Каков возраст нашей Вселенной? Этим вопросом озадачивалось не одно поколение астрономов и продолжат ломать голову ещё много лет, пока не будет разгадана тайна мироздания.
Как известно, уже в 1929 году космологами из Северной Америки было установлено, что Вселенная растет в своих объемах. Или говоря астрономическим языком, имеет постоянное расширение. Автором метрического расширения Вселенной является американец Эдвин Хаббл, который вывел постоянную величину, характеризующую неуклонное увеличение космического пространства.
Так сколько же Вселенной лет? Еще десять лет назад считалось, что её возраст находится в пределах 13,8 миллиардов лет. Эта оценка была получена, исходя из космологической модели, в основе которой лежит постоянная Хаббла. Однако на сегодняшний день получен более точный ответ о возрасте Вселенной, благодаря кропотливой работе сотрудников обсерватории ЕКА (Европейское Космическое Агентство) и передовому телескопу «Planck».
Сканирование космического пространства телескопом «Planck»
Телескоп был запущен в активную работу еще в мае 2009 года для определения максимально точно возможного возраста нашей Вселенной. Функционал телескопа «Planck» был нацелен на длительный сеанс сканирования космического пространства, с целью составить наиболее объективную картину излучения всех возможных звездных объектов, полученных в результате так называемого Большого взрыва.
Длительный процесс сканирования проводился в два этапа. В 2010 году были получены предварительные результаты исследований, а уже в 2013 году подвели окончательный итог исследования космического пространства, который дал ряд весьма любопытных результатов.
Итог исследовательской работы ЕКА
Ученые ЕКА опубликовали интересные материалы, в которых, на основе собранных «оком» телескопа «Planck» данных, удалось уточнить постоянную Хаббла. Оказывается, скорость расширения Вселенной равняется 67,15 километрам в секунду на один парсек. Чтобы было понятнее, один парсек – это космическое расстояние, которое можно преодолеть за 3,2616 наших световых лет. Для большей наглядности и восприятия, можно представить две галактики, которые отталкиваются друг от друга со скоростью около 67 км/с. Цифры по космическим масштабам мизерные, но, тем не менее, это установленный факт.Благодаря данным, собранным телескопом «Planck», удалось уточнить возраст Вселенной – это 13,798 миллиардов лет.
Изображение полученное на основе данных телескопа Planck
Данная исследовательская работа ЕКА привела к уточнению содержания во Вселенной массовой доли не только «обычной» физической материи, которая равняется 4,9 %, но и темной материи, равной теперь 26,8 %.
Попутно «Planck» выявил и подтвердил существование в далеком космическом пространстве так называемого холодного пятна, обладающего супер низкой температурой, которому пока нет внятных научных объяснений.
Другие способы оценки возраста Вселенной
Кроме космологических методов, узнать сколько Вселенной лет можно, например, по возрасту химических элементов. В этом поможет явление радиоактивного распада.Ещё одним из способов является оценка возраста звезд. Оценив яркость старейших звезд — белых карликов, группа ученых в 1996 году получила результат: возраст Вселенной не может быть меньше 11,5 миллиардов лет. Это подтверждает данные о возрасте Вселенной, полученные на основе уточненной постоянной Хаббла.
Возраст Вселенной – это максимальное время, которое измерили бы часы с момента Большого взрыва до настоящего времени, попади они сейчас нам в руки. Эта оценка возраста Вселенной, как и другие космологические оценки, исходит из космологических моделей на основе определения постоянной Хаббла и других наблюдаемых параметров Метагалактики. Существует и некосмологический метод определения возраста Вселенной (по крайней мере тремя способами). Примечательно, что все эти оценки возраста Вселенной согласуются между собой. Также все они требуют ускоренного расширения Вселенной (то есть не нулевого лямбда-члена ), иначе космологический возраст оказывается слишком малым. Новые данные, полученные с помощью мощного телескопа-спутника «Планк», принадлежащего European Space Agency’s (ESA), показывают, что возраст Вселенной составляет 13,798 миллиарда лет («плюс-минус» 0,037 млрд лет, всё это сказано в Википедии).
Указанный возраст Вселенной (В = 13.798.000.000 лет) совсем нетрудно перевести в секунды:
1 год = 365(дней)*24(часа)*60(минут)*60(сек) = 31.536.000 сек;
значит, возраст Вселенной будет равен
В = 13.798.000.000 (лет)*31.536.000 (сек) = 4,3513*10^17 секунд. Кстати говоря, полученный результат позволяет нам «прочувствовать», что это значит – число порядка 10^17(то есть число 10 надо умножить на само себя 17 раз). Эта, казалось бы, небольшая степень (всего-то 17), на самом деле скрывает за собой гигантский отрезок времени (13,798 млрд лет), уже почти ускользающий от нашего воображения. Так, если весь возраст Вселенной – «сжать» до одного земного года (мысленно представить как 365 дней), то в таком масштабе времени: простейшая жизнь на Земле зародилась 3 месяца назад; точные науки появились не более 1 секунды назад, а жизнь человека (70 лет) – это миг, равный 0,16 секунды.
Однако секунда – это всё ещё огромное время для теоретической физики, мысленно (с помощью математики) изучающей пространство-время в предельно малых масштабах – вплоть до размеров порядка планковской длины (1,616199*10^−35 м). Эта длина – минимально возможный в физике «квант» расстояния, то есть, что происходит в ещё меньших масштабах – физики пока не придумали (нет общепризнанных теорий), возможно, там уже «работает» совсем другая физика, с неизвестными нам законами. Ещё здесь уместно сказать, что в своих (сверхсложных и очень дорогих) экспериментах физики пока проникли «всего лишь» на глубину порядка 10^–18 метра (это 0,000…01 метра, где после запятой стоит 17 нулей). Планковская длина – это расстояние, которое фотон (квант) света проходит за планковское время (5,39106*10^−44 сек) – минимально возможный в физике «квант» времени. Планковское время имеет у физиков и второе название – элементарный временной интервал (эви – эту удобную аббревиатуру я также буду использовать ниже). Таким образом, для физиков-теоретиков 1 секунда это колоссальное число планковских времен (эви ):
1 секунда = 1/(5,39106*10^−44) = 1,8549*10^43 эви .
В этом временно м масштабе возраст Вселенной становится, числом, которое мы уже не в силах хоть как-то себе представить:
В = (4,3513*10^17 сек) * (1,8549*10^43 эви ) = 8,07*10^60 эви .
Почему выше я сказал, что физики-теоретики изучают пространство-время ? Дело в том, что пространство-время – это две стороны единой структуры (математические описания пространства и времени схожи между собой), которая имеют решающее значение для построения физической картины мира, нашей Вселенной. В современной квантовой теории именно пространству-времени отводится центральная роль, существуют даже гипотезы, где вещество (в том числе и мы с вами, уважаемый читатель) рассматривается не более как… возмущение этой основной структуры. Видимое вещество во Вселенной на 92% состоит из атомов водорода, а средняя плотность видимого вещества оценивается как 1 атом водорода на 17 кубических метров пространства (это объём маленькой комнаты). То есть, как уже доказано в физике, наша Вселенная – это почти «пустое» пространство-время, которое непрерывно расширяется и дискретно в планковских масштабах , то есть на размерах порядка планковской длины и в интервалах времени порядка эви (в масштабах, доступных человеку, время течет «непрерывно и плавно», и никакого расширения мы не замечаем).
И вот однажды (ещё в конце 1997 года) я подумал, что дискретность и расширение пространства-времени лучше всего «моделирует»… ряд натуральных чисел 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, … Дискретность этого ряда никаких сомнений не вызывает, а вот его «расширение» можно пояснить таким представлением: 0, 1, 1+1, 1+1+1, 1+1+1+1, … . Таким образом, если числа отождествлять с планковским временем, то числовой ряд как бы превращается в некий поток квантов времени (пространства-времени). В итоге я придумал целую теорию, которую назвал виртуальная космология , и которая «обнаружила» важнейшие физические параметры Вселенной «внутри» мира чисел (ниже рассмотрим конкретные примеры).
Как и следовало ожидать, официальная космология и физика ответила на все мои (письменные) обращения к ним – абсолютным молчанием. А ирония текущего момента, вполне возможно, состоит в том, что теория чисел (как раздел высшей математики, изучающей натуральный ряд) имеет буквально единственное практическое приложение – это… криптография. То есть числа (причем очень большие, порядка 10^300) используются для шифрования сообщений (передающих в своей массе сугубо меркантильные интересы людей). А вместе с тем мир чисел сам по себе является неким зашифрованным сообщением о фундаментальных законах мироздания – именно это утверждает моя виртуальная космология и делает попытки «расшифровать сообщения» мира чисел. Однако, разумеется, что самая интригующая «расшифровка» получилась бы у физиков-теоретиков, если бы они однажды взглянули на мир чисел без профессиональных предубеждений…
Итак, приведу ключевую гипотезу из последней версии виртуальной космологии: плаковское время эквивалентно числу е = 2,718 … (число «е», основание натуральных логарифмов). Почему именно числу «е», а не единице (как я думал раньше)? Дело в том, что именно числу «е» равно минимально возможное положительное значение функции E = N / lnN – главной функции в моей теории. Если в данной функции знак точного равенства (=) заменить на знак асимптотического равенства (~, эту волнистую линию называют тильдой ), то мы получим главнейший закон общеизвестной теории чисел – закон распределении простых чисел (2, 3, 5, 7, 11, … эти числа делятся только на единицу и самих себя). В теории чисел, изучаемой будущими математиками в университетах, параметр Е (правда, математики пишут совсем другой символ) – это приблизительное количество простых чисел на отрезке , то есть от 1 до числа N включительно, и чем больше натуральное число N , тем точнее работает асимптотическая формула.
Из моей ключевой гипотезы вытекает, что в виртуальной космологии возраст Вселенной эквивалентен, как минимум, числу N = 2,194*10^61 – это произведение возраста В (выраженному в эви , см. выше) на число е = 2,718. Почему я пишу «как минимум» – станет ясно ниже. Таким образом, нашу Вселенную в мире чисел «отражает» отрезок числовой оси (с началом в числе е = 2,718…), на котором содержится порядка 10^61 натуральных чисел. Отрезок числовой оси, эквивалентный (в указанном смысле) возрасту Вселенной, я назвал Большим отрезком .
Зная, правую границу Большого отрезка (N = 2,194*10^61), вычислим количество простых чисел на этом отрезке: E = N / lnN = 1,55*10^59 (простых чисел). А теперь, внимание!, см. также таблицу и рисунок (они ниже). Очевидно, что у простых чисел (2, 3, 5, 7, 11, …) их порядковые номера (1, 2, 3, 4, 5,…, Е ) образуют свой отрезок натурального ряда , на котором также есть простые номера , то есть номера в виде простых чисел 1, 2, 3, 5, 7, 11, … . Здесь мы будем считать, что 1 – первое простое число, ведь иногда и в математике так поступают, а мы, возможно, рассматриваем как раз с тот случай, когда это оказывается очень важным. К отрезку всех номеров (из простых и составных чисел) мы также применим аналогичную формулу: K = E / lnE , где K – это количество простых номеров на отрезке . И ещё мы введем очень важный параметр: K / E = 1/ lnE – это отношение количества (K ) простых номеров к количеству (E ) всех номеров на отрезке . Ясно, что параметр 1/ lnE имеет смысл вероятности встречи с простым номером у простого числа на отрезке . Вычислим эту вероятность: 1/lnE = 1/ ln (1,55*10^59) = 0,007337 и получим, что она всего лишь на 0,54% больше значения… постоянной тонкой структуры (ПТС = 0,007297352569824…).
ПТС – это фундаментальная физическая постоянная, причем безразмерная , то есть ПТС имеет смысл вероятности некого архиважного для Его Величества Случая события (все остальные фундаментальные физические постоянные имеют размерность: секунды, метры, кг, …). Постоянная тонкой структуры всегда являлась объектом восхищения для физиков. Выдающийся американский физик-теоретик, один из основателей квантовой электродинамики, лауреат Нобелевской премии по физике Ричард Фейнман (1918 – 1988 гг.) называл ПТС «одной из величайших проклятых тайн физики: магическое число, которое приходит к нам без какого-либо понимания его человеком ». Предпринималось большое количество попыток выразить ПТС через чисто математические величины или вычислить на основе каких-либо физических соображений (см. Википедию). Вот и в данной статье, по сути дела, я привожу своё понимание природы ПТС (снимая с неё завесу таинственности?).
Итак, выше в рамках виртуальной космологии мы получили почти значение ПТС. Если немного отодвинуть (увеличить) правую границу (N ) Большого отрезка, то увеличится и количество (Е ) простых чисел на этом отрезке, а вероятность 1/lnE уменьшится до «заветного» значения ПТС. Так вот, оказывается, что достаточно увеличить возраст нашей Вселенной всего в 2,1134808791 раз (почти в 2 раза, а это немного, см. ниже), чтобы получить точное попадание в значение ПТС: приняв правую границу Большого отрезка равной N = 4,63704581852313*10^61, мы получим вероятность 1/lnE , которая меньше ПТС всего лишь на 0,0000000000013%. Указанная здесь правая граница Большого отрезка эквивалентна, скажем, ПТС-ому возрасту Вселенной в 29.161.809.170 лет (почти 29 миллиардов лет ). Разумеется, что полученные здесь мною цифры не являются догмой (сами цифры могут немного меняться), поскольку мне важно было объяснить сам ход моих рассуждений. Причем я – далеко не первый, кто пришёл (своим беспрецедентным путем) к необходимости «удвоения» возраста Вселенной. Например, в книге известного российского ученого М. В. Сажина «Современная космология в популярном изложении» (М.: Едиториал УРСС, 2002 г.) говорится буквально следующее (на стр. 69): «…Изменяются оценки возраста Вселенной. Если 90% общей плотности Вселенной приходится на новый вид материи (лямбда-член), а 10% на обычное вещество, то возраст Вселенной, оказывается больше почти в два раза! » (жирный курсив мой).
Таким образом, если верить виртуальной космологии , то помимо чисто «физических» определений ПТС (их также несколько), эту фундаментальную «константу» (у меня она, вообще говоря, убывает со временем) можно определить ещё и так (без ложной скромности замечу, что более изящного математического толкования природы ПТС мне встречать не приходилось). Постоянная тонкой структуры (ПТС) – это вероятность того, что случайно взятый порядковый номер простого числа на отрезке сам окажется простым числом . И указанная вероятность будет такой:
ПТС = 1/ ln ( N / lnN ) = 1/( lnN – lnlnN ) . (1)
При этом не надо забывать, что формула (1) «работает» относительно точно при достаточно больших числах N , скажем, в конце Большого отрезка она вполне пригодна. А вот в самом начале (при возникновении Вселенной) эта формула дает заниженные результаты (пунктирная линия на рисунке, см. также таблицу)
Виртуальная космология (впрочем, как и теоретическая физика) подсказывает нам, что ПТС это вовсе не константа, а «просто» важнейший параметр Вселенной, меняющийся со временем. Так, по моей теории ПТС при рождении Вселенной был равен единице, а потом, согласно формуле (1), уменьшился до современного значения ПТС = 0,007297… . При неизбежной кончине нашей Вселенной (через 10^150 лет, что эквивалентно правой границе N = 10^201) ПТС уменьшится от нынешнего значения ещё почти в 3 раза и станет равным 0,00219.
Если бы формула (1) (точное «попадание» в ПТС) была единственным мои «фокусом» по части нумерологии (в чём до сих пор абсолютно уверены профессиональные ученые), то я бы не стал с таким упорством повторять, что мир натуральных чисел 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, … (в частности его главный закон E = N / lnN ) – это некое «зеркало» нашей Вселенной (и даже… всякой вселенной), помогающий нам «расшифровать» самые главные тайны мироздания. Все мои статьи и книги интересны не только психологам , которые могут досконально проследить (в своих кандидатских и докторских работах) весь путь восхождения изолированного ума (я, практически, не общался с грамотными людьми) – восхождения к Истине или падения в глубочайшую пропасть Самообмана. Мои работы содержат много нового фактического материала (новых идей и гипотез) по теории чисел , а также содержат весьма любопытную математическую модель пространства-времени , аналоги которой обязательно есть, но только на… далеких экзопланетах , где разум уже открыл для себя натуральный ряд 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, … – самую очевидную абстрактную Истину, данную всякому искушенному разуму во всякой вселенной.
В качестве очередного оправдания скажу про ещё один «фокус» моей нумерологии. Площадь (S ) под графиком функции E = N / lnN (повторяю, главной функции мира чисел!), выражается такой формулой: S = (N /2)^2 (это 4-я часть площади квадрата со стороной, равной числу N ). При этом в конце ПТС-го Большого отрезка (при N = 4,637*10^61) величина, обратная этой площади (1/ S ), будет численно равна… космологической постоянной или (просто второе название) лямбда-члену L = 10^–53 м^–2, выраженному в планковских единицах (эви ): L = 10^–53 м^–2 = 2,612*10^–123 эви ^–2 и это, подчеркиваю, лишь оценка L (точное значение физикам не известно). А виртуальная космология утверждает, что космологическая постоянная (лямбда-член) – ключевой параметр Вселенной, убывающий со временем примерно по такому закону:
L = 1/ S = (2/ N )^2 . (2)
По формуле (2) в конце ПТС-го Большого отрезка мы получаем следующее: L = ^2 = 1,86*10^–123 (эви ^–2) – это и есть… истинное значение космологической постоянной (?).
Вместо заключения. Если кто-нибудь укажет мне иную формулу (кроме E = N / lnN ) и иной математический объект (кроме элементарного ряда натуральных чисел 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, …), которые приводят к столь же красивым нумерологическим «фокусам» (столь много и точно «копирующим» реальный физический мир в разных его аспектах), – тогда я готов публично признать, что нахожусь на самом дне пропасти Самообмана. Для вынесения своего «приговора» читатель может обратиться ко всем моим статьям и книгам, помещенным на портале (на сайте) «Техно Сообщество России» по псевдонимом iav 2357 (см. по следующей ссылке:
Люди с древних времен интересовались возрастом Вселенной. И хотя у нее нельзя спросить паспорт, чтобы посмотреть дату рождения, современная наука смогла ответить на этот вопрос. Правда, лишь совсем недавно.
Паспорт Вселенной Астрономы детально изучили раннюю биографию Вселенной. Но относительно ее точного возраста у них были сомнения, которые удалось развеять только в последние пару десятков лет
Мудрецы Вавилона и Греции считали мироздание вечным и неизменным, а индуистские хронисты в 150 году до н.э. определили, что ему в точности 1 972 949 091 год (кстати, по порядку величины они не сильно ошиблись!). В 1642 году английский теолог Джон Лайтфут путем скрупулезного анализа библейских текстов вычислил, что сотворение мира пришлось на 3929 год до н.э.; спустя несколько лет ирландский епископ Джеймс Ашер передвинул его на 4004 год. Основатели современной науки Иоганн Кеплер и Исаак Ньютон тоже не прошли мимо этой темы. Хотя они апеллировали не только к Библии, но и к астрономии, их результаты оказались похожими на вычисления богословов — 3993 и 3988 годы до н.э. В наше просвещенное время возраст Вселенной определяют иными способами. Чтобы увидеть их в исторической проекции, поначалу взглянем на собственную планету и ее космическое окружение.
Астрономы детально изучили раннюю биографию Вселенной. Но относительно ее точного возраста у них были сомнения, которые удалось развеять только в последние пару десятков лет.
Гадание по камням
Со второй половины XVIII века ученые начали оценивать возраст Земли и Солнца на основе физических моделей. Так, в 1787 году французский натуралист Жорж-Луи Леклерк пришел к выводу, что, если бы наша планета при рождении была шаром из расплавленного железа, ей нужно было бы от 75 до 168 тысяч лет, чтобы остыть до нынешней температуры. Через 108 лет ирландский математик и инженер Джон Перри заново просчитал тепловую историю Земли и определил ее возраст в 2−3 млрд лет. В самом начале XX столетия лорд Кельвин пришел к выводу, что если Солнце постепенно сжимается и светит исключительно за счет высвобождения гравитационной энергии, то его возраст (и, следовательно, максимальный возраст Земли и остальных планет) может составить несколько сотен миллионов лет. Но в то время геологи не смогли ни подтвердить, ни опровергнуть эти оценки из-за отсутствия надежных методов геохронологии.
В середине первого десятилетия ХХ века Эрнест Резерфорд и американский химик Бертрам Болтвуд разработали основы радиометрической датировки земных пород, которая показала, что Перри был много ближе к истине. В 1920-х были найдены образцы минералов, чей радиометрический возраст приближался к 2 млрд лет. Позднее геологи не раз повышали эту величину, и к настоящему времени она выросла более чем вдвое — до 4,4 млрд. Дополнительные данные предоставляет исследование «небесных камней» — метеоритов. Почти все радиометрические оценки их возраста укладываются в интервал 4,4−4,6 млрд лет.
Современная гелиосейсмология позволяет непосредственно определить и возраст Солнца, который, по последним данным, составляет 4,56 — 4,58 млрд лет. Поскольку продолжительность гравитационной конденсации протосолнечного облака исчислялась всего лишь миллионами лет, можно уверенно утверждать, что от начала этого процесса до наших дней прошло не более 4,6 млрд лет. При этом солнечное вещество содержит множество элементов тяжелее гелия, которые образовались в термоядерных топках массивных звезд прежних поколений, выгоревших и взорвавшихся сверхновыми. Это означает, что протяженность существования Вселенной сильно превышает возраст Солнечной системы. Чтобы определить меру этого превышения, нужно выйти сначала в нашу Галактику, а затем и за ее пределы.
Следуя за белыми карликами
Время жизни нашей Галактики можно определять разными способами, но мы ограничимся двумя самыми надежными. Первый метод основан на мониторинге свечения белых карликов. Эти компактные (примерно с Землю величиной) и изначально очень горячие небесные тела представляют собой конечную стадию жизни практически всех звезд за исключением самых массивных. Для превращения в белый карлик звезда должна полностью сжечь все свое термоядерное топливо и претерпеть несколько катаклизмов — например, на какое-то время стать красным гигантом.
Природные часы
Согласно радиометрической датировке, самыми старыми породами на Земле сейчас считаются серые гнейсы побережья Большого Невольничьего озера на северо-западе Канады — их возраст определен в 4,03 миллиарда лет. Еще раньше (4,4 миллиарда лет назад) кристаллизовались мельчайшие зерна минерала циркона, природного силиката циркония, найденные в гнейсах на западе Австралии. А раз в те времена уже существовала земная кора, наша планета должна быть несколько старше.
Что касается метеоритов, наиболее точную информацию дает датировка кальциево-алюминиевых вкраплений в веществе каменноугольных хондритовых метеоритов, которое практически не изменилось после его формирования из газо-пылевого облака, окружавшего новорожденное Солнце. Радиометрический возраст подобных структур в метеорите Ефремовка, найденном в 1962 году в Павлодарской области Казахстана, составляет 4 миллиарда 567 миллионов лет.
Типичный белый карлик почти полностью состоит из ионов углерода и кислорода, погруженных в вырожденный электронный газ, и имеет тонкую атмосферу, в составе которой доминируют водород или гелий. Его поверхностная температура составляет от 8 000 до 40 000 К, в то время как центральная зона нагрета до миллионов и даже десятков миллионов градусов. Согласно теоретическим моделям, могут также рождаться карлики, состоящие преимущественно из кислорода, неона и магния (в которые при определенных условиях превращаются звезды с массой от 8 до 10,5 или даже до 12 солнечных масс), однако их существование еще не доказано. Теория также утверждает, что звезды, как минимум вдвое уступающие Солнцу по массе, заканчивают жизнь в виде гелиевых белых карликов. Такие звезды очень многочисленны, однако они сжигают водород крайне медленно и посему живут многие десятки и сотни миллионов лет. Пока что им просто не хватило времени, чтоб исчерпать водородное горючее (очень немногочисленные гелиевые карлики, обнаруженные к настоящему времени, обитают в двойных системах и возникли совсем другим путем).
Коль скоро белый карлик не может поддерживать реакции термоядерного синтеза, он светит за счет накопленной энергии и потому медленно остывает. Темпы этого охлаждения можно вычислить и на этой основе определить время, потребное для снижения температуры поверхности от первоначальной (для типичного карлика это примерно 150 000 К) до наблюдаемой. Поскольку нас интересует возраст Галактики, следует искать самые долгоживущие, а потому и самые холодные белые карлики. Современные телескопы позволяют обнаружить внутригалактические карлики с температурой поверхности менее 4000 К, светимость которых в 30 000 раз уступает солнечной. Пока они не найдены — либо их нет вообще, либо очень мало. Отсюда следует, что наша Галактика не может быть старше 15 млрд лет, иначе они бы присутствовали в заметных количествах.
Для датирования горных пород используется анализ содержания в них продуктов распада различных радиоактивных изотопов. В зависимости от типа пород и сроков датирования используются различные пары изотопов.
Это верхняя граница возраста. А что можно сказать о нижней? Самые холодные из ныне известных белых карликов были зарегистрированы космическим телескопом «Хаббл» в 2002 и 2007 годах. Вычисления показали, что их возраст составляет 11,5 — 12 млрд лет. К этому еще нужно добавить возраст звезд-предшественниц (от полумиллиарда до миллиарда лет). Отсюда следует, что Млечный Путь никак не моложе 13 млрд лет. Так что окончательная оценка его возраста, полученная на основе наблюдения белых карликов, — примерно 13 — 15 млрд лет.
Шаровые свидетельства
Второй метод основан на исследовании шарообразных звездных скоплений, находящихся в периферийной зоне Млечного Пути и обращающихся вокруг его ядра. Они содержат от сотен тысяч до более чем миллиона звезд, связанных взаимным притяжением.
Шаровые скопления имеются практически во всех крупных галактиках, причем их количество порой достигает многих тысяч. Новые звезды там практически не рождаются, зато пожилые светила присутствуют в избытке. В нашей Галактике зарегистрировано около 160 таких шаровых скоплений, и, возможно, будут открыты еще два-три десятка. Механизмы их формирования не вполне ясны, однако, вероятнее всего, многие из них возникли вскоре после рождения самой Галактики. Поэтому датировка формирования древнейших шаровых скоплений позволяет установить и нижнюю границу галактического возраста.
Такая датировка весьма сложна технически, но в основе ее лежит очень простая идея. Все звезды скопления (от сверхмассивных до самых легких) образуются из одного итого же газового облака и потому рождаются практически одновременно. С течением времени они выжигают основные запасы водорода — одни раньше, другие позже. На этой стадии звезда покидает главную последовательность и претерпевает серию превращений, которые завершаются либо полным гравитационным коллапсом (за которым следует формирование нейтронной звезды или черной дыры), либо возникновением белого карлика. Поэтому изучение состава шарового скопления позволяет достаточно точно определить его возраст. Для надежной статистики число изученных скоплений должно составить не менее нескольких десятков.
Такую работу три года назад выполнила команда астрономов, пользовавшихся камерой ACS (Advanvced Camera for Survey) космического телескопа «Хаббл». Мониторинг 41 шарового скопления нашей Галактики показал, что их средний возраст составляет 12,8 млрд лет. Рекордсменами оказались скопления NGC 6937 и NGC 6752, удаленные от Солнца на 7200 и 13 000 световых лет. Они почти наверняка не моложе 13 млрд лет, причем наиболее вероятное время жизни второго скопления -13,4 млрд лет (правда, с погрешностью плюс-минус миллиард).
Звезды массы порядка солнечной по мере исчерпания запасов водорода разбухают и переходят в категорию красных карликов, после чего их гелиевое ядро при сжатии разогревается и начинается горение гелия. Через некоторое время звезда сбрасывают оболочку, образуя планетарную туманность, а потом переходит в категорию белых карликов и далее остывает.
Однако же наша Галактика должна быть постарше своих скоплений. Ее первые сверхмассивные звезды взрывались сверхновыми и выбрасывали в космос ядра многих элементов, в частности, ядра стабильного изотопа бериллия-бериллия-9. Когда начали формироваться шаровые скопления, их новорожденные звезды уже содержали бериллий, причем тем больше, чем позже они возникли. По содержанию бериллия в их атмосферах можно выяснить, насколько скопления моложе Галактики. Как свидетельствуют данные по скоплению NGC 6937, эта разница составляет 200 — 300 млн лет. Так что без большой натяжки можно сказать, что возраст Млечного Пути превышает 13 млрд лет и, возможно, достигает 13,3 — 13,4 млрд. Это практически такая же оценка, как и сделанная на основании наблюдения белых карликов, но получена она совершенно иным способом.
Закон Хаббла
Научная постановка вопроса о возрасте Вселенной стала возможной лишь в начале второй четверти прошлого века. В конце 1920-х годов Эдвин Хаббл и его ассистент Милтон Хьюмасон занялись уточнением расстояний до десятков туманностей за пределами Млечного Пути, которые лишь несколькими годами ранее стали считать самостоятельными галактиками.
Эти галактики удаляются от Солнца с радиальными скоростями, которые были измерены по величине красного смещения их спектров. Хотя дистанции до большинства таких галактик удалось определить с большой погрешностью, Хаббл все же выяснил, что они примерно пропорциональны радиальным скоростям, о чем и написал в статье, опубликованной в начале 1929 года. Два года спустя Хаббл и Хьюмасон подтвердили этот вывод на основании результатов наблюдений других галактик — некоторые из них отдалены более чем на 100 млн световых лет.
Эти данные легли в основу прославленной формулы v=H0d, известной как закон Хаббла. Здесь v — радиальная скорость галактики по отношению к Земле, d — расстояние, H0 — коэффициент пропорциональности, чья размерность, как легко видеть, обратна размерности времени (раньше его называли постоянной Хаббла, что неверно, поскольку в предшествующие эпохи величина H0 была иной, чем в наше время). Сам Хаббл и еще многие астрономы долгое время отказывались от предположений о физическом смысле этого параметра. Однако Жорж Леметр еще в 1927 году показал, что общая теория относительности позволяет интерпретировать разлет галактик как свидетельство расширения Вселенной. Четырьмя годами позже он имел смелость довести этот вывод до логического конца, выдвинув гипотезу, что Вселенная возникла из практически точечного зародыша, который он, за неимением лучшего термина, назвал атомом. Этот первородный атом мог пребывать в статичном состоянии любое время вплоть до бесконечности, однако его «взрыв» породил расширяющееся пространство, заполненное материей и излучением, которое за конечное время дало начало нынешней Вселенной. Уже в своей первой статье Леметр вывел полный аналог хаббловской формулы и, располагая известными к тому времени данными о скоростях и дистанциях ряда галактик, получил примерно такое же значение коэффициента пропорциональности между дистанциями и скоростями, что и Хаббл. Однако его статья была напечатана на французском языке в малоизвестном бельгийском журнале и поначалу осталась незамеченной. Большинству астрономов она стала известна лишь в 1931 году после публикации ее английского перевода.
Эволюция Вселенной определяется начальной скоростью ее расширения, а также воздействием гравитации (в том числе темной материи) и антигравитации (темной энергии). В зависимости от соотношения между этим факторами график размера Вселенной имеет разную форму и в будущем, и в прошлом, что влияет на оценку ее возраста. Текущие наблюдения показывают, что Вселенная расширяется экспоненциально (красный график).
Хаббловское время
Из этой работы Леметра и более поздних трудов как самого Хаббла, так и других космологов прямо следовало, что возраст Вселенной (естественно, отсчитанный от начального момента ее расширения) зависит от величины 1/H0, которую теперь называют хаббловским временем. Характер этой зависимости определяется конкретной моделью мироздания. Если считать, что мы живем в плоской Вселенной, заполненной гравитирующим веществом и излучением, то для вычисления ее возраста 1/H0 надо умножить на 2/3.
Тут-то и возникла загвоздка. Из измерений Хаббла и Хьюмасона вытекало, что численная величина 1/H0 приблизительно равна 1,8 млрд лет. Отсюда следовало, что Вселенная родилась 1,2 млрд лет назад, что явно противоречило даже сильно заниженным в то время оценкам возраста Земли. Из этого затруднения можно было выпутаться, предположив, что галактики разлетаются медленнее, чем считал Хаббл. Со временем это допущение подтвердилось, но проблемы так и не решило. Согласно данным, полученным к концу прошлого века с помощью оптической астрономии, 1/H0 составляет от 13 до 15 млрд лет. Так что расхождение все же оставалось, поскольку пространство Вселенной как считалось, так и считается плоским, а две трети хаббловского времени сильно меньше даже самых скромных оценок возраста Галактики.
Пустой мир
Согласно последним измерениям параметра Хаббла нижняя граница хаббловского времени составляет 13,5 миллиардов лет, а верхняя — 14 миллиардов. Получается, что нынешний возраст Вселенной примерно равен нынешнему хаббловскому времени. Такое равенство должно строго и неизменно соблюдаться для абсолютно пустой Вселенной, где нет ни гравитируюшей материи, ни антигравитирующих полей. Но ведь в нашем мире хватает и того, и другого. Дело в том, что пространство сначала расширялось с замедлением, потом скорость его расширения стала расти, и в нынешнюю эпоху эти противоположные тенденции почти скомпенсировали друг друга.
В общем виде это противоречие было устранено в 1998 — 1999 годах, когда две команды астрономов доказали, что последние 5 — 6 млрд лет космическое пространство расширяется не с падающей, а возрастающей скоростью. Это ускорение обычно объясняют тем, что в нашей Вселенной растет влияние антигравитационного фактора, так называемой темной энергии, плотность которой не изменяется со временем. Поскольку плотность гравитирующей материи падает по мере расширения Космоса, темная энергия все успешней конкурирует с тяготением. Продолжительность существования Вселенной с антигравитационной компонентой вовсе не обязана быть равной двум третям хаббловского времени. Поэтому открытие ускоряющегося расширения Вселенной (отмеченное в 2011 году Нобелевской премией) позволило устранить расстыковку между космологическими и астрономическими оценками времени ее жизни. Оно также стало прелюдией к разработке нового метода датировки ее рождения.
Космические ритмы
30 июня 2001 года NASA отправило в космос зонд Explorer 80, через два года переименованный в WMAP, Wilkinson Microwave Anisotropy Probe. Его аппаратура позволила регистрировать температурные флуктуации микроволнового реликтового излучения с угловым разрешением менее трех десятых градуса. Тогда уже было известно, что спектр этого излучения почти полностью совпадает со спектром идеального черного тела, нагретого до 2,725 К, а колебания его температуры при «крупнозернистых» измерениях с угловым разрешением в 10 градусов не превышают 0,000036 К. Однако на «мелкозернистой» шкале зонда WMAP амплитуды таких флуктуаций были в шесть раз больше (около 0,0002 К). Реликтовое излучение оказалось пятнистым, тесно испещренным чуть более и чуть менее нагретыми участками.
Флуктуации реликтового излучения порождены колебаниями плотности электронно-фотонного газа, который некогда заполнял космическое пространство. Она упала почти до нуля приблизительно через 380 000 лет после Большого взрыва, когда практически все свободные электроны соединились с ядрами водорода, гелия и лития и тем самым положили начало нейтральным атомам. Пока этого не произошло, в электронно-фотонном газе распространялись звуковые волны, на которые влияли гравитационные поля частиц темной материи. Эти волны, или, как говорят астрофизики, акустические осцилляции, наложили отпечаток на спектр реликтового излучения. Этот спектр можно расшифровать при помощи теоретического аппарата космологии и магнитной гидродинамики, что дает возможность по‑новому оценить возраст Вселенной. Как показывают новейшие вычисления, его наиболее вероятная протяженность составляет 13,72 млрд лет. Она и считается сейчас стандартной оценкой времени жизни Вселенной. Если принять во внимание все возможные неточности, допуски и приближения, можно заключить, что, согласно результатам зонда WMAP, Вселенная существует от 13,5 до 14 млрд лет.
Таким образом, астрономы, оценивая возраст Вселенной тремя различными способами, получили вполне совместимые результаты. Поэтому теперь мы знаем (или, выражаясь осторожней, думаем, что знаем), когда возникло наше мироздание — во всяком случае, с точностью до нескольких сотен миллионов лет. Вероятно, потомки внесут решение этой вековой загадки в перечень самых замечательных достижений астрономии и астрофизики.
Существует масса догадок касательно того, сколько лет Вселенной на данный момент. Со стопроцентной уверенностью на вопрос о её возрасте ответить сейчас невозможно. Да и вряд ли когда-нибудь удастся найти на него точный ответ. Но ученые проводили немало исследований и расчетов, так что сейчас эта тема имеет более-менее четкие очертания.
Определение
Перед тем как начать рассказ о том, сколько лет Вселенной, стоит оговориться: её возраст отсчитывается с того момента, когда она начала расширяться.
Для выяснения этих данных была создана ΛCDM-модель. Учёные утверждают, что она может предсказывать моменты начала различных эпох. Но ещё, сколько лет Вселенной, можно выяснить методом нахождения самых старых объектов, путем вычисления их возраста.
К тому же огромное значение играет периодизация. В наше время выделяют три эпохи, о которых известна определённая информация. Первая - самая ранняя. Её называют планковским временем (10 -43 с после происхождения Большого взрыва). Если верить ученым, то этот период длился до 10 -11 с. Следующая эпоха продолжалась до 10 -2 с. Она характеризуется появлением частиц кварков - это составляющая адронов, то есть элементарных частиц, участвующих в ядерных взаимодействиях.
И последняя эпоха - современная. Она началась через 0,01 секунды после Большого взрыва. И собственно говоря, современная эпоха длится по сию пору.
В целом, если верить современным данным, Вселенной сейчас 13,75 миллиарда лет. Допускается поправка (± 0,11 млрд).
Методы вычисления с учетом холодных звёзд
Существует ещё один способ выяснить, сколько лет Вселенной. И заключается он в мониторинге свечения так называемых белых карликов. Они представляют собой небесные тела очень высокой температуры довольно небольших размеров. Примерно величиной с Землю. Они представляют собой последнюю стадию существования любой звезды. За исключением тех, что отличаются гигантскими размерами. В звезда превращается после того, как всё её термоядерное топливо сжигается. До этого она ещё претерпевает некоторые катаклизмы. Например, на какое-то время становится красным гигантом.
И как можно выяснить, сколько лет Вселенной, при помощи белых карликов? Не сказать, что просто, но у учёных это получается. Карлики сжигают свой водород очень медленно, так что срок их жизни может достигать сотен миллионов лет. И всё это время они светятся благодаря скопившейся энергии. А параллельно остывают. И ученые, вычисляя темпы их охлаждения, определяют то количество времени, что необходимо звезде для снижения температуры от той, которая была изначальной (как правило, она составляет 150 000 К). Чтобы вычислить, сколько лет существует Вселенная, нужно обнаружить самые холодные белые карлики. На текущий момент удалось найти звезды с температурой в 4000 К. Ученые, изучив внимательно все данные с учетом этой информации, уверяют, что наша Вселенная не может быть старше 15 миллиардов лет.
Исследование шарообразных скоплений из звёзд
Стоит обратиться и к этому методу, рассказывая о том, сколько лет Вселенной, по мнению ученых. Данные скопления находятся в периферийной зоне Млечного Пути. И вращаются они около его ядра. А определение даты их формирования помогает выяснить нижнюю границу возраста нашей Вселенной.
Способ технически сложный. Однако в его сути заложена простейшая идея. Ведь все скопления появляются из одного облака. Так что возникают они, можно сказать, в одно время. А в течение определенного времени выжигают водород в некоторых количествах. Чем всё заканчивается? Появлением белого карлика или образованием нейтронной звезды.
Несколько лет тому назад исследования данного рода провели астронавты, использовавшие камеру ACS космического телескопа, известного как «Хаббл». Так по расчетам ученых, сколько лет Вселенной? Астронавты выяснили ответ, и он соответствует официальным данным. Возраст скоплений, которые они исследовали, составил в среднем 12,8 миллиарда лет. Самому «старшему» оказалось 13,4 млрд.
О космических ритмах
Вот, в целом, что удалось выяснить по расчетам ученых. Сколько лет Вселенной - точно знать нельзя, но ещё примерную информацию можно выяснить, обратив внимание на космические ритмы. Их изучение провел зонд Explorer 80 около 15 лет тому назад. Во внимание принимались температурные колебания и Если не вдаваться в подробности, то удалось выяснить, что нашей Вселенной, скорей всего, 13,5-14 миллиардов лет.
А вообще, всё может быть далеко не так, как мы предполагаем. Ведь космос - удивительно огромное и почти непознанное пространство. Но радует то, что его исследование активно продолжается.
