной Хаббла. Или, быть может, разные части Вселенной расширяются с разной скоростью?

Но если скорость расширения изменилась, значит возраст нашей Вселенной совсем не такой, как мы думаем (ученые используют скорость расширения Вселенной, чтобы определить ее возраст). Это, в свою очередь, означает, что у Вселенной другой размер, а значит время, необходимое для того, чтобы что-то произошло, тоже будет другим.

В любом случае постоянная Хаббла является предметом горячих споров в астрономическом сообществе. Так как новое исследование добавило еще больше вопросов, борьба с неопределенностью будет долгой. Когда-нибудь, конечно, наше понимание космоса изменится. Но когда это произойдет, космологам придется искать что-то еще, о чем можно будет поспорить. Что они обязательно сделают.