Расширяющаяся вселенная: РАСШИРЯЮЩАЯСЯ ВСЕЛЕННАЯ | это… Что такое РАСШИРЯЮЩАЯСЯ ВСЕЛЕННАЯ?

Расширяющаяся вселенная — презентация на Slide-Share.ru 🎓

1

Первый слайд презентации: Расширяющаяся вселенная

Королёва анастасия 11»в»

Изображение слайда

2

Слайд 2: Введение:

Наша вселенная расширяется. С ускорением. Каждую секунду пространство между космическими галактиками растет все быстрее и быстрее. Какова будет конечная судьба Вселенной — вечное расширение или великий крах? Ключом к этому является понимание «темной энергии» — самой большой загадки современной астрофизики, которая также является причиной ускорения, которое началось внезапно 4-5 миллиардов лет назад. Только в конце двадцатого века ученые обнаружили, что вселенная расширяется с ускорением. Его начало — около 5 миллиардов лет назад, относительно скоро до возраста вселенной, которой почти 14 миллиардов лет.

Это оказался огромным сюрпризом для всех ученых, потому что, согласно тогдашним теориям, вселенная должна замедляться, а не ускорять свое расширение.

Изображение слайда

3

Слайд 3

Когда в 1929 году американский астроном Эдвин Хаббл открыл так называемую красное смещение галактик, становится ясно, что кажется, что все другие галактики в космосе «убегают» от нас. Когда автомобиль движется к нам, его звук меняется, а когда галактика движется, ее «цвет» меняется, и мы можем определить, приближается ли он к Земле или удаляется от нее. Хаббл наблюдает за смещением видимого света галактик в красный спектр, что означает, что объект удаляется, и мы можем измерить его скорость. Это так называемый закон Хаббла, и скорость расширения сегодня известна как постоянная Хаббла (около 72 км в секунду на мегапарсек, равная 1 парсек = 31 триллион километров или 206 265 раз расстояния между Землей и Солнцем, и 1 мегапарсек = 1 миллион парсек ).

Поэтому единственно возможное объяснение состоит в том, что пространство вселенной расширяется и не может быть статичным. И хотя эксперименты Хаббла являются эмпирическим доказательством, математическое изложение этого факта было сделано еще раньше бельгийским математиком Жоржем Ломмером в 1927 году. Перед лицом этого доказательства Эйнштейн отказался от космологической постоянной и даже назвал ее «самой большой ошибкой в его карьере «.

Изображение слайда

4

Слайд 4: Теория большого взрыва и эволюция вселенной:

Как только станет ясно, что галактики убегают друг от друга, логично предположить, что в начале все они были сгруппированы в одном месте. Более того, мы можем предположить, что в самом начале вселенная была сжата в одну взорвавшуюся точку. Так рождается теория большого взрыва. Сегодня это одна из широко признанных и проверенных теорий развития вселенной.

Причина в ее огромной объяснительной силе. Действительно, если все когда-либо было собрано в одной точке, то это состояние должно быть с огромной температурой и невероятной плотностью. В 1964 году два радиоастронома — Арно Пензиас и Роберт Уилсон — экспериментально обнаружили эффект реликтового фона — устойчивый микроволновый «шум» с температурой около 2,7 Кельвина, равномерный в любой точке неба без связи со звездой или другим объектом. Это голос космоса, остаток взрыва, породившего нашу вселенную. Это окончательное доказательство справедливости теории Большого взрыва, за которую два радиоастронома получили Нобелевскую премию в 1978 году.

Изображение слайда

5

Слайд 5: Космическое микроволновое фоновое излучение:

Помимо неоспоримого доказательства Большого взрыва, реликтовое излучение дало нам еще кое-что. Зонд WMAP (микроволновый зонд анизотропии Уилкинсона), запущенный в 2001 году, отображает космическое фоновое излучение в наблюдаемой Вселенной. Различный цвет рисунка соответствует небольшой разнице в температуре излучения. В результате излучение является однородным с точностью до пяти знаков после запятой. Однако там, после пятого знака, что-то интересное и удивительное — темная материя. Он взаимодействует только гравитационно, и мы не можем установить или доказать это каким-либо другим способом. По оценкам, его содержание составляет около 25 процентов от общей плотности вселенной, в то время как обычная, наша материя, составляет всего 4-5 процентов. Хотя темную материю нельзя наблюдать непосредственно, ее присутствие было предложено Фрицем Цвицким в 1934 году для объяснения так называемой » «Проблема с недостающей массой».

Изображение слайда

6

Слайд 6

Оказывается, что галактики не могут быть стабильными и вращаться, как они это делают, если не существует огромного количества скрытой массы, удерживающей звезды в соединенной галактике. Результаты исследования космического фонового излучения однозначно подтверждают наличие большого количества темной материи. Результаты WMAP также можно использовать для проверки геометрии юниверса — закрытой, открытой или плоской. Сегодня мы знаем, что Вселенная плоская с точностью до 0,5 процента. Это хорошо, но это также означает, что в зависимости от плотности вещества и энергии во вселенной у нас может быть другой конец эволюции пространства. Если общая плотность (так называемый космологический параметр Омеги) превышает критическую массу, Вселенная может сжаться в так называемую Большой крах, прямо противоположный большому взрыву. Или, наоборот, мы можем расширяться до бесконечности, пока сама вселенная не станет довольно холодной, пустынной и относительно скучной. Это теория Большого охлаждения.

Изображение слайда

7

Слайд 7: Темная энергия и судьба вселенной :

На самом деле, как мы можем знать, что произошло с пространством Вселенной, и что будет с ним в будущем? Поскольку скорость света ограничена, чем дальше находится объект, тем дольше свет должен будет добраться до нас. Например, путь света от нашего Солнца до Земли составляет чуть более 8 минут. Наблюдая с помощью наших телескопов далеких звезд, мы на самом деле видим прошлое, когда ловим свет, который давно покинул их и только сейчас достигает нас. Тогда, если мы знаем, что наблюдаем два одинаковых объекта, но на разном расстоянии, мы можем вывести изменение пространства между ними во времени. Объекты, которые относительно «идентичны» в космосе, известны как стандартные свечи. Это могут быть переменные звезды особого типа, так называемые Цефеиды. Они пульсируют одинаково, т.е. излучать один и тот же световой поток через равные промежутки времени. Другими такими объектами, которые являются еще более точными показателями расстояний, являются вспышки сверхновых типа IA. Они представляют собой термоядерное разрушение звезды (фактически пары звезд). Из-за особенностей процесса всегда выделяется одна и та же энергия. Вот почему сверхновые IA — наши самые известные стандартные свечи.

Изображение слайда

8

Слайд 8

В частности, в 1997 году исследования сверхновых показали, что Вселенная расширяется с ускорением. Поскольку энергия вспышки всегда одна и та же, разница, которую мы наблюдаем (более тусклые или более яркие вспышки), обусловлена ​​исключительно разницей в динамике пространства. Таким образом, мы можем получить карту эволюции пространства во времени. Оказывается, что в первые 8-9 миллиардов лет после взрыва Вселенная замедляется, как и следовало ожидать, а затем внезапно начинает расширяться с ускорением! Это огромный парадокс, и причина ускоренного расширения пока неизвестна. Чтобы объяснить это, ученые вновь вводят космологическую постоянную Эйнштейна в уравнения, но с противоположным знаком — то есть он действует как антигравитация и целесообразно расширяет пространство.

Изображение слайда

9

Последний слайд презентации: Расширяющаяся вселенная

Сегодня мы знаем, что темная энергия занимает около 70 процентов от общей плотности энергии Вселенной.

Мы понятия не имеем, почему он начинает свое действие или какова его природа. Вполне возможно, что его сила будет уменьшаться или увеличиваться со временем. В зависимости от этого, есть два сценария конца нашей вселенной. Если космологическая постоянная продолжает работать и расти, мы будем расширяться вечно. Если, наоборот, его сила уменьшается и гравитация побеждает, тогда концом нашего космоса может стать Великое Падение. Тогда, почему бы и нет, возможно, новая вселенная родится в новом космическом Большом Взрыве. Но пока это просто загадки, ответы на которые скоро будут раскрыты.

Изображение слайда

Расширяющаяся Вселенная. Билейские основы современной науки

Расширяющаяся Вселенная

Одно из самых удивительных положений астрономии — это концепция расширяющейся Вселенной. Большинство астрономов считают, что далекие галактики отдаляются от нас или, лучше сказать, все галактики космоса отдаляются друг от друга. Согласно их точке зрения.

Вселенная, будучи единым целым, быстро расширяется, причем скорость удаления галактик возрастает пропорционально степени удаленности от нас.

Об этом замечательном явлении свидетельствует знаменитый эффект Доплера, «красное смещение» светового спектра отдаленных галактик. Источник света, движущийся навстречу нам, будет испускать более короткие световые волны, чем источник света, удаляющийся от нас. В первом случае свет будет более голубым, во втором — более красным по сравнению с неподвижным источником. Практически это проявляется в смещении спектральных линий элементов в сторону голубой части спектра в первом случае и в сторону красной части во втором.

Иногда расширение Вселенной объясняют даже тем, что расширяется само пространство, как бы туманно это ни звучало. Удивительно, но некоторые стихи Писания не противоречат этому предположению. Например:

Ты одеваешься светом, как ризою, простираешь небеса, как шатер (Пс. 103:2).

Он распростер небеса, как тонкую ткань, н раскинул их, как шатер для жилья (Ис. 40:22).

Я — Мои руки распростерли небеса, и всему воинству их дал закон Я (Ис. 45:12).

… Господь, распростерший небо, основавший землю и образовавший дух человека внутри его… (Зах. 12:1).

Смотрите также Иов 26:7; Исаия 42:5; 44:24; 51:13; Иеремия 10:12; 51:15 и др.

Конечно, такие стихи не обязательно подразумевают расширение Вселенной, но эта концепция, если она — реальное физическое явление, может быть связана с ними. То же касается «тверди» в Бытии 1:6-8, которую Бог назвал «небом». В древнееврейском здесь стоит слово raqia, означающее «протяжение», или, скорее, «распростертая тонкая поверхность», или просто «пространство». Под «протяжением» вполне может подразумеваться расширение пространства.

С другой стороны, все подобные стихи и слова могут предполагать статическое, но безграничное пространство, которое Бог «распростер» во время творения. Идея расширения Вселенной вызывает ряд вопросов, и некоторые астрономы их прямо ставят. Трудно вообразить, как бесконечная, безграничная Вселенная может увеличиваться.

Более же значительным является тот факт, что скорости удаления некоторых квазаров (звезд с исключительно мощным излучением) настолько велики, что позволяют усомниться в самом истолковании Доплерова смещения. Помимо квазаров, много других явлений не вписываются в теорию красного смещения. Есть, например, галактики, расположенные, друг от друга так близко, что их фактически соединяют светящиеся нити газа. Несмотря на это, их красные смещения существенно отличаются. Есть также двойные звезды с различающимся красным смещением.

Эти и другие проблемы делают по крайней мере сомнительной концепцию расширяющейся Вселенной. По предположениям некоторых ученых, красное смещение вызвано тем, что свет теряет часть своей энергии, пересекая огромные пространства. В любом случае, концепцию расширения Вселенной (а значит, и связанную с ней теорию большого взрыва) следует считать по меньшей мере надуманной.

Даже если Вселенная действительно расширяется, все равно правдоподобнее, что Бог в одном из Своих деяний сотворил ее расширяющейся, как можно понять и приведенные выше стихи. Нет никаких оснований полагать, что Вселенная возникла во взрыве первобытного космического яйца, как любят говорить современные космологи. Здесь снова полезно вспомнить, что с тех пор, как человек начал наблюдать за звездами, они всегда выглядели точно так же, как сейчас, и так же, как они описаны в библейском повествовании об изначальном частном сотворении.

Расширяющаяся Вселенная

Расширяющаяся Вселенная Одно из самых удивительных положений астрономии — это концепция расширяющейся Вселенной. Большинство астрономов считают, что далекие галактики отдаляются от нас или, лучше сказать, все галактики космоса отдаляются друг от друга. Согласно их

Вселенная

Вселенная 32. Мой дзадзэн включает в себя Трумана и Мао Цзедуна Дзадзэн означает жить вечную жизнь этим телом, какое оно есть. Это означает жить жизнь абсолютным образом. Высшая цель, которую может поставить себе человек в этой жизни — это использовать это тело для всей

Вселенная расширяется

Вселенная расширяется Каковы в основных чертах современные представления о Вселенной?Центральная звезда нашей планетной системы — Солнце входит в состав гигантского звездного острова — галактики. Наша Галактика имеет спиральное строение и состоит из 150 миллиардов

Удивительная Вселенная

Удивительная Вселенная Таким образом, когда наука перешла от изучения обычных, окружающих нас макроскопических явлений к исследованию микропроцессов, то она столкнулась с миром необычных, странных явлений.Поэтому можно было ожидать, что когда будет сделан скачок в

Вселенная — лаборатория

Вселенная — лаборатория Согласно подсчетам специалистов, в нашу эпоху объем научной информации о явлениях природы удваивается каждые 10–12 лет. И это, судя по всему, не простая регистрация интересного факта, а отражение объективного закона развития общества на его

Вселенная расширяется

Вселенная расширяется Каковы в основных чертах современные представления о Вселенной?Центральная звезда нашей планетной системы — Солнце входит в состав гигантского звездного острова — галактики. Наша Галактика имеет спиральное строение и состоит из 150 миллиардов

Удивительная Вселенная

Удивительная Вселенная Таким образом, когда наука перешла от изучения обычных, окружающих нас макроскопических явлений к исследованию микропроцессов, то она столкнулась с миром необычных, странных явлений.Поэтому можно было ожидать, что когда будет сделан скачок в

Славянская вселенная

Славянская вселенная Судя по всему, «славянская вселенная» была устроена трехчастно: в срединном мире обитают люди, в нижнем мире горит неугасимый огонь, а небеса простираются над землей несколькими сводами, и на каждом ярусе небес находятся разные светила и воплощения

Вселенная в атоме

Вселенная в атоме Шрила Прабхупада: Материя — это сочетание пяти грубых элементов — земли, воды, огня, воздуха и эфира — и трех тонких: ума, интеллекта и ложного эго. Карандхара: Согласно ведической науке, материальная энергия начинается с ложного эго, которое затем

Механическая вселенная

Механическая вселенная Шрила Прабхупада: Ученые не знают, что существует два вида энергии — низшая и высшая, — хотя фактически имеют с ними дело каждый день. Материальная энергия никогда не может действовать независимо. Сначала она должна вступить в контакт с духовной

Вселенная — это большой дом

Вселенная — это большой дом Для души Вселенная — это огромный дом с бесчисленным множеством квартир. Одна квартира — это крохотная форма жизни, у которой есть выходы или окна во внешний мир природы. В человеческом теле таких выходов девять: два глаза, две ноздри, два уха,

3. Потерянная вселенная

3.  Потерянная вселенная Ни один сын римского императора не будет садиться на престол отца, пока секта халкидонцев правит миром. Севир

Вселенная и вечность

Вселенная и вечность Ловлю себя на том, что намеренно затягиваю разговор о развязке этой драмы, некогда происшедшей в Иерусалиме. (Некогда! Тридцать веков назад!) Не интригую читателя — упаси Бог! — и без меня ему прекрасно известен трагический конец: как бы заданный,

Обманчивая Вселенная

Обманчивая Вселенная Метафизическая индукция небескорыстно проповедует «веру, вернее надежду на то, что мир в основе своей не обманчив»[67]. Вспомните, что видимая с Земли сторона Луны не обманула наших ожиданий относительно обратной стороны, которая открылась нам в

Расширяющаяся Вселенная. Мультимир. — zhitanska.

com

03.01.202022.12.2021 Valentina Zhitanskaya 3370 Views 0 Комментариев Александр Виленкин, Андрей Линде, Большой взрыв, Вселенная, Галактика, Мичио Каку, Стивен Хокинг, Эдвин Хаббл

Открытие расширяющейся Вселенной было одним из переворотов XX века. Вселенная непрерывно расширяется и расстояния между галактиками постоянно увеличиваются. Чем дальше находится Галактика, тем быстрее она удаляется.

Вселенная начала расширяться 13,75 млрд. лет назад после Большого взрыва. В момент рождения она расширялась быстрее скорости света, сейчас расширение Вселенной продолжает стремительно ускоряться.

За открытие ускоренного расширения Вселенной трое учёных разделили Нобелевскую премию по физике 2011 года. Открытие было сделано благодаря изучению сверхновых звёзд типа Ia (термоядерная сверхновая) — взорвавшиеся старые компактные звёзды размером с Землю, но тяжелее Солнца.

Блеск таких звёзд при вспышке сравним по яркости со всей галактикой, в которой она вспыхнула. Учёным удалось обнаружить более 50 далёких сверхновых звёзд, чей свет оказался слабее, чем ожидалось, что стало доказательством ускоренного расширения Вселенной.

Как полагают учёные, причиной ускорения Вселенной, возможно, является тёмная энергия, которая составляет по расчетам три четверти Вселенной и остается самой большой загадкой современной физики.

Современная картина Вселенной возникла только в 1924 году, когда американский астроном Эдвин Хаббл показал, что наша Галактика не единственная и существует много других галактик, разделённых огромными областями пустого пространства.

Стивен Хокинг был убеждён, что наша Вселенная не является единственной. Согласно современной физической М-теории (мембранная теория), существует огромное множество вселенных, созданных буквально из ничего, и их создание не требовало вмешательства какого-либо сверхъестественного существа или Бога («Великий замысел»).

«Эти множественные вселенные возникли естественным образом, как следствие физических законов. Каждая Вселенная имеет множество предысторий и множество возможных будущих состояний. Большинство из этих состояний будут значительно отличаться от условий той Вселенной, которую мы можем наблюдать, а также будут слабо подходить для существования любой формы жизни. Только малая часть из них позволит созданиям, подобным нам, существовать. Таким образом, наше присутствие выбирает из этого огромного массива только те вселенные, которые совместимы с условиями нашего существования».

Вселенная динамична, а не статична, как предполагали Ньютон и Эйнштейн, галактики удаляются от Земли с огромной скоростью. Если представить Вселенную воздушным шариком, на поверхности которого нарисованы галактики, то по мере увеличения шарика в объеме, «галактики», расположенные недалеко друг от друга, «разлетаются» в стороны медленно, а галактики, находящиеся далеко друг от друга — значительно быстрее.

Мичио Каку в книге «Параллельные миры» пишет, что «расширение Вселенной является длительным и вечным, большие взрывы случаются постоянно, одни вселенные «отпочковываются» от других вселенных. Согласно этому сценарию, вселенные могут «распускаться бутонами» других вселенных, создавая тем самым «Мультивселенную» — гипотетическое множество всех возможных реально существующих параллельных вселенных, включая ту, в которой находимся мы».

Поскольку эволюция Вселенной происходит не однородно, а скорость, с которой сверхновые звёзды движутся от нас, увеличивается, учёные выдвинули гипотезу существования гипотетических параллельных миров и параллельных Вселенных.

Хью Эверетт выдвинул теорию «расщепления» миров, суть которой заключалась в том, что каждый миг каждая вселенная расщепляется на множество себе подобных, и в этом огромном множестве есть множество миров, в которых существуем мы.

Андрей Линде — создатель теории раздувающейся (инфляционной) Вселенной, утверждает, что у Вселенной никогда не будет конца.  В разных ее частях возникают разные куски Вселенной, разного типа.

Область, доступная астрономическим наблюдениям, составляет около 42 млрд. световых лет (космический горизонт), но Вселенная не ограничивается этой областью, поскольку, как полагают учёные, далее могут простираться другие вселенные, которых бесконечно много.

Мир представляет собой вечно расширяющуюся пустоту, в которой непрерывно рождаются новые вселенные. Расширяющаяся вокруг нас Вселенная — не единственная, нас могут окружать миллиарды других вселенных. Возможно, наш мир представляет собой лишь часть Мультимира.

Существуют гипотезы, что вселенные Мультимира могут быть с разными законами физики, разным количеством пространственных измерений, и некоторые из них могут быть пригодны для жизни. Как сказал Александр Виленкин:

«в бесконечном множестве вселенных есть бесконечное множество галактик и, следовательно, бесконечное множество планет и даже бесконечно много людей с вашим именем…»

Прошлое как расширяющаяся Вселенная – Новости – Научно-образовательный портал IQ – Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики»

Институт гуманитарных историко-теоретических исследований имени А.В.Полетаева (ИГИТИ) НИУ ВШЭ на днях отпраздновал свое двадцатилетие. Публичная история, краеведение, исследования современной культуры, музеефикация, медиевализм — диапазон научных направлений института астрономически широк. Что, впрочем, полностью отвечает актуальному пониманию истории как Вселенной. Не пытаясь объять необъятное, понаблюдаем за одной из «галактик» — публичной историей, которая стала одним из исследовательских приоритетов института с момента его основания в сентябре 2002 года. Об этом и многом другом накануне юбилея ИГИТИ НИУ ВШЭ мы побеседовали с его директором Борисом Степановым.

Борис Степанов,
директор Института гуманитарных историко-
теоретических исследований
имени А.В.Полетаева НИУ ВШЭ

Демократизация знания

— Публичная история — интригующая научная дисциплина: она так широка, что кажется бесконечной. Но это простительно: за рубежом она существует с 1970-х годов, а в России — с 2010-х.

— Даже, скорее, с середины 2010-х годов. ИГИТИ очень близок этот сюжет — как всё, что связано с образами прошлого и его бытованием в широком социальном контексте. Тема публичной истории красной нитью проходила через работу нашего института. 

Также читайте

Достаточно сказать две вещи. Во-первых, основатели ИГИТИ Ирина Савельева (многолетний директор института, а ныне — его научный руководитель) и Андрей Полетаев уже в самом начале работы ИГИТИ, в 2003 году, выпустили двухтомник, посвящённый формам знания о прошлом, а затем и учебник. Тематика, заданная ими, объединила сотрудников института, — первым же нашим сборником был «Феномен прошлого» (2005), который охватывал самые разные явления. Там была, например, статья о памятнике «Тысячелетие России» в Новгороде. Я написал статью об исторических экскурсиях, Наталья Самутина — про образы прошлого в кино, Ирина Савельева и Андрей Полетаев — об исторической памяти, Алексей Руткевич — о травмированной памяти. В 2012 году в ИГИТИ вышел ещё один знаковый сборник — «Историческая культура императорской России» под редакцией Александра Дмитриева, где формирование представлений о прошлом рассматривалось на отечественном материале.

Во-вторых, мы с разных сторон двигались к более современным сюжетам, к тому, чтобы откликаться на процессы, происходящие в обществе. С одной стороны, это было осмысление того, как сегодня академические историки выстраивают взаимодействие с аудиторией (ряд публикаций Ирины Савельевой были посвящены этому сюжету). С другой стороны, Центр исследований современной культуры ИГИТИ, в котором работаем мы с коллегами (в том числе, с теми, с кем мы подготовили публикации в сборнике «Всё в прошлом: теория и практика публичной истории» 2021 года), двигался к современным сюжетам в плоскости изучения популярной культуры.  

Это отражало логику развития культурных исследований, которые мы пытались стимулировать на нашей почве. Ведь, к примеру, в британских cultural studies ещё в 1980-е годы произошёл поворот к изучению не только массовых репрезентаций прошлого, но и того, как эти репрезентации потребляются и создаются различными аудиториями. Принципиальным моментом здесь является признание, что деятельность любителей истории может иметь самостоятельную ценность.

Полифония истории

— Сборник «Всё в прошлом…», в котором вышли ваши публикации о краеведении и журналистике, систематизирует многие представления о публичной истории. Но если рассматривать саму практику — огромный поток текстов от любителей истории, то это похоже на фанфикшн: «Каждый пишет, как он слышит». История перелицовывается и дописывается. Есть ли фактчекинг, какая-то экспертиза в этой области?

— Задача публичных историков — структурировать это поле. Активность аудитории имеет разный характер. Но нужно учесть, что усилиями этих энтузиастов, в том числе, создаются архивы, музеи, коллекции, которые могут иметь историческую, культурную и научную значимость, влиять на общество. Классический пример — дискуссия о фильме Юрия Дудя (признан иностранным агентом) «Колыма — родина нашего страха», которую изучали мои коллеги. Эта дискуссия показательна: конфликт разных точек зрения происходит вне академической сферы и носит масштабный характер. Те миллионы просмотров, которые имеет, с одной стороны, сам фильм Дудя, а с другой — разборы его критиков, демонстрируют вовлеченность аудиторий.

Понятно, что публичный историк относится к историческим фактам не совсем так, как академический историк. Для первого в конечном счете важна не только объективная истина, которую можно однозначно установить. Мы как раз видим, что попытки историков утвердить что-то в качестве истины наталкиваются на устойчивость других представлений, связанных с ценностями, с тем, как люди прочитывают историю. 

Задача публичного историка — помочь создателям разных бытующих в обществе версий событий их отрефлексировать, ввести в диалогическое пространство, посмотреть, к чему ведёт логика, заложенная в той или иной версии истории, и понять, чем она определяется. Потому что сегодня значимость каких-то представлений может определяться вовсе не их ценностью с точки зрения познания прошлого, а, например, алгоритмами социальных сетей и мессенджеров, которые выводят эти сюжеты на поверхность и делают их массовыми. 

Публичная история неизбежно предполагает больший релятивизм в отношении строгости науки. При том, что историческая наука всегда остается ориентиром, важно не просто добывать факты, но и поддерживать диалог с аудиторией. И создавать условия, в которых академические историки смогут донести свои интерпретации прошлого до широкого читателя.

Презумпция плюрализма

— Давайте всё же определим, что такое публичная история. Это история, приближенная к человеку, спустившаяся, по словам ваших информантов в исследовании, из своей «башни из слоновой кости». Это краудсорсинг. Это история, которая побуждает людей к диалогу, — как часть культуры соучастия. Это полифония мнений. Но может ли история вообще быть однозначной, монолитной?

— Неоднозначность — это своего рода презумпция, и не только для публичной истории, но и для академической, поскольку она сегодня вооружена рефлексией. После «лингвистического поворота», когда было осознано, что на формирование исторического знания, рассказов о прошлом влияют язык и культурные предпосылки, стало совершенно ясно, что разные историки производят разные нарративы. Это определяется многими факторами, начиная от ценностей и заканчивая средствами, которыми историки пользуются. Так что плюрализм здесь неизбежен.

Тем более он неизбежен в популярной культуре и в публичном пространстве, для которого плюрализм — принципиальный момент. Сегодня концепции исторической памяти движутся в сторону признания этого плюрализма. Есть понятие агонистической памяти как совокупности конкурирующих версий прошлого. И это абсолютно естественное положение дел.

Возвращаясь к тому, как мы определяем публичную историю. В американском контексте она не то чтобы озабочена теоретической рефлексией. Она как раз часто ограничивает свою сферу практическими, локальными сюжетами — например, сохранения того или иного объекта наследия или состояния какого-либо музея. Однако та рефлексия, которая там производится, ставит вопрос о том, как мы понимаем публичное. Можно считать, что публичное знание — это то, которое производят для публики. А можно говорить, что публичная история строится вместе с публикой. Возможны разные интерпретации. От того, как мы понимаем публику и ситуацию взаимодействия с ней, будет зависеть и то, что мы будем делать в рамках публичной истории.

— Где границы между классическим научпопом, производимым «Постнаукой», «Арзамасом», «Историадой», — и публичной историей? В вышеназванных проектах «рулят» эксперты, коммуникация с аудиторией неочевидна. Что ещё отделяет их от публичной истории?

— Однозначно сказать сложно, учитывая плюрализм понимания публичной истории. Для кого-то эти проекты могут быть проявлением публичной истории. Они возникли с пафосом распространения актуальных сюжетов гуманитарных наук среди более широкой аудитории и с идеей придания этому увлекательной формы. В этом смысле «Арзамас» — неклассический научпоп: он активно использует игровые форматы (тесты, квесты и пр.), работает с разными материалами. 

Но если мы понимаем под публичной историей то, что создается непрофессионалами, любителями истории, тогда она будет заключаться в содействии тому, что они делают, в придании этому какой-то формы. Здесь можно сослаться на наш текст о краеведении, в котором упомянута книга Кэрол Каммен о локальной истории 2003 года. Это пример того, что отсутствует, пожалуй, в нашей сегодняшней культурной ситуации. Книга представляет собой набор инструкций о том, как работать с прошлым, для непрофессионалов. Если мы посмотрим сегодняшние пособия по публичной истории, то они написаны примерно в том же духе. Во-первых, они адресованы широкой аудитории, во-вторых, показывают, какие требования надо соблюдать.

Башня из слоновой кости

— А что думают по этому поводу академические историки? Возможно, для них идеальное распределение ролей таково, что полевые данные (от интервью до вещей) собирают любители, а профессионалы анализируют весь этот массив?

— Сложный вопрос: есть много контекстов взаимодействия профессионалов и любителей. Но академические учёные нередко свысока воспринимают и деятельность публичных историков, и работу непрофессионалов. К примеру, наши коллеги-источниковеды склонны жёстко противопоставлять краеведение как форму социального бытования знаний о прошлом и академическую локальную историю. Но возникает вопрос: создает ли такое разграничение почву для диалога с местным сообществом? 

Краеведение, в частности, связано с рефлексией по поводу образов регионов и разнообразных мест, поэтому коллекционирование легенд (неакадемическая, мифологическая форма знания) может быть актуально в этом контексте. Весь вопрос в том, как мы ставим свою профессиональную задачу. Если мы как историки делаем акцент на накоплении «настоящих фактов», это одно направление усилий. А если мы способны работать и с другими формами знания о прошлом — с мифами, образами места, даже со слухами, учитывать их в своей картине, то это сильно расширяет наш горизонт. И становится поводом для коммуникации с аудиторией.

— История тогда выглядит как бесконечная Вселенная.

— Это постоянно расширяющееся поле. Возьмём, к примеру, архивы. У нас не так много документов, связанных с Древней Русью, хотя историки говорят, что и этот арсенал не вполне освоен. А если говорить об архивах современности — то мы порождаем огромные корпусы разных текстов, которые потенциально тоже являются историческими источниками.

Вопрос в том, что мы готовы вписать в исторический контекст. Например, фан-сообщества, которые ранее причислялись к культурной периферии, теперь признаны важным агентом культурного взаимодействия. Здесь многое зависит от консенсуса, что мы договоримся считать значимым.

Миф на академической службе

— Историк Николай Анциферов, автор известной книги «Душа Петербурга» (1922), собирал городские легенды, осмысляя петербургский миф, возникший в литературе XIX века. Сейчас он считался бы патриархом публичной истории.

— Это интересный сюжет с точки зрения того, что там было от рефлексии, а что — от воспроизводства легенды. Некоторые историки Санкт-Петербурга считали Анциферова фантазёром, который поддерживал петербургскую мифологию. Но для него самого петербургский миф имел историческое наполнение. Анциферов видел в нём силу, влияющую на развитие города.

В отношении легенд показательна история музея-заповедника «Царицыно». Сначала там пытались развивать идею «Золотого века», идею связи Царицыно с Екатериной II, которая там почти не бывала (и музейных фондов тоже почти не было). Этот проект даже представлялся как научно обоснованный.

— Ну, формально это резиденция императрицы.

— Формально — да. А потом руководство музея решило изменить концепцию и сделало «музей иллюзий, фантазий и утопий XVIII века». Они перестали, с одной стороны, привязывать музей к екатерининскому наследию, а с другой — включили историю XIX века с постройкой железной дороги, созданием дачного посёлка, а потом и рабочего посёлка. Ещё один образ — Царицыно романтическое, позднесоветское.

— Благородные развалины…

— И многочисленные субкультуры, которые там появились: скалолазы, толкиенисты, йоги. Музей «впустил» в своё пространство многообразие этих историй. Что, кстати, положительно сказалось на его взаимодействии с краеведами (до этого их отношения были сложными). А сейчас музей сделал и Клуб друзей «Царицына», и проект «Старожилы. Частная история Царицына» с рассказами местных жителей (проектом руководил шеф-редактор «Арзамаса» Вячеслав Рогожников). Ситуация принципиально изменилась. Когда мы таким образом переопределяем видение истории, у нас появляется много интересных вещей на горизонте. Так, проект «Старожилы» свидетельствовал о значимости истории частного человека, местного жителя.

Не стоит забывать известную китайскую пословицу: «Хочешь накормить человека один раз — дай ему рыбу. Хочешь накормить его на всю жизнь — научи его рыбачить». Вы можете выдавать какие-то готовые факты, но задача всё же состоит в развитии исторической чувствительности у широкой аудитории.

— Парк «Музеон» с его монументами (Ленин, Сталин, Брежнев, Дзержинский) — это тоже часть публичной истории? Гуляя по парку, мы невольно «общаемся» с репрезентациями прошлого.

— Парк — это всё-таки не музейное пространство как таковое, но место, имеющее потенциал, и мастерство публичного историка или музейщика заключается в том, чтобы это обыграть. Вполне возможно придать этому больший смысл. Но многие выставочные проекты оставляют чувство неудовлетворенности, потому что музейная работа у нас оказывается связана, в основном, с презентацией экспонатов, а не с их интерпретацией.

— Как вам исторический парк «Россия — моя история»?

— Это является публичной историей лишь в том смысле, что у ряда организаций (государственных, научных, церковных) есть намерение создать мультимедийный продукт, адресованный массовой аудитории. На деле это официальная версия истории в современных форматах. Тут превалирует наглядность, а вопрос рефлексии не ставится.

Фэнтезийная история

— Публичная история, как и академическая, интересуется отнюдь не всеми периодами. Но можно же направить интерес публики?

— Сложный вопрос. Публичные историки идут за тем, что интересно широким аудиториям. Возьмем кинотрилогию «Властелин колец» Питера Джексона по романам Джона Толкина. С одной стороны, это фэнтезийное произведение открывает нам сферу воображения, связанную с современностью, а с другой стороны, в нём масса отсылок к Средневековью. Наш коллега Александр Русанов в своих работах показал, как весь этот диапазон форм актуализации средневекового прошлого представляется в таком поле современного гуманитарного знания, как медиевализм.  

Также читайте

Кинотрилогия Джексона спровоцировала взрыв интереса, а значит, у историков появилось поле для работы. Важно, как в сфере современного воображения, которая затрагивает миллионы людей, проявляются представления о Средневековье. С другой стороны, интересно, какие источники при этом используются. У историков появляется необходимость работать с общественными представлениями, в том числе со сферой воображения, поскольку сегодня многие исторические сюжеты рефлексируются именно в ней.

Также читайте

Наталья Самутина, занимавшаяся фанфикшн, всегда возражала против идеи о том, что этот феномен — просто бегство от реальности в уютный воображаемый мир. На деле в фанфикшн могут ставиться важные для общества вопросы. Эта тема активно развивается в культурных исследованиях, поскольку наблюдается экспансия воображаемых миров — «Игры престолов», поттерианы и пр.

Историческая маркетология

— В интервью Александре Колесник эксперт по публичной истории Томас Каван говорил, в частности, о важности маркетинговой работы. Перед выставкой и после неё имеет смысл отследить реакцию публики. У нас это направление публичной истории тоже развивается?

— Оно пока слабо развито, поскольку выставка не воспринимается как значимый момент коммуникации, который может что-либо изменить. Смысл опросов заключается в том, чтобы понять, какое влияние это событие оказало на развитие исторических представлений. Конечно, сейчас с развитием музейных исследований и введением разных исследовательских практик в музейный менеджмент такие приёмы будут развиваться. Многое зависит и от того, будут ли у нас образовательные программы по публичной истории. Они есть в некотором количестве. Но образование в сфере публичной истории имеет свои нюансы: широта определений сообщает некую аморфность пониманию публичной истории, и, возможно, не все ставят перед собой задачу научить каким-то конкретным вещам.

— У нас ещё нет профессионализации публичной истории.

— Конечно. На Западе эта дисциплина развивается уже давно, есть и свои профильные журналы. У нас это поле находится в стадии формирования. В книге «Всё в прошлом…» как раз сделана попытка осмыслить эту ситуацию.

Чучело лисы

— Краеведение — часть публичной истории, но стартовало оно как описательная статистика, судя по учебникам XIX века.

— Поначалу краеведение складывалось из статистики, трудов местных любителей-историков. Но важно понимать, что это понятие исторически маркировано. До начала ХХ века понятия «краеведение» не существовало. В декабре 1921 года был собран первый профильный съезд, после которого этот термин приобрёл широкое хождение. Далее пошло распространение краеведения. 

Что касается краеведческих музеев, то в 1920-е годы они назывались музеями местного края. Лишь с 1930-х сложился привычный нам формат краеведческого музея. Тогда же краеведение подверглось политическому прессингу и было трансформировано в советскую модель краеведения. Оно стало возрождаться с 1940-х годов, затем в хрущёвскую «оттепель». В 1960-е годы возникло Всероссийское общество охраны памятников. В перестройку краеведение получило официальный статус.

Краеведение было попыткой пересмотреть отношения между профессионалами и любителями и осмыслить ценность любительского труда. Но историки столкнулись с той проблемой, которую мы уже затрагивали: если вы хотите привлечь любителей, то их нужно обучить. И краеведы 1920-х годов начали разрабатывать инструкции. Так, Костромское научное общество по изучению местного края за 1910–1920-е годы подготовило целую серию инструктивных материалов с алгоритмами сбора данных. 

— Во многих городах есть интересные краеведческие музеи с потенциалом воспитания патриотизма.

— Краеведение нередко видится как средство патриотического воспитания, но тогда мы его инструментализируем. Многие исторические сюжеты подверглись попыткам навязывания какой-то линии. Однако краеведение возникло как низовая инициатива. Краеведы говорили о значимости самоорганизации общественности, об ответственности местных жителей, касающейся культурного наследия, природы и пр.

Результатами инструментализации стали краеведческие музеи с шаблонной структурой. Характерно название выставки «Уберите чучело лисы» в Музее Москвы к 100-летию краеведения. Чучело лисы — символ традиционного краеведческого музея, где сначала показан природный мир, потом древняя история, затем — история классовой борьбы и становления советского строя. «Другое» краеведение развивалось в пику этому. Для него были неприемлемы кондовые формы представления собственного края. Ведь вопрос в том, в какой мере эта структура экспозиции позволяет местным жителям что-то сказать о своем крае, в какой мере она привлекает местную аудиторию.

Как пример, есть прекрасный Музей истории Екатеринбурга, в котором занимаются и сюжетами, связанными с Уралмашем, и темой репрессий, и историей индустриального района. Музей актуализирует потенциал культурной работы, производимой местными сообществами.

Городской палимпсест

— Социологи развивают метод биографической прогулки: информант водит исследователя по важным местам района. Это тоже краеведение?

— В принципе, да. Приведу опыт «Царицыно». Там в свое время водил экскурсии археолог Максим Перевитский. Они были в каком-то смысле биографическими прогулками, поскольку он не просто профессиональный археолог, но и житель района. Максим рассказывал, как там пытались строить горнолыжную трассу, показывал местное неоязыческое капище, рефлексировал над формами культурной активности. Он соединял в рассказе разные пласты — профессиональные знания и личные воспоминания, и это было здорово.

— По итогам таких прогулок составляются неформальные карты.

— Это касается не только биографических прогулок. Создаются также карты, связанные с культурной жизнью Санкт-Петербурга XIX века. Люди пытаются по-новому представить городское пространство, привлекая какие-то свидетельства. Мы получаем удовольствие от того, что находимся на пересечении разных сюжетов и исторических пластов, открываем для себя новые грани города.
IQ

Автор текста: Соболевская Ольга Вадимовна, 23 сентября

Все материалы автора

История Интервью публичная история

---

§ 30.

Расширяющаяся Вселенная — CheckTests

Скопление галактик в созвездии Девы

1. Пространственное распределение галактик. Галактики, как и звёзды, образуют группы и скопления. Известно около 7000 скоплений галактик. Около 40 ближайших галактик, из которых наиболее массивные — наша Галактика и туманность Андромеды, — образуют систему галактик размерами в несколько сотен килопарсек, которая получила название Местной группы галактик.

Рисунок 166 — Скопление галактик в созвездии Девы

Более крупные объединения галактик группируются в системы галактик. Они содержат до тысячи галактик, и их размер составляет несколько мегапарсек.
Ближайшее крупное объединение галактик размером примерно 5 Мпк находится в направлении созвездия Девы на расстоянии около 20 Мпк (рис. 166). В его состав входят гигантские эллиптические и спиральные галактики, например радиогалактика Дева А, спиральная галактика.

Рисунок 167 — Галактика «Сомбреро»

Самое удалённое скопление галактик, до которого определено расстояние (5200 Мпк), располагается в созвездии Волосы Вероники. Только с помощью самых крупных телескопов можно различить его ярчайшие галактики. Комплексы скоплений галактик размерами 30—60 Мпк, содержащих десятки скоплений, называются сверхскоплениями галактик. Скопление галактик в созвездии Девы является центральным сгущением в сверхскоплении галактик, в которое входит и наша Местная группа галактик. Общее число галактик нашего сверхскопления, исключая карликовые, — около 2000, а размер — около 60 Мпк. Пока выявлено около 50 сверхскоплений. Скоплений более высокого ранга не обнаружено.

Рисунок 168 — Ячеистое распределение галактик в пространстве (в разрезе, проходящем через скопление в созвездии Волосы Вероники)

Сверхскопления и скопления галактик образуют в пространстве волокноподобные структуры, напоминающие собой ячейки или пчелиные соты (рис. 168). В «волокнах» собраны скопления галактик, на пересечении «сот» — сверхскопления галактик. Размеры пустот «ячеек» составляют около 100 — 150 Мпк, толщина «волокон» — около 10 Мпк. Средняя плотность вещества в «волокнах» — порядка 10-24 кг/м³. Крупномасштабная структура Вселенной имеет ячеистосотовый вид. Средняя плотность светящегося вещества в масштабах больше 300 Мпк равна 3 • 10^-28 кг/м³. Это и есть среднее значение плотности светящегося вещества в наблюдаемой части Вселенной, т. е. в больших масштабах Вселенная в среднем однородна.

Ячеистое распределение галактик

2. Расширение Вселенной. Совокупность наблюдаемых галактик всех типов и их скоплений, межгалактической среды образует Вселенную.

Одно из важнейших свойств Вселенной — её постоянное расширение, «разлёт» скоплений галактик, о чём свидетельствует красное смещение в спектрах галактик. Вселенная находится в состоянии приблизительно однородного и изотропного расширения. Однородность означает одинаковость всех свойств материи всюду в пространстве, а изотропия — одинаковость этих свойств в любом направлении. Однородность свидетельствует об отсутствии выделенных областей пространства, а изотропия — об отсутствии выделенного направления. Предположение об однородности и изотропии Вселенной называют космологическим принципом.

Гипотезу о расширении Вселенной на основе общей теории тяготения А. Эйнштейна и строгих расчётов выдвинул в 1922 г. русский учёный А. А. Фридман. Расчёты показали, что Вселенная не может быть стационарной; в зависимости от средней плотности вещества во Вселенной она должна либо расширяться, либо сжиматься. Нестационарная модель Вселенной утвердилась в науке лишь после того, как Э. Хаббл обнаружил разбегание галактик (см. закон Хаббла в § 29).

Из расчётов Фридмана вытекали три возможных следствия: Вселенная и её пространство расширяются с течением времени; Вселенная через определённое время начнёт сжиматься; во Вселенной чередуются через большие промежутки времени циклы сжатия и расширения. Возникает вопрос: какой из трёх вариантов реализуется в нашей Вселенной? Ответить на него предстоит наблюдательной астрономии, которая должна оценить современную среднюю плотность вещества во Вселенной и уточнить значение постоянной Хаббла. Почему важно уточнение этих двух постоянных величин?

При создании модели расширяющейся Вселенной было показано, что существует некоторое значение критической плотности ρ_кр Вселенной, определяемое по формуле:

где G — гравитационная постоянная, Н — постоянная Хаббла. Расчёты по данной формуле дают, что r_кр = 10^-26 кг/м³. По современным оценкам, плотность вещества Вселенной близка к критическому значению: она либо немного больше, либо немного меньше (не решён окончательно вопрос об учёте межгалактического газа и «скрытой массы»). Если фактическая средняя плотность вещества во Вселенной больше критической, то в будущем расширение Вселенной должно смениться её сжатием. Если средняя плотность вещества во Вселенной меньше критической, то расширение продолжится.

Постоянная Хаббла позволяет оценить время, в течение которого продолжается процесс расширения Вселенной. Определено, что оно не меньше 10 млрд и не более 19 млрд лет. Наиболее вероятное значение среднего возраста Вселенной — около 15 млрд лет. Эта величина не противоречит оценкам возраста наиболее старых звёзд.

Рисунок 169 — Схема развития Вселенной от Большого взрыва до настоящего времени

3. Модель горячей Вселенной. В основе современной астрономической картины мира об эволюции Вселенной лежит модель горячей Вселенной. В соответствии с ней на ранних стадиях расширения Вселенная характеризовалась не только высокой плотностью вещества, но и его высокой температурой. Гипотезу «горячей Вселенной» выдвинули Ж. Леметр и Г. А. Гамов. Она получила название Большого взрыва.

Теория Большого взрыва: как зародилась Вселенная

Согласно этой теории, предполагается, что Вселенная возникла в результате взрыва из состояния с очень высокой плотностью материи, обладающей огромной энергией. Это начальное состояние материи называется сингулярностью — точечный объём с бесконечной плотностью. Расширение Вселенной нельзя рассматривать как расширение сверхплотной вначале материи в окружающую пустоту, ибо окружающей пустоты не было. Вселенная — это всё существующее. Вещество Вселенной с самого начала однородно заполняло всё безграничное пространство. И хотя давление было огромным, оно не создавало расширяющей силы, так как везде было одинаковым. Причины начала расширения Вселенной до конца не известны. По мере её расширения температура падала от очень высокой до очень низкой, что и обеспечило благоприятные условия для образования звёзд и галактик.

Шкала времени рождения Вселенной

На основании моделей Фридмана была разработана поэтапная физическая картина эволюции вещества начиная с момента взрыва (рис. 169).
Чуть более трёх минут спустя формирование ранней Вселенной закончилось и начался процесс соединения протонов и нейтронов в составные ядра. Затем почти 500 тыс. лет шло медленное остывание. Когда температура Вселенной упала примерно до 3 тыс. градусов, ядра водорода и гелия уже могли захватывать свободные электроны и превращаться в нейтральные атомы. Через миллион лет после начала расширения наступила эра вещества, когда из горячей водородно-гелиевой плазмы с малой примесью других ядер стало развиваться многообразие нынешнего мира.

Неоднородности во Вселенной, из которых впоследствии возникли все структурные образования, зародились в виде ничтожных случайных отклонений (флуктуаций), а затем усилились в эпоху, когда ионизированный газ во Вселенной стал превращаться в нейтральный, т. е. когда излучение «оторвалось» от вещества.
После того как вещество стало прозрачно для электромагнитного излучения, в действие вступили гравитационные силы. Они стали преобладать над всеми другими взаимодействиями между массами практически нейтрального вещества, составлявшего основную часть материи Вселенной. Гравитационные силы создали галактики, звёзды и планеты.

КАК УМРЁТ ВСЕЛЕННАЯ?

Какова судьба Вселенной? Существуют две теоретические модели будущего Вселенной — закрытая и открытая.

Закрытая модель предполагает, что Вселенная может быть представлена как грандиозная закрытая система, испытывающая множество эволюционных циклов. Цикл расширения сменяется циклом последующего сжатия до возвращения в сингулярное состояние, затем новый взрыв и т. д. Полный цикл расширения и сжатия Вселенной составляет примерно 100 млрд лет. Каждый раз, возвращаясь к сингулярности, Вселенная теряет «память» о прошлом состоянии и может снова «родиться» с совершенно новым набором физических констант.

В открытых моделях Вселенной рассматриваются разные варианты её «тепловой смерти». Предполагается, что уже через 10¹⁴ лет многие звёзды остынут, и это в последующем приведёт к отрыву планет от своих звёзд, а те, в свою очередь, начнут покидать галактики. Затем центральные части галактик коллапсируют, образуя чёрные дыры, и тем самым прекращают свое существование.

Главные выводы
1. В охваченной астрономическими наблюдениями части Вселенной существуют миллиарды галактик. В пространстве галактики распределены неравномерно, образуя группы, скопления и сверхскопления галактик.
2. Основное свойство Вселенной — её расширение.
3. На современном этапе развития науки рассматривается модель эволюционной Вселенной, которая со временем изменяет свою структуру и свойства.

Контрольные вопросы и задания
1. Опишите пространственное распределение галактик во Вселенной.
2. Как объясняется красное смещение и о чём оно свидетельствует?
3. В чём состоит сущность теории расширяющейся Вселенной?
4. К каким выводам о стационарности Вселенной пришёл А. А. Фридман?
5. Что такое критическая плотность Вселенной? В какой взаимосвязи критическая плотность находится с расширением или сжатием Вселенной?
6. Опишите модель горячей Вселенной.
7. Что понимается под закрытой и открытой моделями Вселенной?

 

Проверь себя

Выбор тем

Расширяющаяся Вселенная

Наше Солнце и ближайшие к нему звезды составляют часть обширного звездного скопления, называемого нашей Галактикой, или Млечным Путем. Долгое время считалось, что это и есть вся Вселенная. И лишь в 1924 г. американский астроном Эдвин Хаббл показал, что наша Галактика не единственная. Существует множество других галактик, разделенных гигантскими участками пустого пространства. Чтобы доказать это, Хабблу пришлось измерить расстояния до других галактик. Мы можем определять расстояния до ближайших звезд, фиксируя изменения их положения на небесном своде по мере обращения Земли вокруг Солнца. Но, в отличие от ближних звезд, другие галактики находятся столь далеко, что выглядят неподвижными. Поэтому Хаббл вынужден был использовать косвенные методы измерения расстояний.

В настоящее время видимая яркость звезд зависит от двух факторов — фактической светимости и удаленности от Земли. Для наиболее близких звезд мы можем измерить и видимую яркость, и расстояние, что позволяет вычислить их светимость. И наоборот, зная светимость звезд в других галактиках, мы можем вычислить расстояние до них, измерив их яркость. Хаббл утверждал, что определенные типы звезд всегда имеют одну и ту же светимость в тех случаях, когда они расположены от нас на достаточно близких расстояниях, позволяющих провести измерения. Обнаружив подобные звезды в другой галактике, мы можем предполагать, что они имеют ту же светимость. Это позволит нам вычислить расстояния до иной галактики. Если мы проделаем это для нескольких звезд в какой-то галактике и полученные значения совпадут, то можно быть вполне уверенным в полученных нами результатах. Подобным образом Эдвин Хаббл сумел вычислить расстояния до девяти разных галактик.

Сегодня мы знаем, что наша Галактика лишь одна из нескольких сотен миллиардов наблюдаемых в современные телескопы галактик, каждая из которых может содержать сотни миллиардов звезд. Мы живем в Галактике, поперечник которой около ста тысяч световых лет. Она медленно вращается, и звезды в ее спиральных рукавах делают примерно один оборот вокруг ее центра за сто миллионов лет. Наше Солнце представляет собой самую обычную, средних размеров желтую звезду близ внешнего края одного из спиральных рукавов. Несомненно, мы прошли долгий путь со времен Аристотеля и Птолемея, когда Земля считалась центром Вселенной.

Звезды так далеки от нас, что кажутся всего лишь крошечными светящимися точками. Мы не можем различить их размер или форму. Каким же образом ученые их классифицируют? Для подавляющего большинства звезд надежно определяется только один параметр, который можно наблюдать, — цвет их
излучения. Ньютон обнаружил, что пропущенный через призму солнечный свет распадается на составляющий его набор цветов (спектр), такой же, как у радуги. Сфокусировав телескоп на определенной звезде или галактике, можно наблюдать спектр света данного объекта. Разные звезды обладают разными спектрами, но относительная яркость отдельных цветов спектра практически всегда соответствует той, которую можно обнаружить в свечении сильно раскаленных объектов. Это позволяет по спектру звезды вычислить ее температуру. Более того, в спектре звезды можно обнаружить отсутствие некоторых специфических цветов, причем цвета эти у каждой звезды свои. Известно, что каждый химический элемент поглощает характерный именно для него набор цветов. Таким образом, выявляя линии, отсутствующие в спектре излучения звезды, мы можем точно определять, какие химические элементы содержатся в ее внешнем слое.

Приступив в 1920-х гг. к исследованию спектров звезд в других галактиках, астрономы обнаружили поразительный факт: в них отсутствовал тот же самый набор цветовых линий, что и у звезд нашей Галактики, но все линии были смещены на одинаковую величину в направлении красной части спектра. Единственное разумное объяснение заключалось в том, что галактики удаляются от нас и это вызывает понижение частоты световых волн (так называемое красное смещение) вследствие эффекта Доплера.

Прислушайтесь к шуму машин на шоссе. По мере того как автомобиль приближается к вам, звук его двигателя становится все выше сообразно частоте звуковых волн и делается ниже, когда машина удаляется. То же происходит и со световыми или радиоволнами. Действительно, эффектом Доплера пользуется дорожная полиция, определяя скорость автомобиля по изменению частоты посылаемого и принимаемого радиосигнала (сдвиг частоты при этом зависит от скорости отражающего объекта, то есть автомобиля).

После того как Хаббл открыл существование других галактик, он занялся составлением каталога расстояний до них и наблюдениями их спектров. В то время многие полагали, что галактики двигаются совершенно хаотически и, следовательно, в одинаковом количестве их должны обнаруживаться спектры, имеющие как красное смещение, так и синее. Каково же было общее удивление, когда обнаружилось, что все галактики демонстрируют красное смещение. Каждая из них удаляется от нас. Еще более поразительными оказались результаты, опубликованные Хабблом в 1929 г.: даже величина красного смещения у каждой из галактик не случайна, но пропорциональна расстоянию между галактикой и Солнечной системой. Другими словами, чем дальше от нас галактика, тем быстрее она удаляется.

Это означало, что Вселенная никак не может быть стационарной, как принято было думать ранее, на деле она расширяется. Расстояния между галактиками постоянно растут. Открытие того, что Вселенная расширяется, стало одной из главных интеллектуальных революций XX в. Оглядываясь в прошлое, легко удивляться, почему никто не додумался до этого раньше. Ньютону и прочим следовало бы понять, что стационарная Вселенная быстро схлопнулась бы под влиянием тяготения. Но представьте, что Вселенная не стационарна, а расширяется. При малых скоростях расширения сила тяготения рано или поздно остановила бы его и положила начало сжатию. Однако если бы скорость расширения превосходила некоторое критическое значение, то силы тяготения было бы недостаточно, чтобы его остановить и Вселенная расширялась бы вечно. Нечто подобное происходит при запуске ракеты
с поверхности Земли. Если ракета не разовьет нужной скорости, сила тяготения остановит ее и она начнет падать назад. С другой стороны, при скорости выше некоторой критической величины (около 11,2 км/с) силы тяготения не смогут удерживать ракету возле Земли, и она будет вечно удаляться от нашей планеты.

Подобное поведение Вселенной можно было предсказать на основе ньютоновского закона всемирного тяготения еще в XIX в. , и в XVIII в., даже в конце XVII в. Однако вера в стационарную Вселенную была столь незыблема, что продержалась до начала XX столетия. Сам Эйнштейн в 1915 г., когда он сформулировал общую теорию относительности, сохранял убежденность в стационарности Вселенной. Не в силах рас-статься с этой идеей, он даже модифицировал свою теорию, введя в уравнения так называемую космологическую постоянную. Эта величина характеризовала некую силу антигравитации, в отличие от всех других физических сил не исходящую из конкретного источника, а «встроенную» в саму ткань пространства-времени. Космологическая постоянная придавала пространству-времени внутренне присущую тенденцию к расширению, и это могло быть сделано для уравновешивания взаимного притяжения всей присутствующей во Вселенной материи, то есть ради стационарности Вселенной. Похоже, в те годы лишь один человек готов был принять общую теорию относительности за чистую монету. Пока Эйнштейн и другие физики искали путь, позволяющий обойти нестационарносгь Вселенной, которая вытекала из общей теории относительности, российский физик Александр Фридман вместо этого предложил свое объяснение.

МОДЕЛИ ФРИДМАНА

Уравнения общей теории относительности, описывающие эволюцию Вселенной, слишком сложны, чтобы решить их в деталях.

А потому Фридман предложил вместо этого принять два простых допущения:

(1) Вселенная выглядит совершенно одинаково во всех направлениях;
(2) это условие справедливо для всех ее точек.

На основе общей теории относительности и этих двух простых предположений Фридману удалось показать, что мы не должны ожидать от Вселенной стационарности. На самом деле он в 1922 г. точно предсказал то, что Эдвин Хаббл открыл несколько лет спустя.

Предположение о том, что Вселенная выглядит одинаковой во всех направлениях, конечно же, не совсем отвечает реальности. Например, звезды нашей Галактики составляют на ночном небе отчетливо видимую светящуюся полосу, называемую Млечным Путем. Но если мы обратим свой взгляд на далекие галактики, число их, наблюдаемое в разных на-правлениях, окажется примерно одинаковым. Так что Все-ленная, похоже, сравнительно однородна во всех направлениях, если рассматривать ее в космических масштабах, сопоставимых с расстояниями между галактиками.

Долгое время это считалось достаточным обоснованием предположения Фридмана — грубым приближением к реальной Вселенной. Однако сравнительно недавно счастливый случай доказал, что предположение Фридмана описывает наш мир с замечательной точностью. В 1965 г. американские физики Арно Пензиас и Роберт Уилсон работали в лаборатории фирмы «Белл» в штате Нью-Джерси над сверхчувствительным приемником микроволнового излучения для связи с орбитальными искусственными спутниками. Их сильно беспокоило, что приемник улавливает больше шума, чем следовало бы, и что шум этот не исходит из какого-либо определенного направления. Поиск причины шума они начали с того, что очистили свою большую рупорную антенну от скопившегося внутри нее птичьего помета и исключили возможные неисправности. Им было известно, что любой шум атмосферного происхождения усиливается, когда антенна направлена не строго вертикально вверх, потому что атмосфера выглядит толще, если смотреть под углом к вертикали.

Дополнительный шум оставался одинаковым независимо от того, в каком направлении поворачивали антенну, а потому источник шума должен был находиться за пределами атмосферы. Шум оставался неизменным и днем и ночью на протяжении всего года, несмотря на вращение Земли вокруг ее оси и обращение вокруг Солнца. Это указывало, что источник излучения находится за пределами Солнечной системы и даже вне нашей Галактики, иначе интенсивность сигнала менялась бы по мере того, как в соответствии с движением Земли антенна оказывалась обращенной в разных направлениях.

Действительно, мы теперь знаем, что излучение по пути к нам должно было пересечь всю обозримую Вселенную. Коль скоро оно одинаково в разных направлениях, то и Вселенная должна быть однородна во всех направлениях (по крайней мере, в больших масштабах). Нам известно, что в каком бы направлении мы ни обратили свой взгляд, колебания «фонового шума» космического излучения не превышают 1/10 000. Так что Пензиас и Уилсон случайно натолкнулись на поразительно точное подтверждение первого предположения Фридмана.

Примерно в то же время два других американских физика из расположенного неподалеку, в том же штате Нью-Джерси, Принстонского университета, Боб Дик и Джим Пиблс, тоже заинтересовались космическим микроволновым излучением. Они работали над гипотезой Джорджа (Георгия) Гамова, который некогда был студентом Александра Фридмана, о том, что на самой ранней стадии развития Вселенная была исключительно плотной и горячей, нагретой до «белого каления». Дик и Пиблс пришли к выводу, что мы все еще можем наблюдать ее прошлое свечение, поскольку свет из самых далеких частей ранней Вселенной только-только достигает Земли. Однако вследствие расширения Вселенной этот свет, по-видимому, претерпел столь большое красное смещение, что теперь должен восприниматься нами в виде микроволнового излучения. Дик и Пиблс как раз вели поиски такого излучения, когда Пензиас и Уилсон, прослышав об их работе, поняли, что уже нашли искомое. За это открытие Пензиас и Уилсон были удостоены Нобелевской премии по физике 1978 г., что кажется несколько несправедливым по отношению к Дику и Пиблсу.

На первый взгляд, эти доказательства того, что Вселенная выглядит одинаково во всех направлениях, заставляют предположить, что Земля занимает какое-то особое место во Вселенной. Например, можно вообразить, что, коль скоро все галактики удаляются от нас, мы находимся в самом центре космоса. Имеется, однако, альтернативное объяснение: Вселенная может выглядеть одинаково во всех направлениях и из любой другой галактики. Таково, как уже упоминалось, было второе предположение Фридмана.

У нас нет никаких доказательств, подтверждающих или опровергающих это предположение. Мы принимаем его на веру лишь из скромности. Было бы в высшей степени удивительно, если бы Вселенная выглядела одинаковой во всех направлениях вокруг нас, но не вокруг любой другой точки. В модели Фридмана все галактики удаляются друг от друга. Представьте воздушный шарик, на поверхности которого нарисованы пятнышки. При надувании шарика расстояние между любыми двумя пятнышками увеличивается, однако ни одно из них нельзя называть центром расширения. Более того, чем дальше расходятся пятнышки, тем быстрее они удаляются друг от друга. Сходным образом в модели Фридмана скорость разбегания любых двух галактик пропорциональна расстоянию между ними. Отсюда следует, что величина красного смещения галактик должна быть прямо пропорциональна их удаленности от Земли, что и обнаружил Хаббл.

Несмотря на то что модель Фридмана была удачной и оказалась соответствующей результатам наблюдений Хаббла, она долгое время оставалась почти неизвестной на Западе. О ней узнали лишь после того, как в 1935 г. американский физик Говард Робертсон и английский математик Артур Уокер разработали сходные модели для объяснения открытого Хабблом однородного расширения Вселенной.

Хотя Фридман предложил только одну модель, на основе двух его фундаментальных предположений можно построить три разные модели. В первой из них (именно ее и сформулировал Фридман) расширение происходит настолько медленно, что гравитационное притяжение между галактиками постепенно еще больше замедляет его, а потом и останавливает. Галактики тогда начинают двигаться друг к другу, и Вселенная сжимается. Расстояние между двумя соседними галактиками сначала возрастает от нуля до некоторого максимума, а затем вновь уменьшается до нуля.

Во втором решении скорость расширения столь велика, что тяготение никогда не может его остановить, хотя и несколько замедляет. Разделение соседних галактик в этой модели начинается с нулевого расстояния, а затем они разбегаются с постоянной скоростью. Наконец, существует третье решение, в котором скорость расширения Вселенной достаточна лишь для того, чтобы предотвратить обратное сжатие, или коллапс. В этом случае разделение также начинается с нуля и возрастает бесконечно. Однако скорость разлета постоянно уменьшается, хотя и никогда не достигает нуля.

Замечательной особенностью первого типа модели Фридмана является то, что Вселенная не бесконечна в пространстве, но пространство не имеет границ. Гравитация в этом случае настолько сильна, что пространство искривляется, замыкаясь само на себя наподобие поверхности Земли. Путешествующий по земной поверхности в одном направлении никогда не встречает непреодолимого препятствия и не рискует свалиться с «края Земли», а попросту возвращается в исходную точку. Таково пространство в первой модели Фридмана, но вместо присущих земной поверхности двух измерений оно имеет три. Четвертое измерение — время — обладает конечной протяженностью, но его можно уподобить линии с двумя краями или границами, началом и концом. Далее мы покажем, что комбинация положений общей теории относительности и принципа неопределенности квантовой механики допускает конечность пространства и времени при одновременном отсутствии у них каких-либо пределов или границ. Идея о космическом страннике, обогнувшем Вселенную и вернувшемся в исходную точку, хороша для фантастических рассказов, однако не имеет практической ценности, поскольку — и это можно доказать — Вселенная сократится до нулевых размеров, прежде чем путешественник вернется к старту. Для того чтобы успеть вернуться в начальную точку раньше, чем Вселенная перестанет существовать, этот бедолага должен перемещаться быстрее света, чего, увы, не допускают известные нам законы природы.

Какая же модель Фридмана соответствует нашей Вселенной? Остановится ли расширение Вселенной, уступив место сжатию, или будет продолжаться вечно? Чтобы ответить на этот вопрос, нам необходимо знать скорость расширения Вселенной и ее среднюю плотность в настоящее время. Если эта плотность меньше некоторого критического значения, определяемого скоростью расширения, гравитационное притяжение будет слишком слабым для того, чтобы остановить разбегание галактик. Если же плотность больше критического значения, гравитация рано или поздно остановит расширение и начнется обратное сжатие.

Мы можем определить текущую скорость расширения путем измерения скоростей, с которыми другие галактики удаляются от нас, используя эффект Доплера. Это можно проделать с высокой точностью. Однако расстояния до галактик известны не очень хорошо, поскольку мы измеряем их косвенными методами. Нам известно одно: Вселенная расширяется примерно на 5-10 % за каждый миллиард лет. Впрочем, наши оценки нынешней плотности вещества во Вселенной грешат еще большей неопределенностью.

Если мы суммируем массу всех видимых нам звезд нашей и других галактик, итог будет меньше одной сотой того значения, которое необходимо для остановки расширения Вселенной даже при самой низкой его скорости. Впрочем, нам известно, что в нашей и других галактиках содержится большое количество темной материи, которую мы не можем наблюдать непосредственно, влияние которой, однако, обнаруживается через ее гравитационное воздействие на орбиты звезд и галактический газ. Более того, большинство галактик образуют гигантские скопления, и можно предположить присутствие еще большего количества темной материи между галактиками в этих скоплениях по тому эффекту, которое она оказывает на движение галактик. Но, даже добавив всю эту темную материю, мы получим одну десятую того, что необходимо для остановки расширения. Впрочем, возможно, существуют иные, пока не выявленные нами формы материи, которые могли бы поднять среднюю плотность Вселенной до критического значения, способного остановить расширение.

Таким образом, существующее свидетельство предполагает, что Вселенная, по-видимому, будет расширяться вечно. Но не стоит делать ставку на это. Мы можем быть уверены только в том, что если Вселенной суждено схлопнуться, произойдет это не раньше чем через десятки миллиардов лет, поскольку расширялась она как минимум на протяжении такого же временного промежутка. Так что не стоит беспокоиться раньше срока. Если мы не сумеем расселиться за пределами Солнечной системы, человечество погибнет задолго до того вместе с нашей звездой, Солнцем.

БОЛЬШОЙ ВЗРЫВ

Характерной чертой всех решений, вытекающих из модели Фридмана, является то, что в соответствии с ними в далеком прошлом, 10 или 20 млрд лет назад, расстояние между соседними галактиками во Вселенной должно было равняться нулю. В этот момент времени, получивший название Большого Взрыва, плотность Вселенной и кривизна пространства-времени были бесконечно большими. Это означает, что общая теория относительности, на которой основаны все решения модели Фридмана, предсказывает существование во Вселенной особой, сингулярной точки.

Все наши научные теории построены на предположении, что пространство-время является гладким и почти плоским, так что все они разбиваются о специфичность (сингулярность) Большого Взрыва, где кривизна пространства-времени бесконечна. Это означает, что, если какие-то события и происходили до Большого Взрыва, их нельзя использовать для установления того, что происходило после, потому что всякая предсказуемость в момент Большого Взрыва была нарушена. Соответственно, зная только то, что происходило после Большого Взрыва, мы не можем установить, что происходило до него. Применительно к нам все события до Большого Взрыва не имеют никаких последствий, а потому не могут быть частью научной модели Вселенной. Мы должны исключить их из модели и сказать, что время имело началом Большой Взрыв.

Многим не нравится идея о том, что время имеет начало, вероятно, потому, что она отдает божественным вмешательством. (С другой стороны, Католическая церковь ухватилась за модель Большого Взрыва и в 1951 г. официально провозгласила, что эта модель соответствует Библии.) Предпринимались попытки избежать вывода, что Большой Взрыв вообще был. Самую широкую поддержку получила теория стационарной Вселенной. Предложили ее в 1948 г. бежавшие из оккупированной нацистами Австрии Герман Бонди и Томас Голд совместно с британцем Фредом Хойлом, который в годы войны работал вместе с ними над усовершенствованием радаров. Их идея состояла в том, что, по мере того как галактики разбегаются, в пространстве между ними из вновь образующейся материи постоянно формируются новые галактики. Потому-то Вселенная и выглядит примерно одинаковой во все времена, а также из любой точки пространства.

Теория стационарной Вселенной требовала такого изменения общей теории относительности, которое допускало бы постоянное образование новой материи, но скорость ее образования была настолько низкой — около одной элементарной частицы на кубический километр в год, — что идея Бонди, Голда и Хойла не вступала в противоречие с опытными данными. Их теория была «добротной», то есть достаточно простой и предлагающей ясные предсказания, которые могут быть проверены экспериментально. Одно из таких предсказаний заключалось в том, что число галактик или сходных с ними объектов в любом данном объеме пространства будет одним и тем же, куда бы и когда бы мы ни взглянули во Вселенной.

В конце 1950-х — начале 1960-х гг. группа астрономов из Кембриджа, возглавляемая Мартином Райлом, исследовала источники радиоизлучения в космическом пространстве. Выяснилось, что большая часть таких источников должна лежать за пределами нашей Галактики и что слабых среди них гораздо больше, чем сильных. Слабые источники были признаны более удаленными, а сильные — более близкими. Очевидным стало и другое: число близких источников, приходящееся на единицу объема, меньше, чем дальних.

Это могло означать, что мы располагаемся в центре обширного района, где плотность источников радиоизлучения значительно ниже, чем в остальной Вселенной. Или то, что в прошлом, когда радиоволны только начинали свой путь к нам, источников излучения было гораздо больше, чем сейчас. И первое и второе объяснения противоречили теории стационарной Вселенной. Более того, обнаруженное Пензиасом и Уилсоном в 1965 г. микроволновое излучение также свидетельствовало, что когда-то в прошлом Вселенная должна была иметь гораздо большую плотность. Так что теорию стационарной Вселенной похоронили, пусть и не без сожаления.

Еще одну попытку обойти вывод о том, что Большой Взрыв был и время имеет начало, предприняли в 1963 г. советские ученые Евгений Лифшиц и Исаак Халатников. Они предположили, что Большой Взрыв может представлять собой некую специфическую особенность моделей Фридмана, которые, в конце концов, являются всего лишь приближением к реальной Вселенной. Возможно, из всех моделей, приближенно описывающих реальную Вселенную, лишь модели Фридмана содержат сингулярность Большого Взрыва. В этих моделях галактики разбегаются в космическом пространстве по прямым линиям.

Поэтому неудивительно, что когда-то в прошлом все они находились в одной точке. В реальной Вселенной, однако, галактики разбегаются не по прямым, а по чуть искривленным траекториям. Так что на исходной позиции они располагались не в одной геометрической точке, а просто очень близко друг к другу. Поэтому представляется вероятным, что современная расширяющаяся Вселенная возникла не из сингулярности Большого Взрыва, а из более ранней фазы сжатия; при коллапсе Вселенной не все частицы должны были обязательно столкнуться друг с другом, некоторые из них могли избежать прямого столкновения и разлететься, создав наблюдаемую нами ныне картину расширения Вселенной. Можно ли тогда говорить, что реальная Вселенная началась с Большого Взрыва?

Лифшиц и Халатников изучили модели Вселенной, приближенно похожие на фридмановские, но принимавшие в расчет неоднородности и случайное распределение скоростей галактик в реальной Вселенной. Они показали, что такие модели тоже могут начинаться с Большого Взрыва, даже если галактики не разбегаются строго по прямым линиям. Однако Лифшиц и Халатников утверждали, что такое возможно только в отдельных определенных моделях, где все галактики движутся прямолинейно.

Поскольку среди моделей, подобных фридмановским, гораздо больше тех, которые не содержат сингулярности Большого Взрыва, чем тех, что ее содержат, рассуждали ученые, мы должны заключить, что вероятность Большого Взрыва крайне низка. Однако в дальнейшем им пришлось признать, что класс моделей, подобных фридмановским, которые содержат сингулярности и в которых галактики не должны двигаться каким-то особым образом, гораздо обширнее. И в 1970 г. они вообще отказались от своей гипотезы.

Работа, проделанная Лифшицем и Халатниковым, имела ценность, потому что показала: Вселенная могла иметь сингулярность — Большой Взрыв, — если общая теория относительности верна. Однако они не разрешили жизненно важного вопроса: предсказывает ли общая теория относительности, что у нашей Вселенной должен был быть Большой Взрыв, начало времени? Ответ на это дал совершенно иной подход, предложенный впервые английским физиком Роджером Пенроузом в 1965 г. Пенроуз использовал поведение так называемых световых конусов в теории относительности и тот факт, что гравитация всегда вызывает притяжение, чтобы показать, что звезды, переживающие коллапс под воздействием собственного тяготения, заключены в пределах области, чьи границы сжимаются до нулевых размеров. Это означает, что все вещество звезды стягивается в одну точку нулевого объема, так что плотность материи и кривизна пространства-времени становятся бесконечными. Другими словами, налицо сингулярность, содержащаяся в области пространства-времени, известной как черная дыра.

На первый взгляд, выводы Пенроуза ничего не говорили о том, существовала ли в прошлом сингулярность Большого Взрыва Однако в то самое время, когда Пенроуз вывел свою теорему, я, тогда аспирант, отчаянно искал математическую задачу, которая позволила бы мне завершить диссертацию. Я понял, что, если обратить вспять направление времени в теореме Пенроуза, чтобы коллапс сменился расширением, условия теоремы останутся прежними, коль скоро нынешняя Вселенная приближенно соответствует фридмановской модели в больших масштабах. Из теоремы Пенроуза вытекало, что коллапс любой звезды заканчивается сингулярностью, а мой пример с обращением времени доказывал, что любая фридмановская расширяющаяся Вселенная должна возникать из сингулярности. По чисто техническим причинам теорема Пенроуза требовала, чтобы Вселенная была бесконечна в пространстве. Я мог использовать это для доказательства того, что сингулярности возникают лишь в одном случае: если высокая скорость расширения исключает обратное сжатие Вселенной, потому что только фридмановская модель бесконечна в пространстве.

Несколько следующих лет я разрабатывал новые математические приемы, которые позволили бы исключить это и другие технические условия из теорем, доказывающих, что сингулярности должны существовать. Результатом стала опубликованная в 1970 г. Пенроузом и мной совместная статья, утверждавшая, что сингулярность Большого Взрыва должна была существовать при условии, что общая теория относительности справедлива и количество вещества во Вселенной соответствует тому, которое мы наблюдаем.

Последовала масса возражений, частично от советских ученых, которые придерживались «партийной линии», провозглашенной Лифшицем и Халатниковым, а частично от тех, кто питал отвращение к самой идее сингулярности, оскорбляющей красоту теории Эйнштейна. Впрочем, с математической теоремой трудно поспорить. Поэтому ныне широко признано, что Вселенная должна была иметь начало.

Отрывок из книги Стивена Хокинга «Теория всего. Происхождение и судьба Вселенной»

Наша расширяющаяся Вселенная: возраст, история и другие факты

(Изображение предоставлено Гетти)

Вселенная родилась в результате Большого Взрыва как невообразимо горячая и плотная точка. Когда Вселенной было всего 10 ^-34 секунды или около того, то есть возраст одной сотой миллиардной триллионной триллионной доли секунды, она испытала невероятный всплеск расширения, известный как инфляция, при котором само пространство расширялось быстрее скорости света. За этот период Вселенная удвоилась в размерах не менее чем на 90 раз, почти мгновенно переходя от субатомного размера к размеру мяча для гольфа.

Работа, направленная на понимание расширяющейся Вселенной, основана на сочетании теоретической физики и прямых астрономических наблюдений. Однако в некоторых случаях астрономы не смогли увидеть прямых доказательств — например, в случае с гравитационными волнами, связанными с космическим микроволновым фоном, остаточным излучением Большого взрыва. Предварительное объявление об обнаружении этих волн в 2014 году было быстро отозвано после того, как астрономы обнаружили, что обнаруженный сигнал можно объяснить наличием пыли в Млечном Пути.

По данным НАСА, после инфляции рост Вселенной продолжился, но более медленными темпами . По мере расширения пространства Вселенная охлаждалась и формировалась материя. Через секунду после Большого взрыва Вселенная была заполнена нейтронами, протонами, электронами, антиэлектронами, фотонами и нейтрино.

В течение первых трех минут существования Вселенной легкие элементы родились в процессе, известном как нуклеосинтез Большого взрыва. Температуры снижены со 100 нониллионов (10 ³² ) Кельвина до 1 миллиарда (10 ⁹ ) Кельвина, и столкновение протонов и нейтронов привело к образованию дейтерия, изотопа водорода. Большая часть дейтерия объединилась в гелий, а также образовались следовые количества лития.

Представление этого художника о Большом взрыве показывает, как материя формирует галактики. (Изображение предоставлено Getty)

В течение первых 380 000 лет или около того Вселенная была слишком горячей, чтобы излучать свет, по данным Национального центра космических исследований Франции (Centre National d’Etudes Spatiales, или CNES). Тепло творения столкнуло атомы вместе с достаточной силой, чтобы разбить их на плотную плазму, непрозрачную смесь протонов, нейтронов и электронов, которая рассеивала свет, как туман.

Статьи по теме

Примерно через 380 000 лет после Большого взрыва материя достаточно остыла для образования атомов в эпоху рекомбинации, в результате чего, по данным НАСА, образовался прозрачный электрически нейтральный газ . Это вызвало первоначальную вспышку света, созданную во время Большого взрыва, которую сегодня можно обнаружить как космическое микроволновое фоновое излучение. Однако после этого момента Вселенная погрузилась во тьму, так как еще не образовались ни звезды, ни какие-либо другие яркие объекты.

Примерно через 400 миллионов лет после Большого взрыва Вселенная начала выходить из космических темных веков в эпоху реионизации. За это время, длившееся более полумиллиарда лет, сгустков газа разрушилось достаточно, чтобы образовались первые звезды и галактики, чей энергичный ультрафиолетовый свет ионизировал и уничтожил большую часть нейтрального водорода.

Хотя расширение Вселенной постепенно замедлялось по мере того, как материя во Вселенной притягивалась сама к себе под действием гравитации, примерно через 5 или 6 миллиардов лет после Большого взрыва, по данным НАСА , таинственная сила, ныне называемая темной энергией, снова начала ускорять расширение Вселенной, явление, которое продолжается и сегодня.

Через 9 миллиардов лет после Большого взрыва родилась наша Солнечная система.

Большой взрыв

Шаровое скопление NGC 6397 содержит около 400 000 звезд и расположено на расстоянии около 7 200 световых лет в южном созвездии Ара. Его предполагаемый возраст составляет 13,5 миллиардов лет, и он, вероятно, является одним из первых объектов Галактики, образовавшихся после Большого взрыва. (Изображение предоставлено НАСА/Франческо Ферраро/Болонская обсерватория)

Большой взрыв не произошел как взрыв в обычном понимании таких вещей, несмотря на то, что можно сделать вывод из его названия. Согласно НАСА, Вселенная не расширялась в космос, поскольку космоса до Вселенной не существовало . Вместо этого лучше думать о Большом взрыве как об одновременном появлении пространства во всей Вселенной . Вселенная не расширялась ни с одной точки после Большого взрыва — скорее, само пространство растягивалось и уносило с собой материю.

Поскольку Вселенная по своему определению охватывает все пространство и время, какими мы ее знаем, НАСА говорит, что модель Большого Взрыва не может сказать, во что расширяется Вселенная или что привело к Большой взрыв. Хотя существуют модели, которые размышляют над этими вопросами, ни одна из них пока не сделала реалистично проверяемых прогнозов.

В 2014 году ученые из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики объявили, что они обнаружили слабый сигнал в космическом микроволновом фоне, который может быть первым прямым свидетельством гравитационных волн, которые сами считают «дымящимся пистолетом» для Большого взрыва. Выводы вызвали горячие споры, и астрономы вскоре отказались от своих результатов, когда поняли, что пыль в Млечном Пути может объяснить их выводы.

Сколько лет Вселенной?

На этом изображении всего неба показана зарождающаяся Вселенная. Он показывает температурные колебания возрастом 13,7 миллиардов лет. (Изображение предоставлено НАСА)

В настоящее время возраст Вселенной оценивается примерно в 13,8 миллиарда лет, плюс-минус 130 миллионов лет. Для сравнения, Солнечной системе всего около 4,6 миллиарда лет.

Эта оценка получена в результате измерения состава материи и плотности энергии во Вселенной. Это позволило исследователям вычислить, насколько быстро Вселенная расширялась в прошлом. Обладая этими знаниями, они могли бы повернуть время вспять и экстраполировать, когда произошел Большой взрыв (откроется в новой вкладке). Время между тем и сейчас – это возраст Вселенной.

Как он устроен?

Ученые считают, что в самые ранние моменты существования Вселенной в ней не было структуры, о которой можно было бы говорить, а материя и энергия распределялись почти равномерно. По данным НАСА , гравитационное притяжение небольших флуктуаций плотности материи в то время привело к возникновению огромной паутинообразной структуры звезд и пустоты, наблюдаемой сегодня. Плотные области притягивали все больше и больше материи под действием гравитации, и чем массивнее они становились, тем больше материи они могли притягивать под действием гравитации, образуя звезды, галактики и более крупные структуры, известные как скопления, сверхскопления, нити и стены, с «великими стенами». тысяч галактик, длина которых превышает миллиард световых лет. Менее плотные области не росли, превращаясь в область, казалось бы, пустого пространства, называемого пустотами.

Содержимое Вселенной

Нити темной материи, называемые волосками, образуются, когда частицы темной материи проходят через планету. (Изображение предоставлено NASA/JPL-Caltech)

Еще несколько десятилетий назад астрономы считали, что Вселенная почти полностью состоит из обычных атомов или «барионной материи», согласно НАСА . Однако в последнее время появляется все больше свидетельств того, что большинство ингредиентов, составляющих вселенную, имеют форму, которую мы не можем видеть.

Оказывается, атомы составляют всего 4,6 процента Вселенной. Из оставшихся 23 процента состоит из темной материи, которая, вероятно, состоит из одного или нескольких видов субатомных частиц, очень слабо взаимодействующих с обычной материей, а 72 процента состоит из темной энергии, которая, по-видимому, является движущей силой ускоряющегося расширения Вселенной. Вселенная.

Когда дело доходит до атомов, с которыми мы знакомы, водород составляет около 75 процентов, а гелий — около 25 процентов, а более тяжелые элементы составляют лишь крошечную часть атомов Вселенной, по данным НАСА (opens in new tab ).

Какой он формы?

Форма Вселенной и то, является ли она конечной или бесконечной в размерах, зависит от борьбы между скоростью ее расширения и гравитационным притяжением. Сила рассматриваемого притяжения частично зависит от плотности материи во Вселенной.

Если плотность вселенной превышает определенное критическое значение, то вселенная «закрыта (открывается в новой вкладке)» и «положительно изогнута», как поверхность сферы. Это означает, что световые лучи, которые изначально параллельны, будут медленно сходиться, в конечном итоге пересекаться и возвращаться обратно в исходную точку, если Вселенная будет существовать достаточно долго. Если это так, согласно НАСА , Вселенная не бесконечна, но не имеет конца, так же как площадь на поверхности сферы не бесконечна, но не имеет ни начала, ни конца, о которых можно было бы говорить. В конце концов Вселенная перестанет расширяться и начнет схлопываться сама по себе, так называемый «Большой толчок».

Если плотность Вселенной меньше этой критической плотности, то геометрия пространства «открыта » и «отрицательно изогнута», как поверхность седла. Если это так, то вселенная не имеет границ и будет расширяться вечно (откроется в новой вкладке).

Если плотность Вселенной в точности равна критической плотности, то согласно НАСА, геометрия Вселенной является «плоской» с нулевой кривизной, как лист бумаги . Если это так, то Вселенная не имеет границ и будет расширяться вечно, но скорость расширения будет постепенно приближаться к нулю через бесконечное количество времени. По данным НАСА, недавние измерения показывают, что Вселенная плоская, с погрешностью всего 0,4 процента.

Возможно, Вселенная в целом имеет более сложную форму, хотя кажется, что она обладает другой кривизной. Например, вселенная может иметь форму тора или бублика (откроется в новой вкладке).

Расширяющаяся Вселенная

В 1920-х годах астроном Эдвин Хаббл обнаружил, что Вселенная не статична . Скорее, он расширялся; находка, которая показала, что вселенная, по-видимому, родилась в результате Большого взрыва.

После этого долгое время считалось, что гравитация материи во Вселенной обязательно замедлит расширение Вселенной . Затем, в 1998, наблюдения космического телескопа Хаббл за очень далекими сверхновыми показали, что давным-давно Вселенная расширялась медленнее, чем сегодня. Другими словами, расширение Вселенной не замедлялось из-за гравитации, а необъяснимым образом ускорялось. Название неизвестной силы, движущей силой этого ускоряющегося расширения, — темная энергия, и оно остается одной из величайших загадок в науке.

Дополнительные ресурсы

Хотите исследовать вселенную самостоятельно? Вы можете виртуально путешествовать по звездам и галактикам Млечного Пути, используя карту неба NASA Hubble Skymap (откроется в новой вкладке). Кроме того, вы можете прочитать 10 диких теорий о Вселенной (открывается в новой вкладке) в этой статье Live Science.

Библиография

«Первые звезды во Вселенной». Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества: письма, том 373, выпуск 1 (2006 г.). https://academic.oup.com/mnrasl/article/373/1/L98/989035?login=true (открывается в новой вкладке)

«Молекулярная вселенная». Обзоры современной физики (2013). https://journals.aps.org/rmp/abstract/10.1103/RevModPhys.85.1021 (открывается в новой вкладке)

«Закон Хаббла и расширяющаяся Вселенная». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки (2015 г.). https://www.pnas.org/content/112/11/3173.short (открывается в новой вкладке)

Присоединяйтесь к нашим космическим форумам, чтобы продолжать обсуждать последние миссии, ночное небо и многое другое! А если у вас есть новость, исправление или комментарий, сообщите нам об этом по адресу: [email protected].

Айлса — штатный автор журнала How It Works, где она пишет о науке, технологиях, космосе, истории и окружающей среде. Проживая в Великобритании, она окончила Стерлингский университет со степенью бакалавра журналистики (с отличием). Ранее Айлса писала для журнала Cardiff Times, Psychology Now и многочисленных научных журналов.

Наша расширяющаяся Вселенная: возраст, история и другие факты

(Изображение предоставлено Гетти)

Вселенная родилась в результате Большого Взрыва как невообразимо горячая и плотная точка. Когда Вселенной было всего 10 ^-34 секунды или около того, то есть возраст одной сотой миллиардной триллионной триллионной доли секунды, она испытала невероятный всплеск расширения, известный как инфляция, при котором само пространство расширялось быстрее скорости света. За этот период Вселенная удвоилась в размерах не менее чем на 90 раз, почти мгновенно переходя от субатомного размера к размеру мяча для гольфа.

Работа, направленная на понимание расширяющейся Вселенной, основана на сочетании теоретической физики и прямых астрономических наблюдений. Однако в некоторых случаях астрономы не смогли увидеть прямых доказательств — например, в случае с гравитационными волнами, связанными с космическим микроволновым фоном, остаточным излучением Большого взрыва. Предварительное объявление об обнаружении этих волн в 2014 году было быстро отозвано после того, как астрономы обнаружили, что обнаруженный сигнал можно объяснить наличием пыли в Млечном Пути.

По данным НАСА, после инфляции рост Вселенной продолжился, но более медленными темпами . По мере расширения пространства Вселенная охлаждалась и формировалась материя. Через секунду после Большого взрыва Вселенная была заполнена нейтронами, протонами, электронами, антиэлектронами, фотонами и нейтрино.

В течение первых трех минут существования Вселенной легкие элементы родились в процессе, известном как нуклеосинтез Большого взрыва. Температуры снижены со 100 нониллионов (10 ³² ) Кельвина до 1 миллиарда (10 ⁹ ) Кельвина, и столкновение протонов и нейтронов привело к образованию дейтерия, изотопа водорода. Большая часть дейтерия объединилась в гелий, а также образовались следовые количества лития.

Представление этого художника о Большом взрыве показывает, как материя формирует галактики. (Изображение предоставлено Getty)

В течение первых 380 000 лет или около того Вселенная была слишком горячей, чтобы излучать свет, по данным Национального центра космических исследований Франции (Centre National d’Etudes Spatiales, или CNES). Тепло творения столкнуло атомы вместе с достаточной силой, чтобы разбить их на плотную плазму, непрозрачную смесь протонов, нейтронов и электронов, которая рассеивала свет, как туман.

Статьи по теме

Примерно через 380 000 лет после Большого взрыва материя достаточно остыла для образования атомов в эпоху рекомбинации, в результате чего, по данным НАСА, образовался прозрачный электрически нейтральный газ . Это вызвало первоначальную вспышку света, созданную во время Большого взрыва, которую сегодня можно обнаружить как космическое микроволновое фоновое излучение. Однако после этого момента Вселенная погрузилась во тьму, так как еще не образовались ни звезды, ни какие-либо другие яркие объекты.

Примерно через 400 миллионов лет после Большого взрыва Вселенная начала выходить из космических темных веков в эпоху реионизации. За это время, длившееся более полумиллиарда лет, сгустков газа разрушилось достаточно, чтобы образовались первые звезды и галактики, чей энергичный ультрафиолетовый свет ионизировал и уничтожил большую часть нейтрального водорода.

Хотя расширение Вселенной постепенно замедлялось по мере того, как материя во Вселенной притягивалась сама к себе под действием гравитации, примерно через 5 или 6 миллиардов лет после Большого взрыва, по данным НАСА , таинственная сила, ныне называемая темной энергией, снова начала ускорять расширение Вселенной, явление, которое продолжается и сегодня.

Через 9 миллиардов лет после Большого взрыва родилась наша Солнечная система.

Большой взрыв

Шаровое скопление NGC 6397 содержит около 400 000 звезд и расположено на расстоянии около 7 200 световых лет в южном созвездии Ара. Его предполагаемый возраст составляет 13,5 миллиардов лет, и он, вероятно, является одним из первых объектов Галактики, образовавшихся после Большого взрыва. (Изображение предоставлено НАСА/Франческо Ферраро/Болонская обсерватория)

Большой взрыв не произошел как взрыв в обычном понимании таких вещей, несмотря на то, что можно сделать вывод из его названия. Согласно НАСА, Вселенная не расширялась в космос, поскольку космоса до Вселенной не существовало . Вместо этого лучше думать о Большом взрыве как об одновременном появлении пространства во всей Вселенной . Вселенная не расширялась ни с одной точки после Большого взрыва — скорее, само пространство растягивалось и уносило с собой материю.

Поскольку Вселенная по своему определению охватывает все пространство и время, какими мы ее знаем, НАСА говорит, что модель Большого Взрыва не может сказать, во что расширяется Вселенная или что привело к Большой взрыв. Хотя существуют модели, которые размышляют над этими вопросами, ни одна из них пока не сделала реалистично проверяемых прогнозов.

В 2014 году ученые из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики объявили, что они обнаружили слабый сигнал в космическом микроволновом фоне, который может быть первым прямым свидетельством гравитационных волн, которые сами считают «дымящимся пистолетом» для Большого взрыва. Выводы вызвали горячие споры, и астрономы вскоре отказались от своих результатов, когда поняли, что пыль в Млечном Пути может объяснить их выводы.

Сколько лет Вселенной?

На этом изображении всего неба показана зарождающаяся Вселенная. Он показывает температурные колебания возрастом 13,7 миллиардов лет. (Изображение предоставлено НАСА)

В настоящее время возраст Вселенной оценивается примерно в 13,8 миллиарда лет, плюс-минус 130 миллионов лет. Для сравнения, Солнечной системе всего около 4,6 миллиарда лет.

Эта оценка получена в результате измерения состава материи и плотности энергии во Вселенной. Это позволило исследователям вычислить, насколько быстро Вселенная расширялась в прошлом. Обладая этими знаниями, они могли бы повернуть время вспять и экстраполировать, когда произошел Большой взрыв (откроется в новой вкладке). Время между тем и сейчас – это возраст Вселенной.

Как он устроен?

Ученые считают, что в самые ранние моменты существования Вселенной в ней не было структуры, о которой можно было бы говорить, а материя и энергия распределялись почти равномерно. По данным НАСА , гравитационное притяжение небольших флуктуаций плотности материи в то время привело к возникновению огромной паутинообразной структуры звезд и пустоты, наблюдаемой сегодня. Плотные области притягивали все больше и больше материи под действием гравитации, и чем массивнее они становились, тем больше материи они могли притягивать под действием гравитации, образуя звезды, галактики и более крупные структуры, известные как скопления, сверхскопления, нити и стены, с «великими стенами». тысяч галактик, длина которых превышает миллиард световых лет. Менее плотные области не росли, превращаясь в область, казалось бы, пустого пространства, называемого пустотами.

Содержимое Вселенной

Нити темной материи, называемые волосками, образуются, когда частицы темной материи проходят через планету. (Изображение предоставлено NASA/JPL-Caltech)

Еще несколько десятилетий назад астрономы считали, что Вселенная почти полностью состоит из обычных атомов или «барионной материи», согласно НАСА . Однако в последнее время появляется все больше свидетельств того, что большинство ингредиентов, составляющих вселенную, имеют форму, которую мы не можем видеть.

Оказывается, атомы составляют всего 4,6 процента Вселенной. Из оставшихся 23 процента состоит из темной материи, которая, вероятно, состоит из одного или нескольких видов субатомных частиц, очень слабо взаимодействующих с обычной материей, а 72 процента состоит из темной энергии, которая, по-видимому, является движущей силой ускоряющегося расширения Вселенной. Вселенная.

Когда дело доходит до атомов, с которыми мы знакомы, водород составляет около 75 процентов, а гелий — около 25 процентов, а более тяжелые элементы составляют лишь крошечную часть атомов Вселенной, по данным НАСА (opens in new tab ).

Какой он формы?

Форма Вселенной и то, является ли она конечной или бесконечной в размерах, зависит от борьбы между скоростью ее расширения и гравитационным притяжением. Сила рассматриваемого притяжения частично зависит от плотности материи во Вселенной.

Если плотность вселенной превышает определенное критическое значение, то вселенная «закрыта (открывается в новой вкладке)» и «положительно изогнута», как поверхность сферы. Это означает, что световые лучи, которые изначально параллельны, будут медленно сходиться, в конечном итоге пересекаться и возвращаться обратно в исходную точку, если Вселенная будет существовать достаточно долго. Если это так, согласно НАСА , Вселенная не бесконечна, но не имеет конца, так же как площадь на поверхности сферы не бесконечна, но не имеет ни начала, ни конца, о которых можно было бы говорить. В конце концов Вселенная перестанет расширяться и начнет схлопываться сама по себе, так называемый «Большой толчок».

Если плотность Вселенной меньше этой критической плотности, то геометрия пространства «открыта » и «отрицательно изогнута», как поверхность седла. Если это так, то вселенная не имеет границ и будет расширяться вечно (откроется в новой вкладке).

Если плотность Вселенной в точности равна критической плотности, то согласно НАСА, геометрия Вселенной является «плоской» с нулевой кривизной, как лист бумаги . Если это так, то Вселенная не имеет границ и будет расширяться вечно, но скорость расширения будет постепенно приближаться к нулю через бесконечное количество времени. По данным НАСА, недавние измерения показывают, что Вселенная плоская, с погрешностью всего 0,4 процента.

Возможно, Вселенная в целом имеет более сложную форму, хотя кажется, что она обладает другой кривизной. Например, вселенная может иметь форму тора или бублика (откроется в новой вкладке).

Расширяющаяся Вселенная

В 1920-х годах астроном Эдвин Хаббл обнаружил, что Вселенная не статична . Скорее, он расширялся; находка, которая показала, что вселенная, по-видимому, родилась в результате Большого взрыва.

После этого долгое время считалось, что гравитация материи во Вселенной обязательно замедлит расширение Вселенной . Затем, в 1998, наблюдения космического телескопа Хаббл за очень далекими сверхновыми показали, что давным-давно Вселенная расширялась медленнее, чем сегодня. Другими словами, расширение Вселенной не замедлялось из-за гравитации, а необъяснимым образом ускорялось. Название неизвестной силы, движущей силой этого ускоряющегося расширения, — темная энергия, и оно остается одной из величайших загадок в науке.

Дополнительные ресурсы

Хотите исследовать вселенную самостоятельно? Вы можете виртуально путешествовать по звездам и галактикам Млечного Пути, используя карту неба NASA Hubble Skymap (откроется в новой вкладке). Кроме того, вы можете прочитать 10 диких теорий о Вселенной (открывается в новой вкладке) в этой статье Live Science.

Библиография

«Первые звезды во Вселенной». Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества: письма, том 373, выпуск 1 (2006 г.). https://academic.oup.com/mnrasl/article/373/1/L98/989035?login=true (открывается в новой вкладке)

«Молекулярная вселенная». Обзоры современной физики (2013). https://journals.aps.org/rmp/abstract/10.1103/RevModPhys.85.1021 (открывается в новой вкладке)

«Закон Хаббла и расширяющаяся Вселенная». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки (2015 г. ). https://www.pnas.org/content/112/11/3173.short (открывается в новой вкладке)

Присоединяйтесь к нашим космическим форумам, чтобы продолжать обсуждать последние миссии, ночное небо и многое другое! А если у вас есть новость, исправление или комментарий, сообщите нам об этом по адресу: [email protected].

Айлса — штатный автор журнала How It Works, где она пишет о науке, технологиях, космосе, истории и окружающей среде. Проживая в Великобритании, она окончила Стерлингский университет со степенью бакалавра журналистики (с отличием). Ранее Айлса писала для журнала Cardiff Times, Psychology Now и многочисленных научных журналов.

Наша расширяющаяся Вселенная: возраст, история и другие факты

(Изображение предоставлено Гетти)

Вселенная родилась в результате Большого Взрыва как невообразимо горячая и плотная точка. Когда Вселенной было всего 10 ^-34 секунды или около того, то есть возраст одной сотой миллиардной триллионной триллионной доли секунды, она испытала невероятный всплеск расширения, известный как инфляция, при котором само пространство расширялось быстрее скорости света. За этот период Вселенная удвоилась в размерах не менее чем на 90 раз, почти мгновенно переходя от субатомного размера к размеру мяча для гольфа.

Работа, направленная на понимание расширяющейся Вселенной, основана на сочетании теоретической физики и прямых астрономических наблюдений. Однако в некоторых случаях астрономы не смогли увидеть прямых доказательств — например, в случае с гравитационными волнами, связанными с космическим микроволновым фоном, остаточным излучением Большого взрыва. Предварительное объявление об обнаружении этих волн в 2014 году было быстро отозвано после того, как астрономы обнаружили, что обнаруженный сигнал можно объяснить наличием пыли в Млечном Пути.

По данным НАСА, после инфляции рост Вселенной продолжился, но более медленными темпами . По мере расширения пространства Вселенная охлаждалась и формировалась материя. Через секунду после Большого взрыва Вселенная была заполнена нейтронами, протонами, электронами, антиэлектронами, фотонами и нейтрино.

В течение первых трех минут существования Вселенной легкие элементы родились в процессе, известном как нуклеосинтез Большого взрыва. Температуры снижены со 100 нониллионов (10 ³² ) Кельвина до 1 миллиарда (10 ⁹ ) Кельвина, и столкновение протонов и нейтронов привело к образованию дейтерия, изотопа водорода. Большая часть дейтерия объединилась в гелий, а также образовались следовые количества лития.

Представление этого художника о Большом взрыве показывает, как материя формирует галактики. (Изображение предоставлено Getty)

В течение первых 380 000 лет или около того Вселенная была слишком горячей, чтобы излучать свет, по данным Национального центра космических исследований Франции (Centre National d’Etudes Spatiales, или CNES). Тепло творения столкнуло атомы вместе с достаточной силой, чтобы разбить их на плотную плазму, непрозрачную смесь протонов, нейтронов и электронов, которая рассеивала свет, как туман.

Статьи по теме

Примерно через 380 000 лет после Большого взрыва материя достаточно остыла для образования атомов в эпоху рекомбинации, в результате чего, по данным НАСА, образовался прозрачный электрически нейтральный газ . Это вызвало первоначальную вспышку света, созданную во время Большого взрыва, которую сегодня можно обнаружить как космическое микроволновое фоновое излучение. Однако после этого момента Вселенная погрузилась во тьму, так как еще не образовались ни звезды, ни какие-либо другие яркие объекты.

Примерно через 400 миллионов лет после Большого взрыва Вселенная начала выходить из космических темных веков в эпоху реионизации. За это время, длившееся более полумиллиарда лет, сгустков газа разрушилось достаточно, чтобы образовались первые звезды и галактики, чей энергичный ультрафиолетовый свет ионизировал и уничтожил большую часть нейтрального водорода.

Хотя расширение Вселенной постепенно замедлялось по мере того, как материя во Вселенной притягивалась сама к себе под действием гравитации, примерно через 5 или 6 миллиардов лет после Большого взрыва, по данным НАСА , таинственная сила, ныне называемая темной энергией, снова начала ускорять расширение Вселенной, явление, которое продолжается и сегодня.

Через 9 миллиардов лет после Большого взрыва родилась наша Солнечная система.

Большой взрыв

Шаровое скопление NGC 6397 содержит около 400 000 звезд и расположено на расстоянии около 7 200 световых лет в южном созвездии Ара. Его предполагаемый возраст составляет 13,5 миллиардов лет, и он, вероятно, является одним из первых объектов Галактики, образовавшихся после Большого взрыва. (Изображение предоставлено НАСА/Франческо Ферраро/Болонская обсерватория)

Большой взрыв не произошел как взрыв в обычном понимании таких вещей, несмотря на то, что можно сделать вывод из его названия. Согласно НАСА, Вселенная не расширялась в космос, поскольку космоса до Вселенной не существовало . Вместо этого лучше думать о Большом взрыве как об одновременном появлении пространства во всей Вселенной . Вселенная не расширялась ни с одной точки после Большого взрыва — скорее, само пространство растягивалось и уносило с собой материю.

Поскольку Вселенная по своему определению охватывает все пространство и время, какими мы ее знаем, НАСА говорит, что модель Большого Взрыва не может сказать, во что расширяется Вселенная или что привело к Большой взрыв. Хотя существуют модели, которые размышляют над этими вопросами, ни одна из них пока не сделала реалистично проверяемых прогнозов.

В 2014 году ученые из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики объявили, что они обнаружили слабый сигнал в космическом микроволновом фоне, который может быть первым прямым свидетельством гравитационных волн, которые сами считают «дымящимся пистолетом» для Большого взрыва. Выводы вызвали горячие споры, и астрономы вскоре отказались от своих результатов, когда поняли, что пыль в Млечном Пути может объяснить их выводы.

Сколько лет Вселенной?

На этом изображении всего неба показана зарождающаяся Вселенная. Он показывает температурные колебания возрастом 13,7 миллиардов лет. (Изображение предоставлено НАСА)

В настоящее время возраст Вселенной оценивается примерно в 13,8 миллиарда лет, плюс-минус 130 миллионов лет. Для сравнения, Солнечной системе всего около 4,6 миллиарда лет.

Эта оценка получена в результате измерения состава материи и плотности энергии во Вселенной. Это позволило исследователям вычислить, насколько быстро Вселенная расширялась в прошлом. Обладая этими знаниями, они могли бы повернуть время вспять и экстраполировать, когда произошел Большой взрыв (откроется в новой вкладке). Время между тем и сейчас – это возраст Вселенной.

Как он устроен?

Ученые считают, что в самые ранние моменты существования Вселенной в ней не было структуры, о которой можно было бы говорить, а материя и энергия распределялись почти равномерно. По данным НАСА , гравитационное притяжение небольших флуктуаций плотности материи в то время привело к возникновению огромной паутинообразной структуры звезд и пустоты, наблюдаемой сегодня. Плотные области притягивали все больше и больше материи под действием гравитации, и чем массивнее они становились, тем больше материи они могли притягивать под действием гравитации, образуя звезды, галактики и более крупные структуры, известные как скопления, сверхскопления, нити и стены, с «великими стенами». тысяч галактик, длина которых превышает миллиард световых лет. Менее плотные области не росли, превращаясь в область, казалось бы, пустого пространства, называемого пустотами.

Содержимое Вселенной

Нити темной материи, называемые волосками, образуются, когда частицы темной материи проходят через планету. (Изображение предоставлено NASA/JPL-Caltech)

Еще несколько десятилетий назад астрономы считали, что Вселенная почти полностью состоит из обычных атомов или «барионной материи», согласно НАСА . Однако в последнее время появляется все больше свидетельств того, что большинство ингредиентов, составляющих вселенную, имеют форму, которую мы не можем видеть.

Оказывается, атомы составляют всего 4,6 процента Вселенной. Из оставшихся 23 процента состоит из темной материи, которая, вероятно, состоит из одного или нескольких видов субатомных частиц, очень слабо взаимодействующих с обычной материей, а 72 процента состоит из темной энергии, которая, по-видимому, является движущей силой ускоряющегося расширения Вселенной. Вселенная.

Когда дело доходит до атомов, с которыми мы знакомы, водород составляет около 75 процентов, а гелий — около 25 процентов, а более тяжелые элементы составляют лишь крошечную часть атомов Вселенной, по данным НАСА (opens in new tab ).

Какой он формы?

Форма Вселенной и то, является ли она конечной или бесконечной в размерах, зависит от борьбы между скоростью ее расширения и гравитационным притяжением. Сила рассматриваемого притяжения частично зависит от плотности материи во Вселенной.

Если плотность вселенной превышает определенное критическое значение, то вселенная «закрыта (открывается в новой вкладке)» и «положительно изогнута», как поверхность сферы. Это означает, что световые лучи, которые изначально параллельны, будут медленно сходиться, в конечном итоге пересекаться и возвращаться обратно в исходную точку, если Вселенная будет существовать достаточно долго. Если это так, согласно НАСА , Вселенная не бесконечна, но не имеет конца, так же как площадь на поверхности сферы не бесконечна, но не имеет ни начала, ни конца, о которых можно было бы говорить. В конце концов Вселенная перестанет расширяться и начнет схлопываться сама по себе, так называемый «Большой толчок».

Если плотность Вселенной меньше этой критической плотности, то геометрия пространства «открыта » и «отрицательно изогнута», как поверхность седла. Если это так, то вселенная не имеет границ и будет расширяться вечно (откроется в новой вкладке).

Если плотность Вселенной в точности равна критической плотности, то согласно НАСА, геометрия Вселенной является «плоской» с нулевой кривизной, как лист бумаги . Если это так, то Вселенная не имеет границ и будет расширяться вечно, но скорость расширения будет постепенно приближаться к нулю через бесконечное количество времени. По данным НАСА, недавние измерения показывают, что Вселенная плоская, с погрешностью всего 0,4 процента.

Возможно, Вселенная в целом имеет более сложную форму, хотя кажется, что она обладает другой кривизной. Например, вселенная может иметь форму тора или бублика (откроется в новой вкладке).

Расширяющаяся Вселенная

В 1920-х годах астроном Эдвин Хаббл обнаружил, что Вселенная не статична . Скорее, он расширялся; находка, которая показала, что вселенная, по-видимому, родилась в результате Большого взрыва.

После этого долгое время считалось, что гравитация материи во Вселенной обязательно замедлит расширение Вселенной . Затем, в 1998, наблюдения космического телескопа Хаббл за очень далекими сверхновыми показали, что давным-давно Вселенная расширялась медленнее, чем сегодня. Другими словами, расширение Вселенной не замедлялось из-за гравитации, а необъяснимым образом ускорялось. Название неизвестной силы, движущей силой этого ускоряющегося расширения, — темная энергия, и оно остается одной из величайших загадок в науке.

Дополнительные ресурсы

Хотите исследовать вселенную самостоятельно? Вы можете виртуально путешествовать по звездам и галактикам Млечного Пути, используя карту неба NASA Hubble Skymap (откроется в новой вкладке). Кроме того, вы можете прочитать 10 диких теорий о Вселенной (открывается в новой вкладке) в этой статье Live Science.

Библиография

«Первые звезды во Вселенной». Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества: письма, том 373, выпуск 1 (2006 г.). https://academic.oup.com/mnrasl/article/373/1/L98/989035?login=true (открывается в новой вкладке)

«Молекулярная вселенная». Обзоры современной физики (2013). https://journals.aps.org/rmp/abstract/10.1103/RevModPhys.85.1021 (открывается в новой вкладке)

«Закон Хаббла и расширяющаяся Вселенная». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки (2015 г.). https://www.pnas.org/content/112/11/3173.short (открывается в новой вкладке)

Присоединяйтесь к нашим космическим форумам, чтобы продолжать обсуждать последние миссии, ночное небо и многое другое! А если у вас есть новость, исправление или комментарий, сообщите нам об этом по адресу: [email protected].

Айлса — штатный автор журнала How It Works, где она пишет о науке, технологиях, космосе, истории и окружающей среде. Проживая в Великобритании, она окончила Стерлингский университет со степенью бакалавра журналистики (с отличием). Ранее Айлса писала для журнала Cardiff Times, Psychology Now и многочисленных научных журналов.

Наша расширяющаяся Вселенная: возраст, история и другие факты

(Изображение предоставлено Гетти)

Вселенная родилась в результате Большого Взрыва как невообразимо горячая и плотная точка. Когда Вселенной было всего 10 ^-34 секунды или около того, то есть возраст одной сотой миллиардной триллионной триллионной доли секунды, она испытала невероятный всплеск расширения, известный как инфляция, при котором само пространство расширялось быстрее скорости света. За этот период Вселенная удвоилась в размерах не менее чем на 90 раз, почти мгновенно переходя от субатомного размера к размеру мяча для гольфа.

Работа, направленная на понимание расширяющейся Вселенной, основана на сочетании теоретической физики и прямых астрономических наблюдений. Однако в некоторых случаях астрономы не смогли увидеть прямых доказательств — например, в случае с гравитационными волнами, связанными с космическим микроволновым фоном, остаточным излучением Большого взрыва. Предварительное объявление об обнаружении этих волн в 2014 году было быстро отозвано после того, как астрономы обнаружили, что обнаруженный сигнал можно объяснить наличием пыли в Млечном Пути.

По данным НАСА, после инфляции рост Вселенной продолжился, но более медленными темпами . По мере расширения пространства Вселенная охлаждалась и формировалась материя. Через секунду после Большого взрыва Вселенная была заполнена нейтронами, протонами, электронами, антиэлектронами, фотонами и нейтрино.

В течение первых трех минут существования Вселенной легкие элементы родились в процессе, известном как нуклеосинтез Большого взрыва. Температуры снижены со 100 нониллионов (10 ³² ) Кельвина до 1 миллиарда (10 ⁹ ) Кельвина, и столкновение протонов и нейтронов привело к образованию дейтерия, изотопа водорода. Большая часть дейтерия объединилась в гелий, а также образовались следовые количества лития.

Представление этого художника о Большом взрыве показывает, как материя формирует галактики. (Изображение предоставлено Getty)

В течение первых 380 000 лет или около того Вселенная была слишком горячей, чтобы излучать свет, по данным Национального центра космических исследований Франции (Centre National d’Etudes Spatiales, или CNES). Тепло творения столкнуло атомы вместе с достаточной силой, чтобы разбить их на плотную плазму, непрозрачную смесь протонов, нейтронов и электронов, которая рассеивала свет, как туман.

Статьи по теме

Примерно через 380 000 лет после Большого взрыва материя достаточно остыла для образования атомов в эпоху рекомбинации, в результате чего, по данным НАСА, образовался прозрачный электрически нейтральный газ . Это вызвало первоначальную вспышку света, созданную во время Большого взрыва, которую сегодня можно обнаружить как космическое микроволновое фоновое излучение. Однако после этого момента Вселенная погрузилась во тьму, так как еще не образовались ни звезды, ни какие-либо другие яркие объекты.

Примерно через 400 миллионов лет после Большого взрыва Вселенная начала выходить из космических темных веков в эпоху реионизации. За это время, длившееся более полумиллиарда лет, сгустков газа разрушилось достаточно, чтобы образовались первые звезды и галактики, чей энергичный ультрафиолетовый свет ионизировал и уничтожил большую часть нейтрального водорода.

Хотя расширение Вселенной постепенно замедлялось по мере того, как материя во Вселенной притягивалась сама к себе под действием гравитации, примерно через 5 или 6 миллиардов лет после Большого взрыва, по данным НАСА , таинственная сила, ныне называемая темной энергией, снова начала ускорять расширение Вселенной, явление, которое продолжается и сегодня.

Через 9 миллиардов лет после Большого взрыва родилась наша Солнечная система.

Большой взрыв

Шаровое скопление NGC 6397 содержит около 400 000 звезд и расположено на расстоянии около 7 200 световых лет в южном созвездии Ара. Его предполагаемый возраст составляет 13,5 миллиардов лет, и он, вероятно, является одним из первых объектов Галактики, образовавшихся после Большого взрыва. (Изображение предоставлено НАСА/Франческо Ферраро/Болонская обсерватория)

Большой взрыв не произошел как взрыв в обычном понимании таких вещей, несмотря на то, что можно сделать вывод из его названия. Согласно НАСА, Вселенная не расширялась в космос, поскольку космоса до Вселенной не существовало . Вместо этого лучше думать о Большом взрыве как об одновременном появлении пространства во всей Вселенной . Вселенная не расширялась ни с одной точки после Большого взрыва — скорее, само пространство растягивалось и уносило с собой материю.

Поскольку Вселенная по своему определению охватывает все пространство и время, какими мы ее знаем, НАСА говорит, что модель Большого Взрыва не может сказать, во что расширяется Вселенная или что привело к Большой взрыв. Хотя существуют модели, которые размышляют над этими вопросами, ни одна из них пока не сделала реалистично проверяемых прогнозов.

В 2014 году ученые из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики объявили, что они обнаружили слабый сигнал в космическом микроволновом фоне, который может быть первым прямым свидетельством гравитационных волн, которые сами считают «дымящимся пистолетом» для Большого взрыва. Выводы вызвали горячие споры, и астрономы вскоре отказались от своих результатов, когда поняли, что пыль в Млечном Пути может объяснить их выводы.

Сколько лет Вселенной?

На этом изображении всего неба показана зарождающаяся Вселенная. Он показывает температурные колебания возрастом 13,7 миллиардов лет. (Изображение предоставлено НАСА)

В настоящее время возраст Вселенной оценивается примерно в 13,8 миллиарда лет, плюс-минус 130 миллионов лет. Для сравнения, Солнечной системе всего около 4,6 миллиарда лет.

Эта оценка получена в результате измерения состава материи и плотности энергии во Вселенной. Это позволило исследователям вычислить, насколько быстро Вселенная расширялась в прошлом. Обладая этими знаниями, они могли бы повернуть время вспять и экстраполировать, когда произошел Большой взрыв (откроется в новой вкладке). Время между тем и сейчас – это возраст Вселенной.

Как он устроен?

Ученые считают, что в самые ранние моменты существования Вселенной в ней не было структуры, о которой можно было бы говорить, а материя и энергия распределялись почти равномерно. По данным НАСА , гравитационное притяжение небольших флуктуаций плотности материи в то время привело к возникновению огромной паутинообразной структуры звезд и пустоты, наблюдаемой сегодня. Плотные области притягивали все больше и больше материи под действием гравитации, и чем массивнее они становились, тем больше материи они могли притягивать под действием гравитации, образуя звезды, галактики и более крупные структуры, известные как скопления, сверхскопления, нити и стены, с «великими стенами». тысяч галактик, длина которых превышает миллиард световых лет. Менее плотные области не росли, превращаясь в область, казалось бы, пустого пространства, называемого пустотами.

Содержимое Вселенной

Нити темной материи, называемые волосками, образуются, когда частицы темной материи проходят через планету. (Изображение предоставлено NASA/JPL-Caltech)

Еще несколько десятилетий назад астрономы считали, что Вселенная почти полностью состоит из обычных атомов или «барионной материи», согласно НАСА . Однако в последнее время появляется все больше свидетельств того, что большинство ингредиентов, составляющих вселенную, имеют форму, которую мы не можем видеть.

Оказывается, атомы составляют всего 4,6 процента Вселенной. Из оставшихся 23 процента состоит из темной материи, которая, вероятно, состоит из одного или нескольких видов субатомных частиц, очень слабо взаимодействующих с обычной материей, а 72 процента состоит из темной энергии, которая, по-видимому, является движущей силой ускоряющегося расширения Вселенной. Вселенная.

Когда дело доходит до атомов, с которыми мы знакомы, водород составляет около 75 процентов, а гелий — около 25 процентов, а более тяжелые элементы составляют лишь крошечную часть атомов Вселенной, по данным НАСА (opens in new tab ).

Какой он формы?

Форма Вселенной и то, является ли она конечной или бесконечной в размерах, зависит от борьбы между скоростью ее расширения и гравитационным притяжением. Сила рассматриваемого притяжения частично зависит от плотности материи во Вселенной.

Если плотность вселенной превышает определенное критическое значение, то вселенная «закрыта (открывается в новой вкладке)» и «положительно изогнута», как поверхность сферы. Это означает, что световые лучи, которые изначально параллельны, будут медленно сходиться, в конечном итоге пересекаться и возвращаться обратно в исходную точку, если Вселенная будет существовать достаточно долго. Если это так, согласно НАСА , Вселенная не бесконечна, но не имеет конца, так же как площадь на поверхности сферы не бесконечна, но не имеет ни начала, ни конца, о которых можно было бы говорить. В конце концов Вселенная перестанет расширяться и начнет схлопываться сама по себе, так называемый «Большой толчок».

Если плотность Вселенной меньше этой критической плотности, то геометрия пространства «открыта » и «отрицательно изогнута», как поверхность седла. Если это так, то вселенная не имеет границ и будет расширяться вечно (откроется в новой вкладке).

Если плотность Вселенной в точности равна критической плотности, то согласно НАСА, геометрия Вселенной является «плоской» с нулевой кривизной, как лист бумаги . Если это так, то Вселенная не имеет границ и будет расширяться вечно, но скорость расширения будет постепенно приближаться к нулю через бесконечное количество времени. По данным НАСА, недавние измерения показывают, что Вселенная плоская, с погрешностью всего 0,4 процента.

Возможно, Вселенная в целом имеет более сложную форму, хотя кажется, что она обладает другой кривизной. Например, вселенная может иметь форму тора или бублика (откроется в новой вкладке).

Расширяющаяся Вселенная

В 1920-х годах астроном Эдвин Хаббл обнаружил, что Вселенная не статична . Скорее, он расширялся; находка, которая показала, что вселенная, по-видимому, родилась в результате Большого взрыва.

После этого долгое время считалось, что гравитация материи во Вселенной обязательно замедлит расширение Вселенной . Затем, в 1998, наблюдения космического телескопа Хаббл за очень далекими сверхновыми показали, что давным-давно Вселенная расширялась медленнее, чем сегодня. Другими словами, расширение Вселенной не замедлялось из-за гравитации, а необъяснимым образом ускорялось. Название неизвестной силы, движущей силой этого ускоряющегося расширения, — темная энергия, и оно остается одной из величайших загадок в науке.

Дополнительные ресурсы

Хотите исследовать вселенную самостоятельно? Вы можете виртуально путешествовать по звездам и галактикам Млечного Пути, используя карту неба NASA Hubble Skymap (откроется в новой вкладке). Кроме того, вы можете прочитать 10 диких теорий о Вселенной (открывается в новой вкладке) в этой статье Live Science.

Библиография

«Первые звезды во Вселенной». Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества: письма, том 373, выпуск 1 (2006 г.). https://academic.oup.com/mnrasl/article/373/1/L98/989035?login=true (открывается в новой вкладке)

«Молекулярная вселенная». Обзоры современной физики (2013). https://journals.aps.org/rmp/abstract/10.1103/RevModPhys.85.1021 (открывается в новой вкладке)

«Закон Хаббла и расширяющаяся Вселенная». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки (2015 г. ). https://www.pnas.org/content/112/11/3173.short (открывается в новой вкладке)

Присоединяйтесь к нашим космическим форумам, чтобы продолжать обсуждать последние миссии, ночное небо и многое другое! А если у вас есть новость, исправление или комментарий, сообщите нам об этом по адресу: [email protected].

Айлса — штатный автор журнала How It Works, где она пишет о науке, технологиях, космосе, истории и окружающей среде. Проживая в Великобритании, она окончила Стерлингский университет со степенью бакалавра журналистики (с отличием). Ранее Айлса писала для журнала Cardiff Times, Psychology Now и многочисленных научных журналов.

Наша расширяющаяся Вселенная: возраст, история и другие факты

(Изображение предоставлено Гетти)

Вселенная родилась в результате Большого Взрыва как невообразимо горячая и плотная точка. Когда Вселенной было всего 10 ^-34 секунды или около того, то есть возраст одной сотой миллиардной триллионной триллионной доли секунды, она испытала невероятный всплеск расширения, известный как инфляция, при котором само пространство расширялось быстрее скорости света. За этот период Вселенная удвоилась в размерах не менее чем на 90 раз, почти мгновенно переходя от субатомного размера к размеру мяча для гольфа.

Работа, направленная на понимание расширяющейся Вселенной, основана на сочетании теоретической физики и прямых астрономических наблюдений. Однако в некоторых случаях астрономы не смогли увидеть прямых доказательств — например, в случае с гравитационными волнами, связанными с космическим микроволновым фоном, остаточным излучением Большого взрыва. Предварительное объявление об обнаружении этих волн в 2014 году было быстро отозвано после того, как астрономы обнаружили, что обнаруженный сигнал можно объяснить наличием пыли в Млечном Пути.

По данным НАСА, после инфляции рост Вселенной продолжился, но более медленными темпами . По мере расширения пространства Вселенная охлаждалась и формировалась материя. Через секунду после Большого взрыва Вселенная была заполнена нейтронами, протонами, электронами, антиэлектронами, фотонами и нейтрино.

В течение первых трех минут существования Вселенной легкие элементы родились в процессе, известном как нуклеосинтез Большого взрыва. Температуры снижены со 100 нониллионов (10 ³² ) Кельвина до 1 миллиарда (10 ⁹ ) Кельвина, и столкновение протонов и нейтронов привело к образованию дейтерия, изотопа водорода. Большая часть дейтерия объединилась в гелий, а также образовались следовые количества лития.

Представление этого художника о Большом взрыве показывает, как материя формирует галактики. (Изображение предоставлено Getty)

В течение первых 380 000 лет или около того Вселенная была слишком горячей, чтобы излучать свет, по данным Национального центра космических исследований Франции (Centre National d’Etudes Spatiales, или CNES). Тепло творения столкнуло атомы вместе с достаточной силой, чтобы разбить их на плотную плазму, непрозрачную смесь протонов, нейтронов и электронов, которая рассеивала свет, как туман.

Статьи по теме

Примерно через 380 000 лет после Большого взрыва материя достаточно остыла для образования атомов в эпоху рекомбинации, в результате чего, по данным НАСА, образовался прозрачный электрически нейтральный газ . Это вызвало первоначальную вспышку света, созданную во время Большого взрыва, которую сегодня можно обнаружить как космическое микроволновое фоновое излучение. Однако после этого момента Вселенная погрузилась во тьму, так как еще не образовались ни звезды, ни какие-либо другие яркие объекты.

Примерно через 400 миллионов лет после Большого взрыва Вселенная начала выходить из космических темных веков в эпоху реионизации. За это время, длившееся более полумиллиарда лет, сгустков газа разрушилось достаточно, чтобы образовались первые звезды и галактики, чей энергичный ультрафиолетовый свет ионизировал и уничтожил большую часть нейтрального водорода.

Хотя расширение Вселенной постепенно замедлялось по мере того, как материя во Вселенной притягивалась сама к себе под действием гравитации, примерно через 5 или 6 миллиардов лет после Большого взрыва, по данным НАСА , таинственная сила, ныне называемая темной энергией, снова начала ускорять расширение Вселенной, явление, которое продолжается и сегодня.

Через 9 миллиардов лет после Большого взрыва родилась наша Солнечная система.

Большой взрыв

Шаровое скопление NGC 6397 содержит около 400 000 звезд и расположено на расстоянии около 7 200 световых лет в южном созвездии Ара. Его предполагаемый возраст составляет 13,5 миллиардов лет, и он, вероятно, является одним из первых объектов Галактики, образовавшихся после Большого взрыва. (Изображение предоставлено НАСА/Франческо Ферраро/Болонская обсерватория)

Большой взрыв не произошел как взрыв в обычном понимании таких вещей, несмотря на то, что можно сделать вывод из его названия. Согласно НАСА, Вселенная не расширялась в космос, поскольку космоса до Вселенной не существовало . Вместо этого лучше думать о Большом взрыве как об одновременном появлении пространства во всей Вселенной . Вселенная не расширялась ни с одной точки после Большого взрыва — скорее, само пространство растягивалось и уносило с собой материю.

Поскольку Вселенная по своему определению охватывает все пространство и время, какими мы ее знаем, НАСА говорит, что модель Большого Взрыва не может сказать, во что расширяется Вселенная или что привело к Большой взрыв. Хотя существуют модели, которые размышляют над этими вопросами, ни одна из них пока не сделала реалистично проверяемых прогнозов.

В 2014 году ученые из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики объявили, что они обнаружили слабый сигнал в космическом микроволновом фоне, который может быть первым прямым свидетельством гравитационных волн, которые сами считают «дымящимся пистолетом» для Большого взрыва. Выводы вызвали горячие споры, и астрономы вскоре отказались от своих результатов, когда поняли, что пыль в Млечном Пути может объяснить их выводы.

Сколько лет Вселенной?

На этом изображении всего неба показана зарождающаяся Вселенная. Он показывает температурные колебания возрастом 13,7 миллиардов лет. (Изображение предоставлено НАСА)

В настоящее время возраст Вселенной оценивается примерно в 13,8 миллиарда лет, плюс-минус 130 миллионов лет. Для сравнения, Солнечной системе всего около 4,6 миллиарда лет.

Эта оценка получена в результате измерения состава материи и плотности энергии во Вселенной. Это позволило исследователям вычислить, насколько быстро Вселенная расширялась в прошлом. Обладая этими знаниями, они могли бы повернуть время вспять и экстраполировать, когда произошел Большой взрыв (откроется в новой вкладке). Время между тем и сейчас – это возраст Вселенной.

Как он устроен?

Ученые считают, что в самые ранние моменты существования Вселенной в ней не было структуры, о которой можно было бы говорить, а материя и энергия распределялись почти равномерно. По данным НАСА , гравитационное притяжение небольших флуктуаций плотности материи в то время привело к возникновению огромной паутинообразной структуры звезд и пустоты, наблюдаемой сегодня. Плотные области притягивали все больше и больше материи под действием гравитации, и чем массивнее они становились, тем больше материи они могли притягивать под действием гравитации, образуя звезды, галактики и более крупные структуры, известные как скопления, сверхскопления, нити и стены, с «великими стенами». тысяч галактик, длина которых превышает миллиард световых лет. Менее плотные области не росли, превращаясь в область, казалось бы, пустого пространства, называемого пустотами.

Содержимое Вселенной

Нити темной материи, называемые волосками, образуются, когда частицы темной материи проходят через планету. (Изображение предоставлено NASA/JPL-Caltech)

Еще несколько десятилетий назад астрономы считали, что Вселенная почти полностью состоит из обычных атомов или «барионной материи», согласно НАСА . Однако в последнее время появляется все больше свидетельств того, что большинство ингредиентов, составляющих вселенную, имеют форму, которую мы не можем видеть.

Оказывается, атомы составляют всего 4,6 процента Вселенной. Из оставшихся 23 процента состоит из темной материи, которая, вероятно, состоит из одного или нескольких видов субатомных частиц, очень слабо взаимодействующих с обычной материей, а 72 процента состоит из темной энергии, которая, по-видимому, является движущей силой ускоряющегося расширения Вселенной. Вселенная.

Когда дело доходит до атомов, с которыми мы знакомы, водород составляет около 75 процентов, а гелий — около 25 процентов, а более тяжелые элементы составляют лишь крошечную часть атомов Вселенной, по данным НАСА (opens in new tab ).

Какой он формы?

Форма Вселенной и то, является ли она конечной или бесконечной в размерах, зависит от борьбы между скоростью ее расширения и гравитационным притяжением. Сила рассматриваемого притяжения частично зависит от плотности материи во Вселенной.

Если плотность вселенной превышает определенное критическое значение, то вселенная «закрыта (открывается в новой вкладке)» и «положительно изогнута», как поверхность сферы. Это означает, что световые лучи, которые изначально параллельны, будут медленно сходиться, в конечном итоге пересекаться и возвращаться обратно в исходную точку, если Вселенная будет существовать достаточно долго. Если это так, согласно НАСА , Вселенная не бесконечна, но не имеет конца, так же как площадь на поверхности сферы не бесконечна, но не имеет ни начала, ни конца, о которых можно было бы говорить. В конце концов Вселенная перестанет расширяться и начнет схлопываться сама по себе, так называемый «Большой толчок».

Если плотность Вселенной меньше этой критической плотности, то геометрия пространства «открыта » и «отрицательно изогнута», как поверхность седла. Если это так, то вселенная не имеет границ и будет расширяться вечно (откроется в новой вкладке).

Если плотность Вселенной в точности равна критической плотности, то согласно НАСА, геометрия Вселенной является «плоской» с нулевой кривизной, как лист бумаги . Если это так, то Вселенная не имеет границ и будет расширяться вечно, но скорость расширения будет постепенно приближаться к нулю через бесконечное количество времени. По данным НАСА, недавние измерения показывают, что Вселенная плоская, с погрешностью всего 0,4 процента.

Возможно, Вселенная в целом имеет более сложную форму, хотя кажется, что она обладает другой кривизной. Например, вселенная может иметь форму тора или бублика (откроется в новой вкладке).

Расширяющаяся Вселенная

В 1920-х годах астроном Эдвин Хаббл обнаружил, что Вселенная не статична . Скорее, он расширялся; находка, которая показала, что вселенная, по-видимому, родилась в результате Большого взрыва.

После этого долгое время считалось, что гравитация материи во Вселенной обязательно замедлит расширение Вселенной . Затем, в 1998, наблюдения космического телескопа Хаббл за очень далекими сверхновыми показали, что давным-давно Вселенная расширялась медленнее, чем сегодня. Другими словами, расширение Вселенной не замедлялось из-за гравитации, а необъяснимым образом ускорялось. Название неизвестной силы, движущей силой этого ускоряющегося расширения, — темная энергия, и оно остается одной из величайших загадок в науке.

Дополнительные ресурсы

Хотите исследовать вселенную самостоятельно? Вы можете виртуально путешествовать по звездам и галактикам Млечного Пути, используя карту неба NASA Hubble Skymap (откроется в новой вкладке). Кроме того, вы можете прочитать 10 диких теорий о Вселенной (открывается в новой вкладке) в этой статье Live Science.

Библиография

«Первые звезды во Вселенной». Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества: письма, том 373, выпуск 1 (2006 г.). https://academic.oup.com/mnrasl/article/373/1/L98/989035?login=true (открывается в новой вкладке)

«Молекулярная вселенная». Обзоры современной физики (2013). https://journals.aps.org/rmp/abstract/10.1103/RevModPhys.85.1021 (открывается в новой вкладке)

«Закон Хаббла и расширяющаяся Вселенная». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки (2015 г.). https://www.pnas.org/content/112/11/3173.short (открывается в новой вкладке)

Присоединяйтесь к нашим космическим форумам, чтобы продолжать обсуждать последние миссии, ночное небо и многое другое! А если у вас есть новость, исправление или комментарий, сообщите нам об этом по адресу: [email protected].

Айлса — штатный автор журнала How It Works, где она пишет о науке, технологиях, космосе, истории и окружающей среде. Проживая в Великобритании, она окончила Стерлингский университет со степенью бакалавра журналистики (с отличием). Ранее Айлса писала для журнала Cardiff Times, Psychology Now и многочисленных научных журналов.

Что имеют в виду, когда говорят, что Вселенная расширяется?

Ежедневные тайны

Забавные научные факты из Библиотеки Конгресса

« Назад к странице астрономии

Ответить

Когда ученые говорят о расширяющейся Вселенной, они имеют в виду, что она росла с самого начала, когда произошел Большой Взрыв.

Галактика NGC 1512 в видимом свете Внешний . Фотография сделана космическим телескопом Хаббл Внешний

Галактики за пределами нашей галактики удаляются от нас, и те, которые находятся дальше всего, движутся быстрее всего. Это означает, что в какой бы галактике вы ни находились, все остальные галактики удаляются от вас.

Однако галактики не движутся в пространстве, они движутся в пространстве, потому что пространство тоже движется. Другими словами, у Вселенной нет центра; все отдаляется от всего остального. Если представить себе сетку пространства с галактикой через каждые миллион световых лет или около того, то по прошествии достаточного количества времени эта сетка растянется так, что галактики растянутся на каждые два миллиона световых лет и так далее, возможно, до бесконечности.

Карл Саган с планетами. Кастанеда, Эдуардо (фотограф). 1981. Отдел рукописей, Библиотека Конгресса.

Вселенная охватывает все сущее, от мельчайшего атома до самой большой галактики; с момента образования около 13,7 миллиардов лет назад в результате Большого взрыва он расширялся и может быть бесконечным по своим масштабам. Та часть Вселенной, о которой мы знаем, называется наблюдаемой Вселенной, областью вокруг Земли, из которой свет успел достичь нас.

Одна известная аналогия, объясняющая расширение Вселенной, представляет Вселенную как буханку теста для хлеба с изюмом. По мере того, как хлеб поднимается и расширяется, изюм отдаляется друг от друга, но все еще остается в тесте. Что касается Вселенной, там могут быть изюминки, которые мы больше не можем видеть, потому что они удалились так быстро, что их свет так и не достиг Земли. К счастью, гравитация управляет вещами на локальном уровне и удерживает наши изюминки вместе.

Эдвин Хаббл с 48-дюймовым телескопом на горе Паломар. НАСА «История Хаббла». (Источник: Институт Карнеги в Вашингтоне).

Кто это придумал?

Американский астроном Эдвин Хаббл провел наблюдения в 1925 году, доказав, что существует прямая зависимость между скоростями далеких галактик и их расстоянием от Земли. Наблюдение, что галактики удаляются от Земли со скоростью, пропорциональной их расстоянию, традиционно известно как закон Хаббла, хотя следует отметить, что в 2018 году Международный астрономический союз (МАС) проголосовал за рекомендацию изменить название на Хаббла. – закон Лемэтра, в знак признания вклада Хаббла и бельгийского астронома Жоржа Леметра в развитие современной космологии.

Космический телескоп Хаббла был назван в честь Эдвина Хаббла, а единственное число, которое описывает скорость космического расширения, связывая видимые скорости удаления внешних галактик с расстоянием до них, называется постоянной Хаббла.

Буря турбулентных газов в туманности Омега/Лебедь (M17) Внешний . Фотография сделана космическим телескопом Хаббла Внешний

Итак, бесконечна ли Вселенная?

Возможно, проще объяснить начало Вселенной и теорию Большого Взрыва, чем говорить о том, чем она закончится. Возможно, что Вселенная будет существовать вечно, или она может быть уничтожена в обратном сценарии Большого Взрыва, но это будет так далеко в будущем, что оно может быть бесконечным. До недавнего времени космологи (ученые, изучающие Вселенную) предполагали, что скорость расширения Вселенной замедляется из-за действия гравитации. Однако текущие исследования показывают, что Вселенная может расширяться до вечности. Но исследования продолжаются, и новые исследования сверхновых в отдаленных галактиках и силы, называемой темной энергией, могут изменить возможные судьбы Вселенной.

Остаток сверхновой Кеплера в видимом, рентгеновском и инфракрасном свете Внешний . Фотография сделана космическим телескопом Хаббла Внешний

Опубликовано: 19. 11.2019. Автор: Справочно-научный отдел Библиотеки Конгресса

.

Связанные веб-сайты

• Астрономия: избранные интернет-ресурсы — Список веб-ссылок по астрономии, выбранных Научной справочной службой Библиотеки Конгресса.
• Любопытно об астрономии: космология и Большой взрыв Внешний — Представлены вопросы и ответы о космологии и Большом взрыве, а также ссылки и ссылки на соответствующую информацию.
• Закон Хаббла и расширяющаяся Вселенная Внешний , Нета А. Бахколл (Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS)) — Введение и путеводитель по важным статьям о расширяющейся Вселенной Хаббла.
• LC Science Tracer Bullet: астрономия и астрофизика — Справочник, который помогает найти информацию об астрономии и астрофизике.
• Связь между расстоянием и лучевой скоростью среди внегалактических туманностей Внешний , Эдвин Хаббл (Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS))
• Справочник по науке. Астрономия для школ: Избранные учебные пособия — Руководство для преподавания астрономии.
• Научные бюллетени: расширяющаяся Вселенная Внешний — В этом видео из Американского музея естественной истории астрофизики рассказывают о расширяющейся Вселенной, а команда Фермилаборатории собирает камеру темной энергии.

Дополнительная литература

• Динвидди, Роберт и другие. Вселенная . Нью-Йорк, DK Pub., 2005. 512 стр.
• Фокс, Карен С. Теория большого взрыва: что это такое, откуда взялась и почему она работает . Нью-Йорк, Уайли, 2002 г. 206 стр.
• Харланд, Дэвид М.. Большой взрыв: взгляд из 21 века . Лондон, Нью-Йорк, Спрингер; Чичестер, инженер, совместно с Praxis Pub., c2003. 262 стр.
• Шиллинг, Говерт. Эволюционирующий космос . Cambridge, Eng., Нью-Йорк, Cambridge University Press, 2004. 135 стр.
• Научная информация о Вселенной и научные теории эволюции Вселенной: антология современной мысли . Под редакцией Рика Адэра. Нью-Йорк, паб Розен. Группа, 2006.