Спор о скорости расширения Вселенной: смогут ли новые методы разрешить космическую дилемму?

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com
| Рассуждения | Наука и космос

Столетие назад научный мир был потрясен открытием, которое перевернуло наши представления о Вселенной: она не статична, а расширяется подобно гигантскому воздушному шару, на поверхности которого разбросаны галактики. Это открытие, ставшее краеугольным камнем современной космологии, породило лавину вопросов о происхождении и эволюции Вселенной, один из которых до сих пор остается неразрешенной загадкой: с какой скоростью происходит это расширение?

Ключевым параметром, определяющим скорость расширения Вселенной, является постоянная Хаббла (H₀). Ее точное значение имеет колоссальное значение для нашего понимания прошлого, настоящего и будущего космоса. Определение H₀ - сложная задача, требующая использования изощренных методов и инструментов. Астрономы разработали два основных подхода: «лестницу расстояний» и анализ «космического микроволнового фона». Казалось бы, оба метода, основанные на разных физических принципах, должны приводить к одинаковому результату, однако на практике они дают разные значения H₀, создавая так называемое «Хаббловское напряжение» — дилемму, которая ставит под сомнение некоторые аспекты наших космологических моделей.

Расширение Вселенной, иллюстрация
Автор: ИИ Copilot Designer//DALL·E 3 Источник: www.bing.com
Лестница расстояний: по ступеням к далеким галактикам

«Лестница расстояний» — это метод, позволяющий определить расстояние до удаленных объектов во Вселенной путем последовательного измерения расстояний до все более далеких объектов, используя объекты с известной светимостью в качестве «стандартных свечей». Первая ступенька этой лестницы — ближайшие звезды, расстояние до которых можно измерить с высокой точностью с помощью метода параллакса, основанного на изменении видимого положения звезды при наблюдении ее с разных точек земной орбиты.

На этой иллюстрации показаны три основных шага, которые астрономы используют для расчета скорости расширения Вселенной во времени — величины, называемой постоянной Хаббла. Все этапы включают в себя построение мощной «лестницы космических расстояний», которая начинается с измерения точных расстояний до близлежащих галактик, а затем переходит к галактикам, расположенным все дальше и дальше.
Автор: NASA, ESA, and A. Feild (STScI) Источник: science.nasa.gov

Далее, используя цефеиды — пульсирующие звезды, светимость которых связана с периодом их пульсации, — астрономы калибруют расстояния до более далеких галактик. Наконец, для измерения расстояний до самых удаленных галактик используются сверхновые типа Ia — взрывы белых карликов, которые обладают практически одинаковой пиковой светимостью. Измеряя видимую яркость этих «стандартных свечей» в далеких галактиках, можно определить расстояние до них.

Следующий шаг — анализ красного смещения света от этих галактик. Красное смещение — это эффект, связанный с расширением Вселенной, из-за которого длина волны света, испускаемого удаляющимися объектами, увеличивается, смещаясь в красную область спектра. Чем дальше галактика, тем быстрее она удаляется и тем больше ее красное смещение. Используя зависимость между красным смещением и расстоянием, астрономы могут рассчитать постоянную Хаббла.

Космический микроволновый фон: эхо Большого взрыва

«Космический микроволновый фон» (КМФ) — это слабое излучение, равномерно заполняющее всю Вселенную, которое является реликтом ранней горячей и плотной эпохи ее эволюции. КМФ был излучен, когда Вселенной было всего около 380 000 лет, и с тех пор он свободно распространяется в пространстве, охлаждаясь вместе с расширеющейся Вселенной.

Анализ мельчайших флуктуаций температуры КМФ позволяет ученым восстановить картину ранней Вселенной и получить информацию о ее составе и физических процессах, происходивших в то время. Используя сложные космологические модели, основанные на общей теории относительности и Стандартной модели физики элементарных частиц, можно предсказать значение постоянной Хаббла на основе данных о КМФ.

Расхождение в результатах: загадка «Хаббловского напряжения»

Несмотря на то, что «лестница расстояний» и анализ КМФ основаны на разных физических принципах и используют разные наблюдательные данные, они должны приводить к одному и тому же значению постоянной Хаббла, если наши космологические модели верны. Однако на практике результаты, полученные этими двумя методами, расходятся. Измерения с помощью «лестницы расстояний» дают значение H₀ около 73 км/с/Мпк, в то время как анализ КМФ указывает на значение около 67 км/с/Мпк.

Наиболее известные оценки и измерения постоянной Хаббла за последние 20 лет
Автор: Renerpho. Собственная работа, CC BY-SA 4.0 Источник: commons.wikimedia.org

Эта разница, хоть и кажется небольшой на первый взгляд, имеет огромное значение для нашего понимания эволюции Вселенной. Она может указывать на то, что наши космологические модели неполны или даже неверны, и нам необходимо пересмотреть некоторые из наших фундаментальных представлений о Вселенной.

В поисках объяснения: новые гипотезы и направления исследований

Ученые активно ищут объяснение «Хаббловскому напряжению», выдвигая различные гипотезы и проводя новые исследования.

Несовершенство космологических моделей: Возможно, наши космологические модели, основанные на общей теории относительности и Стандартной модели, не учитывают какие-то важные физические процессы, которые происходили в ранней Вселенной. Например, некоторые исследователи предполагают, что в ранней Вселенной могла существовать дополнительная форма темной энергии, которая привела к ускоренному расширению в течение короткого периода времени.

Влияние магнитных полей: Магнитные поля могли играть важную роль в формировании первых атомов и структур во Вселенной. Возможно, их влияние не было полностью учтено в космологических моделях, и это может объяснять расхождение в значениях H₀.

Ошибки в измерениях: Несмотря на тщательную проверку данных, нельзя исключать возможность ошибок в измерениях с помощью «лестницы расстояний» или при анализе КМФ. Ученые продолжают работать над уточнением методов измерения и анализа данных, чтобы минимизировать возможные ошибки.

Новые горизонты: JWST и другие перспективные инструменты

Надежда на разрешение «Хаббловского напряжения» возлагается на новые инструменты и методы исследования. Космический телескоп James Webb (JWST), запущенный в конце 2021 года, обладает уникальными возможностями для наблюдения далеких галактик и измерения их красного смещения с высокой точностью. Это позволит уточнить «лестницу расстояний» и получить более надежные данные о скорости расширения Вселенной.

Также активно развиваются альтернативные методы измерения H₀, например, использование гравитационных волн от сливающихся черных дыр или анализ распределения галактик в больших масштабах.

Взгляд в будущее: на пороге новых открытий

«Хаббловское напряжение» — это не просто научная дилемма, это вызов нашему пониманию Вселенной. Разрешение этого противоречия может привести к фундаментальным открытиям и пересмотру существующих космологических моделей. Возможно, мы стоим на пороге новой эры в изучении космоса, и ближайшие годы принесут нам ответы на самые загадочные вопросы о происхождении и эволюции Вселенной.

6 комментариев

A
Привели бы вначале рисунок 5 из книги Вайнберга «Первые три минуты». Сразу стало бы понятно, что даже небольшая разница в значениях может кардинально изменить варианты развития вселенной. Поэтому народ и пытается максимально точно измерить постоянную Хаббла. Вот только нужная точность никак пока не получается.
В результате непонятно, зачем эти все «лестницы», «смещения» и прочие малопонятные точки с огромными ошибками измерений.
102976506796884933242@google
К сожалению, колоссальная часть изображений, которые бы хорошо подходили к статьям и помогали бы восприятию информации, защищены авторским правом, и использовать их мы не в праве. Но пример отличный, я надеюсь что заинтересованный читатель сможет найти информацию по Вашей наводке)
A
Вы же приводите картинки со ссылками на авторов. В научных статьях тоже спокойно даются картинки со ссылками. Думаю, что картинка из научно-популярной книжки нобелевского лауреата вполне спокойно пройдет через контроль «авторских прав».
S
Если книжка платная — то шансов на это ровно 0%, это неквантовый случай ;)
102976506796884933242@google
Я привожу картинки, которые находятся либо под открытыми для коммерческого использования лицензиями, либо под общественным достоянием. Книжка Вайнберга же находится под защитой авторского права, так что увы — даже с учетом того, что Стивен Фредерикович был бы скорее всего не против — издатель меня засудит
103552718876061675382@google
Хаббловская постоянная, которая на самом деле не постоянная, а динамическая )))

Добавить комментарий

Сейчас на главной

Новости

Публикации

Ученые предупреждают: таяние ледников может освободить неизвестные человечеству вирусы и бактерии

Исследования в Сибири и на Аляске выявили вирусы, возраст которых достигает 48 500 лет. Некоторые из них до сих пор сохраняют способность инфицировать живые организмы. Глобальное потепление...

От Daewoo к Chevrolet: как Узбекистан стал вторым рынком General Motors в мире

Узбекистан, край древних городов и шёлковых путей, в последние годы переживает настоящий автомобильный бум. Представьте себе, еще в 2022 году с конвейеров местных заводов сошло 333 тысячи машин....

Почему микроавтобус Nysa 522 стал любимцем советских водителей?

Маленькие «рабочие лошадки», способные быстро доставить товар или перевезти людей, были настоящей редкостью в Советском Союзе. В стране, где промышленность в основном обслуживала нужды армии,...

Почему современные автомобильные двигатели превращаются в «одноразовые»: разбираемся в причинах их недолговечности

Хочу поделиться наболевшим. Я не механик и не инженер, но, как и вы, сталкиваюсь с проблемами современных автомобилей. И знаете, что меня больше всего поражает? Вот эти новые, навороченные,...

5 самых сложных языков мира: почему они так трудны для изучения

Изучение языка — это всегда увлекательный, но порой непростой процесс. Некоторые языки кажутся легче для освоения, в то время как другие требуют от изучающих невероятных усилий и...

Шпроты — это не название рыбы: интересные факты о шпротах, на что обратить внимание при выборе

Когда вы открываете банку шпрот, в голове сразу всплывает образ золотистых рыбок с характерным копченым ароматом. Но знаете ли вы, что шпроты — это вовсе не название рыбы, а нечто...