Existuje veľa odhadov o tom, aký starý je vesmír. tento moment. Na otázku o jej veku sa teraz so stopercentnou istotou nedá odpovedať. A je nepravdepodobné, že na ňu niekedy nájdeme presnú odpoveď. Vedci ale vykonali množstvo výskumov a výpočtov, takže teraz má táto téma viac-menej jasné obrysy.
Definícia
Pred začatím príbehu o tom, aký starý je vesmír, stojí za to urobiť rezerváciu: jeho vek sa počíta od okamihu, keď sa začal rozširovať.
Na objasnenie týchto údajov bol vytvorený model ΛCDM. Vedci tvrdia, že dokáže predpovedať momenty začiatku rôznych epoch. Ale môžete tiež zistiť, aký starý je Vesmír, nájdením najstarších predmetov, výpočtom ich veku.
Okrem toho veľkú úlohu zohráva periodizácia. V našej dobe existujú tri éry, o ktorých sú známe určité informácie. Prvá je najskoršia. Nazýva sa Planckov čas (10 -43 s po vzniku Veľkého tresku). Podľa vedcov toto obdobie trvalo až 10-11 s. Ďalšia epocha trvala do 10 -2 s. Vyznačuje sa výskytom kvarkových častíc - ide o zložku hadrónov, tj elementárnych častíc zúčastňujúcich sa na jadrových interakciách.
A posledná éra je moderná. Začalo to 0,01 sekundy po veľkom tresku. A vlastne moderná doba trvá dodnes.
Vo všeobecnosti je podľa moderných údajov vesmír v súčasnosti starý 13,75 miliardy rokov. Povolená úprava (±0,11 miliardy).
Metódy výpočtu zohľadňujúce chladné hviezdy
Existuje ďalší spôsob, ako zistiť, aký starý je vesmír. A spočíva v sledovaní žiary takzvaných bielych trpaslíkov. Sú to nebeské telesá s veľmi vysokou teplotou a pomerne malými rozmermi. O veľkosti Zeme. Predstavujú poslednú etapu existencie akejkoľvek hviezdy. Okrem tých, ktoré majú gigantické rozmery. Po spálení všetkého termonukleárneho paliva sa zmení na hviezdu. Predtým stále prechádza niekoľkými kataklizmami. Napríklad sa na nejaký čas stane červeným obrom.
A ako môžete zistiť, ako starý vesmír používa bielych trpaslíkov? Nehovorím, že je to jednoduché, ale vedci to dokážu. Trpaslíci spaľujú svoj vodík veľmi pomaly, takže ich životnosť môže dosiahnuť stovky miliónov rokov. A celý ten čas žiaria vďaka nahromadenej energii. A zároveň sa ochladzujú. A vedci, ktorí počítajú rýchlosť ich ochladzovania, určujú čas, ktorý hviezda potrebuje na zníženie svojej teploty z pôvodnej teploty (zvyčajne je to 150 000 K). Aby sme vypočítali, aký starý je vesmír, musíme nájsť tých najchladnejších bielych trpaslíkov. Momentálne sa nám podarilo nájsť hviezdy s teplotou 4000 K. Vedci po dôkladnom preštudovaní všetkých údajov s prihliadnutím na tieto informácie ubezpečujú, že náš vesmír nemôže byť starší ako 15 miliárd rokov.
Štúdium guľových hviezdokôp
Podľa vedcov stojí za to obrátiť sa na túto metódu, keď hovoríme o tom, aký starý je vesmír. Tieto zhluky sa nachádzajú v okrajovej zóne Mliečnej dráhy. A otáčajú sa okolo jeho jadra. A určenie dátumu ich vzniku pomáha určiť spodnú hranicu veku nášho Vesmíru.
Metóda je technicky zložitá. Vo svojom jadre však leží najjednoduchšia myšlienka. Všetky zhluky sa totiž objavujú z jedného oblaku. Takže vznikajú, dalo by sa povedať, v rovnakom čase. A za určitý čas sa vodík v určitých množstvách spaľuje. Ako to celé skončí? Vzhľad bieleho trpaslíka alebo vznik neutrónovej hviezdy.
Pred niekoľkými rokmi tento typ výskumu uskutočnili astronauti pomocou kamery ACS na vesmírnom teleskope známom ako Hubble. Aký starý je teda vesmír podľa výpočtov vedcov? Astronauti prišli na odpoveď a tá sa zhoduje s oficiálnymi údajmi. Zhluky, ktoré skúmali, mali v priemere 12,8 miliardy rokov. Ten „najstarší“ sa ukázal byť 13,4 miliardy.
O kozmických rytmoch
Tu je vo všeobecnosti to, čo sa nám podarilo zistiť z výpočtov vedcov. Nie je možné presne vedieť, aký starý je vesmír, ale približnejšie informácie možno nájsť, ak budete venovať pozornosť kozmickým rytmom. Skúmala ich sonda Explorer 80 asi pred 15 rokmi. Zohľadnili sa teplotné výkyvy a bez toho, aby sme zachádzali do podrobností, bolo možné zistiť, že náš vesmír je s najväčšou pravdepodobnosťou starý 13,5-14 miliárd rokov.
Vo všeobecnosti môže byť všetko ďaleko od toho, čo predpokladáme. Vesmír je predsa úžasne rozsiahly a takmer neznámy priestor. Dobrou správou však je, že jeho výskum aktívne pokračuje.
Ľudia sa o vek vesmíru zaujímali už od staroveku. A hoci ju nemôžete požiadať o pas, aby ste videli jej dátum narodenia, moderná veda bola schopná na túto otázku odpovedať. Pravda, len celkom nedávno.
Cestovný pas do vesmíru Astronómovia podrobne študovali ranú biografiu vesmíru. Mali však pochybnosti o jej presnom veku, ktoré sa rozptýlili až v posledných desaťročiach.
Mudrci z Babylonu a Grécka považovali vesmír za večný a nemenný a hinduistickí kronikári v roku 150 pred Kr. určil, že má presne 1 972 949 091 rokov (mimochodom, z hľadiska rádovej veľkosti sa veľmi nemýlili!). V roku 1642 anglický teológ John Lightfoot prostredníctvom dôslednej analýzy biblických textov vypočítal, že stvorenie sveta nastalo v roku 3929 pred Kristom; o niekoľko rokov neskôr ju írsky biskup James Ussher presunul do roku 4004. zakladatelia moderná veda Túto tému neignorovali ani Johannes Kepler a Isaac Newton. Hoci oslovili nielen Bibliu, ale aj astronómiu, ich výsledky dopadli podobne ako výpočty teológov – 3993 a 3988 pred Kristom. V našich osvietených časoch je vek vesmíru určený iným spôsobom. Aby sme ich videli v historickej perspektíve, pozrime sa najprv na našu vlastnú planétu a jej kozmické prostredie.
Astronómovia podrobne študovali ranú biografiu vesmíru. Mali však pochybnosti o jej presnom veku, ktoré sa rozptýlili až v posledných desaťročiach.
Veštenie podľa kameňov
Od druhej polovice 18. storočia začali vedci odhadovať vek Zeme a Slnka na základe fyzikálnych modelov. V roku 1787 teda francúzsky prírodovedec Georges-Louis Leclerc dospel k záveru, že ak by naša planéta bola pri narodení guľou roztaveného železa, potrebovala by na ochladenie na súčasnú teplotu 75 až 168 tisíc rokov. Írsky matematik a inžinier John Perry po 108 rokoch prepočítal tepelnú históriu Zeme a určil jej vek na 2-3 miliardy rokov. Na samom začiatku 20. storočia lord Kelvin dospel k záveru, že ak sa Slnko postupne zmršťuje a svieti výlučne v dôsledku uvoľnenia gravitačnej energie, potom jeho vek (a teda aj maximálny vek Zeme a ostatných planét) môže trvať niekoľko stoviek miliónov rokov. Ale v tom čase geológovia nemohli potvrdiť ani vyvrátiť tieto odhady pre nedostatok spoľahlivých geochronologických metód.
V polovici prvej dekády dvadsiateho storočia Ernest Rutherford a americký chemik Bertram Boltwood vyvinuli základ rádiometrického datovania zemských hornín, ktorý ukázal, že Perry bol oveľa bližšie k pravde. V 20. rokoch 20. storočia sa našli vzorky minerálov, ktorých rádiometrický vek bol takmer 2 miliardy rokov. Neskôr túto hodnotu geológovia zvýšili viac ako raz a teraz sa viac ako zdvojnásobila - na 4,4 miliardy Ďalšie údaje poskytuje štúdium „nebeských kameňov“ - meteoritov. Takmer všetky rádiometrické odhady ich veku spadajú do rozsahu 4,4–4,6 miliardy rokov.
Moderná helioseizmológia umožňuje priamo určiť vek Slnka, ktorý je podľa najnovších údajov 4,56 – 4,58 miliardy rokov. Keďže trvanie gravitačnej kondenzácie protosolárneho mraku bolo merané len v miliónoch rokov, môžeme s istotou povedať, že od začiatku tohto procesu do dnešného dňa neuplynulo viac ako 4,6 miliardy rokov. Slnečná hmota zároveň obsahuje mnoho prvkov ťažších ako hélium, ktoré vznikli v termonukleárnych peciach masívnych hviezd predchádzajúcich generácií, ktoré vyhoreli a explodovali v supernovách. To znamená, že existencia vesmíru výrazne presahuje vek slnečnej sústavy. Ak chcete určiť rozsah tohto prebytku, musíte ísť najprv do našej Galaxie a potom za jej hranice.
Sledovanie bielych trpaslíkov
Životnosť našej Galaxie sa dá určiť rôzne cesty, ale obmedzíme sa na dva najspoľahlivejšie. Prvý spôsob je založený na sledovaní žiary bielych trpaslíkov. Tieto kompaktné (veľké asi ako Zem) a spočiatku veľmi horúce nebeské telesá predstavujú konečnú fázu života všetkých hviezd okrem tých najhmotnejších. Aby sa hviezda premenila na bieleho trpaslíka, musí úplne spáliť všetko svoje termonukleárne palivo a podstúpiť niekoľko katakliziem – napríklad sa na nejaký čas stať červeným obrom.
Prirodzené hodiny
Podľa rádiometrického datovania sa dnes za najstaršie horniny na Zemi považujú sivé ruly pobrežia jazera Great Slave Lake na severozápade Kanady – ich vek je určený na 4,03 miliardy rokov. Ešte skôr (pred 4,4 miliardami rokov) vykryštalizovali drobné zrnká minerálu zirkónu, prírodného kremičitanu zirkoničitého, ktorý sa nachádza v rulách v západnej Austrálii. A keďže zemská kôra už v tých dňoch existovala, naša planéta by mala byť o niečo staršia.
Čo sa týka meteoritov, najpresnejšie informácie poskytuje datovanie vápenato-hliníkových inklúzií v materiáli karbónskych chondritických meteoritov, ktoré zostali prakticky nezmenené po svojom vzniku z plynno-prachového oblaku, ktorý obklopoval novonarodené Slnko. Rádiometrický vek podobných štruktúr v meteorite Efremovka, ktorý sa našiel v roku 1962 v oblasti Pavlodar v Kazachstane, je 4 miliardy 567 miliónov rokov.
Typický biely trpaslík je zložený takmer výlučne z uhlíkových a kyslíkových iónov uložených v degenerovanom elektrónovom plyne a má tenkú atmosféru, ktorej dominuje vodík alebo hélium. Jeho povrchová teplota sa pohybuje od 8 000 do 40 000 K, pričom centrálna zóna sa zahrieva na milióny až desiatky miliónov stupňov. Podľa teoretických modelov sa môžu narodiť aj trpaslíci skladajúci sa prevažne z kyslíka, neónu a horčíka (ktoré sa za určitých podmienok premieňajú na hviezdy s hmotnosťou 8 až 10,5 alebo dokonca až 12 hmotností Slnka), no ich existencia zatiaľ neexistuje. bolo preukázané. Teória tiež tvrdí, že hviezdy s aspoň polovicou hmotnosti Slnka končia ako héliovo bieli trpaslíci. Takéto hviezdy sú veľmi početné, ale vodík spaľujú extrémne pomaly, a preto žijú mnoho desiatok a stoviek miliónov rokov. Doteraz jednoducho nemali dostatok času na to, aby vyčerpali svoje vodíkové palivo (veľmi málo doteraz objavených héliových trpaslíkov žije v binárnych systémoch a vzniklo úplne iným spôsobom).
Keďže biely trpaslík nedokáže podporovať termonukleárne fúzne reakcie, vďaka nahromadenej energii svieti, a preto sa pomaly ochladzuje. Rýchlosť tohto ochladzovania sa dá vypočítať a na tomto základe určiť čas potrebný na zníženie povrchovej teploty z počiatočnej (pre typického trpaslíka je to asi 150 000 K) na pozorovanú. Keďže nás zaujíma vek Galaxie, mali by sme hľadať najdlhšie žijúcich, a teda aj najchladnejších bielych trpaslíkov. Moderné teleskopy umožňujú odhaliť vnútrogalaktických trpaslíkov s povrchovou teplotou menšou ako 4000 K, ktorých svietivosť je 30 000-krát nižšia ako svietivosť Slnka. Doteraz sa nenašli – buď tam nie sú vôbec, alebo je ich veľmi málo. Z toho vyplýva, že naša Galaxia nemôže byť staršia ako 15 miliárd rokov, inak by boli prítomné v znateľných množstvách.
Doteraz sa v horninách používa analýza obsahu produktov rozpadu rôznych rádioaktívnych izotopov v nich. V závislosti od typu horniny a doby datovania sa používajú rôzne páry izotopov.
Toto je horná veková hranica. Čo môžeme povedať o dne? Najchladnejších bielych trpaslíkov, o ktorých sa v súčasnosti vie, objavil Hubbleov vesmírny teleskop v rokoch 2002 a 2007. Výpočty ukázali, že ich vek je 11,5 – 12 miliárd rokov. K tomu musíme pripočítať aj vek predchodcov hviezd (od pol miliardy do miliardy rokov). Z toho vyplýva, že Mliečna dráha nie je mladšia ako 13 miliárd rokov. Takže konečný odhad jeho veku, získaný z pozorovaní bielych trpaslíkov, je približne 13 - 15 miliárd rokov.
Plesové certifikáty
Druhá metóda je založená na štúdiu guľových hviezdokôp nachádzajúcich sa v okrajovej zóne Mliečnej dráhy a obiehajúcich okolo jej jadra. Obsahujú státisíce až viac ako milión hviezd spojených vzájomnou príťažlivosťou.
Guľové hviezdokopy sa nachádzajú takmer vo všetkých veľkých galaxiách a ich počet niekedy dosahuje mnoho tisíc. Nerodia sa tam takmer žiadne nové hviezdy, ale staršie hviezdy sú tu prítomné v hojnosti. V našej Galaxii bolo zaregistrovaných asi 160 takýchto guľových hviezdokôp a možno budú objavené ďalšie dva až tri desiatky. Mechanizmy ich formovania nie sú úplne jasné, avšak s najväčšou pravdepodobnosťou mnohé z nich vznikli krátko po narodení samotnej Galaxie. Preto datovanie vzniku najstarších guľových hviezdokôp umožňuje stanoviť spodnú hranicu galaktického veku.
Toto datovanie je technicky veľmi zložité, no je založené na veľmi jednoduchej myšlienke. Všetky hviezdy v hviezdokope (od superhmotných po najľahšie) sú tvorené z rovnakého plynového mraku, a preto sa rodia takmer súčasne. Postupom času spália hlavné zásoby vodíka – niektoré skôr, iné neskôr. V tejto fáze hviezda odchádza hlavná sekvencia a prechádza radom premien, ktoré vyvrcholia buď úplným gravitačným kolapsom (nasledovaným vznikom neutrónovej hviezdy alebo čiernej diery) alebo vznikom bieleho trpaslíka. Preto štúdium zloženia guľovej hviezdokopy umožňuje celkom presne určiť jej vek. Pre spoľahlivú štatistiku by počet študovaných zhlukov mal byť aspoň niekoľko desiatok.
Túto prácu vykonal pred tromi rokmi tím astronómov pomocou kamery ACS (Advanced Camera for Survey) Hubbleovho vesmírneho teleskopu. Monitorovanie 41 guľových hviezdokôp v našej Galaxii ukázalo, že ich priemerný vek je 12,8 miliardy rokov. Držiteľmi rekordov boli hviezdokopy NGC 6937 a NGC 6752, ktoré sa nachádzajú 7 200 a 13 000 svetelných rokov od Slnka. Takmer určite nie sú mladšie ako 13 miliárd rokov, pričom najpravdepodobnejšia životnosť druhého klastra je 13,4 miliardy rokov (hoci s chybou plus mínus miliarda).
Hviezdy s hmotnosťou rádu Slnka, keď sa ich zásoby vodíka vyčerpávajú, napučiavajú a stávajú sa červenými trpaslíkmi, po ktorých sa ich héliové jadro počas kompresie zahrieva a začína sa spaľovanie hélia. Po určitom čase hviezda odhodí škrupinu a vytvorí planetárnu hmlovinu, potom sa stane bielym trpaslíkom a potom sa ochladí.
Naša Galaxia však musí byť staršia ako jej zhluky. Jeho prvé supermasívne hviezdy explodovali ako supernovy a vyvrhli do vesmíru jadrá mnohých prvkov, najmä jadrá stabilného izotopu berýlia-berýlia-9. Keď sa začali formovať guľové hviezdokopy, ich novonarodené hviezdy už obsahovali berýlium, a to tým viac, čím neskôr vznikli. Na základe obsahu berýlia v ich atmosfére je možné určiť, o koľko sú hviezdokopy mladšie ako galaxia. Ako dokazujú údaje o zhluku NGC 6937, tento rozdiel je 200 - 300 miliónov rokov. Bez veľkého predlžovania teda môžeme povedať, že vek Mliečnej dráhy presahuje 13 miliárd rokov a možno dosahuje 13,3 - 13,4 miliárd. Je to takmer rovnaký odhad, aký bol urobený na základe pozorovaní bielych trpaslíkov. bol získaný úplne iným spôsobom.
Hubbleov zákon
Vedecká formulácia otázky o veku vesmíru bola možná až začiatkom druhej štvrtiny minulého storočia. Koncom 20. rokov začali Edwin Hubble a jeho asistent Milton Humason objasňovať vzdialenosti k desiatkam hmlovín mimo Mliečnej dráhy, ktoré sa len pred niekoľkými rokmi stali nezávislými galaxiami.
Tieto galaxie sa vzďaľujú od Slnka radiálnymi rýchlosťami, ktoré boli namerané podľa červeného posunu ich spektier. Hoci vzdialenosti väčšiny týchto galaxií bolo možné určiť s veľkou chybou, Hubble stále zistil, že sú približne úmerné radiálnym rýchlostiam, ako o tom písal v článku publikovanom začiatkom roku 1929. O dva roky neskôr Hubble a Humason potvrdili tento záver na základe pozorovaní iných galaxií – niektoré z nich sú vzdialené viac ako 100 miliónov svetelných rokov.
Tieto údaje tvorili základ slávneho vzorca v=H0d, známeho ako Hubbleov zákon. Tu v je radiálna rýchlosť galaxie vzhľadom na Zem, d je vzdialenosť, H0 je koeficient proporcionality, ktorého rozmer, ako je ľahké vidieť, je inverzný k rozmeru času (predtým sa nazýval Hubbleova konštanta , čo je nesprávne, keďže v predchádzajúcich epochách bola hodnota H0 iná ako v súčasnosti). Sám Hubble a mnohí ďalší astronómovia na dlhú dobu odmietnuté predpoklady o fyzický zmysel tento parameter. Georges Lemaitre však v roku 1927 ukázal, že všeobecná teória relativity nám umožňuje interpretovať expanziu galaxií ako dôkaz expanzie vesmíru. O štyri roky neskôr mal odvahu doviesť tento záver do logického záveru a predložil hypotézu, že vesmír vznikol z takmer bodového embrya, ktoré pre nedostatok lepšieho termínu nazval atóm. Tento prvotný atóm mohol zostať v statickom stave kedykoľvek až do nekonečna, ale jeho „explózia“ spôsobila zrod rozpínajúceho sa priestoru naplneného hmotou a žiarením, z ktorého v konečnom čase vznikol súčasný Vesmír. Už vo svojom prvom článku Lemaitre odvodil úplnú analógiu Hubbleovho vzorca a keďže mal dovtedy známe údaje o rýchlostiach a vzdialenostiach množstva galaxií, získal približne rovnakú hodnotu koeficientu úmernosti medzi vzdialenosťami a rýchlosťami. ako Hubbleov teleskop. Jeho článok však vyšiel vo francúzštine v málo známom belgickom časopise a spočiatku zostal nepovšimnutý. Do povedomia väčšiny astronómov sa dostal až v roku 1931 po zverejnení jeho anglického prekladu.
Vývoj vesmíru je určený počiatočnou rýchlosťou jeho expanzie, ako aj účinkami gravitácie (vrátane tmavej hmoty) a antigravitácie (tmavej energie). V závislosti od vzťahu medzi týmito faktormi má graf veľkosti vesmíru rôzne tvary v budúcnosti aj v minulosti, čo ovplyvňuje posúdenie jej veku. Súčasné pozorovania ukazujú, že vesmír sa exponenciálne rozširuje (červený graf).
Hubbleov čas
Z tejto práce Lemaîtra a neskorších prác samotného Hubblea a ďalších kozmológov priamo vyplývalo, že vek vesmíru (prirodzene, meraný od počiatočného okamihu jeho expanzie) závisí od hodnoty 1/H0, ktorá sa teraz nazýva Hubbleov teleskop. čas. Povaha tejto závislosti je určená konkrétnym modelom vesmíru. Ak predpokladáme, že žijeme v plochom Vesmíre naplnenom gravitačnou hmotou a žiarením, potom na výpočet jeho veku musíme 1/H0 vynásobiť 2/3.
Tu vznikol zádrhel. Z meraní Hubble a Humason vyplýva, že číselná hodnota 1/H0 je približne rovná 1,8 miliarde rokov. Z toho vyplýva, že vesmír sa zrodil pred 1,2 miliardami rokov, čo jasne odporovalo aj značne podceňovaným odhadom vtedajšieho veku Zeme. Z tohto problému by sa dalo dostať, keby sme predpokladali, že galaxie sa vzďaľujú pomalšie, než si Hubble myslel. Postupom času sa tento predpoklad potvrdil, no problém to nevyriešilo. Podľa údajov získaných do konca minulého storočia pomocou optickej astronómie sa 1/H0 pohybuje od 13 do 15 miliárd rokov. Nezrovnalosti teda stále pretrvávali, keďže priestor vesmíru bol a je považovaný za plochý a dve tretiny času Hubbleovho teleskopu sú oveľa menej ako aj tie najskromnejšie odhady veku Galaxie.
Prázdny svet
Podľa najnovších meraní Hubbleovho parametra je spodná hranica Hubbleovho času 13,5 miliardy rokov a horná hranica 14 miliárd. Ukazuje sa, že súčasný vek vesmíru je približne rovnaký ako súčasný Hubbleov čas. Takáto rovnosť musí byť prísne a vždy dodržiavaná pre absolútne prázdny vesmír, kde nie je ani gravitačná hmota, ani antigravitačné polia. Ale v našom svete je dosť oboch. Faktom je, že priestor sa najskôr pomaly rozpínal, potom sa rýchlosť jeho rozpínania začala zvyšovať a v súčasnej dobe tieto protichodné trendy sa takmer navzájom kompenzovali.
Vo všeobecnosti bol tento rozpor eliminovaný v rokoch 1998 - 1999, keď dva tímy astronómov dokázali, že za posledných 5 - 6 miliárd rokov sa vesmír rozpínal nie klesajúcou, ale rastúcou rýchlosťou. Toto zrýchlenie sa zvyčajne vysvetľuje tým, že v našom Vesmíre narastá vplyv antigravitačného faktora, takzvanej temnej energie, ktorej hustota sa časom nemení. Keďže hustota gravitujúcej hmoty klesá, keď sa Kozmos rozpína, temná energia stále úspešnejšie súťaží s gravitáciou. Trvanie existencie Vesmíru s antigravitačnou zložkou sa nemusí rovnať dvom tretinám Hubbleovho času. Preto objav zrýchľujúceho sa rozpínania vesmíru (zaznamenaný v roku 2011 Nobelovou cenou) umožnil odstrániť rozpor medzi kozmologickými a astronomickými odhadmi jeho životnosti. Bola to aj predzvesť vývoja novej metódy na datovanie jej narodenia.
Kozmické rytmy
30. júna 2001 vyslala NASA do vesmíru Explorer 80, o dva roky neskôr premenovaný na WMAP, Wilkinson Microwave Anisotropy Probe. Jeho zariadenie umožňovalo zaznamenávať teplotné výkyvy mikrovlnného kozmického mikrovlnného žiarenia pozadia s uhlovým rozlíšením menším ako tri desatiny stupňa. Už vtedy bolo známe, že spektrum tohto žiarenia sa takmer úplne zhoduje so spektrom ideálneho čierneho telesa zahriateho na 2,725 K a jeho teplotné výkyvy pri „hrubozrnných“ meraniach s uhlovým rozlíšením 10 stupňov nepresahujú 0,000036 K. Avšak pri „jemnozrnných“ meraniach na stupnici sondy WMAP boli amplitúdy takýchto fluktuácií šesťkrát väčšie (asi 0,0002 K). Kozmické mikrovlnné žiarenie pozadia sa ukázalo byť škvrnité, tesne posiate o niečo viac a o niečo menej vyhrievanými oblasťami.
Fluktuácie v kozmickom mikrovlnnom žiarení pozadia sú generované kolísaním hustoty elektrón-fotónového plynu, ktorý raz zaplnil vonkajší priestor. Približne 380 000 rokov po Veľkom tresku klesla takmer na nulu, keď sa prakticky všetky voľné elektróny spojili s jadrami vodíka, hélia a lítia, čím vznikli neutrálne atómy. Kým sa tak nestalo, v plyne elektrón-fotón sa šírili zvukové vlny ovplyvnené gravitačnými poľami častíc tmavej hmoty. Tieto vlny, alebo, ako hovoria astrofyzici, akustické oscilácie, zanechali svoju stopu v spektre kozmického mikrovlnného žiarenia pozadia. Toto spektrum je možné dešifrovať pomocou teoretického aparátu kozmológie a magnetickej hydrodynamiky, čo umožňuje prehodnotiť vek vesmíru. Ako ukazujú najnovšie výpočty, jeho najpravdepodobnejší rozsah je 13,72 miliardy rokov. Teraz sa považuje za štandardný odhad životnosti vesmíru. Ak vezmeme do úvahy všetky možné nepresnosti, tolerancie a aproximácie, môžeme dospieť k záveru, že podľa výsledkov sondy WMAP Vesmír existuje 13,5 až 14 miliárd rokov.
Astronómovia teda odhadujú vek vesmíru tromi rôzne cesty, dosiahli celkom kompatibilné výsledky. Preto teraz vieme (alebo, opatrnejšie povedané, myslíme si, že vieme), kedy náš vesmír vznikol - aspoň s presnosťou na niekoľko stoviek miliónov rokov. Pravdepodobne potomkovia pridajú riešenie tejto starodávnej hádanky na zoznam najpozoruhodnejších úspechov astronómie a astrofyziky.
Ľudia sa o vek vesmíru zaujímali už od staroveku. A hoci ju nemôžete požiadať o pas, aby ste videli jej dátum narodenia, moderná veda bola schopná na túto otázku odpovedať. Pravda, len celkom nedávno.
Mudrci z Babylonu a Grécka považovali vesmír za večný a nemenný a hinduistickí kronikári v roku 150 pred Kr. určil, že má presne 1 972 949 091 rokov (mimochodom, z hľadiska rádovej veľkosti sa veľmi nemýlili!). V roku 1642 anglický teológ John Lightfoodt prostredníctvom dôslednej analýzy biblických textov vypočítal, že stvorenie sveta nastalo v roku 3929 pred Kristom; o niekoľko rokov neskôr ju írsky biskup James Ussher presunul do roku 4004. Túto tému neignorovali ani zakladatelia modernej vedy Johannes Kepler a Isaac Newton. Hoci oslovili nielen Bibliu, ale aj astronómiu, ich výsledky dopadli podobne ako výpočty teológov – 3993 a 3988 pred Kristom. V našich osvietených časoch je vek vesmíru určený iným spôsobom. Aby sme ich videli v historickej perspektíve, pozrime sa najprv na našu vlastnú planétu a jej kozmické prostredie.
Astronómovia podrobne študovali ranú biografiu vesmíru. Mali však pochybnosti o jej presnom veku, ktoré sa rozptýlili až v posledných desaťročiach.
Veštenie podľa kameňov
Od druhej polovice 18. storočia začali vedci odhadovať vek Zeme a Slnka na základe fyzikálnych modelov. V roku 1787 teda francúzsky prírodovedec Georges-Louis Leclerc dospel k záveru, že ak by naša planéta bola pri narodení guľou roztaveného železa, potrebovala by na ochladenie na súčasnú teplotu 75 až 168 tisíc rokov. Írsky matematik a inžinier John Perry po 108 rokoch prepočítal tepelnú históriu Zeme a určil jej vek na 2-3 miliardy rokov. Na samom začiatku 20. storočia lord Kelvin dospel k záveru, že ak sa Slnko postupne zmršťuje a svieti výlučne v dôsledku uvoľnenia gravitačnej energie, potom jeho vek (a teda aj maximálny vek Zeme a ostatných planét) môže trvať niekoľko stoviek miliónov rokov. Ale v tom čase geológovia nemohli potvrdiť ani vyvrátiť tieto odhady pre nedostatok spoľahlivých geochronologických metód.
V polovici prvej dekády dvadsiateho storočia Ernest Rutherford a americký chemik Bertram Boltwood vyvinuli základ rádiometrického datovania zemských hornín, ktorý ukázal, že Perry bol oveľa bližšie k pravde. V 20. rokoch 20. storočia sa našli vzorky minerálov, ktorých rádiometrický vek bol takmer 2 miliardy rokov. Neskôr túto hodnotu geológovia zvýšili viac ako raz a teraz sa viac ako zdvojnásobila - na 4,4 miliardy Ďalšie údaje poskytuje štúdium „nebeských kameňov“ - meteoritov. Takmer všetky rádiometrické odhady ich veku spadajú do rozsahu 4,4–4,6 miliardy rokov.
Moderná helioseizmológia umožňuje priamo určiť vek Slnka, ktorý je podľa najnovších údajov 4,56 – 4,58 miliardy rokov. Keďže trvanie gravitačnej kondenzácie protosolárneho mraku bolo merané len v miliónoch rokov, môžeme s istotou povedať, že od začiatku tohto procesu do dnešného dňa neuplynulo viac ako 4,6 miliardy rokov. Slnečná hmota zároveň obsahuje mnoho prvkov ťažších ako hélium, ktoré vznikli v termonukleárnych peciach masívnych hviezd predchádzajúcich generácií, ktoré vyhoreli a explodovali v supernovách. To znamená, že existencia vesmíru výrazne presahuje vek slnečnej sústavy. Ak chcete určiť rozsah tohto prebytku, musíte ísť najprv do našej Galaxie a potom za jej hranice.
Sledovanie bielych trpaslíkov
Životnosť našej Galaxie sa dá určiť rôznymi spôsobmi, my sa však obmedzíme na dva najspoľahlivejšie. Prvý spôsob je založený na sledovaní žiary bielych trpaslíkov. Tieto kompaktné (veľké asi ako Zem) a spočiatku veľmi horúce nebeské telesá predstavujú konečnú fázu života všetkých hviezd okrem tých najhmotnejších. Aby sa hviezda premenila na bieleho trpaslíka, musí úplne spáliť všetko svoje termonukleárne palivo a podstúpiť niekoľko katakliziem – napríklad sa na nejaký čas stať červeným obrom.
Prirodzené hodiny
Podľa rádiometrického datovania sa dnes za najstaršie horniny na Zemi považujú sivé ruly pobrežia jazera Great Slave Lake na severozápade Kanady – ich vek je určený na 4,03 miliardy rokov. Ešte skôr (pred 4,4 miliardami rokov) vykryštalizovali drobné zrnká minerálu zirkónu, prírodného kremičitanu zirkoničitého, ktorý sa nachádza v rulách v západnej Austrálii. A keďže zemská kôra už v tých dňoch existovala, naša planéta by mala byť o niečo staršia.
Čo sa týka meteoritov, najpresnejšie informácie poskytuje datovanie vápenato-hliníkových inklúzií v materiáli karbónskych chondritických meteoritov, ktoré zostali prakticky nezmenené po svojom vzniku z plynno-prachového oblaku, ktorý obklopoval novonarodené Slnko. Rádiometrický vek podobných štruktúr v meteorite Efremovka, ktorý sa našiel v roku 1962 v oblasti Pavlodar v Kazachstane, je 4 miliardy 567 miliónov rokov.
Typický biely trpaslík je zložený takmer výlučne z uhlíkových a kyslíkových iónov uložených v degenerovanom elektrónovom plyne a má tenkú atmosféru, ktorej dominuje vodík alebo hélium. Jeho povrchová teplota sa pohybuje od 8 000 do 40 000 K, pričom centrálna zóna sa zahrieva na milióny až desiatky miliónov stupňov. Podľa teoretických modelov sa môžu narodiť aj trpaslíci skladajúci sa prevažne z kyslíka, neónu a horčíka (ktoré sa za určitých podmienok premieňajú na hviezdy s hmotnosťou 8 až 10,5 alebo dokonca až 12 hmotností Slnka), no ich existencia zatiaľ neexistuje. bolo preukázané. Teória tiež tvrdí, že hviezdy s aspoň polovicou hmotnosti Slnka končia ako héliovo bieli trpaslíci. Takéto hviezdy sú veľmi početné, ale vodík spaľujú extrémne pomaly, a preto žijú mnoho desiatok a stoviek miliónov rokov. Doteraz jednoducho nemali dostatok času na to, aby vyčerpali svoje vodíkové palivo (veľmi málo doteraz objavených héliových trpaslíkov žije v binárnych systémoch a vzniklo úplne iným spôsobom).
Keďže biely trpaslík nedokáže podporovať termonukleárne fúzne reakcie, vďaka nahromadenej energii svieti, a preto sa pomaly ochladzuje. Rýchlosť tohto ochladzovania sa dá vypočítať a na tomto základe určiť čas potrebný na zníženie povrchovej teploty z počiatočnej (pre typického trpaslíka je to asi 150 000 K) na pozorovanú. Keďže nás zaujíma vek Galaxie, mali by sme hľadať najdlhšie žijúcich, a teda aj najchladnejších bielych trpaslíkov. Moderné teleskopy umožňujú odhaliť vnútrogalaktických trpaslíkov s povrchovou teplotou menšou ako 4000 K, ktorých svietivosť je 30 000-krát nižšia ako svietivosť Slnka. Kým sa nenájdu – buď tam nie sú vôbec, alebo je ich veľmi málo. Z toho vyplýva, že naša Galaxia nemôže byť staršia ako 15 miliárd rokov, inak by boli prítomné v znateľných množstvách.
Doteraz sa v horninách používa analýza obsahu produktov rozpadu rôznych rádioaktívnych izotopov v nich. V závislosti od typu horniny a doby datovania sa používajú rôzne páry izotopov.
Toto je horná veková hranica. Čo môžeme povedať o dne? Najchladnejších bielych trpaslíkov, o ktorých sa v súčasnosti vie, objavil Hubbleov vesmírny teleskop v rokoch 2002 a 2007. Výpočty ukázali, že ich vek je 11,5 – 12 miliárd rokov. K tomu musíme pripočítať aj vek predchodcov hviezd (od pol miliardy do miliardy rokov). Z toho vyplýva, že Mliečna dráha nie je mladšia ako 13 miliárd rokov. Takže konečný odhad jeho veku, získaný z pozorovaní bielych trpaslíkov, je približne 13 - 15 miliárd rokov.
Plesové certifikáty
Druhá metóda je založená na štúdiu guľových hviezdokôp nachádzajúcich sa v okrajovej zóne Mliečnej dráhy a obiehajúcich okolo jej jadra. Obsahujú státisíce až viac ako milión hviezd spojených vzájomnou príťažlivosťou.
Guľové hviezdokopy sa nachádzajú takmer vo všetkých veľkých galaxiách a ich počet niekedy dosahuje mnoho tisíc. Nerodia sa tam takmer žiadne nové hviezdy, ale staršie hviezdy sú tu prítomné v hojnosti. V našej Galaxii bolo zaregistrovaných asi 160 takýchto guľových hviezdokôp a možno budú objavené ďalšie dva až tri desiatky. Mechanizmy ich formovania nie sú úplne jasné, avšak s najväčšou pravdepodobnosťou mnohé z nich vznikli krátko po narodení samotnej Galaxie. Preto datovanie vzniku najstarších guľových hviezdokôp umožňuje stanoviť spodnú hranicu galaktického veku.
Toto datovanie je technicky veľmi zložité, no je založené na veľmi jednoduchej myšlienke. Všetky hviezdy v hviezdokope (od superhmotných po najľahšie) sú tvorené z rovnakého plynového mraku, a preto sa rodia takmer súčasne. Postupom času spália hlavné zásoby vodíka – niektoré skôr, iné neskôr. V tomto štádiu hviezda opúšťa hlavnú postupnosť a prechádza radom transformácií, ktoré vyvrcholia buď úplným gravitačným kolapsom (nasledovaným vznikom neutrónovej hviezdy alebo čiernej diery), alebo vznikom bieleho trpaslíka. Preto štúdium zloženia guľovej hviezdokopy umožňuje celkom presne určiť jej vek. Pre spoľahlivú štatistiku by počet študovaných zhlukov mal byť aspoň niekoľko desiatok.
Túto prácu vykonal pred tromi rokmi tím astronómov pomocou kamery ACS (Advanced Camera for Survey) Hubbleovho vesmírneho teleskopu. Monitorovanie 41 guľových hviezdokôp v našej Galaxii ukázalo, že ich priemerný vek je 12,8 miliardy rokov. Držiteľmi rekordov boli hviezdokopy NGC 6937 a NGC 6752, ktoré sa nachádzajú 7 200 a 13 000 svetelných rokov od Slnka. Takmer určite nie sú mladšie ako 13 miliárd rokov, pričom najpravdepodobnejšia životnosť druhého klastra je 13,4 miliardy rokov (hoci s chybou plus mínus miliarda).
Hviezdy s hmotnosťou rádu Slnka, keď sa ich zásoby vodíka vyčerpávajú, napučiavajú a stávajú sa červenými trpaslíkmi, po ktorých sa ich héliové jadro počas kompresie zahrieva a začína sa spaľovanie hélia. Po určitom čase hviezda odhodí škrupinu a vytvorí planetárnu hmlovinu, potom sa stane bielym trpaslíkom a potom sa ochladí.
Naša Galaxia však musí byť staršia ako jej zhluky. Jeho prvé supermasívne hviezdy explodovali ako supernovy a vyvrhli do vesmíru jadrá mnohých prvkov, najmä jadrá stabilného izotopu berýlia-berýlia-9. Keď sa začali formovať guľové hviezdokopy, ich novonarodené hviezdy už obsahovali berýlium, a to tým viac, čím neskôr vznikli. Na základe obsahu berýlia v ich atmosfére je možné určiť, o koľko sú hviezdokopy mladšie ako galaxia. Ako dokazujú údaje o zhluku NGC 6937, tento rozdiel je 200 - 300 miliónov rokov. Bez veľkého predlžovania teda môžeme povedať, že vek Mliečnej dráhy presahuje 13 miliárd rokov a možno dosahuje 13,3 - 13,4 miliárd. Je to takmer rovnaký odhad, aký bol urobený na základe pozorovaní bielych trpaslíkov. bol získaný úplne iným spôsobom.
Hubbleov zákon
Vedecká formulácia otázky o veku vesmíru bola možná až začiatkom druhej štvrtiny minulého storočia. Koncom 20. rokov začali Edwin Hubble a jeho asistent Milton Humason objasňovať vzdialenosti k desiatkam hmlovín mimo Mliečnej dráhy, ktoré sa len pred niekoľkými rokmi stali nezávislými galaxiami.
Tieto galaxie sa vzďaľujú od Slnka radiálnymi rýchlosťami, ktoré boli namerané podľa červeného posunu ich spektier. Hoci vzdialenosti väčšiny týchto galaxií bolo možné určiť s veľkou chybou, Hubble stále zistil, že sú približne úmerné radiálnym rýchlostiam, ako o tom písal v článku publikovanom začiatkom roku 1929. O dva roky neskôr Hubble a Humason potvrdili tento záver na základe pozorovaní iných galaxií – niektoré z nich sú vzdialené viac ako 100 miliónov svetelných rokov.
Tieto údaje tvorili základ slávneho vzorca v=H0d, známeho ako Hubbleov zákon. Tu v je radiálna rýchlosť galaxie vzhľadom na Zem, d je vzdialenosť, H0 je koeficient proporcionality, ktorého rozmer, ako je ľahké vidieť, je inverzný k rozmeru času (predtým sa nazýval Hubbleova konštanta , čo je nesprávne, keďže v predchádzajúcich epochách bola hodnota H0 iná ako v súčasnosti). Samotný Hubble a mnohí ďalší astronómovia dlho odmietali predpoklady o fyzickom význame tohto parametra. Georges Lemaitre však v roku 1927 ukázal, že všeobecná teória relativity nám umožňuje interpretovať expanziu galaxií ako dôkaz expanzie vesmíru. O štyri roky neskôr mal odvahu doviesť tento záver do logického záveru a predložil hypotézu, že vesmír vznikol z takmer bodového embrya, ktoré pre nedostatok lepšieho termínu nazval atóm. Tento prvotný atóm mohol zostať v statickom stave kedykoľvek až do nekonečna, ale jeho „explózia“ spôsobila zrod rozpínajúceho sa priestoru naplneného hmotou a žiarením, z ktorého v konečnom čase vznikol súčasný Vesmír. Už vo svojom prvom článku Lemaitre odvodil úplnú analógiu Hubbleovho vzorca a keďže mal dovtedy známe údaje o rýchlostiach a vzdialenostiach množstva galaxií, získal približne rovnakú hodnotu koeficientu úmernosti medzi vzdialenosťami a rýchlosťami. ako Hubbleov teleskop. Jeho článok však vyšiel vo francúzštine v málo známom belgickom časopise a spočiatku zostal nepovšimnutý. Do povedomia väčšiny astronómov sa dostal až v roku 1931 po zverejnení jeho anglického prekladu.
Vývoj vesmíru je určený počiatočnou rýchlosťou jeho expanzie, ako aj účinkami gravitácie (vrátane tmavej hmoty) a antigravitácie (tmavej energie). V závislosti od vzťahu medzi týmito faktormi má graf veľkosti Vesmíru rôzny tvar v budúcnosti aj v minulosti, čo ovplyvňuje odhad jeho veku. Súčasné pozorovania ukazujú, že vesmír sa exponenciálne rozširuje (červený graf).
Hubbleov čas
Z tejto práce Lemaîtra a neskorších prác samotného Hubblea a ďalších kozmológov priamo vyplývalo, že vek vesmíru (prirodzene, meraný od počiatočného okamihu jeho expanzie) závisí od hodnoty 1/H0, ktorá sa teraz nazýva Hubbleov teleskop. čas. Povaha tejto závislosti je určená konkrétnym modelom vesmíru. Ak predpokladáme, že žijeme v plochom Vesmíre naplnenom gravitačnou hmotou a žiarením, potom na výpočet jeho veku musíme 1/H0 vynásobiť 2/3.
Tu vznikol zádrhel. Z meraní Hubble a Humason vyplýva, že číselná hodnota 1/H0 je približne rovná 1,8 miliarde rokov. Z toho vyplýva, že vesmír sa zrodil pred 1,2 miliardami rokov, čo jasne odporovalo aj značne podceňovaným odhadom vtedajšieho veku Zeme. Z tohto problému by sa dalo dostať, keby sme predpokladali, že galaxie sa vzďaľujú pomalšie, než si Hubble myslel. Postupom času sa tento predpoklad potvrdil, no problém to nevyriešilo. Podľa údajov získaných do konca minulého storočia pomocou optickej astronómie sa 1/H0 pohybuje od 13 do 15 miliárd rokov. Nezrovnalosti teda stále pretrvávali, keďže priestor vesmíru bol a je považovaný za plochý a dve tretiny času Hubbleovho teleskopu sú oveľa menej ako aj tie najskromnejšie odhady veku Galaxie.
Prázdny svet
Podľa najnovších meraní Hubbleovho parametra je spodná hranica Hubbleovho času 13,5 miliardy rokov a horná hranica 14 miliárd. Ukazuje sa, že súčasný vek vesmíru je približne rovnaký ako súčasný Hubbleov čas. Takáto rovnosť musí byť prísne a vždy dodržiavaná pre absolútne prázdny vesmír, kde nie je ani gravitačná hmota, ani antigravitačné polia. Ale v našom svete je dosť oboch. Faktom je, že priestor sa najskôr pomaly rozširoval, potom sa rýchlosť jeho rozširovania začala zvyšovať a v súčasnej dobe sa tieto opačné trendy takmer navzájom kompenzovali.
Vo všeobecnosti bol tento rozpor eliminovaný v rokoch 1998 - 1999, keď dva tímy astronómov dokázali, že za posledných 5 - 6 miliárd rokov sa vesmír rozpínal nie klesajúcou, ale rastúcou rýchlosťou. Toto zrýchlenie sa zvyčajne vysvetľuje tým, že v našom Vesmíre narastá vplyv antigravitačného faktora, takzvanej temnej energie, ktorej hustota sa časom nemení. Keďže hustota gravitujúcej hmoty klesá, keď sa Kozmos rozpína, temná energia stále úspešnejšie súťaží s gravitáciou. Trvanie existencie Vesmíru s antigravitačnou zložkou sa nemusí rovnať dvom tretinám Hubbleovho času. Preto objav zrýchľujúceho sa rozpínania vesmíru (zaznamenaný v roku 2011 Nobelovou cenou) umožnil odstrániť rozpor medzi kozmologickými a astronomickými odhadmi jeho životnosti. Bola to aj predzvesť vývoja novej metódy na datovanie jej narodenia.
Kozmické rytmy
30. júna 2001 vyslala NASA do vesmíru Explorer 80, o dva roky neskôr premenovaný na WMAP, Wilkinson Microwave Anisotropy Probe. Jeho zariadenie umožňovalo zaznamenávať teplotné výkyvy mikrovlnného kozmického mikrovlnného žiarenia pozadia s uhlovým rozlíšením menším ako tri desatiny stupňa. Už vtedy bolo známe, že spektrum tohto žiarenia sa takmer úplne zhoduje so spektrom ideálneho čierneho telesa zahriateho na 2,725 K a jeho teplotné výkyvy pri „hrubozrnných“ meraniach s uhlovým rozlíšením 10 stupňov nepresahujú 0,000036 K. Avšak pri „jemnozrnných“ meraniach na stupnici sondy WMAP boli amplitúdy takýchto fluktuácií šesťkrát väčšie (asi 0,0002 K). Kozmické mikrovlnné žiarenie pozadia sa ukázalo byť škvrnité, tesne posiate o niečo viac a o niečo menej vyhrievanými oblasťami.
Fluktuácie v kozmickom mikrovlnnom žiarení pozadia sú generované kolísaním hustoty elektrón-fotónového plynu, ktorý raz zaplnil vonkajší priestor. Približne 380 000 rokov po Veľkom tresku klesla takmer na nulu, keď sa prakticky všetky voľné elektróny spojili s jadrami vodíka, hélia a lítia, čím vznikli neutrálne atómy. Kým sa tak nestalo, v plyne elektrón-fotón sa šírili zvukové vlny ovplyvnené gravitačnými poľami častíc tmavej hmoty. Tieto vlny, alebo, ako hovoria astrofyzici, akustické oscilácie, zanechali svoju stopu v spektre kozmického mikrovlnného žiarenia pozadia. Toto spektrum je možné dešifrovať pomocou teoretického aparátu kozmológie a magnetickej hydrodynamiky, čo umožňuje prehodnotiť vek vesmíru. Ako ukazujú najnovšie výpočty, jeho najpravdepodobnejší rozsah je 13,72 miliardy rokov. Teraz sa považuje za štandardný odhad životnosti vesmíru. Ak vezmeme do úvahy všetky možné nepresnosti, tolerancie a aproximácie, môžeme dospieť k záveru, že podľa výsledkov sondy WMAP Vesmír existuje 13,5 až 14 miliárd rokov.
Astronómovia, ktorí odhadli vek vesmíru tromi rôznymi spôsobmi, teda dosiahli celkom kompatibilné výsledky. Preto teraz vieme (alebo, opatrnejšie povedané, myslíme si, že vieme), kedy náš vesmír vznikol - aspoň s presnosťou na niekoľko stoviek miliónov rokov. Pravdepodobne potomkovia pridajú riešenie tejto starodávnej hádanky na zoznam najpozoruhodnejších úspechov astronómie a astrofyziky.
Podľa najnovších údajov má vesmír približne 13,75 miliardy rokov. Ako však vedci dospeli k tomuto číslu?
Kozmológovia môžu určiť vek vesmíru pomocou dvoch rôznych metód: štúdium najstarších objektov vo vesmíre, A meranie rýchlosti jeho expanzie.
Vekové obmedzenia
Vesmír nemôže byť „mladší“ ako objekty v ňom. Na základe určenia veku najstarších hviezd budú vedci schopní odhadnúť vekové hranice.
Životný cyklus hviezdy je založený na jej hmotnosti. Hmotnejšie hviezdy horia rýchlejšie ako ich menší bratia a sestry. Hviezda 10-krát hmotnejšia ako Slnko môže horieť 20 miliónov rokov, zatiaľ čo hviezda s polovičnou hmotnosťou Slnka bude žiť 20 miliárd rokov. Hmotnosť ovplyvňuje aj jasnosť hviezd: čím je hviezda hmotnejšia, tým je jasnejšia.
Hubbleov vesmírny teleskop agentúry NASA zachytil snímky červeného trpaslíka CHXR 73 a jeho spoločníka, o ktorom sa predpokladá, že ide o hnedého trpaslíka. CHXR 73 je o tretinu ľahší ako Slnko.
Tento obrázok z Hubbleovho vesmírneho teleskopu ukazuje Sirius A, najviac jasná hviezda na našej nočnej oblohe spolu s jej slabou a drobnou spoločnou hviezdou Sirius B. Astronómovia zámerne preexponovali snímku Síria A, aby sa stal viditeľný Sírius B (malá bodka dole vľavo). Skrížené difrakčné lúče a sústredné prstence okolo Siriusa A, ako aj malý prstenec okolo Siriusa B, boli vytvorené systémom spracovania obrazu ďalekohľadu. Tieto dve hviezdy sa navzájom obiehajú každých 50 rokov. Sirius A je od Zeme vzdialený 8,6 svetelných rokov a je piatym najbližším známym hviezdnym systémom.
Husté hviezdokopy známe ako guľové hviezdokopy majú podobné vlastnosti. Najstaršie známe guľové hviezdokopy obsahujú hviezdy staré 11 až 18 miliárd rokov. Takýto veľký rozsah je spojený s problémami pri určovaní vzdialeností od zhlukov, čo ovplyvňuje odhad jasu a tým aj hmotnosti. Ak je hviezdokopa ďalej, než si vedci myslia, hviezdy budú jasnejšie a hmotnejšie, a teda mladšie.
Neistota stále obmedzuje vek vesmíru; musí mať najmenej 11 miliárd rokov. Je síce staršia, ale nie mladšia.
Rozšírenie vesmíru
Vesmír, v ktorom žijeme, nie je plochý ani nemenný, neustále sa rozširuje. Ak je rýchlosť expanzie známa, vedci môžu pracovať spätne a určiť vek vesmíru. Rýchlosť rozpínania vesmíru, známa ako Hubbleova konštanta, je teda kľúčom.
Hodnotu tejto konštanty určuje množstvo faktorov. V prvom rade je to druh hmoty, ktorý dominuje vesmíru. Vedci musia určiť pomer bežnej a tmavej hmoty k temnej energii. Svoju úlohu zohráva aj hustota. Vesmír s nízkou hustotou hmoty je starší ako vesmír s väčším množstvom hmoty.
Tento kompozitný obrázok z Hubbleovho vesmírneho teleskopu ukazuje strašidelný „prstenec“ tmavej hmoty v zhluku galaxií Cl 0024 +17.
Kopa galaxií Abell 1689 je známa svojou schopnosťou lámať svetlo, čo je fenomén nazývaný gravitačná šošovka. Nový výskum klastra odhaľuje tajomstvá o tom, ako temná energia formuje vesmír.
Na určenie hustoty a zloženia vesmíru sa vedci obrátili na množstvo misií, ako je Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) a vesmírna loď Planck. Meraním tepelného žiarenia, ktoré zostalo po veľkom tresku, môžu podobné misie určiť hustotu, zloženie a rýchlosť expanzie vesmíru. WMAP aj Planck detekovali zvyškové žiarenie nazývané kozmické mikrovlnné pozadie a zmapovali ho.
V roku 2012 WMAP navrhol vek vesmíru na 13,772 miliardy rokov s chybou 59 miliónov rokov. A v roku 2013 Planck vypočítal, že vesmír je starý 13,82 miliardy rokov. Oba výsledky spadajú pod minimum 11 miliárd, bez ohľadu na guľové hviezdokopy, a oba majú relatívne malé odchýlky.
Vek vesmíru je maximálny čas, ktorý by odvtedy namerali hodiny veľký tresk až doteraz, ak nám teraz padli do rúk. Tento odhad veku Vesmíru, podobne ako iné kozmologické odhady, pochádza z kozmologických modelov založených na určení Hubbleovej konštanty a iných pozorovateľných parametrov Metagalaxie. Existuje aj nekozmologická metóda na určenie veku vesmíru (aspoň tromi spôsobmi). Je pozoruhodné, že všetky tieto odhady veku vesmíru sú navzájom konzistentné. Všetky tiež vyžadujú zrýchlená expanzia Vesmír (teda nie nula člen lambda), inak sa kozmologický vek ukáže ako príliš malý. Ukazujú to nové údaje z výkonného satelitu Planck Európskej vesmírnej agentúry (ESA). Vek vesmíru je 13,798 miliardy rokov („plus alebo mínus“ 0,037 miliardy rokov, to všetko hovorí Wikipedia).
Uvedený vek vesmíru ( IN= 13 798 000 000 rokov) nie je vôbec ťažké previesť na sekundy:
1 rok = 365(dni)*24(hodiny)*60(minúty)*60(s) = 31 536 000 s;
To znamená, že vek vesmíru sa bude rovnať
IN= 13 798 000 000 (rokov) * 31 536 000 (s) = 4,3513 * 10^17 sekúnd. Mimochodom, získaný výsledok nám umožňuje „cítiť“, čo to znamená – číslo rádovo 10^17 (to znamená, že číslo 10 sa musí vynásobiť 17-krát). Tento zdanlivo malý stupeň (iba 17) za sebou v skutočnosti skrýva gigantický časový úsek (13,798 miliardy rokov), ktorý takmer uniká našej predstavivosti. Ak je teda celý vek vesmíru „stlačený“ na jeden pozemský rok (mentálne si predstavte 365 dní), potom v tejto časovej škále: najjednoduchší život sa narodil na Zemi pred 3 mesiacmi; presné vedy sa objavili nie viac ako pred 1 sekundou a život človeka (70 rokov) je okamih rovný 0,16 sekundy.
Sekunda je však stále obrovský čas pre teoretickú fyziku, duševne(pomocou matematiky) študujúci časopriestor na extrémne malých mierkach - až do rozmerov rádu Planck dĺžka (1,616199*10^-35 m). Táto dĺžka je minimum možné vo fyzike "kvantové" vzdialenosti, teda to, čo sa deje v ešte menšom meradle, fyzici ešte nevymysleli (neexistujú všeobecne uznávané teórie), možno tam už "pracuje" úplne iná fyzika, ktorej zákony sú neznáme. nám. Tu je tiež vhodné povedať, že v našej (super komplexnej a veľmi drahej) experimenty fyzici zatiaľ prenikli „len“ do hĺbky cca 10^-18 metrov (to je 0,000...01 metra, kde je za desatinnou čiarkou 17 núl). Planckova dĺžka je vzdialenosť, ktorú prejde fotón (kvantum) svetla Planckov čas (5,39106*10^-44 s) – minimum možné vo fyzike existuje „kvantum“ času. Fyzici majú aj druhé meno pre Planckov čas - elementárny časový interval (Evi – Túto pohodlnú skratku použijem aj nižšie). Pre teoretických fyzikov je teda 1 sekunda kolosálny počet Planckových časov ( Evi):
1 sekunda = 1/(5,39106*10^−44) = 1,8549*10^43 Evi.
V tomto čase O Na stupnici sa vek vesmíru stáva číslom, ktoré si už nevieme predstaviť:
IN= (4,3513*10^17 s) * (1,8549*10^43 Evi) = 8,07*10^60 Evi.
Prečo som to povedal vyššie Teoretickí fyzici študujú vesmírny čas ? Faktom je, že časopriestor má dve strany slobodnýštruktúry (matematické popisy priestoru a času sú si navzájom podobné), ktoré sú kľúčové pre konštrukciu fyzického obrazu sveta, nášho Vesmíru. V modernej kvantovej teórii áno vesmírny čas je prisudzovaná ústredná úloha, existujú dokonca hypotézy, v ktorých sa látka (vrátane vás a mňa, drahý čitateľ) nepovažuje za nič iné ako... rušenie túto základnú štruktúru. Viditeľné 92 % hmoty vo vesmíre tvoria atómy vodíka a priemerná hustota viditeľnej hmoty sa odhaduje na 1 atóm vodíka na 17 metrov kubických priestoru (to je objem malej miestnosti). To znamená, ako už bolo dokázané vo fyzike, náš vesmír je takmer „prázdny“ časopriestor, ktorý je nepretržitý. rozširujúce sa A diskrétne na Planckových váhach, teda na rozmeroch rádu Planckovej dĺžky a v časových intervaloch objednávky Evi(v meradle dostupnom pre ľudí plynie čas „nepretržite a plynulo“ a nezaznamenávame žiadnu expanziu).
A potom som si jedného dňa (na konci roku 1997) pomyslel, že diskrétnosť a expanziu časopriestoru je najlepšie „modelovať“ ... radom prirodzených čísel 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6 , 7, ... O diskrétnosti tejto série niet pochýb, ale jej „rozšírenie“ možno vysvetliť nasledujúcim zobrazením: 0, 1, 1+1, 1+1+1, 1+1+1 +1, … . Ak sa teda čísla stotožnia s Planckovým časom, potom sa číselný rad zmení na akýsi tok časových kvánt (časopriestoru). V dôsledku toho som prišiel s celou teóriou, ktorú som nazval virtuálna kozmológia , a ktorý „objavil“ najdôležitejšie fyzikálne parametre Vesmíru „vo vnútri“ sveta čísel (konkrétne príklady zvážime nižšie).
Ako by sa dalo očakávať, oficiálna kozmológia a fyzika odpovedali na všetky moje (napísané) výzvy na ne absolútnym tichom. A iróniou súčasného momentu dosť možno je teória čísel(ako odbor vyššej matematiky, ktorý študuje prirodzené rady) má doslova jediné praktické uplatnenie - to je... kryptografia. To znamená, že sa používajú čísla (a veľmi veľké, rádovo 10^300). šifrovanie správ(prenášajúc z väčšej časti čisto obchodné záujmy ľudí). A zároveň samotný svet čísel je akýmsi zašifrovaná správa o základných zákonoch vesmíru- presne toto tvrdí moja virtuálna kozmológia a pokúša sa „rozlúštiť posolstvá“ sveta čísel. Je však samozrejmé, že najzaujímavejšie „dekódovanie“ by prišlo od teoretických fyzikov, keby sa raz pozreli na svet čísel bez profesionálnych predsudkov...
Tu je kľúčová hypotéza z najnovšej verzie virtuálnej kozmológie: Plackow čas je ekvivalentný číslu e = 2,718 ... (číslo „e“, základ prirodzených logaritmov). Prečo práve číslo „e“ a nie jedna (ako som si myslel predtým)? Faktom je, že je to číslo „e“, ktoré sa rovná minimálnej možnej kladnej hodnote funkcieE = N / ln N - hlavná funkcia v mojej teórii. Ak je v tejto funkcii znak presnej rovnosti (=) nahradený znakom asymptotickej rovnosti (~, táto vlnovka sa nazýva vlnovka), potom dostaneme najdôležitejší zákon zo známeho teória čísel– zákon rozdeľovania základné čísla(2, 3, 5, 7, 11, ... tieto čísla sú deliteľné len jedným a samy sebou). V teórii čísel, ktorú študujú budúci matematici na univerzitách, parameter E(hoci matematici píšu úplne iný symbol) - to je približný počet prvočísel na segment, teda od 1 po čísloNvrátane a čím väčšie je prirodzené čísloN, tým presnejšie funguje asymptotický vzorec.
Z mojej kľúčovej hypotézy vyplýva, že vo virtuálnej kozmológii vek vesmíru sa rovná aspoň číslu N = 2,194*10^61 je produktom veku IN(vyjadrené v Evi, pozri vyššie) podľa čísla e= 2,718. Prečo píšem „aspoň“ bude jasné nižšie. Náš vesmír vo svete čísel sa teda „odráža“ segmentom číselnej osi (so začiatkom v čísle e= 2,718...), ktorý obsahuje asi 10^61 prirodzených čísel. Segment číselnej osi som nazval ekvivalentom (v naznačenom zmysle) veku Vesmíru Veľký segment .
Poznanie správnej hranice veľkého segmentu (N= 2,194*10^61), vypočítajte množstvo základné čísla v tomto segmente:E = N/ln N = 1,55*10^59 (prvočísla). A teraz pozor!, pozri tiež tabuľku a obrázok (sú nižšie). Je zrejmé, že prvočísla (2, 3, 5, 7, 11, ...) majú svoje poradové čísla (1, 2, 3, 4, 5, ..., E) tvoria svoj vlastný segment prirodzeného radu, ktorý obsahuje aj jednoduché čísla, teda čísla v tvare prvočísel 1, 2, 3, 5, 7, 11, …. Tu budeme predpokladať, že 1 je prvé prvočíslo, pretože to niekedy v matematike robia a možno uvažujeme práve o prípade, keď sa to ukáže ako veľmi dôležité. Podobný vzorec použijeme aj na segment všetkých čísel (z prvočísel a zložených čísel):K = E/ln E, Kde K– toto je množstvo základné čísla na segmente. A tiež si predstavíme veľmi dôležitý parameter:K / E = 1/ ln E je pomer množstva (K) základné čísla na množstvo (E) všetkých čísel v segmente. To je jasné parameter 1/ lnE má zmysel pre pravdepodobnosť stretnutia s prvočíslom v blízkosti prvočísla v segmente. Vypočítajme túto pravdepodobnosť: 1/ln E = 1/ ln (1,55*10^59) = 0,007337 a zistíme, že je to len o 0,54 % viac ako hodnota... konštantná jemná štruktúra (PTS = 0,007297352569824…).
PTS je základná fyzikálna konštanta a bezrozmerný, teda PTS dáva zmysel pravdepodobnosti nejaká mimoriadne dôležitá udalosť pre Jeho Veličenstvo (všetky ostatné základné fyzikálne konštanty majú rozmery: sekundy, metre, kg, ...). Konštanta jemnej štruktúry bola pre fyzikov vždy predmetom fascinácie. Vynikajúci americký teoretický fyzik, jeden zo zakladateľov kvantovej elektrodynamiky, laureát nobelová cena vo fyzike Richard Feynman (1918 – 1988) nazývaný PTS “ jedna z najväčších prekliatych záhad fyziky: magické číslo, ktoré k nám prichádza bez toho, aby sme mu rozumeli" Urobilo sa veľké množstvo pokusov vyjadriť PTS v termínoch čisto matematických veličín alebo vypočítať na základe niektorých fyzikálnych úvah (pozri Wikipedia). Takže v tomto článku v skutočnosti prezentujem svoje chápanie podstaty PTS (odstrániť z toho závoj tajomstva?).
Takže vyššie, v rámci virtuálnej kozmológie, sme dostali takmer Hodnota PTS. Ak trochu posuniete (zväčšíte) pravý okraj (N) veľkého segmentu, potom číslo ( E) základné čísla na tomto segmente a pravdepodobnosť je 1/ln E sa zníži na „milovanú“ hodnotu PTS. Ukazuje sa teda, že stačí zvýšiť vek nášho vesmíru iba 2,1134808791-krát (takmer 2-krát, čo nie je veľa, pozri nižšie), aby sme získali presný zásah do hodnoty PTS: zaujatie správnej hranice Veľkého segment rovnýN= 4,63704581852313*10^61, dostaneme pravdepodobnosť 1/ln E, čo je menej ako PTS len o 0,0000000000013 %. Tu uvedená pravá hranica veľkého segmentu je ekvivalentná povedzme PTS vek Vesmír je starý 29 161 809 170 rokov (takmer 29 miliárd rokov ). Čísla, ktoré som tu získal, samozrejme nie sú dogma (samotné čísla sa môžu mierne zmeniť), pretože bolo pre mňa dôležité vysvetliť samotný priebeh mojej úvahy. Navyše nie som ani zďaleka prvý, kto prišiel (ku mne bezprecedentné o) k potrebe „zdvojnásobiť“ vek vesmíru. Napríklad v knihe slávneho ruského vedca M. V. Sazhina „Moderná kozmológia v populárnom podaní“ (M.: Editorial URSS, 2002) sa doslova píše toto (na strane 69): „...Odhady veku vesmíru sa menia. Ak pripadá na 90 % celkovej hustoty vesmíru nový druh hmota (lambda termín) a 10 % pre bežnú hmotu, potom Vek vesmíru sa ukazuje byť takmer dvakrát taký veľký! » (tučná kurzíva moja).
Ak teda veríte virtuálna kozmológia, potom okrem čisto „fyzických“ definícií PTS (takých je niekoľko) možno takto definovať aj túto zásadnú „konštantu“ (u mňa všeobecne povedané s časom klesá) (bez falošnej skromnosti, ja všimnite si, že viac ladný Nikdy som sa nestretol s matematickým výkladom podstaty PTS). Konštantná jemná štruktúra (PTS) je pravdepodobnosť, že náhodne vybrané sériové číslo prvočíslo bude v segmente prvočíslo. A špecifikovaná pravdepodobnosť bude:
PTS = 1/ln( N / ln N ) = 1/( ln N – lnln N ) . (1)
Zároveň nesmieme zabúdať, že vzorec (1) „funguje“ pomerne presne pre dostatočne veľké číslaNpovedzme, na konci Veľkého segmentu je to celkom vhodné. Ale na samom začiatku (pri vzniku vesmíru) dáva tento vzorec podhodnotené výsledky (prerušovaná čiara na obrázku, pozri tiež tabuľku)
Virtuálna kozmológia (rovnako ako teoretická fyzika) nám hovorí, že PTS vôbec nie je konštanta, ale „jednoducho“ najdôležitejší parameter vesmíru, ktorý sa v priebehu času mení. Takže podľa mojej teórie sa PTS pri zrode vesmíru rovnala jednej a potom podľa vzorca (1) klesla na moderný význam PTS = 0,007297…. S neodvratným zánikom nášho vesmíru (za 10^150 rokov, čo je ekvivalent správnej hraniceN= 10^201) PTS sa z aktuálnej hodnoty zníži takmer 3-krát a bude sa rovnať 0,00219.
Ak vzorec (1) (presný „zásah“ v PTS) bol môj jediný „trik“ z hľadiska numerológia(čím sú si profesionálni vedci stále úplne istí), potom by som s takou vytrvalosťou neopakoval, že svet prirodzených čísel je 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, ... (najmä jeho hlavný zákonE = N/ln N ) je akýmsi „zrkadlom“ nášho vesmíru (a dokonca... akýkoľvek vesmír), ktorý nám pomáha „rozlúštiť“ najdôležitejšie tajomstvá vesmíru. Všetky moje články a knihy sú nielen zaujímavé psychológovia ktorí dokážu dôkladne vystopovať (vo svojich kandidátskych a doktorandských prácach) celú cestu vzostupu izolovanej mysle (s gramotnými ľuďmi som prakticky nekomunikoval) - vzostup k Pravde alebo pád do najhlbšej priepasti Sebaklamu. Moje práce obsahujú veľa nového faktografického materiálu (nové myšlienky a hypotézy). teória čísel, a tiež obsahujú veľmi zaujímavé matematický model časopriestoru, ktorých analógy určite existujú, ale len v... vzdialených exoplanéty, kde myseľ už objavila prirodzený rad 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, ... - najzrejmejšia abstraktná daná pravda každý do sofistikovanej mysle akýkoľvek vesmír.
Ako ďalšie odôvodnenie vám poviem o ďalšom „triku“ mojej numerológie. Námestie (S) pod grafom funkcieE = N/ln N (Opakujem, hlavná funkcia sveta čísel!), je vyjadrená nasledujúcim vzorcom:S = (N/2)^2 (toto je 4. časť plochy štvorca so stranou rovnou čísluN). Zároveň na konci PTS th Veľký segment(atN= 4,637*10^61) prevrátená hodnota tejto plochy (1/S), bude sa číselne rovnať... kozmologická konštanta alebo (iba druhé meno) člen lambda L= 10^–53 m^–2, vyjadrené v Planckových jednotkách ( Evi): L= 10^–53 m^–2 = 2,612*10^–123 Evi^–2 a toto, zdôrazňujem, je len stupňa L(fyzici presnú hodnotu nepoznajú). A virtuálna kozmológia tvrdí, že kozmologická konštanta (lambda termín) je kľúčovým parametrom vesmíru, ktorý s časom klesá približne podľa tohto zákona:
L = 1/ S = (2/ N )^2 . (2)
Podľa vzorca (2) na konci PTS-th Big segmentu dostaneme nasledovné:L = ^2 = 1,86*10^–123 (Evi^–2) – toto je... skutočná hodnota kozmologickej konštanty (?).
Namiesto záveru. Ak ma niekto môže upozorniť na iný vzorec (okremE = N/ln N ) a ďalší matematický objekt (okrem elementárneho radu prirodzených čísel 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, ...), ktoré vedú k tomu istému krásne numerologické „triky“ (toľko a presne „kopírujúce“ skutočný fyzický svet v jeho rôznych aspektoch) – vtedy som pripravený verejne priznať, že som na samom dne priepasti Sebaklamu. Aby mohol čitateľ urobiť svoj „verdikt“, môže si prečítať všetky moje články a knihy uverejnené na portáli (webovej stránke) „Techno Community of Russia“ pod pseudonymom iav 2357 ( pozrite si nasledujúci odkaz:
