Как известно, всевозможные разоблачители науки (в частности, креационисты) пытаются доказать, что Вселенной не 13 миллиардов лет, как говорит наука, а всего лишь несколько тысяч. Можно не обращать внимание на сторонников псевдонауки, ибо настоящие учёные не воспринимают их всерьёз. Но всё-таки интересно: а как наука выяснила, сколько лет нашей с вами Вселенной? Давайте разбираться.
На самом деле измерить возраст Вселенной есть великое множество способов и все они (внезапно) указывают на возраст в 13,8 миллиарда лет, точно так же, как существует множество доказательств существования тёмной материи или же множество доказательств эволюции, либо способов измерять возраст горных пород и окаменелостей. Но на самом деле на практике в науке используют только два способа и они не равноправны: один лучше другого.
“Хороший” способ — опираться на тот довольно простой факт, что сейчас наша Вселенная расширяется и охлаждается. Из этого мы можем заключить, что в прошлом Вселенная была плотнее и горячее. Если мы вернемся в более ранние времена, экстраполируя данную тенденцию на большие сроки, мы обнаружим, что объем Вселенной был меньше, вся материя в ней была более плотно "упакована", а длины волн всех отдельных фотонов (частиц света) в ней были меньше, поскольку расширение Вселенной "растягивало" их до такого состояния, которое мы сейчас можем наблюдать.
Вселенная расширяется как воздушный шарикПоскольку длина волны фотона определяет его энергию, мерой которой является температура, фотон с меньшей длиной волны более энергичен, то есть имеет более высокую температуру.
По мере того как мы возвращаемся все дальше и дальше во времени, температура все повышается и повышается, пока в какой-то момент мы не достигнем самых ранних стадий горячего Большого взрыва.
Показательно то, что существует «самая ранняя» стадия Большого взрыва. Если бы мы экстраполировали бесконечно далеко назад, мы достигли бы сингулярности, где известные нам законы физики перестают действовать. Наше современное понимание очень ранней Вселенной приводит к выводу, что инфляционное состояние предшествовало горячему плотному Большому взрыву, и это инфляционное состояние имело неопределенную продолжительность.
Поэтому, когда мы говорим о “возрасте Вселенной”, мы говорим о том, сколько времени прошло с тех пор, как Вселенная перешла от инфляционного расширения к горячему Большим Взрыву, до наших дней.
Слева направо и сверху вниз: инфляционное расширение заняло доли секунды; через 380 тысяч лет Вселенная стала прозрачна для фонового излучения; через 200 миллионов лет возникли первые звёзды. Мы живём через 13,8 миллиарда лет.Из общей теории относительности мы знаем:
- плотность вещества во Вселенной на крупнейших масштабах постоянна;
- везде действуют одинаковые законы физики;
- пространство изотропно, то есть одинаково устроено вне зависимости от выбранного направления;
- Большой взрыв случился везде одновременно.
Поэтому существует связь между возрастом Вселенной и расширением за всё время её существования.
Другими словами, если мы сможем узнать, как расширяется Вселенная сегодня и как она расширялась на протяжении всей своей истории, мы сможем точно знать, из каких компонентов она состоит. Мы знаем об этом из целого ряда наблюдений, в том числе:
- Из расстояний объектов во Вселенной, таких как звезды, галактики и сверхновые и прямых измерений их яркости, что позволяет нам построить шкалу космических расстояний.
- Из измерения крупномасштабных структур, скоплений галактик и барионных осцилляций.
- Из флуктуаций реликтового излучения — это своеобразная фотография Вселенной в возрасте около 380 000 лет.
Рассмотрев сегодняшнее расширение Вселенной, мы сможем провести экстраполяцию назад во времени, узнать историю её расширения, а, следовательно, и возраст.
Расчёты по данным телескопа Планк, дополненным из других источников, таких как измерения сверхновых, проектов HST и Исследование цифрового неба Слоана дают результат для возраста Вселенной 13,81 миллиарда лет с погрешностью всего 120 миллионов лет.
Обратите внимание: Японцы хотят уничтожать космический мусор с помощью плазменной пушки.
Мы имеем несколько различных наборов данных, которые указывают на этот вывод, и все они получены разными методами. Нам повезло, что все данные дают один и тот же результат, но на самом деле мы не можем взять только один из наборов данных и сказать: “Именно так устроена Вселенная”. Каждый из можно трактовать по-разному, и только совпадение результатов говорит нам, какая из трактовок верна.
Если бы Вселенная обладала присущими ей в настоящее время свойствами, но состояла на 100% из обычной материи и не имела темной материи или темной энергии, нашей Вселенной было бы всего 10 миллиардов лет. Если бы Вселенная состояла на 5% из обычной материи (без темной материи или темной энергии), а постоянная Хаббла составляла 50 км/с на мегапарсек вместо примерно 70 км/с на мегапарсек, нашей Вселенной было бы целых 16 миллиардов лет. Однако при реально наблюдаемом сегодня положении дел мы можем с уверенностью утверждать, что возраст Вселенной составляет 13,81 миллиарда лет с очень небольшой погрешностью.
Этот результат получен по данным космологии. Но есть и другой метод, который мы можем использовать для проверки наших результатов.
Мы можем использовать наши знания об особенностях эволюции звёзд, термоядерных реакциях в них и их гибели. Нам достоверно известно, что все звезды, когда они ещё горят и сжигают "топливо" (например, проводят синтез гелия из водорода), имеют определенную яркость и цвет, и они сохраняют эту яркость и цвет в течение определенного времени: до тех пор, пока в их ядрах не начнёт заканчиваться топливо.
В этот момент самые яркие, голубые и массивные звезды начинают "выпадать" из главной последовательности диаграммы Герцшпрунга — Рассела (изогнутая линия на диаграмме ниже) и превращаются в гиганты и сверхгиганты.
Диаграмма Герцшпрунга — Рассела, показывающая зависимость светимости звёзд от их температурыЕсли найти эту точку выключения у скопления звёзд, сформировавшихся в одно и то же время, мы можем узнать – зная, как работают звёзды – возраст звёзд в скоплении. Посмотрев на самые старые шаровые скопления, в которых меньше всего тяжёлых элементов и состоящие из наименее массивных звёзд, ещё не покинувших главную последовательность, мы обнаружим, что их возраст примерно одинаков и составляет не более 13,8 миллиарда лет. Однако в данном случае погрешность оказывается близкой к миллиарду лет.
Очень часто встречаются звёзды возрастом 12 миллиардов лет и меньше, но не, например, 14 и более миллиардов лет — таких звёзд нет. Хотя в 1990-е годы часто упоминался возраст 14—16 миллиардов лет, но наука развивается и теперь мы понимаем, что старше 13,8 миллиардов лет Вселенная быть не может.
Таким образом, в целом у нас есть два метода — космологический и измерения возраста звёзд, — которые показывают, что возраст нашей Вселенной составляет от 13 до 14 миллиардов лет.
Никого не удивило бы, если бы оказалось, что Вселенной всего 13,6 или целых 14,0 миллиардов лет, но мы можем быть уверены, что ей не 13 и не 15 миллиардов. Наиболее же вероятный возраст нашего мира — 13,8 миллиарда лет, и в данной статье мы подробно объяснили, почему это так.
Автор статьи: Viggo Jackson
#наука #астрономия #большой взрыв #космология #звезды
Еще по теме здесь: Новости науки и техники.
Источник: 13 миллиардов лет Вселенной — это фикция? Откуда мы знаем о возрасте Вселенной.