Главная Астрономия Астрофизики: возраст Вселенной зависит от метода измерений

Что такое космологический кризис?

Возможно, сегодня мы переживаем уникальные времена, которые впоследствии назовут "космологическом кризисом". Различные методы измерения возраста Вселенной дают разные результаты, и космологи не знают, почему.

Как у астрофизика - и космолога в придачу - у меня есть своя точка зрения на этот счет.

Космический микроволновый фон

Чтобы определить возраст Вселенной, нужно знать историю ее расширения. А чтобы узнать историю расширения, нужно провести математическое моделирование. Математическое моделирование довольно распространено в науке (по сути, это и есть современная наука), а в случае со всей Вселенной математической моделью является общая теория относительности Эйнштейна.

Пол Саттер

Когда вы применяете общую теорию относительности ко всей Вселенной, вы получаете уравнения Фридмана - набор математических решений, которые связывают содержимое Вселенной в любой момент времени - скажем, относительное количество темной материи, темной энергии, излучения - со скоростью расширения в заранее отведенных временных рамках.

Измерьте материал - получите возраст

Лучший способ измерить количество вещества во Вселенной - это космический микроволновый фон (КMB), свет, оставшийся с тех времен, когда окружающему миру было всего 380 000 лет.

Благодаря таким усилиям, как миссия Европейского космического агентства "Планк", мы располагаем прекрасными картами КMB, и эти карты дают нам чрезвычайно подробное представление о содержимом Вселенной.

Единственное, чего не дают нам карты КMB, - это количество темной энергии. Темная энергия еще не существовала, когда создавался КМВ, поэтому в нашем моделировании нам приходится использовать другие наблюдения и добавлять количество темной энергии вручную. Как только вы это сделаете, вы посредством уравнений Фридмана, а значит и скорость расширения в любой момент времени. Отсюда уже определяется возраст Вселенной.

Сверхновые

Хотя это чрезвычайно надежный способ определения «состава» Вселенной, КMB не обладает мгновенной скоростью; микроволновой фон возник миллиарды лет назад.

Другим способом измерения скорости расширения Вселенной является... ну, измерение скорости расширения Вселенной.

Один из вариантов - это сверхновые типа Ia, при котором одна звезда выбрасывает свою атмосферу на соседний белый карлик. Когда достигается критический порог, белый карлик взрывается, и мы получаем сверхновую.

Поскольку этот сценарий практически одинаков во всей Вселенной, мы можем использовать сверхновые в качестве стандартных свечей. Другими словами, мы играемся с яркостью и связываем ее со временем. Затем используем эту информацию для оценки скорости расширения Вселенной на момент появления сверхновой.

Так, по сути, открыли темную энергию, и с тех пор она является краеугольным камнем космологических измерений. Это удобный метод, поскольку он позволяет нам измерить скорость расширения в близлежащей Вселенной (ее называют постоянной Хаббла, хотя на самом деле она не является постоянной - но это уже другая история).

Однако данный метод довольно ограничен; в нашем распоряжении не так много сверхновых, чтобы заглянуть в более отдаленную Вселенную.

В поисках тьмы

За два десятилетия, прошедшие с тех пор, как астрономы открыли темную энергию (хотя это не так, но это еще одна другая история), мы столкнулись с небольшой заминкой: измерения скорости расширения Вселенной по данным КMB и сверхновых становятся все более точными, но они начинают расходиться. Где-то на 10 или 20 миллионов лет при допущении 13,77-миллиардной истории Вселенной. Но мы работаем на таком уровне точности, что об этом стоит поговорить.

Как при помощи темной энергии измерить возраст Вселенной?

Читайте Альтернативная Наука на Google News

Один из способов решить эту проблему - признать, что наши измерения КМВ несовершенны. Но измерения "Планка" являются одними из самых точных из когда-либо проводившихся в науке, а многочисленные тесты и проверки за годы, прошедшие после публикации первых данных, только укрепили расчеты.

Но поскольку нам приходится вручную добавлять темную энергию, возможно, мы что-то упускаем. Существует предположение, что темная энергия меняется со временем, или связана с темной материей, или что-то еще. Этот вариант, в частности, не дает покоя теоретикам, поскольку они пишут статью за статьей, опираясь на возможность вероятности.

И, наконец, может быть, измерения сверхновых немного ошибочны. Конечно, это более прямой путь к определению современной скорости расширения, но он не является надежным. Взрыв звезд - дело довольно сложное, и если мы не до конца понимаем физику процесса, мы не можем использовать сверхновые в качестве точного космологического показателя.

Достаточно внести небольшую неопределенность в моделирование сверхновых, чтобы весь кризис сошел на нет.

Лично я считаю, что мы не понимаем, что такое сверхновые - и я говорю это не только потому, что был участником миссии "Планк".

Космологический кризис - это хороший повод продолжать писать статьи, потому что темная энергия ставит нас в тупик уже более двух десятилетий, мы много работаем, но мало что понимаем. В каком-то смысле многие космологи хотят, чтобы кризис продолжался, потому что пока он существует, им есть о чем поговорить.

Самый скучный способ разрешения кризиса - признать, что сверхновые не являются мощным датчиком скорости расширения, как нам хотелось бы. Но ничто так не приносит прибыли и славы, как эксплуатация культовой темы. В том числе и количества опубликованных статей. Кризис будет продолжаться, поскольку сверхновые стали частью поп-культуры, лишились научной привлекательности.

Дата: 2021-08-10

Автор: Пол Саттер, астрофизик, космолог

Поделиться с друзьями: