Разширяването на нашата Вселена се потвърждава от факта, че. Как беше открито разширяването на Вселената?

Къде се разширява Вселената?
Мисля, че всички вече са го чували Вселената се разширява, и често си го представяме като огромна топка, пълна с галактики и мъглявини, която се увеличава от някакво по-малко състояние и мисълта се прокрадва в това в началото на времето Вселената като цяло беше притиснат.

Тогава възниква въпросът какво се крие отзад граница , и където Вселената се разширява ? Но каква е границата? е Вселената не е безкраен? Нека се опитаме да разберем това все пак.

Разширяване на Вселената и сферата на Хъбъл

Нека си представим, че наблюдаваме в супер огромен телескоп, в който можете да видите всичко Вселената . Той се разширява и галактиките му се отдалечават от нас. Освен това, колкото по-пространствено са те спрямо нас, толкова по-бързо се отдалечават галактиките. Нека погледнем все по-нататък. И на известно разстояние се оказва, че всички тела се отдалечават спрямо нас със скоростта на светлината. Така се образува сфера, която се нарича Сфера на Хъбъл . Сега е малко по-малко 14 милиарда светлинни години , а всичко извън него лети по-бързо от светлината спрямо нас. Изглежда, че това противоречи Теории на относителността тъй като скоростта не може да надвишава скоростта на светлината. Но не, защото тук не говорим за скоростта на самите обекти, а за скоростта разширяване на пространството . Но това е съвсем различно и може да бъде всичко.
Но можем да погледнем по-нататък. На известно разстояние обектите се отдалечават толкова бързо, че изобщо няма да ги видим. Фотоните, излъчвани в нашата посока, просто никога няма да достигнат до Земята. Те са като човек, който върви срещу движението на ескалатор. Ще бъде изместен от бързо разширяващото се пространство. Границата, където това се случва, се нарича Хоризонт на частиците . Сега пред него около 46,5 милиарда светлинни години . Това разстояние се увеличава Вселената се разширява . Това е така наречената граница наблюдаема вселена . И всичко отвъд тази граница никога няма да видим.
И тук е най-интересното. А какво да кажем за нея? Може би това е отговорът на въпроса? Оказва се, че всичко е много прозаично. Всъщност граница няма. И там същите галактики, звезди и планети се простират на милиарди и милиарди километри.

Но как?! Как става?!

Център за разширяване на вселената и хоризонт на частиците

Просто Вселената разбива доста хитро. Това се случва във всяка точка от пространството по един и същи начин. Сякаш взехме координатна мрежа и увеличихме нейния мащаб. От това наистина изглежда, че всички галактики се отдалечават от нас. Но ако се преместите в друга галактика, ще видим същата картина. Сега всички обекти ще се отдалечат от него. Тоест във всяка точка от пространството ще изглежда, че сме в разширителен център . Въпреки че няма център.
Така че, ако се доближим до Хоризонт на частиците , съседните галактики няма да отлетят от нас по-бързо от скоростта на светлината. След всичко Хоризонт на частиците преместете се с нас и отново ще бъде много далеч. Съответно границите ще се изместят наблюдаема вселена и ще видим нови галактики, недостъпни досега за наблюдение. И тази операция може да се извършва за неопределено време. Можете да се придвижвате към хоризонта на частиците отново и отново, но след това той ще се измести, отваряйки нови гледки пред погледа ви. Вселената . Тоест ние никога няма да стигнем до границите й, а се оказва, че Вселената и вярно безкраен . Е, само наблюдаваната част от него има граници.
Нещо подобно се случва на глобус . Струва ни се, че хоризонтът е границата на земната повърхност, но щом се придвижим до тази точка, се оказва, че граница няма. В Вселената няма граница, отвъд която няма космическо време Или нещо такова. Точно тук попадаме безкрайност което е необичайно за нас. Но можете да кажете това Вселената винаги е бил безкраен и се простира, докато продължава да остава безкраен. Може да направи това, защото пространството няма най-малката частица. Може да се разтяга толкова дълго, колкото искате. Вселената за разширяване не се нуждае от граници и области, където да се разширява. Така че просто не съществува никъде.

Така че чакай как Голям взрив ?! Не беше ли всичко, което съществува в пространството, компресирано в една мъничка точка?!

Не! Беше компресиран само на точка видима граница на Вселената . И като цяло тя никога не е имала граници. За да разберем това, нека си представим Вселената милиардни от секундата след , когато наблюдаваната част от него беше с размерите на баскетболна топка. Дори тогава можем да преминем към Хоризонт на частиците и всичко се вижда Вселената ще се движи. Можем да правим това толкова пъти, колкото искаме, и се оказва, че Вселената наистина ли безкраен .
И ние можем да направим същото преди. Така, връщайки се назад във времето, ще се окажем по-близо до голям взрив . Но в същото време всеки път ще открием това Вселената е безкрайна във всеки период от време! Дори в момента на Големия взрив! И се оказва, че това се е случило не в определена точка, а навсякъде, във всяка точка от безкрайния Космос.
Това обаче е само теория. Да, доста последователно и логично, но не и без недостатъци.

В какво състояние е било веществото в момента? голям взрив ? Какво се случи преди това и защо изобщо се случи? Засега няма ясни отговори на тези въпроси. Но научният свят не стои на едно място и може би дори ние ще станем очевидци на решението на тези мистерии.

Материал от Унциклопедията

Анализирайки резултатите от наблюдения на галактики и реликтово излъчване, астрономите стигнаха до заключението, че разпределението на материята във Вселената (областта на изследваното пространство надвишава 100 Mpc в диаметър) е равномерно и изотропно, т.е. не зависи от позицията и посока в пространството (виж Космология). И такива свойства на пространството, според теорията на относителността, неизбежно водят до промяна във времето в разстоянията между телата, които изпълват Вселената, т.е. Вселената трябва да се разширява или свива, а наблюденията показват разширяване.

Разширяването на Вселената се различава значително от обичайното разширяване на материята, например от разширяването на газ в цилиндър. Газът, разширявайки се, променя позицията на буталото в цилиндъра, но цилиндърът остава непроменен. Във Вселената има разширяване на цялото пространство като цяло. Следователно въпросът в каква посока се осъществява разширяването губи смисъла си във Вселената. Това разширяване се извършва в много голям мащаб. В рамките на звездни системи, галактики, купове и свръхкупове на галактики, разширение не се случва. Такива гравитационно свързани системи са изолирани от общото разширяване на Вселената.

Заключението, че Вселената се разширява, се подкрепя от наблюдения на червено изместване в спектрите на галактиките.

Нека светлинни сигнали се изпращат от някаква точка в пространството в два момента, които се наблюдават в друга точка от пространството.

Поради промяната в мащаба на Вселената, т.е. увеличаването на разстоянието между точките на излъчване и наблюдение на светлината, вторият сигнал трябва да измине по-голямо разстояние от първия. И тъй като скоростта на светлината е постоянна, вторият сигнал се забавя; интервалът между сигналите в точката на наблюдение ще бъде по-голям, отколкото в точката на тяхното излитане. Закъснението е толкова по-голямо, колкото по-голямо е разстоянието между източника и наблюдателя. Естественият стандарт за честота е честотата на излъчване по време на електромагнитни преходи в атомите. Поради описания ефект от разширяването на Вселената тази честота намалява. По този начин, когато се наблюдава радиационният спектър на някоя далечна галактика, всички нейни линии трябва да се окажат изместени в червено в сравнение с лабораторните спектри. Това явление на червено отместване е ефектът на Доплер (виж Радиална скорост) от взаимното „оттегляне“ на галактиките и се наблюдава в действителност.

Стойността на червено отместване се измерва чрез съотношението на променената честота на излъчване към първоначалната. Промяната в честотата е по-голяма, колкото по-голямо е разстоянието до наблюдаваната галактика.

Така чрез измерване на червеното отместване от спектрите се оказва възможно да се определят скоростите v на галактиките, с които те се отдалечават от наблюдателя. Тези скорости са свързани с разстоянията r до наблюдателя по закона на Хъбъл v = Hr; стойността на H се нарича константа на Хъбъл.

Точното определяне на стойността на Н е свързано с големи трудности. Въз основа на дългосрочни наблюдения в момента се приема стойността H ≈ (0,5÷1) 10 -10 години -1.

Тази стойност на H съответства на увеличаване на скоростта на рецесия на галактиките, равна на приблизително 50-100 km/s за всеки мегапарсек разстояние.

Законът на Хъбъл позволява да се оценят разстоянията до галактики, отдалечени на големи разстояния от червените измествания на линиите, измерени в техните спектри.

Законът за отдалечаващите се галактики се извлича от наблюдения от Земята (или, може да се каже, от нашата Галактика) и по този начин описва отстраняването на галактики от Земята (нашата Галактика). От това обаче не може да се заключи, че Земята (нашата Галактика) е в центъра на разширяването на Вселената. Простите геометрични конструкции ни убеждават, че законът на Хъбъл е валиден за наблюдател, намиращ се в която и да е от галактиките, участващи в рецесията.

Законът за разширяване на Хъбъл показва, че някога материята във Вселената е била в условия на много висока плътност. Времето, което ни отделя от това състояние, може условно да се нарече възраст на Вселената. Определя се от стойността

t V ~ 1/H ≈ (10÷20) 10 9 години.

Тъй като скоростта на светлината е крайна, крайната възраст на Вселената съответства на крайната област на Вселената, която можем да наблюдаваме в момента. В този случай най-отдалечените видими части на Вселената съответстват на най-ранните моменти от нейната еволюция. В тези моменти във Вселената могат да се родят и да взаимодействат различни елементарни частици. Анализирайки процесите, протичащи с участието на такива частици в първата секунда от разширяването на Вселената, теоретичната космология, базирана на теорията на елементарните частици, намира отговори на въпросите защо във Вселената няма антиматерия и дори защо Вселената се разширява.

Много прогнози на теорията за физическите процеси на елементарните частици се отнасят до областта на енергията, която е недостижима в съвременните земни лабораторни условия, например в ускорителите. Но в периода до първата секунда от разширяването на Вселената е трябвало да съществуват частици с такава енергия. Ето защо физиците разглеждат разширяващата се Вселена като естествена лаборатория на елементарни частици.

В тази лаборатория може да се провеждат „мислени експерименти“, да се анализира как съществуването на определена частица би повлияло на физическите процеси във Вселената, как едно или друго предсказание на теорията ще се прояви в астрономически наблюдения.

Теорията на елементарните частици участва в обяснението на "скритата маса" на Вселената. За да обясним как са се образували галактиките, как се движат в купове от галактики и много други особености на разпределението на видимата материя, се оказва необходимо да приемем, че повече от 80% от масата на Вселената е скрита под формата на невидими, слабо взаимодействащи частици. В тази връзка неутрино с ненулева маса на покой, както и нови хипотетични частици, са широко обсъждани в космологията.

Природата на тъмната енергия е обект на ожесточени дебати. Открит преди малко по-малко от тридесет години, невидимият компонент на Вселената все още не е получил нито едно обяснение. Време е да разберем: защо тъмната енергия причинява толкова много проблеми и как учените се опитват да я открият?

Формата на Вселената

С добра степен на точност нашата Вселена е пространствено хомогенна и изотропна - не съдържа "специални" точки и посоки, спрямо които се променят свойствата й. Не е лесно да се създаде такова пространство: необходимо е да се поддържа определена енергийна плътност на всички негови компоненти.

Още през 80-те години на миналия век учените знаеха точно така наречената критична плътност, която осигурява пространствено плоска Вселена. Но получените резултати от измерване на количеството барионна материя в галактическите купове, заедно с плътността, която Големият взрив може да осигури, по-скоро показват ниска плътност на материята в космоса.

Също така възрастта на кълбовидните купове, много по-старите конгломерати от звезди, говори за липсата на материя. Оказа се, че такива клъстери са се родили преди най-малко 10 милиарда години: но с наблюдаваното количество материя след Големия взрив, разширяването на Вселената е трябвало постепенно да се забави и като цяло оценката за възрастта й е по-малка. Нашият свят се оказа по-млад от своите съставни части.

Свръхнови от тип Ia

Накрая учените бяха убедени в необходимостта от търсене на нов източник на енергия във Вселената чрез свръхнови от тип Ia – звезди, чийто жизнен цикъл завършва с толкова интензивна светкавица, че може да се наблюдава на Земята.

Два екипа от учени, проектът за космология на свръхновата, ръководен от Сол Пърлмутър, и изследователският екип за свръхнова High-Z, ръководен от Брайън Шмид, предложиха процедура за използване на най-мощните телескопи в света за изследване на свръхнови.

Пробивът е направен от Марк Филипс, астроном, работещ в Чили: той предложи нов начин за определяне на вътрешната осветеност на свръхновите тип Ia, която е пряко свързана с разстоянието до небесно тяло. От друга страна, разстоянието до някои от звездите може да се определи с помощта на закона на Хъбъл, който описва промяната в дължината на вълната на фотоните, излъчвани от обект поради разширяването на Вселената.

Оказа се, че свръхновите в далечните галактики са много по-„бледи“: тяхната светимост е много по-малка от предвидената въз основа на разстоянието, изчислено по закона на Хъбъл. С други думи, свръхновите трябваше да са много по-далеч: така учените за първи път предположиха, че Вселената не просто се разширява, а с известно ускорение.

Наблюдението на далечни свръхнови тип Ia за една нощ промени разбирането на учените за Вселената. Проучванията показват, че около 70% от енергийната плътност е нов, неизвестен компонент с отрицателно налягане.

Терминът "тъмна енергия" по-късно беше предложен от космолога Майкъл Търнър и учените се изправиха пред нова мистерия: да обяснят естеството на нейното възникване.

Може ли да се обясни ускореното разширяване на Вселената?

В момента има три класа теории, които твърдят, че са тъмна енергия. Първи вариант постулира съществуването на енергия във вакуума: всъщност това беше връщане към космологичната константа, предложена от Айнщайн за поддържане на статична вселена. В новата версия плътността на вакуума е една и съща в цялото пространство, но не е изключено да се промени с времето.

Вторият вариант наречена квинтесенция, предложена от немския физик Кристоф Ветерих, предполага наличието на ново поле - всъщност нови частици, които допринасят за общата плътност на Вселената. Енергията на такива частици се променя не само с времето, но и в пространството: за да няма силни флуктуации в плътността на тъмната енергия, частиците трябва да са достатъчно леки. Това, може би, е основният проблем на квинтесенцията: предложените варианти на частици, според основните принципи на съвременната физика, не могат да се окажат леки, а, напротив, придобиват значителна маса и в момента няма индикации от този сценарий са получени.

Да се трети вариант включват различни теории на модифицираната гравитация, при които взаимодействието между масивни обекти не се подчинява на стандартните закони на Общата теория на относителността (GR). Има много модификации на гравитацията, но досега в експериментите не са открити отклонения от общата теория на относителността.

Тъмната енергия, въпреки огромния си принос към състоянието на Вселената, упорито се „скрива“ от наблюдателите и се изучават само косвени прояви на нейните свойства. Сред тях основна роля играят барионните акустични трептения, анизотропията на космическото микровълново фоново излъчване и слабото гравитационно лещи.

Барионни акустични трептения

Барионните акустични трептения или накратко BAO са наблюдавана периодична промяна в плътността на обикновената барионна материя в големи мащаби. В оригиналната гореща космическа плазма, състояща се от бариони и фотони, се конкурират два процеса: гравитационно привличане, от една страна, и отблъскване поради освобождаването на енергия по време на реакциите между материята и фотоните, от друга. Такова "противопоставяне" доведе до акустични вибрации, като звукови вълни във въздуха между области с различна плътност.

Когато Вселената се охлади, в определен момент се случи рекомбинация - за отделните частици стана по-изгодно да образуват атоми, а фотоните всъщност станаха „свободни“ и отделени от материята. В същото време, поради вибрации, веществото успя да се разпръсне на определено разстояние, наречено звуков хоризонт. Понастоящем ефектите от хоризонта се наблюдават в разпределението на галактиките във Вселената.

Самият звуков хоризонт е космологично предвидима величина. Тя пряко зависи от параметъра на Хъбъл, който определя скоростта на разширяване на Вселената, която от своя страна също се определя от параметрите на тъмната енергия.

CMB радиация

Микровълновото реликтно лъчение е далечно „ехо“ от Големия взрив, изпълващо равномерно Вселената с фотони с почти същата енергия. В момента именно реликтовата радиация е основният източник на ограничения върху различни космологични модели.

Въпреки това, тъй като чувствителността на инструментите се увеличи, беше установено, че космическото микровълново фоново излъчване е анизотропно и има нехомогенност - малко повече фотони идват от някои посоки, отколкото от други. Такава разлика, наред с други неща, е причинена и от наличието на нехомогенности в разпределението на материята, а мащабът на разпределението на "горещите" и "студените" петна в небето се определя от свойствата на тъмната енергия.

Слаба гравитационна леща

Друг важен ефект за изследването на тъмната енергия е гравитационното тъмно лещи, което се състои в отклонението на светлинните лъчи в полето на материята. Обективът едновременно ви позволява да изучавате структурата на Вселената и нейната геометрия, тоест формата на пространство-времето.

Съществуват различни видове гравитационни лещи, сред които най-удобното за изучаване на тъмната енергия е слабото лещи поради отклоняване на светлината от мащабната структура на Вселената, което води до замъгляване на изображенията на далечни галактики.

Тъмната енергия едновременно влияе както върху свойствата на източника, като разстоянието до него, така и върху свойствата на пространството, което изкривява картината. Следователно слабото лещиране, като се имат предвид постоянно актуализираните астрономически данни, е двойно важен начин за поставяне на ограничения върху свойствата на тъмната енергия.

Тъмната енергия все още е в сенките

За да обобщим, какво успяха да научат физиците за почти тридесет години опит в изучаването на тъмната енергия?

Известно е с голяма точност, че тъмната енергия има отрицателно налягане: освен това уравнението за зависимостта на налягането от плътността на енергията се определя с голяма сигурност и никоя друга позната ни среда няма такива свойства.

Тъмната енергия е пространствено хомогенна и нейният принос към енергийната плътност стана доминиращ сравнително наскоро, преди около пет милиарда години; същевременно то въздейства едновременно на разстоянията между обектите и на самата структура на Вселената.

Различни космологични експерименти правят възможно изследването на тъмната енергия, но в момента грешките в измерването са твърде големи, за да се правят точни прогнози. Засега учените все още са очевидно далеч от отговора на въпроса за природата на тъмната енергия, която тайно контролира структурата на Вселената в продължение на много милиарди години.

Ако от любопитство вземем справочник или някакво научно-популярно ръководство, със сигурност ще се натъкнем на една от версиите на теорията за произхода на Вселената – така наречената теория за „големия взрив“. Накратко тази теория може да бъде изложена по следния начин: първоначално цялата материя беше компресирана в една „точка“, която имаше необичайно висока температура, а след това тази „точка“ избухна с огромна сила. В резултат на експлозията атоми, вещества, планети, звезди, галактики и накрая животът постепенно се образуват от свръхгорещ облак от субатомни частици, постепенно разширяващ се във всички посоки.

В същото време разширяването на Вселената продължава и не се знае колко дълго ще продължи: може би някой ден ще достигне границите си.

Заключенията на космологията се основават както на законите на физиката, така и на данните от наблюдателната астрономия. Като всяка наука, космологията в своята структура, освен емпирични и теоретични нива, има и нивото на философски предпоставки, философски основи.

Така съвременната космология се основава на предположението, че законите на природата, установени на базата на изучаване на много ограничена част от Вселената, най-често въз основа на експерименти на планетата Земя, могат да бъдат екстраполирани към много по-големи области, в крайна сметка към цялата Вселена.

Това предположение за устойчивостта на природните закони в пространството и времето принадлежи към нивото на философските основи на съвременната космология.

Появата на съвременната космология се свързва със създаването на релативистка теория на гравитацията – общата теория на относителността от Айнщайн (1916).

От уравненията на Айнщайн на общата теория на относителността следва кривината на пространство-времето и връзката на кривината с плътността на масата (енергията).

Прилагайки общата теория на относителността към Вселената като цяло, Айнщайн открива, че няма такова решение на уравненията, което да съответства на Вселена, която не се променя с времето.

Айнщайн обаче си представял Вселената като неподвижна. Поради това той въвежда допълнителен член в получените уравнения, който осигурява стационарността на Вселената.

В началото на 20-те години на миналия век съветският математик А. А. Фридман е първият, който решава уравненията на общата теория на относителността за цялата Вселена, без да налага условия за стационарност.

Той показа, че Вселената, изпълнена с гравитираща материя, трябва да се разширява или свива.

Получените от Фридман уравнения са в основата на съвременната космология.

През 1929 г. американският астроном Е. Хъбъл публикува статия „Връзка между разстоянието и радиалната скорост на извънгалактическите мъглявини”, в която заключава: „Далечните галактики се отдалечават от нас със скорост, пропорционална на разстоянието от нас.

Това заключение е получено от Хъбъл на базата на емпиричното установяване на определен физически ефект – червено отместване, т.е.

увеличаване на дължините на вълните на линиите в спектъра на източника (изместване на линиите към червената част на спектъра) в сравнение с линиите на референтните спектри поради ефекта на Доплер в спектрите на галактиките.

Откритието на Хъбъл за ефекта на червено отместване, рецесията на галактиките, е в основата на концепцията за разширяваща се вселена.

Според съвременните космологични концепции, Вселената се разширява, но няма център на разширение: от всяка точка на Вселената моделът на разширяване ще бъде един и същ, а именно, всички галактики ще имат червено изместване, пропорционално на разстоянието им.

Самото пространство изглежда е раздуто.

Ако нарисувате галактики върху балон и започнете да го надувате, тогава разстоянията между тях ще се увеличат и колкото по-бързо, толкова по-далеч се намират една от друга. Единствената разлика е, че самите галактики, нарисувани върху топката, се увеличават по размер, докато реалните звездни системи в цялата Вселена запазват обема си поради силите на гравитацията.

Един от най-големите проблеми, пред които са изправени привържениците на теорията за "големия взрив", е именно, че нито един от предложените от тях сценарии за възникването на Вселената не може да бъде описан математически или физически.

Според основните теории за "големия взрив" първоначалното състояние на Вселената е била безкрайно малка точка с безкрайно висока плътност и безкрайно висока температура. Такова състояние обаче излиза извън границите на математическата логика и не може да бъде описано формално. Така че в действителност нищо определено не може да се каже за първоначалното състояние на Вселената и изчисленията тук се провалят. Следователно това състояние е получило името "феномен" сред учените.

Тъй като тази бариера все още не е преодоляна, в научнопопулярните публикации за широката публика, темата за „феномена“ обикновено се пропуска напълно, а в специализираните научни публикации и публикации, чиито автори се опитват по някакъв начин да се справят с този математически проблем, за „феноменът“ се говори за неприемлив от научна гледна точка, посочват Стивън Хокинг, професор по математика в университета в Кеймбридж, и Дж. Ф. Р. Елис, професор по математика в университета в Кейптаун, в книгата си „Дългата скала на пространствено-времевата структура“ : „Нашите резултати подкрепят концепцията, че Вселената е започнала преди краен брой години.

Въпреки това, отправната точка на теорията за произхода на Вселената – така наречения „феномен“ – е отвъд познатите закони на физиката.

Как беше открито разширяването на Вселената?

Тогава трябва да признаем, че за да се обоснове „феноменът“, този крайъгълен камък на теорията за „големия взрив“, е необходимо да се допусне възможността за използване на изследователски методи, които излизат извън рамките на съвременната физика.

„Феномен”, като всяка друга отправна точка на „началото на Вселената”, включващ нещо, което не може да бъде описано с научни категории, остава открит въпрос.

Възниква обаче следният въпрос: откъде идва самият „феномен“, как се е образувал? В крайна сметка проблемът за „феномена“ е само част от много по-голям проблем, проблемът за самия източник на първоначалното състояние на Вселената. С други думи, ако Вселената първоначално е била компресирана в точка, тогава какво я е довело до това състояние? И дори да изоставим „феномена“, който причинява теоретични трудности, остава въпросът: как се е образувала Вселената?

В опит да заобиколят тази трудност, някои учени предлагат така наречената теория за "пулсираща вселена".

Според тях Вселената е безкрайна, отново и отново, тя се свива до точка, след това се разширява до някакви граници. Такава вселена няма нито начало, нито край, има само цикъл на разширяване и цикъл на свиване. В същото време авторите на хипотезата твърдят, че Вселената винаги е съществувала, като по този начин привидно напълно премахват въпроса за „началото на света“.

Но факт е, че никой все още не е представил задоволително обяснение на механизма на пулсиране.

Защо Вселената пулсира? Какви са причините за това? Физикът Стивън Уайнбърг в книгата си "Първите три минути" посочва, че с всяка следваща пулсация във Вселената съотношението на броя на фотоните към броя на нуклоните трябва неизбежно да се увеличава, което води до угасване на нови пулсации.

Вайнберг стига до извода, че по този начин броят на циклите на пулсиране на Вселената е краен, което означава, че в един момент те трябва да спрат. Следователно „пулсиращата Вселена“ има край и следователно има начало.

През 2011 г. Нобеловата награда по физика беше присъдена на участника в проекта Supernova Cosmology Саул Пърлмутър от Националната лаборатория на Лорънс Бъркли, както и на членовете на изследователската група High-z Supernova Брайън П.

Шмид от Австралийския национален университет и Адам Г. Рис от университета Джон Хопкинс.

Трима учени си поделиха наградата за откриването, че разширяването на Вселената се ускорява чрез наблюдение на далечни свръхнови. Те изучаваха специален тип свръхнови тип Ia.

Това са експлодирали стари компактни звезди, по-тежки от Слънцето, но с размерите на Земята. Една такава свръхнова може да излъчва толкова светлина, колкото цяла галактика от звезди. Два екипа от изследователи успяха да открият повече от 50 далечни свръхнови Ia, чиято светлина се оказа по-слаба от очакваното.

Това беше доказателство, че разширяването на Вселената се ускорява. Изследването многократно се натъкваше на мистерии и сложни проблеми, но в крайна сметка и двата екипа учени стигнаха до едни и същи заключения за ускорението на разширяването на Вселената.

Това откритие е наистина невероятно.

Вече знаем, че след Големия взрив преди около 14 милиарда години Вселената започна да се разширява. Откритието, че това разширяване се ускорява обаче, стресна самите откриватели.

Причината за мистериозното ускорение се приписва на хипотетична тъмна енергия, която се смята, че съставлява около три четвърти от Вселената, но все още остава най-голямата мистерия на съвременната физика.

астрономия

Астрономия->Разширяваща се Вселена->

Онлайн тестване

материал от книгата на Стивън Хокинг и Леонард Млодинов "Най-кратката история на времето"

Доплер ефект

През 20-те години на миналия век, когато астрономите започнаха да изучават спектрите на звездите в други галактики, беше открито нещо много интересно: те се оказаха същите характерни набори от липсващи цветове като звездите в нашата собствена галактика, но всички те бяха изместени към червен край на спектъра., и в същото съотношение.

За физиците изместването на цвета или честотата е известно като ефект на Доплер.

Всички сме запознати с това как това явление влияе на звука. Слушайте звука на минаваща кола.

Разширяваща се Вселена

Когато се приближи, звукът на двигателя или клаксона му изглежда по-висок, а когато колата вече е минала и започва да се отдалечава, звукът намалява. Полицейска кола, движеща се към нас със скорост от сто километра в час, развива около една десета от скоростта на звука. Звукът на сирената му е вълна, редуващи се гребени и корита. Припомнете си, че разстоянието между най-близките върхове (или вдлъбнатини) се нарича дължина на вълната. Колкото по-къса е дължината на вълната, толкова повече вибрации достигат до ухото ни всяка секунда и толкова по-висок е тонът или честотата на звука.

Ефектът на Доплер се причинява от факта, че приближаващата кола, излъчваща всеки следващ гребен на звукова вълна, ще бъде по-близо до нас и в резултат на това разстоянията между гребените ще бъдат по-малки, отколкото ако автомобилът стои неподвижно.

Това означава, че дължините на вълните, идващи към нас, стават по-къси, а честотата им става по-висока. Обратно, ако колата се отдалечи, дължината на вълните, които хващаме, става по-дълга и честотата им става по-ниска. И колкото по-бързо се движи колата, толкова по-силно се проявява ефектът на Доплер, което позволява да се използва за измерване на скоростта.

Когато източникът, излъчващ вълни, се движи към наблюдателя, дължината на вълната намалява.

Напротив, когато източникът се отстрани, той се увеличава. Това се нарича ефект на Доплер.

Светлинните и радиовълните се държат по подобен начин. Полицията използва ефекта на Доплер, за да определи скоростта на превозните средства, като измерва дължината на вълната на отразения от тях радиосигнал.

Светлината е вибрация или вълна на електромагнитното поле. Дължината на вълната на видимата светлина е изключително малка - от четиридесет до осемдесет милионни от метър. Човешкото око възприема светлинните вълни с различни дължини на вълната като различни цветове, като най-дългите дължини на вълната съответстват на червения край на спектъра, а най-късите – свързани със синия край.

Сега си представете източник на светлина на постоянно разстояние от нас, като звезда, излъчваща светлинни вълни с определена дължина на вълната. Дължината на записаните вълни ще бъде същата като тази на излъчените. Но да предположим, че източникът на светлина започна да се отдалечава от нас. Както в случая със звука, това ще увеличи дължината на вълната на светлината, което означава, че спектърът ще се измести към червения край.

Разширяване на вселената

След като доказа съществуването на други галактики, Хъбъл през следващите години се занимава с определяне на разстоянията до тях и наблюдение на техните спектри.

По това време мнозина предполагаха, че галактиките се движат произволно и очакваха, че броят на спектрите със синьо изместване ще бъде приблизително същият като броя на изместените в червено. Затова беше пълна изненада да открием, че спектрите на повечето галактики показват червено изместване – почти всички звездни системи се отдалечават от нас!

Още по-изненадващ беше фактът, открит от Хъбъл и публикуван през 1929 г.: величината на червеното изместване на галактиките не е произволна, а е право пропорционална на разстоянието им от нас. С други думи, колкото по-далеч е една галактика от нас, толкова по-бързо се отдалечава!От това следваше, че Вселената не може да бъде статична, непроменена по размер, както се смяташе преди.

Всъщност тя се разширява: разстоянието между галактиките непрекъснато расте.

Осъзнаването, че Вселената се разширява, направи истинска революция в умовете, една от най-големите през двадесети век. Когато погледнете назад, може да изглежда изненадващо, че никой не е мислил за това преди. Нютон и други велики умове трябва да са осъзнали, че една статична вселена би била нестабилна. Дори в даден момент да е неподвижно, взаимното привличане на звезди и галактики бързо ще доведе до неговото компресиране.

Дори ако Вселената се разширява сравнително бавно, гравитацията в крайна сметка ще сложи край на нейното разширяване и ще я накара да се свие. Въпреки това, ако скоростта на разширяване на Вселената е по-голяма от някаква критична точка, гравитацията никога няма да може да я спре и Вселената ще продължи да се разширява завинаги.

Тук можете да видите далечна прилика с ракета, издигаща се от повърхността на Земята.

При относително ниска скорост гравитацията в крайна сметка ще спре ракетата и тя ще започне да пада към Земята. От друга страна, ако скоростта на ракетата е по-висока от критичната (повече от 11,2 километра в секунда), гравитацията не може да я задържи и тя напуска Земята завинаги.

През 1965 г. двама американски физици, Арно Пензиас и Робърт Уилсън от Bell Telephone Laboratories в Ню Джърси, отстраняват грешки в много чувствителен микровълнов приемник.

(Микровълните са излъчване с дължина на вълната около сантиметър.) Пензиас и Уилсън се притесняваха, че приемникът улавя повече шум от очакваното. Те открили птичи изпражнения върху антената и елиминирали други потенциални причини за повреда, но скоро изчерпали всички възможни източници на смущения. Шумът се различавал по това, че се записвал денонощно през цялата година, независимо от въртенето на Земята около оста й и въртенето й около Слънцето. Тъй като движението на Земята насочва приемника към различни сектори на космоса, Пензиас и Уилсън стигат до заключението, че шумът идва извън Слънчевата система и дори извън галактиката.

Изглежда, че идва в еднаква степен от всички страни на космоса. Сега знаем, че където и да е насочен приемникът, този шум остава постоянен, с изключение на незначителни вариации. Така Пензиас и Уилсън се натъкнаха на поразителен пример, че Вселената е една и съща във всички посоки.

Какъв е произходът на този космически фонов шум? Приблизително по същото време, когато Пензиас и Уилсън разследват мистериозния шум в приемника, двама американски физици от Принстънския университет, Боб Дик и Джим Пийбълс, също се интересуват от микровълните.

Те изучават предположението на Джордж (Джордж) Гамов, че в ранните етапи на развитие Вселената е била много плътна и нажежена до бяло. Дик и Пийбълс смятаха, че ако това е вярно, тогава би трябвало да можем да наблюдаваме сиянието на ранната вселена, тъй като светлината от много далечни региони на нашия свят едва сега достига до нас. Въпреки това, поради разширяването на Вселената, тази светлина трябва да бъде толкова силно изместена към червения край на спектъра, че ще се превърне от видимо лъчение в микровълново лъчение.

Дик и Пийбълс тъкмо се готвеха да търсят тази радиация, когато Пензиас и Уилсън, чувайки за тяхната работа, осъзнаха, че вече са я намерили.

За това откритие Пензиас и Уилсън бяха удостоени с Нобелова награда през 1978 г. (което изглежда донякъде несправедливо към Дик и Пийбълс, да не говорим за Гамов).

На пръв поглед фактът, че Вселената изглежда еднакво във всяка посока, предполага, че ние заемаме някакво специално място в нея. По-специално, може да изглежда, че тъй като всички галактики се отдалечават от нас, тогава ние трябва да сме в центъра на Вселената.

Има обаче и друго обяснение за това явление: Вселената може да изглежда еднакво във всички посоки и от всяка друга галактика.

Всички галактики се отдалечават една от друга.

Това напомня разпръскването на цветни петна по повърхността на надут балон. С увеличаване на размера на топката, разстоянията между произволни две точки също се увеличават, но в този случай нито едно от петната не може да се счита за център на разширяване.

Освен това, ако радиусът на балона непрекъснато нараства, тогава колкото по-далеч са петната по повърхността му, толкова по-бързо ще бъдат отстранени по време на разширяване. Да кажем, че радиусът на балона се удвоява всяка секунда.

Тогава две петна, първоначално разделени на разстояние от един сантиметър, за секунда ще бъдат вече на разстояние от два сантиметра едно от друго (ако се измерва по повърхността на балона), така че относителната им скорост ще бъде един сантиметър в секунда .

От друга страна, двойка петна, които са били разделени на десет сантиметра, една секунда след началото на разширяването ще се отдалечат с двадесет сантиметра, така че относителната им скорост ще бъде десет сантиметра в секунда. Скоростта, с която две галактики се отдалечават една от друга, е пропорционална на разстоянието между тях.

По този начин червеното изместване на галактиката трябва да бъде право пропорционално на разстоянието й от нас - това е същата зависимост, която Хъбъл открива по-късно. Руският физик и математик Александър Фридман през 1922 г. успява да предложи успешен модел и да предвиди резултатите от наблюденията на Хъбъл, работата му остава почти неизвестна на Запад, докато през 1935 г. подобен модел не е предложен от американския физик Хауърд Робъртсън и британския математик Артър Уокър, вече след откриването на Хъбъл, разширяването на Вселената.

С разширяването на Вселената галактиките се отдалечават една от друга.

С течение на времето разстоянието между далечните звездни острови се увеличава повече, отколкото между близките галактики, точно както се случва с петна върху надуващ се балон.

Следователно за наблюдател от която и да е галактика скоростта на премахване на друга галактика изглежда толкова по-голяма, колкото по-далеч се намира.

Три вида разширяване на Вселената

Първият клас решения (откритият от Фридман) предполага, че разширяването на Вселената е достатъчно бавно, така че привличането между галактиките постепенно да го забавя и в крайна сметка да го спре.

След това галактиките започват да се сближават и Вселената започва да се свива. Според втория клас решения Вселената се разширява толкова бързо, че гравитацията само леко ще забави рецесията на галактиките, но никога няма да може да я спре. И накрая, има и трето решение, според което Вселената се разширява точно с такава скорост, че да избегне колапс. С течение на времето скоростта на разширяване на галактиките става все по-малка, но никога не достига нула.

Удивителна особеност на първия модел на Фридман е, че в него Вселената не е безкрайна в пространството, но в същото време няма граници никъде в пространството.

Гравитацията е толкова силна, че пространството се свива и се затваря в себе си. Това донякъде прилича на повърхността на Земята, която също е крайна, но няма граници. Ако се движите по повърхността на Земята в определена посока, никога няма да попаднете на непреодолима преграда или ръб на света, но в крайна сметка ще се върнете там, откъдето сте тръгнали.

В първия модел на Фридман пространството е подредено по абсолютно същия начин, но в три измерения, а не в две, както в случая на земната повърхност. Идеята, че е възможно да се обиколи Вселената и да се върне в началната точка, е добра за научната фантастика, но няма практическа стойност, тъй като, както може да се покаже, Вселената ще се свие до точка, преди пътникът да се върне в началото на неговото пътуване.

Вселената е толкова голяма, че трябва да се движите по-бързо от светлината, за да завършите пътуването си там, където сте започнали, а такива скорости са забранени (от теорията на относителността). Във втория модел на Фридман пространството също е извито, но по различен начин.

И само в третия модел мащабната геометрия на Вселената е плоска (въпреки че пространството е извито в близост до масивни тела).

Кой от моделите на Фридман описва нашата Вселена? Ще спре ли някога разширяването на Вселената и ще бъде ли заменено от свиване или Вселената ще се разширява завинаги?

Оказа се, че отговорът на този въпрос е по-труден, отколкото учените първоначално смятаха. Решението му зависи основно от две неща – наблюдаваната в момента скорост на разширение на Вселената и нейната текуща средна плътност (количеството материя на единица обем пространство).

Колкото по-висока е текущата скорост на разширение, толкова по-голяма е гравитацията и следователно плътността на материята, за да се спре разширяването. Ако средната плътност е над някаква критична стойност (определена от скоростта на разширение), тогава гравитационното привличане на материята може да спре разширяването на Вселената и да я накара да се свие. Това поведение на Вселената съответства на първия модел на Фридман.

Ако средната плътност е по-малка от критичната стойност, тогава гравитационното привличане няма да спре разширяването и Вселената ще се разширява завинаги – както при втория модел на Фридман. И накрая, ако средната плътност на Вселената е точно равна на критичната стойност, разширяването на Вселената ще се забави завинаги, приближавайки се до статично състояние, но никога не го достига.

Този сценарий съответства на третия модел на Фридман.

И така, кой модел е правилен? Можем да определим текущата скорост на разширяване на Вселената, ако измерим скоростта, с която другите галактики се отдалечават от нас, използвайки ефекта на Доплер.

Това може да се направи много точно. Разстоянията до галактиките обаче не са добре известни, защото можем да ги измерим само индиректно. Следователно знаем само, че скоростта на разширяване на Вселената е от 5 до 10% на милиард години. Още по-неясни са познанията ни за сегашната средна плътност на Вселената. По този начин, ако съберем масите на всички видими звезди в нашата собствена и други галактики, сумата ще бъде по-малка от една стотна от необходимото за спиране на разширяването на Вселената, дори при най-ниската оценка на скоростта на разширение.

Но това не е всичко.

Нашата и други галактики трябва да съдържат голямо количество някаква "тъмна материя", която не можем да наблюдаваме директно, но чието съществуване знаем поради гравитационното й влияние върху орбитите на звездите в галактиките. Може би най-доброто доказателство за съществуването на тъмна материя идва от орбитите на звездите в периферията на спирални галактики като Млечния път.

Тези звезди се въртят около своите галактики твърде бързо, за да бъдат държани в орбита само от гравитацията на видимите звезди на галактиката. В допълнение, повечето галактики са част от купове и по подобен начин можем да заключим за наличието на тъмна материя между галактиките в тези купове чрез ефекта й върху движението на галактиките.

Всъщност количеството тъмна материя във Вселената далеч надвишава количеството на обикновената материя. Ако вземем предвид цялата тъмна материя, получаваме около една десета от масата, която е необходима за спиране на разширяването.

Невъзможно е обаче да се изключи съществуването на други форми на материя, все още неизвестни за нас, разпределени почти равномерно във Вселената, които биха могли да увеличат средната й плътност.

Например, има елементарни частици, наречени неутрино, които взаимодействат много слабо с материята и са изключително трудни за откриване.

През последните няколко години различни групи изследователи са изследвали най-малките вълни в микровълновия фон, които Пензиас и Уилсън са открили. Размерът на тази пулсация може да служи като индикатор за мащабната структура на Вселената. Нейният характер изглежда показва, че Вселената все още е плоска (както в третия модел на Фридман)!

Но тъй като общото количество обикновена и тъмна материя не е достатъчно за това, физиците постулират съществуването на друго, все още неоткрито вещество - тъмна енергия.

И сякаш за да усложнят допълнително проблема, последните наблюдения показаха това разширяването на Вселената не се забавя, а се ускорява.

Противно на всички модели на Фридман! Това е много странно, тъй като присъствието на материя в космоса – висока или ниска плътност – може само да забави разширяването. В крайна сметка гравитацията винаги действа като сила на привличане. Ускоряването на космологичното разширение е като бомба, която събира, а не разсейва енергия след експлозията.

Каква сила е отговорна за ускоряващото се разширяване на космоса? Никой няма надежден отговор на този въпрос. Въпреки това, Айнщайн може да е бил прав в края на краищата, когато е въвел космологичната константа (и съответния антигравитационен ефект) в своите уравнения.

Грешка на Айнщайн

Разширяването на Вселената може да бъде предсказано по всяко време през деветнадесети или осемнадесети век и дори в края на седемнадесети век.

Въпреки това, вярата в статичната вселена беше толкова силна, че заблудата господства над умовете до началото на двадесети век. Дори Айнщайн е бил толкова сигурен в статичната природа на Вселената, че през 1915 г. прави специална корекция на общата теория на относителността, като изкуствено добавя специален термин, наречен космологична константа, към уравненията, което осигурява статичната природа на Вселената. .

Космологичната константа се проявява като действие на някаква нова сила - "антигравитация", която за разлика от други сили няма определен източник, а е просто присъщо свойство, присъщо на самата тъкан на пространство-времето.

Под въздействието на тази сила пространство-времето показва вродена склонност към разширяване. Избирайки стойността на космологичната константа, Айнщайн може да променя силата на тази тенденция. С негова помощ той успя точно да балансира взаимното привличане на цялата съществуваща материя и в резултат да получи статична вселена.

По-късно Айнщайн отхвърли идеята за космологична константа като своята "най-голямата грешка".

Както скоро ще видим, днес има причини да се смята, че Айнщайн може в крайна сметка да е бил прав при въвеждането на космологичната константа. Но това, което трябва да е разстроило най-много от всичко на Айнщайн, е, че той остави вярата му в неподвижна вселена да отмени заключението, че Вселената трябва да се разшири, предвидено от собствената му теория. Изглежда, че само един човек е видял това следствие от общата теория на относителността и го е приел сериозно. Докато Айнщайн и други физици търсеха начини да избегнат нестатичността на Вселената, руският физик и математик Александър Фридман, напротив, настояваше, че Вселената се разширява.

Фридман направи две много прости предположения за Вселената: че изглежда една и съща, независимо откъде погледнем, и че това предположение е вярно, независимо откъде гледаме.

Базирайки се на тези две идеи и решавайки уравненията на общата теория на относителността, той доказа, че Вселената не може да бъде статична. Така през 1922 г., няколко години преди откриването на Едуин Хъбъл, Фридман точно предсказва разширяването на Вселената!

Преди векове християнската църква би го признала за еретична, тъй като църковната доктрина постулира, че ние заемаме специално място в центъра на вселената.

Но днес приемаме предположението на Фридман поради почти обратната причина, един вид скромност: бихме намерили за напълно изненадващо, ако Вселената изглеждаше еднаква във всички посоки само за нас, но не и за други наблюдатели във Вселената!

ВСЕЛЕНА(от гръцки "oecumena" - обитавана, обитавана земя) - "всичко, което съществува", "всеобхватно световно цяло", "съвкупност от всички неща"; значението на тези термини е двусмислено и се определя от концептуалния контекст.

Има поне три нива на концепцията за „Вселената“.

1. Вселената като философска идея има значение, близко до понятието "universum", или "свят": "материален свят", "сътворено същество" и т. н. Тя играе важна роля в европейската философия. Образите на Вселената във философските онтологии бяха включени във философските основи на научното изследване на Вселената.

2. Вселената във физическата космология или Вселената като цяло е обект на космологични екстраполации.

В традиционния смисъл – цялостна, неограничена и по същество уникална физическа система („Вселената е публикувана в един екземпляр“ – А. Поанкаре); материалният свят, разглеждан от физическа и астрономическа гледна точка (А. Л. Зелманов). Различните теории и модели на Вселената се разглеждат от тази гледна точка като нееквивалентни една на друга на един и същ оригинал.

Подобно разбиране на Вселената като цяло беше обосновано по различни начини: 1) чрез позоваване на „презумпцията за екстраполация“: космологията твърди, че именно представлява цялостното световно цяло в системата на знанието с неговите концептуални средства и докато обратното не е доказано, тези твърдения следва да се приемат изцяло; 2) логически – Вселената се определя като едно всеобхватно световно цяло, а други Вселени не могат да съществуват по дефиниция и т.н. Класическата нютонова космология създава образ на Вселената, безкрайна в пространството и времето, а безкрайността се счита за атрибутивно свойство на Вселената.

Общоприето е, че безкрайната хомогенна Вселена на Нютон "унищожи" древния космос. Въпреки това научните и философските образи на Вселената продължават да съжителстват в културата, взаимно се обогатявайки.

Нютоновата Вселена унищожи образа на древния космос само в смисъл, че отделя човека от Вселената и дори им се противопоставя.

В некласическата релативистка космология теорията за Вселената е изградена за първи път.

Свойствата му се оказаха напълно различни от тези на Нютон. Според теорията за разширяващата се Вселена, разработена от Фридман, Вселената като цяло може да бъде както крайна, така и безкрайна в пространството, но във времето тя при всички случаи е крайна, т.е.

имаше начало. А. А. Фридман вярва, че светът или Вселената като обект на космологията „е безкрайно по-тясна и по-малка от световната вселена на философа“. Напротив, огромното мнозинство от космолозите, въз основа на принципа на еднородността, идентифицираха модели на разширяващата се Вселена с нашата Метагалактика. Първоначалният момент на разширяването на Метагалактиката се разглежда като абсолютно „начало на всичко”, от креационистка гледна точка – като „създаването на света”. Някои релативистки космолози, разглеждайки принципа на еднообразието като недостатъчно обосновано опростяване, разглеждат Вселената като цялостна физическа система с по-голям мащаб от Метагалактиката, а Метагалактиката само като ограничена част от Вселената.

Релативистичната космология коренно промени образа на Вселената в научната картина на света.

В идеологически план тя се връща към образа на древния космос в смисъл, че отново свързва човека и (развиващата се) Вселена. Следващата стъпка в тази посока беше антропен принцип в космологията.

Съвременният подход към тълкуването на Вселената като цяло се основава, първо, на разграничението между философската идея за света и Вселената като обект на космологията; второ, това понятие е релативизирано, т.е. неговият обхват е свързан с определено ниво на познание, космологична теория или модел – в чисто лингвистичен (независимо от обектния им статус) или в обектен смисъл.

Вселената се тълкува, например, като „най-големият набор от събития, към които нашите физически закони могат да бъдат приложени, екстраполирани по един или друг начин“ или „може да се счита за физически свързани с нас“ (Г. Бонди).

Развитието на този подход е концепцията, според която Вселената в космологията е „всичко, което съществува“ не в някакъв абсолютен смисъл, а само от гледна точка на дадена космологична теория, т.е. физическа система с най-голям мащаб и порядък, чието съществуване следва от определена система от физическо познание.

Това е относителна и преходна граница на известния мегасвят, обусловена от възможностите за екстраполация на системата от физическо познание. Под Вселената като цяло не във всички случаи се има предвид един и същ "оригинал". Напротив, различните теории могат да имат различни оригинали за обект, т.е. физически системи с различен ред и мащаб на структурната йерархия. Но всички твърдения за представяне на всеобхватния свят като цяло в абсолютния смисъл остават необосновани.

Когато тълкуваме Вселената в космологията, трябва да се прави разлика между потенциално и реално съществуващо. Това, което днес се смята за несъществуващо, утре може да влезе в полето на научните изследвания, ще се окаже, че съществува (от гледна точка на физиката) и ще бъде включено в нашето разбиране за Вселената. Така че, ако теорията за разширяващата се Вселена по същество описва нашата Метагалактика, то най-популярната теория за инфлационната („надуваща се“) Вселена в съвременната космология въвежда концепцията за набор от „други вселени“ (или, от гледна точка на емпиричния език , извънметагалактични обекти) с качествено различни свойства.

Така инфлационната теория признава мегаскопично нарушение на принципа на еднородността на Вселената и въвежда принципа за безкрайното разнообразие на Вселената, което е допълнително към него по смисъл.

Съвкупността от тези вселени И. С. Шкловски предложи да се нарече „Метавселена“. Следователно в специфична форма инфлационната космология възражда идеята за безкрайността на Вселената (Метавселената) като нейното безкрайно разнообразие. Обекти като Метагалактиката често се наричат ​​"минивселени" в инфлационната космология.

Минивселените възникват от спонтанни флуктуации на физическия вакуум. От тази гледна точка следва, че началният момент на разширяването на нашата Вселена, Метагалактиката, не трябва непременно да се счита за абсолютно начало на всичко.

Това е само началният момент на еволюция и самоорганизация на една от космическите системи. В някои версии на квантовата космология концепцията за Вселената е тясно свързана със съществуването на наблюдател („принципът на участие“). „Създавайки, на някакъв ограничен етап от своето съществуване, наблюдатели-участници, не придобива ли Вселената от своя страна чрез своите наблюдения онази осезаемост, която наричаме реалност? Това не е ли механизмът на съществуване? (A.J. Wheeler).

Значението на понятието Вселена в този случай също се определя от теория, основана на разграничението между потенциалното и действителното съществуване на Вселената като цяло в светлината на квантовия принцип.

3. Вселената в астрономията (наблюдаема или астрономическа Вселена) е регион от света, обхванат от наблюдения, а сега отчасти и от космически експерименти, т.е.

„всичко, което съществува“ от гледна точка на наличните в астрономията средства за наблюдение и изследователски методи. Астрономическата вселена е йерархия от космически системи с нарастващ мащаб и ред на сложност, които са били последователно открити и изследвани от науката. Това са Слънчевата система, нашата звездна система, Галактиката (съществуването на която е доказано от В. Хершел през 18 век), Метагалактиката, открита от Е. Хъбъл през 20-те години на миналия век.

В момента обектите на Вселената са достъпни за наблюдение, отдалечени от нас на разстояние ок. 9-12 милиарда светлинни години.

През цялата история на астрономията до 2-ра пол.

Концепцията за разширяваща се вселена.

20-ти век в астрономическата Вселена са били известни същите видове небесни тела: планети, звезди, газ и прах. Съвременната астрономия откри принципно нови, непознати досега видове небесни тела, вкл.

свръхплътни обекти в ядрата на галактиките (може би представляващи черни дупки). Много състояния на небесните тела в астрономическата Вселена се оказаха рязко нестационарни, нестабилни, т.е. разположени в точките на бифуркация. Предполага се, че по-голямата част (до 90–95%) от материята на астрономическата Вселена е концентрирана в невидими, но ненаблюдаеми форми („скрита маса“).

литература:

1. Фридман А.А.

Fav върши работа. М., 1965;

2. Безкрайността и Вселената. М., 1970;

3. Вселена, астрономия, философия. М, 1988;

4. Астрономията и съвременната картина на света.

5. Бонди Х.космология. Cambr., 1952;

6. Мюниц М.Пространство, време и творение. Ню Йорк, 1965г.

В. В. Казютински

Дори астрономите не винаги разбират правилно разширяването на Вселената. Надуващият се балон е стара, но добра аналогия за разширяването на Вселената. Галактиките, разположени на повърхността на топката, са неподвижни, но с разширяването на Вселената разстоянието между тях се увеличава, а размерите на самите галактики не се увеличават.

През юли 1965 г. учените обявиха откриването на ясни признаци за разширяването на Вселената от по-горещо и по-плътно първоначално състояние. Те откриха охлаждащото послесвечение на Големия взрив - CMB. От този момент нататък разширяването и охлаждането на Вселената са в основата на космологията. Космологичното разширение ни позволява да разберем как са се образували прости структури и как те постепенно са се развили в сложни. 75 години след откриването на разширяването на Вселената много учени не могат да проникнат в истинския й смисъл. Джеймс Пийбълс, космолог от Принстънския университет, който изучава CMB, пише през 1993 г.: „Струва ми се, че дори експертите не знаят какво е значението и възможностите на горещия модел на Големия взрив“.

Известни физици, автори на учебници по астрономия и популяризатори на науката понякога дават неправилно или изкривено тълкуване на разширяването на Вселената, което е в основата на модела на Големия взрив. Какво имаме предвид, когато казваме, че Вселената се разширява? Несъмнено обстоятелството, че сега говорят за ускоряване на експанзията, е объркващо и това ни озадачава.

ПРЕГЛЕД: КОСМИЧЕСКА ГРЕШКА

* Разширяването на Вселената, едно от основните понятия на съвременната наука, все още се тълкува различно.

* Терминът "Голям взрив" не трябва да се приема буквално. Той не беше бомба, която избухна в центъра на Вселената. Това беше експлозия на самото пространство, която се случи навсякъде, точно както повърхността на надут балон се разширява.

* Разбирането на разликата между разширяването на пространството и разширяването на пространството е от решаващо значение за разбирането на размера на Вселената, скоростта, с която галактиките се отдалечават, както и възможностите за астрономически наблюдения и естеството на ускорението на разширяването, което Вселената вероятно ще изпита .

* Моделът Големия взрив само описва случилото се след него.

Какво е разширение?

Когато нещо познато се разширява, като мокро петно ​​или Римската империя, те стават по-големи, границите им се раздалечават и започват да заемат по-голям обем в пространството. Но изглежда, че Вселената няма физически граници и няма къде да се движи. Разширяването на нашата вселена е много подобно на надуване на балон. Разстоянията до далечни галактики се увеличават. Астрономите обикновено казват, че галактиките се отдалечават или бягат от нас, но те не се движат в космоса като фрагменти от „бомба от Големия взрив“. В действителност пространството между нас и галактиките се разширява, движейки се хаотично вътре в практически неподвижни купове. CMB изпълва Вселената и служи като референтна рамка, като гумената повърхност на балон, спрямо която може да се измерва движението.

Намирайки се извън топката, виждаме, че разширяването на нейната извита двуизмерна повърхност е възможно само защото се намира в триизмерно пространство. В третото измерение се намира центърът на топката и нейната повърхност се разширява в обема около нея. Въз основа на това може да се заключи, че разширяването на нашия триизмерен свят изисква наличието на четвърто измерение в пространството. Но според общата теория на относителността на Айнщайн пространството е динамично: то може да се разширява, свива и огъва.

Задръстване

Вселената е самодостатъчна. Не е необходим център, за да се разшири от него, нито свободно пространство отвън (където и да е), за да се разшири там. Вярно е, че някои от по-новите теории, като теорията на струните, постулират допълнителни измерения, но те не са необходими, тъй като нашата триизмерна вселена се разширява.

В нашата вселена, като на повърхността на балон, всеки обект се отдалечава от всички останали. По този начин Големият взрив не беше експлозия в космоса, а по-скоро експлозия на самото пространство, която не се случи на определено място и след това не се разшири в заобикалящата празнота. Това се случи навсякъде по едно и също време.

КАКВО БЕШЕ ГОЛЕМИЯ ВЗРЪК?

ГРЕШНО: Вселената се роди, когато материята, като бомба, избухна на определено място. Налягането беше високо в центъра и ниско в заобикалящата празнота, което доведе до разширяване на материята.

НАД: Това беше експлозия на самото пространство, която задвижи материята. Нашето пространство и време произлизат от Големия взрив и започват да се разширяват. Нямаше център никъде, т.к условията бяха еднакви навсякъде, нямаше спад на налягането, характерен за обикновена експлозия.

Ако си представим, че пускаме филма в обратен ред, ще видим как всички региони на Вселената са компресирани и галактиките се сближават, докато всички се сблъскат заедно в Голям взрив, като коли в задръстване. Но сравнението не е пълно. Ако беше инцидент, тогава бихте могли да избегнете задръстването, като чуете съобщения за него по радиото. Но Големият взрив беше катастрофа, която не можеше да бъде избегната. Сякаш повърхността на Земята и всички пътища по нея бяха смачкани, но колите останаха със същия размер. В крайна сметка колите щяха да се сблъскат и никаква радиовръзка не би могла да го предотврати. Също и Големият взрив: случи се навсякъде, за разлика от експлозия на бомба, която се случва в определен момент и фрагментите се разпръскват във всички посоки.

Теорията за Големия взрив не ни дава информация за размера на Вселената, нито дори дали тя е крайна или безкрайна. Теорията на относителността описва как всяка област на пространството се разширява, но не казва нищо за размера или формата. Космолозите понякога твърдят, че някога Вселената не е била по-голяма от грейпфрут, но те имат предвид само частта от нея, която сега можем да наблюдаваме.

Жителите на мъглявината Андромеда или други галактики имат свои собствени наблюдаеми вселени. Наблюдателите в Андромеда могат да видят галактики, които са недостъпни за нас, просто защото са малко по-близо до тях; но те не могат да съзерцават тези, които ние разглеждаме. Тяхната наблюдавана вселена също беше с размерите на грейпфрут. Човек може да си представи, че ранната Вселена е била като куп от тези плодове, простиращи се безкрайно във всички посоки. Така че схващането, че Големият взрив е бил "малък", е погрешно. Пространството на Вселената е безгранично. И както и да го компресирате, така ще си остане.

по-бързо от светлината

Погрешните схващания също са свързани с количествено описание на разширението. Скоростта, с която се увеличават разстоянията между галактиките, следва прост модел, идентифициран от американския астроном Едуин Хъбъл през 1929 г.: отдалечаващата се скорост на галактика v е право пропорционална на разстоянието й от нас d, или v = Hd. Коефициентът на пропорционалност H се нарича константа на Хъбъл и определя скоростта на разширяване на пространството както около нас, така и около всеки наблюдател във Вселената.

Някои са объркани от факта, че не всички галактики се подчиняват на закона на Хъбъл. Най-близката до нас голяма галактика (Андромеда) обикновено се движи към нас, а не далеч от нас. Има такива изключения, тъй като законът на Хъбъл описва само средното поведение на галактиките. Но всеки от тях може да има и малко собствено движение, тъй като гравитационното влияние на галактиките една върху друга, като нашата Галактика и Андромеда, например. Отдалечените галактики също имат малки хаотични скорости, но на голямо разстояние от нас (при голяма стойност на d) тези произволни скорости са пренебрежимо малки на фона на големите отдалечаващи се скорости (v). Следователно за далечни галактики законът на Хъбъл се изпълнява с висока точност.

Според закона на Хъбъл Вселената не се разширява с постоянна скорост. Някои галактики се отдалечават от нас със скорост от 1 хил. км/сек, други са два пъти по-далече със скорост от 2 хил. км/сек и т.н. Така законът на Хъбъл показва, че започвайки от определено разстояние, наречено разстояние на Хъбъл, галактиките се отдалечават със свръхсветлинна скорост. За измерената стойност на константата на Хъбъл това разстояние е около 14 милиарда светлинни години.

Но не казва ли теорията на Айнщайн за специалната теория на относителността, че никой обект не може да пътува по-бързо от скоростта на светлината? Този въпрос озадачи много поколения студенти. И отговорът е, че специалната теория на относителността е приложима само за "нормални" скорости - за движение в пространството. Законът на Хъбъл е за скоростта на отстраняване, причинена от разширяването на самото пространство, а не от движението през пространството. Този ефект на общата теория на относителността не е предмет на специалната теория на относителността. Наличието на скорост на отстраняване над скоростта на светлината по никакъв начин не нарушава частната теория на относителността. Все още е вярно, че никой не може да настигне лъч светлина.

МОГАТ ЛИ ГАЛАКТИКИТЕ ДА СЕ ОТТЕГЛЯВАТ СЪС СКОРОСТ, ПО-ВИСОКА ОТ СКОРОСТТА НА СВЕТЛИНАТА?

ГРЕШНО: Специалната теория на относителността на Айнщайн забранява това. Помислете за област от космоса, съдържаща няколко галактики. Поради разширяването си галактиките се отдалечават от нас. Колкото по-далеч е галактиката, толкова по-голяма е нейната скорост (червени стрелки). Ако скоростта на светлината е границата, тогава скоростта на отстраняване в крайна сметка трябва да стане постоянна.

НАД: Разбира се, че могат. Частната теория на относителността не отчита скоростта на отстраняване. Скоростта на отстраняване нараства безкрайно с разстоянието. Отвъд определено разстояние, наречено разстояние на Хъбъл, то надвишава скоростта на светлината. Това не е нарушение на теорията на относителността, тъй като премахването е причинено не от движение в пространството, а от самото разширяване на пространството.

ВЪЗМОЖНО ЛИ Е ДА ВИДЯТЕ ГАЛАКТИКИ ДА СЕ ВЪЗРАВАТ ПО-БЪРЗО ОТ СВЕТЛИНАТА?

ГРЕШНО: Разбира се, че не. Светлината от такива галактики пътува с тях. Нека галактиката е извън разстоянието на Хъбъл (сферата), т.е. се отдалечава от нас по-бързо от скоростта на светлината. Той излъчва фотон (маркиран в жълто). Докато фотонът лети през пространството, самото пространство се разширява. Разстоянието до Земята се увеличава по-бързо, отколкото фотонът пътува. Той никога няма да стигне до нас.

НАД: Разбира се, че можете, защото скоростта на разширяване се променя с времето. Първоначално фотонът всъщност е издухан от разширяването. Разстоянието на Хъбъл обаче не е постоянно: то се увеличава и в крайна сметка фотонът може да попадне в сферата на Хъбъл. След като това се случи, фотонът ще пътува по-бързо, отколкото Земята се отдалечава, и ще може да достигне до нас.

Фотонно разтягане

Първите наблюдения, показващи, че Вселената се разширява, са направени между 1910 и 1930 г. В лабораторията атомите излъчват и поглъщат светлина винаги при определени дължини на вълната. Същото се наблюдава и в спектрите на далечни галактики, но с изместване към областта на дългите вълни. Астрономите казват, че радиацията на галактиката е изместена в червено. Обяснението е просто: с разширяването на пространството светлинната вълна се разтяга и следователно отслабва. Ако през времето, през което светлинната вълна достигна до нас, Вселената се удвои, тогава дължината на вълната се удвои и енергията й отслабна наполовина.

ХИПОТЕЗА ЗА УМОРА

Всеки път, когато Scientific American публикува статия за космологията, много читатели ни пишат, че смятат, че галактиките всъщност не се отдалечават от нас и че разширяването на космоса е илюзия. Те смятат, че червеното изместване в спектрите на галактиките е причинено от нещо като "умора" от дълго пътуване. Някакъв неизвестен процес кара светлината, разпространяваща се в пространството, да губи енергия и следователно да става червена.

Тази хипотеза е на повече от половин век и на пръв поглед изглежда разумна. Но това е напълно несъвместимо с наблюденията. Например, когато звезда експлодира като свръхнова, тя избухва и след това затъмнява. Целият процес отнема около две седмици за свръхнова от типа, който астрономите използват за определяне на разстоянията до галактиките. През този период от време свръхновата излъчва поток от фотони. Хипотезата за лека умора казва, че по време на пътуването фотоните ще загубят енергия, но наблюдателят все пак ще получи поток от фотони с продължителност две седмици.

Въпреки това, при разширяване на пространството, не само самите фотони се разтягат (и следователно губят енергия), но и техният поток също се разтяга. Следователно са необходими повече от две седмици, докато всички фотони достигнат Земята. Наблюденията потвърждават този ефект. Експлозия на свръхнова в галактика с червено отместване 0,5 се наблюдава в продължение на три седмици, а в галактика с червено отместване от 1 - на месец.

Хипотезата за светлинна умора също противоречи на наблюденията на спектъра на CMB и измерванията на повърхностната яркост на далечни галактики. Време е да оставим "уморената светлина" (Чарлз Лайнуивър и Тамара Дейвис) да си почине.

Свръхновите, като тази в купа галактики Дева, помагат за измерване на космическото разширение. Техните наблюдаеми свойства изключват алтернативни космологични теории, при които пространството не се разширява.

Процесът може да бъде описан като температура. Фотоните, излъчвани от тялото, имат енергийно разпределение, което обикновено се характеризира с температура, показваща колко горещо е тялото. Докато фотоните се движат през разширяващото се пространство, те губят енергия и температурата им намалява. Така Вселената се охлажда, докато се разширява, като сгъстен въздух, излизащ от балона на водолаз. Например, CMB сега има температура около 3 K, докато се е родил при температура от около 3000 K. Но оттогава Вселената се е увеличила по размер с коефициент 1000, а температурата на фотоните е намаляла от същия фактор. Наблюдавайки газ в далечни галактики, астрономите директно измерват температурата на това излъчване в далечното минало. Измерванията потвърждават, че Вселената се охлажда с времето.

Съществуват и някои противоречия във връзката между червеното изместване и скоростта. Червеното отместване, причинено от разширяване, често се бърка с по-познатото червено изместване, причинено от ефекта на Доплер, което обикновено прави звуковите вълни по-дълги, ако източникът на звука бъде премахнат. Същото важи и за светлинните вълни, които стават по-дълги, когато източникът на светлина се отдалечава в пространството.

Доплеровото червено изместване и космологичното червено изместване са напълно различни неща и се описват с различни формули. Първата следва от специалната теория на относителността, която не отчита разширяването на пространството, а втората следва от общата теория на относителността. Тези две формули са почти еднакви за близките галактики, но се различават за далечните.

Според формулата на Доплер, ако скоростта на обект в пространството се доближи до скоростта на светлината, тогава неговото червено изместване клони към безкрайност и дължината на вълната става твърде голяма и следователно ненаблюдаема. Ако това беше вярно за галактиките, тогава най-отдалечените видими обекти в небето щяха да се отдалечават със скорост, значително по-малка от скоростта на светлината. Но космологичната формула за червеното отместване води до друго заключение. В рамките на стандартния космологичен модел галактиките с червено отместване около 1,5 (т.е. получената дължина на вълната на тяхното излъчване е 50% по-голяма от лабораторната стойност) се отдалечават със скоростта на светлината. Астрономите вече са открили около 1000 галактики с червено отместване по-голямо от 1,5. И така, ние знаем около 1000 обекта, които се отдалечават по-бързо от скоростта на светлината. CMB идва от още по-голямо разстояние и има червено изместване от около 1000. Когато горещата плазма на младата Вселена излъчи радиацията, която получаваме днес, тя се отдалечи от нас с близо 50 пъти скоростта на светлината.

Тичане на място

Трудно е да се повярва, че можем да видим галактики, които се движат по-бързо от скоростта на светлината, но това е възможно поради промяна в скоростта на разширяване. Представете си лъч светлина, идващ към нас от разстояние, по-голямо от разстоянието на Хъбъл (14 милиарда светлинни години). Той се движи към нас със скоростта на светлината спрямо местоположението си, но се отдалечава от нас по-бързо от скоростта на светлината. Въпреки че светлината се втурва към нас с възможно най-висока скорост, тя не може да се справи с разширяването на пространството. Това е като дете, което се опитва да бяга назад по ескалатор. Фотоните на разстоянието на Хъбъл се движат с максимална скорост, за да останат на същото място.

Човек може да си помисли, че светлината от региони, по-далеч от разстоянието на Хъбъл, никога не би могла да достигне до нас и ние никога няма да я видим. Но разстоянието на Хъбъл не остава същото, защото константата на Хъбъл, от която зависи, се променя с времето. Тази стойност е пропорционална на скоростта на рецесия на две галактики, разделена на разстоянието между тях. (За изчислението могат да се използват всякакви две галактики.) В моделите на Вселената, съответстващи на астрономическите наблюдения, знаменателят нараства по-бързо от числителя, така че константата на Хъбъл намалява. Следователно разстоянието на Хъбъл се увеличава. И ако е така, светлината, която първоначално не е достигнала до нас, може в крайна сметка да бъде в рамките на разстоянието на Хъбъл. Тогава фотоните ще се окажат в област, която се отдалечава по-бавно от скоростта на светлината, след което ще могат да стигнат до нас.

НАИСТИНА ЛИ КОСМИЧЕСКОТО ЧЕРВЕНО ИЗМЕСТВАНЕ НА ДОПЛЕРОВО ИЗМЕСТВАНЕ?

ГРЕШНО: Да, защото отдалечаващите се галактики се движат в космоса. При ефекта на Доплер светлинните вълни се разтягат (стават по-червени), когато източникът им се отдалечава от наблюдателя. Дължината на вълната на светлината не се променя, докато се движи в пространството. Наблюдателят получава светлината, измерва нейното червено изместване и изчислява скоростта на галактиката.

НАДО: Не, червеното изместване няма нищо общо с ефекта на Доплер. Галактиката е почти неподвижна в космоса, така че излъчва светлина с една и съща дължина на вълната във всички посоки. В хода на пътуването дължината на вълната се удължава с разширяването на пространството. Следователно светлината постепенно става червена. Наблюдателят получава светлината, измерва нейното червено изместване и изчислява скоростта на галактиката. Космическото червено отместване се различава от доплеровото изместване, което се потвърждава от наблюдения.

Въпреки това, галактиката, която е изпратила светлината, може да продължи да се отдалечава със свръхсветлинни скорости. Така можем да наблюдаваме светлина от галактиките, които, както и преди, винаги ще се отдалечават по-бързо от скоростта на светлината. С една дума, разстоянието на Хъбъл не е фиксирано и не ни показва границите на наблюдаваната вселена.

И какво всъщност маркира границата на наблюдаемото пространство? И тук има известно объркване. Ако пространството не се разширяваше, тогава бихме могли да наблюдаваме най-далечния обект сега на разстояние от около 14 милиарда светлинни години от нас, т.е. разстоянието, което светлината е изминала за 14 милиарда години след Големия взрив. Но с разширяването на Вселената пространството, преминавано от фотона, се разширява по време на неговото пътуване. Следователно сегашното разстояние до най-отдалечените от наблюдаваните обекти е приблизително три пъти по-голямо – около 46 милиарда светлинни години.

Космолозите са смятали, че живеем в забавяща се Вселена и затова можем да наблюдаваме все повече и повече галактики. В ускоряващата се Вселена обаче ние сме оградени от граница, отвъд която никога няма да видим случващите се събития – това е хоризонтът на космическите събития. Ако светлината от галактики, отдалечаващи се по-бързо от скоростта на светлината, достигне до нас, тогава разстоянието на Хъбъл ще се увеличи. Но в ускоряващата се Вселена нейното увеличаване е забранено. Едно далечно събитие може да изпрати лъч светлина в нашата посока, но тази светлина ще остане завинаги извън разстоянието на Хъбъл поради ускорението на разширяването.

Както можете да видите, ускоряващата се Вселена прилича на черна дупка, която също има хоризонт на събития, отвън, от който не получаваме сигнали. Текущото разстояние до нашия хоризонт на космическите събития (16 милиарда светлинни години) се намира изцяло в рамките на нашия наблюдаем регион. Светлината, излъчвана от галактики, които сега са отвъд хоризонта на космическите събития, никога няма да може да достигне до нас, т.к. разстоянието, което сега съответства на 16 милиарда светлинни години, ще се разшири твърде бързо. Ще можем да видим събитията, които са се случили в галактиките, преди да прекосят хоризонта, но никога няма да разберем за последващи събития.

Разширява ли се всичко във Вселената?

Хората често си мислят, че ако пространството се разширява, тогава и всичко в него се разширява. Но това не е вярно. Разширението като такова (т.е. по инерция, без ускорение или забавяне) не произвежда никаква сила. Дължината на вълната на фотона се увеличава заедно с растежа на Вселената, тъй като за разлика от атомите и планетите фотоните не са свързани обекти, чиито размери се определят от баланса на силите. Променящата се скорост на разширение въвежда нова сила в равновесието, но не може да накара обектите да се разширяват или свиват.

Например, ако гравитацията стане по-силна, гръбначният ви мозък ще се свие, докато електроните в гръбнака ви достигнат ново равновесно положение, малко по-близо един до друг. Височината ви ще намалее малко, но контракцията ще спре дотук. По същия начин, ако живеехме във вселена, доминирана от гравитацията, както вярваха повечето космолози преди няколко години, тогава разширяването ще се забави и всички тела ще бъдат подложени на леко свиване, което ги принуди да достигнат по-малък равновесен размер. Но след като го достигнат, те вече нямаше да се свиват.

КОЛКО ГОЛЯМА Е НАБЛЮДАЕМАТА ВСЕЛЕНА?

ГРЕШНО: Вселената е на 14 милиарда години, така че наблюдаваната част от нея би трябвало да има радиус от 14 милиарда светлинни години. Помислете за най-далечната от наблюдаваните галактики – тази, чиито фотони, излъчени непосредствено след Големия взрив, едва сега са достигнали до нас. Светлинна година е разстоянието, изминато от фотон за една година. Това означава, че фотонът е преодолял 14 милиарда светлинни години

НАД: С разширяването на пространството, наблюдаваният регион има радиус, по-голям от 14 милиарда светлинни години. Докато фотонът пътува, пространството, което преминава, се разширява. Докато стигне до нас, разстоянието до галактиката, която го е излъчвала, става повече от просто изчислено от времето на полета - приблизително три пъти повече

Всъщност разширяването се ускорява, което е причинено от слаба сила, която „надува“ всички тела. Следователно свързаните обекти са малко по-големи, отколкото биха били в неускоряваща се вселена, тъй като балансът на силите се постига с тях при малко по-голям размер. На земната повърхност външното ускорение от центъра на планетата е малка част ($10^(–30)$) от нормалното гравитационно ускорение към центъра. Ако това ускорение е постоянно, то няма да доведе до разширяване на Земята. Просто планетата придобива малко по-голям размер, отколкото би без отблъскващата сила.

Но нещата ще се променят, ако ускорението не е постоянно, както смятат някои космолози. Ако отблъскването се увеличи, това в крайна сметка може да доведе до разрушаване на всички структури и да доведе до "Голямо разкъсване", което не би се дължи на разширяване или ускорение само по себе си, а защото ускорението ще се ускорява.

РАЗШИРАТ ЛИ СЕ СЪЩО ОБЕКТИТЕ ВЪВ ВСЕЛЕНАТА?

ГРЕШНО: Да. Разширяването кара Вселената и всичко в нея да се разширява. Разгледайте куп от галактики като обект. С увеличаването на Вселената се увеличава и клъстерът. Границата на клъстера (жълта линия) се разширява.

НАД: Не. Вселената се разширява, но свързаните обекти в нея не. Съседните галактики първо се отдалечават, но в крайна сметка тяхното взаимно привличане надделява над разширяването. Образува се клъстер с такъв размер, който съответства на неговото равновесно състояние.

Тъй като новите прецизни измервания помагат на космолозите да разберат по-добре разширяването и ускорението, те може да задават още по-фундаментални въпроси за най-ранните моменти и най-големите мащаби на Вселената. Какво причини разширяването? Много космолози смятат, че за това е виновен процес, наречен "надуване" (подуване), особен вид ускоряваща се експанзия. Но може би това е само частичен отговор: за да започне, изглежда, че Вселената вече трябва да се разширява. А какво да кажем за най-големите мащаби извън нашите наблюдения? Различните части на Вселената се разширяват по различен начин, така че нашата Вселена е просто скромен инфлационен балон в гигантска свръхвселена? Никой не знае. Но се надяваме, че с времето ще успеем да разберем процеса на разширяване на Вселената.

ЗА АВТОРИТЕ:
Чарлз Х. Линуивър и Тамара М. Дейвис са астрономи от австралийската обсерватория Маунт Стромло. В началото на 1990 г В Калифорнийския университет в Бъркли, Lineweaver беше част от група учени, които откриха флуктуации в CMB с помощта на сателита COBE. Защитава дисертация не само по астрофизика, но и по история и английска литература. Дейвис работи по изграждането на космическата обсерватория Supernova/Acceleration Probe.

ЗАБЕЛЕЖКИ КЪМ СТАТИЯТА "ПАРАДОКСИТЕ НА ГОЛЕМИЯ ВЗРЪК"
Професор Засов Анатолий Владимирович, физ. Факултет на Московския държавен университет: Всички недоразумения, с които спорят авторите на статията, са свързани с факта, че за по-голяма яснота те най-често разглеждат разширяването на ограничен обем на Вселената в твърда референтна рамка (при това разширяване на достатъчно малка площ, за да не се вземе предвид разликата в хода на времето на Земята и на далечни галактики в земната референтна система). Оттук идва идеята както за експлозия, така и за доплеров изместване, както и широко разпространено объркване със скоростите на движение. Авторите, от друга страна, пишат и пишат правилно, как изглежда всичко в неинерционна (движеща се) координатна система, в която обикновено работят космолозите, въпреки че статията не казва директно това (по принцип всички разстояния и скорости зависят относно избора на референтна рамка и тук винаги има някакъв произвол). Единственото нещо, което не е ясно написано е, че не е дефинирано какво се разбира под разстояние в разширяващата се Вселена. Първо, авторите казват, че това е скоростта на светлината, умножена по времето на разпространение, а след това се казва, че е необходимо да се вземе предвид и разширяването, което е отстранило галактиката още повече, докато светлината е била на път. Така разстоянието вече се разбира като скоростта на светлината, умножена по времето на разпространение, което би отнело, ако галактиката спре да се отдалечава и излъчва светлина сега. В действителност всичко е по-сложно. Разстоянието е зависима от модела величина и не може да бъде получена директно от наблюдения, така че космолозите се справят добре без него, като го заменят с червено изместване. Но може би по-строг подход е неподходящ тук.