Спросите Итана №99: откуда нам известен возраст Вселенной?

https://medium.com/starts-with-a-bang/ask-ethan-99-how-do-we-know-the-age-of-the-universe-64c07c83a80f#.11wsbbeaz
  • Перевод
Юность – подарок природы, а старость – произведение искусства.
— Станислав Ежи Лец

Каждую неделю в нашем блоге освещаются чудеса Вселенной. У вас есть возможность отправлять вопросы и предложения в еженедельную колонку «Спросите Итана», и периодически я выбираю один из вопросов, чтобы ответить на него. Сегодняшний вопрос не только получит ответ от Итана – он и задан будет Итаном, только по фамилии Барбур, который спрашивает:

У меня вопрос по астрономии, по сути такой: сколько существует независимых способов измерения возраста вселенной?

Я бы с удовольствием сообщил вам, что таких способов великое множество, и все они указывают на возраст в 13,8 миллиарда лет, точно так же, как существует множество доказательств существования тёмной материи. Но на самом теле их только два, причём один сильно лучше другого.



«Хороший» способ предлагает подумать о том, что в наше время Вселенная расширяется и охлаждается, и понять, что из этого следует, что в прошлом она была горячее и плотнее. Если мы отправимся в прошлое, во всё более ранние времена, то мы обнаружим, что при меньшем объёме Вселенной частицы материи в ней были не только ближе друг к другу, но и длины волн фотонов были короче, поскольку расширение Вселенной растягивало их до такого состояния, в каком мы их видим сегодня.



Поскольку длина волны фотона определяет его энергию и температуру, фотон с меньшей длиной волны более энергичный и горячий. Перемещаясь назад во времени, мы видим повышение температуры, и в какой-то момент достигаем ранних фаз Большого взрыва.

Это важно: существует «самая ранняя» стадия Большого взрыва!



Если мы будем экстраполировать назад бесконечно, мы дойдём до сингулярности, где физика перестаёт работать. Наше современное понимание ранних фаз Вселенной даёт нам понять, что Большому взрыву предшествовала фаза инфляции, и длительность этого состояния не определена.

Говоря о возрасте Вселенной, мы говорим о времени, прошедшем с тех пор, как Вселенную впервые стало возможно описывать через горячий Большой взрыв, и до сегодняшнего дня.



По законам Общей теории относительности, в нашей Вселенной, в которой:
• плотность на крупнейших масштабах равномерна,
• везде действуют одинаковые законы и общие свойства,
• вне зависимости от выбранного направления везде всё одинаково,
• Большой взрыв случился везде одновременно,

существует уникальная связь между её возрастом и расширением всё время её существования.



Иначе говоря, сумев измерить, как расширяется Вселенная сейчас, и как она расширялась в течение своей жизни, мы узнаем, из чего она состоит. Мы можем узнать это через множество наблюдений, включающих:



• Прямые измерения яркости и расстояния до объектов Вселенной, таких, как звёзды, галактики, сверхновые, что позволяет нам построить лестницу космических расстояний.



• Измерение крупномасштабных структур, скоплений галактик, и барионных акустических осцилляций.



• Измерение флюктуаций реликтового излучения, «фотографию» Вселенной, сделанную в возрасте 380 000 лет.

Если сложить всё это вместе, то мы получим Вселенную, состоящую сегодня на 68% из тёмной энергии, на 27% из тёмной материи, на 4,9% из нормальной материи, на 0,1% из нейтрино, на 0,01% из излучения, и, в общем-то, всё.

Рассмотрев сегодняшнее расширение Вселенной, мы сможем провести экстраполяцию назад во времени, узнать историю её расширения, а, следовательно, и возраст.



Полученное число – точнее всего с телескопа Планк, но дополненное и другими источниками, например, измерением сверхновых, ключевого проекта телескопа им. Хаббла по измерению межгалактических расстояний и Слоановским цифровым небесным обзором – мы получим, что возраст Вселенной сегодня 13,81 миллиарда лет с погрешностью всего в 120 миллионов лет. Это значит, что мы уверены в возрасте на 99,1%, что весьма удивительно!

Да, у нас есть разные наборы данных, приводящие к этому заключению, но на самом деле, метод один и тот же. Нам просто повезло, что существует согласованная картинка, на которую они все указывают, но на самом деле, ни одного из этих ограничений самого по себе недостаточно, чтобы сказать «вот такая вот у нас Вселенная». Все они предлагают набор вариантов, и лишь их пересечение говорит нам о том, где мы живём.



Если бы у Вселенной были те же свойства, что и сегодня, но она на 100% состояла бы из нормальной материи, безо всякой тёмной материи и тёмной энергии, то её возраст должен был бы составлять всего 10 миллиардов лет. Если бы во Вселенной было 5% нормальной материи (безо всякой тёмной материи и тёмной энергии), а постоянная Хаббла равнялась бы 50 (км/с)/Мпк, а не 70 (км/с)/Мпк, то Вселенной было бы 16 миллиардов лет. Но комбинация всех точно свойств говорит нам о возрасте в 13,81 миллиарда лет, с малой погрешностью. И это удивительное достижение науки.

Но это один метод. Он главный, лучший, наиболее полный, и на него указывают горы доказательств. Есть и ещё один, и для проверки результатов он очень полезен.



Это то, что мы знаем особенности жизни звёзд, сжигания их топлива и их смерти. Точнее, мы знаем, что у всех звёзд, когда они живы и сжигают основное топливо (проводя синтез гелия из водорода), есть конкретная яркость и цвет, и они удерживают эту яркость и цвет определённое время: пока в их ядрах не начнёт заканчиваться топливо.

В этот момент самые яркие, голубые и массивные звёзды начинают «выключаться» из главной последовательности (изогнутая линия на диаграмме цвет-размер внизу), и превращаться в гигантов и сверхгигантов.





Если 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 шаровидные скопления, в которых меньше всего тяжёлых элементов, и выключения которых случаются с наименее массивными звёздами, мы обнаружим, что их возраст последовательно оказывается равным примерно 13,2 миллиарда лет, и не более того. (Но тут существует серьёзная погрешность в миллиард лет).



Звёзды возрастом в 12 миллиардов лет и менее встречаются очень часто, но звёзд возрастом в 14 миллиардов лет или более никто не видел, хотя в 1990-х частенько упоминали возраста в 14-16 миллиардов лет (улучшенное понимание звёзд и их эволюции уменьшило эти оценки).

Так что, у нас есть два метода – один из космической истории и один из измерения ближних звёзд – показывающих, что возраст нашей Вселенной находится между 13 и 14 миллиардами лет. Никто бы не удивился, если бы нам было 13,6 или 14,0 миллиардов лет, но нам с очень большой точностью не 13,0 или 15,0 миллиардов лет. Можно с уверенностью называть возраст в 13,8 миллиарда лет – и теперь вы знаете, почему!
Поделиться публикацией
Никаких подозрительных скриптов, только релевантные баннеры. Не релевантные? Пиши на: adv@tmtm.ru с темой «Полундра»

Зачем оно вам?
Реклама
Комментарии 16
  • –7
    Почему Вселенную рассматривают ка продукт одного-единственного Большого Взрыва, случившегося в один-единственный момент времени в одном-единственном эпицентре? Наверно потому, что космологи ненавидят самодостаточную постоянно эволюционирующую абсолютно вечную вселенную?
    А если рассмотреть и тщательно посчитать математически модель вселенной, которая постоянно самотворится в бесконечном множестве эпицентров бесконечного множества микроскопических больших взрывов?
    Ведь нам известная Линейная Постоянная Хаббла (2,197*10^-18 в секунду), отражающая относительную величину прироста расстояния между далёкими галактиками.
    Из Линейной Постоянной Хаббла легко вывести значение Объёмной Постоянной Хаббла (чуть-чуть больше, чем 6,591*10^-18 в секунду).
    Теперь надо признать вакуум космоса не абсолютным ничто, а материей, состоящей из потоков квантов электростатического поля и потоков квантов магнитного поля, испускаемых всем множеством нейтронов, протонов, электронов, как находящихся вне состава атомов, так и в составе ядер атомов и электронных облаков атомов не входящих в состав молекул, кристаллов, жидкостей, твёрдых тел, газов, так и в составе этих материальных объектов. Ясно, что движущиеся во все стороны и со всех сторон относительно каждой точки пространства, потоки квантов этих физических полей взаимно компенсируют электростатические и магнитные свойства друг друга. Ясно также, что случаются очень редкие ситуации, когда потоки квантов этих физических полей где-то формируют такую топологическую конфигурацию, которая соответствует их конфигурации в материи нейтрона.
    Ясно также, что процесс бытия каждого объекта и всех объектов порождает информацию их бытия, добавляющуюся к уже существующей информации, носимой потоками квантов физических полей.
    Теперь надо переосмыслить закон сохранения массы и энергии. На самом деле масса и энергия неуничтожимы. Именно поэтому и сохраняются. Но вследствие неуничтожимости материи флуктуации бытия квантовых объектов материи могут порождать новые квантовые объекты материи. А именно, нейтроны. протоны, электроны отражают, преломляют и переизлучают налетающие на них потоки квантов физических полей и порождают маленькую долю к имеющимся потоки новых квантов электростатического поля и магнитного поля, являются фокусами истока и притока этих потоков квантов физических полей. и т.д.
    Такая модель мульти микробольшевзывистской самодостаточной вечной вселенной гораздо логичнее, естественнее, чем мономакробольшевзривисткая вселенная. Постоянно совершающееся чудо микроскопических Больших Взрывов на фоне существующего объёма материального пространства и объектов массы вещества менее сказочна, чем сверхъестественное сказочное чудо творения из ничего сразу всей массы вещества и некоторого первичного объёма нематериального пространства.
    А «темная» материя и «темная» энергия легко объясняются материей реального физического вакуума.
    Модель самодостаточной вечной вселенной описывается и объясняется Теорией Относительности Реальности, уже разработанной и развиваемой одним российским исследователем.
    • 0
      «Почему Вселенную рассматривают ка продукт одного-единственного Большого Взрыва»

      В самом начале статьи: По законам Общей теории относительности, в нашей Вселенной, в которой:
      • плотность на крупнейших масштабах равномерна,
      • везде действуют одинаковые законы и общие свойства,
      • вне зависимости от выбранного направления везде всё одинаково,
      • Большой взрыв случился везде одновременно,

      Ничто не противоречит тому, что вселенная может быть больше и взрывов может быть больше, но про них мы можем только гадать, потому что вся область видимой вселенной, соответствуют общей теории относительности.

      А значит нет особого смысла строить теории, для которых невозможно даже предположить эксперимент или измерение, чтобы можно было опровергнуть или подтвердить правоту такой теории.
      • –1
        Не соглашусь с последним утверждением. Есть смысл строить такие теории. Они предсказывают будущее, и подтвердить их может лишь предсказанное ими будущее, ставшее реальностью. К будущему мы готовимся в настоящем времени, пытаемся заранее на него реагировать. От точности предвидения зависит выживание человека, общества, цивилизации.
        Физические теории тоже предсказывают свою часть будущего, у них для этого есть свои средства: аксиомы, матаппарат, эксперименты. Но у них есть фундаментальные ограничения: скорость света в ОТО и неопределённость Гейзенберга в КТП. Поэтому, например, ОТО не может заглянуть дальше видимой части Вселенной и предложить проверяемый вариант мультиверса.
        Но есть общий закон эволюции материи, в котором такие ограничения не действуют. При этом он выводится вполне понятным логическим путём из достоверных научных данных о мире. О нём — в моей последней, третьей публикации. Он предлагает свой вариант множественности вселенных, с косвенным подтверждением его верности. Рекомендую ознакомиться.
        • +1
          Чтобы построить теорию, нужно хотя бы какую-то логику приложить, иначе нет смысла.
          Пусть хотя бы мысленный эксперимент.
        • 0
          вся область видимой вселенной, соответствуют общей теории относительности

          Сразу скажу что не физик и вообще ничего в ней не понимаю, далее мнение.
          Теория относительности — математический костыль, который хоть как-то объясняет многие явления. Из-за этого необходимо создание новых костылей после каждого чиха экспериментаторов. В скором времени будет достигнута критическая масса костылей и на смену придет другая теория (эфиродинамическая, например).
          Считаю так потому, что давно уже не рассматривают физическое устройство явлений. Вместо этого предлагают сухие математические модели. Возьмем, скажем, «элементарное» явление инерции. Оно есть и все. А как устроено? Как устроены частицы, поля? И так далее.

          Общая теория относительности является обобщением одной модели одного явления, связанного со скоростью света, на все случаи жизни. Как можно в здравом рассудке, на полном серьезе ее принять, и рассуждать о возрасте вселенной на ее основе?
        • +1
          Литература
          1. Макеев А.К. Важнейшие открытия Александра Макеева
          • +2
            Большого Взрыва, случившегося

            Он до сих пор идёт.
            в одном-единственном эпицентре

            Мы внутри него.

            Дальше читать лень.
            • +1
              Уважаемый valenok, вы так уверенно и убежденно срываете покровы с современных представлений о мироздании, что хочется почитать об этой вашей концепции побольше. Не скупитесь, дайте ссылки на того русского физика, на статьи и материалы, которые послужили вам пищей для формирования ваших… выводов и убеждений. Я бы сходил за этими сведениями в гугл, но боюсь нарваться на вторичные некомпетентные и откровенно ворованные у ваших источников мнения и суждения. Хочется поизучать материалы поближе к, так сказать, оригиналам, причаститься к истине и, возможно, тоже прильнуть к вашему, судя по всему, немногочисленному, но дерзкому и решительному конгломерату действительно Знающих ученых специалистов.
              Думаю многие здесь с удовольствием окунутся в пучину знаний и открытий.
              • –1
                Уважаемый trapwalker, новаторов в науке немного. Кто-то из них описывает реальность ближе к тому, чем является реальность, а кто-то даже дальше, чем ортодоксальные учёные.
                Я знаю доктора физико-математических наук Филиппа Михайловича Канарёва, который проповедует свою модель строения электрона, протона, ядра атома, электронных «оболочек» атома. Он полагает, что электроны не обращаются вокруг ядра атома, а статичны относительно ядра атома. Я не проверял его модель вычислениями, не вербальной и вербальной логикой. И сомневаюсь в верности его модели для основных агрегатных состояний вещества.
                Из всех исследователей наиболее хорошо мне известен я сам.
                Даю ссылки на две мои научные публикации:
                1. Макеев А.К. Всеобщая теория относительности // Труды Конгресса-2016. Фундаментальные проблемы естествознания и техники. Серия: Проблемы исследования Вселенной. – Санкт-Петербург, 2016, Т. 37, № 4. С. 177-268. ISSN 2304-0300. http://scicom.ru/files/journal/v37/V37_N4.pdf
                2. А.К. Макеев. Самовоспроизводство материи // Materials of the international scientific-practical conference: «Prospects for the Development of Modern Science» – Jerusalem, Israel: Regional Academy of Management, 2016. – 535 p. P. 213-220. UDC 001.18 BBC 72 P 93 ISBN 978-601-267-398-2 http://www.regionacadem.org/index.php?option=com_content&view=article&id=423%3A2016-05-07-07-24-55&catid=6%3A2011-09-05-18-10-49&Itemid=13&lang=ru
                3. http://phys.wiki-wiki.ru/forum/index.php?showtopic=20179

                Для Вас, может быть эти источники информации не являются авторитетными. Но у меня маленький выбор. Публикуюсь там, где не отфутболивают без объяснения причин.
                Я считаю, что любой носитель информации, защищающий авторство публикуемых материалов, является достаточно авторитетным. А все, кто имеет логические аргументы, опровергающие конкретные научные положения в моих опубликованных работах, могут свободно приводить свои аргументы везде, где захотят.
                • +1
                  Похоже я недостаточно компетентен, чтобы вести с вами диалог по вашей теме, однако, когда я вижу словосочетания «ортодоксальные учёные» и «проповедует» в соседних предложениях, меня почему-то это настораживает. В свете широко известных случаев, когда в рецензированные научные журналы попадает заведомо откровенная галиматья на произвольные темы (тут уже упоминали про «корчеватель») я считаю нужно довольно скептически относиться к таким вот уникальным случаям мировоззренческого прозрения.
                  Не имея достаточных средств и будучи отфутболиваем различными бюрократами, она у меня пока не полностью автоматизирована. Вопросы задаются устным образом, и я их печатаю и ввожу таким образом к ей внутрь, довожу, так сказать, до ейного сведения. Отвечание ейное, опять через неполную автоматизацию, печатаю снова я.

                  Высочайшее достижение нейтронной мегалоплазмы! — провозгласил он. — ротор поля наподобие дивергенции градуирует себя вдоль спина и там, внутре, обращает материю вопроса в спиритуальные электрические вихри, из коих и возникает синекдоха отвечания
              • 0
                > мономакробольшевзривисткая
                предлагаю добавить еще прото-, мега- пан- и нео-, будет звучать еще более «научно»
                • 0
                  А если рассмотреть и тщательно посчитать математически модель вселенной, которая постоянно самотворится в бесконечном множестве эпицентров бесконечного множества микроскопических больших взрывов?
                  Так действуйте.

                  Такая модель мульти микробольшевзывистской самодостаточной вечной вселенной гораздо логичнее, естественнее, чем мономакробольшевзривисткая вселенная. Постоянно совершающееся чудо микроскопических Больших Взрывов на фоне существующего объёма материального пространства и объектов массы вещества менее сказочна, чем сверхъестественное сказочное чудо творения из ничего сразу всей массы вещества и некоторого первичного объёма нематериального пространства.
                  Природе абсолютно наплевать на ваши представления о «логичности» и «сказочности». И учёные исходят в своих построениях из наблюдений и результатов экспериментов, а не априорных суждений. И вот эти самые наблюдения, например, ничего не говорят про «творение из ничего», и учёные, соответственно, такого тоже не говорят. Средневековье давно кончилось, схоласты нынче никому не нужны.
                • 0
                  Как же так случилось так, что это не первый вопрос?!
                  • 0
                    стиль изложения и аргументация больше свойственны проповеднику какой-нибудь Секты Свидетелей Большого Взрыва, а не ученому, первая обязанность которого, сомневаться). А сомнения по поводу взрыва, темности и вообще однородности, лежат во Вселенной на каждом углу. К примеру, что бросается сразу в глаза, вооруженному взгляду на небо, это скопления, которые бывают или дисковые или шарообразные. И других не бывает...! По составу звезд они радикально непохожи. А именно в этом и отгадка возникновения и строения Вселенной, но «вооруженные силы» Свидетелей никак не объясняют и игнорируют сей факт.
                    • 0
                      Возраст вселенной, время. очень интересный и относительный критерий. Если бы мы находились возле черной дыры, либо наша СС или планета двигались с околосветной скоростью, то каков был бы возраст вселенной?
                      • 0
                        >«Хороший» способ предлагает подумать о том, что в наше время Вселенная расширяется и охлаждается, и понять, что из этого следует, что в прошлом она была горячее и плотнее.

                        Но из этого так же следует возможность, что еще раньше (до того, где она была горячее и плотнее) вселенная могла быть холоднее и менее плотной.

                        >Если мы будем экстраполировать назад бесконечно, мы дойдём до сингулярности, где физика перестаёт работать.

                        По определению физики она не может просто взять и «перестать работать». Перестает работать теория, которую используют для описания мира, то есть теория ложна (не верна частично или полностью, или не полна и так далее).

                        Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                        Самое читаемое