Наша расширяющаяся Вселенная: возраст, история и другие факты

Вселенная родилась вместе с Большим взрывом как невообразимо горячая и плотная точка. Когда возраст Вселенной составлял всего 10^34 секунды или около того, то есть сотую часть миллиардной триллионной триллионной доли секунды, она испытала невероятный всплеск расширения, известный как инфляция, в котором само пространство расширяется быстрее скорости света. За этот период Вселенная удвоилась в размерах по крайней мере в 90 раз, почти мгновенно превратившись из субатомного размера в размер 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 ходе процесса, известного как нуклеосинтез Большого взрыва. Температура снизилась со 100 нониллионов (10^32) Кельвина до 1 миллиарда (10^9) Кельвина, а столкновение протонов и нейтронов привело к образованию дейтерия, изотопа водорода. Большая часть дейтерия объединилась в гелий, а также образовались следовые количества лития.

По данным Национального центра космических исследований Франции (Centre National d’Etudes Spatiales, или CNES), в течение первых 380 000 лет или около того Вселенная была по существу слишком горячей для того, чтобы излучать свет. 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.

По данным НАСА, примерно через 380 000 лет после Большого взрыва материя достаточно остыла для образования атомов в эпоху рекомбинации, что привело к образованию прозрачного электрически нейтрального газа. 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, начала ускорять расширение Вселенной. Вселенная снова, явление, которое продолжается и сегодня.

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

Большой взрыв

Большой взрыв не произошел как взрыв в обычном понимании таких вещей, несмотря на то, что это можно было понять из его названия. Вселенная не расширялась в космос, так как космоса не существовало до Вселенной, согласно НАСА. Вместо этого лучше думать о Большом взрыве как об одновременном появлении пространства повсюду во 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 Большому взрыву. 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 обнаружили слабый сигнал в космическом микроволновом фоне, который может быть первым прямым свидетельством существования 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.

Возраст

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. Время между тем и сейчас – это возраст Вселенной.

Структура

Ученые считают, что в самые ранние моменты существования Вселенной не было никакой структуры, о которой можно было бы говорить, а материя и энергия были распределены почти равномерно. Согласно НАСА, гравитационное притяжение небольших флуктуаций плотности материи в то время породило обширную паутинную структуру из звезд и пустоты, наблюдаемую 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, достигающих более миллиарда световых лет в длину. Менее плотные области не росли, превращаясь в область, казалось бы, пустого пространства, называемого пустотами.

Содержание

Примерно 30 лет назад астрономы считали, что Вселенная почти полностью состоит из обычных атомов или «барионной материи», сообщает 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.

По данным НАСА, 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.

Форма

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 «замкнута» и «положительно искривлена», 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 искривлена», как поверхность седла. Если это так, то Вселенная не имеет границ и будет расширяться вечно.

Согласно НАСА, если плотность Вселенной точно равна критической плотности, то 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. Недавние измерения показывают, что Вселенная плоская, с погрешностью всего 2 процента.

Вполне возможно, что Вселенная в целом имеет более сложную форму, хотя кажется, что она обладает другой кривизной. Например, Вселенная может иметь форму тора или пончика.

Расширяющаяся вселенная

В 1920-х годах астроном Эдвин Хаббл обнаружил, что Вселенная не статична. Точнее, она расширялась; 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 году, 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.

Сергей Бородаенко
5 1 голос
Рейтинг статьи
Подписаться
Уведомить о
guest
0 комментариев
Межтекстовые Отзывы
Посмотреть все комментарии

Наука и астрономия

Какое самое холодное место во Вселенной?

Самое холодное место во Вселенной — минус 237,59 °C: более чем в три раза холоднее, чем в самом холодном месте на Земле.

Подробнее
Наука и астрономия

Что такое темная материя?

Справочная статья: Факты о темной материи.

Подробнее
Наука и астрономия

Что такое Теория Большого Взрыва?

Теория Большого Взрыва — это наше лучшее предположение о том, как возникла Вселенная.

Подробнее
0
Оставьте комментарий! Напишите, что думаете по поводу статьи.x
()
x
Яндекс.Метрика