Что-то неуловимое ломает всю современную астрономию

Что-то неуловимое ломает всю современную астрономию

Это самый волнующий кризис в космологии

С тех пор как существует Вселенная, пространство расширяется, и это продолжается уже примерно 13,8 миллиарда лет.

Текущая скорость этого расширения называется постоянной Хаббла, и это одно из фундаментальных измерений Вселенной.

Если вы знаете постоянную Хаббла, вы можете вычислить возраст Вселенной. Вы можете рассчитать размер Вселенной. Вы можете более точно рассчитать влияние таинственной темной энергии, которая управляет расширением Вселенной. И, что интересно,-это одно из значений, необходимых для вычисления межгалактических расстояний.

Однако, есть огромная проблема. У нас есть несколько высокоточных методов определения постоянной Хаббла… и эти методы дают разные результаты по неизвестной причине!

Говоря проще, все усилия астрономов, все теории, расчеты и исследования за последние лет так 50, и как следствие, наше понимание Вселенной могут улететь в тартарары, всего из-за нескольких цифр.

Возможно, наше понимание фундаментальной физики является неполным. Чтобы решить эту проблему, вполне может потребоваться прорыв такого рода, который приносит Нобелевские премии.

Основы: Что не так?

Что-то неуловимое ломает всю современную астрономию

Постоянная Хаббла обычно выражается с помощью, казалось бы, необычной комбинации единиц измерения расстояния и времени – километров в секунду на мегапарсек, или (км/с)/Мпк; мегапарсек составляет около 3,3 миллиона световых лет.

Эта комбинация необходима, потому что расширение Вселенной ускоряется. Другими словами, определение пропорционального отношения между тем, как быстро галактики удаляются от нас (км/С) и как далеко они находятся (МПК), дает нам значение Постоянной Хаббла.

Космологи изобрели несколько способов получения постоянной Хаббла, но есть два основных метода. Они включают в себя либо "стандартные линейки", либо "стандартные свечи".

Читайте также:  Makedoski Александр и Буцефал – Интересные факты

Стандартные линейки и их сигналы

Стандартные линейки основаны на сигналах из периода ранней Вселенной, называемого эпохой рекомбинации. После Большого Взрыва Вселенная была настолько горячей и плотной, что атомы не могли образоваться. Вместо этого существовал только горячий, непрозрачный плазменный туман; после примерно 380 000 лет охлаждения и расширения, эта плазма, наконец, начала рекомбинировать в атомы.

Мы полагаемся на два сигнала этого периода. Первый – это космический микроволновый фон – свет, который вырвался из плазменного тумана, когда материя рекомбинировалась. Этот первый свет, все еще равномерно заполняет Вселенную во всех направлениях.

Второй сигнал называется барионным акустическим колебанием, и это результат сферических акустических волн плотности, которые распространялись через плазменный туман ранней Вселенной.

Расстояние, которое эта акустическая волна могла бы пройти за это время, составляет приблизительно 150 мегапарсеков; это можно обнаружить в изменениях плотности на протяжении всей истории Вселенной, обеспечивая "линейку", с помощью которой можно измерить расстояния.

Стандартные свечи в небе

Стандартные свечи, с другой стороны, являются измерениями расстояний, основанными на объектах в локальной Вселенной. Это не могут быть просто старые звезды или галактики – это должны быть объекты с известной внутренней яркостью, такие как сверхновые, звезды цефеиды или звезды на вершине ветви красного гиганта.

Что-то неуловимое ломает всю современную астрономию

И стандартные линейки, и стандартные свечи настолько точны, насколько мы так думаем, то есть – не очень. И оба метода дают разные результаты, когда используются для вычисления постоянной Хаббла.

Согласно стандартным линейкам, то есть ранней Вселенной, постоянная Хаббла составляет около 67 километров в секунду на мегапарсек. Для стандартной свечи – это около 74 километров в секунду на мегапарсек.

История разрыва

Что-то неуловимое ломает всю современную астрономию

Астрономы Александр Фридман и Жорж Леметр впервые заметили, что Вселенная расширяется еще в 1920-х гг. К 1929 г. Эдвин Хаббл рассчитал скорость расширения на основе стандартных свечей, но калибровка расстояний была не совсем правильной. Таким образом, первые расчеты показали, что постоянная Хаббла составляет около 500 километров в секунду на мегапарсек.

Читайте также:  12 интересных фактов о малой Панде

С этим немедленно возникла проблема, потому что геологи, которые изучали Землю, знали, что Земле около 4 миллиардов лет. Но если рассчитать скорость расширения как 500 км / с, то получалось, что Земля была старше Вселенной!

Так продолжалось до до 1950-х годов, пока немецкий астроном Вальтер Бааде не обнаружил, что существует два типа переменных звезд цефеиды, (на один из них и полагались при первом расчете), что позволило уточнить расчет постоянной Хаббла. Он был снижен примерно до 100 (км / с) / МПК.

Что-то неуловимое ломает всю современную астрономию

Прогрессию можно увидеть на графике выше. По мере того как наша технология, методы и понимание становились все более совершенными, так и постоянные вычисления Хаббла, становились меньше.

Сегодня разница между двумя методами, может показаться не такой уж большой – всего 9,4 процента, против 50 в прошлом.

Но космологам еще предстоит выяснить, в чем причина этого несоответствия. Наиболее очевидной проблемой была бы проблема калибровки, но ее источник остается неуловимым.

Перепроверили все. Разработали новые методы и еще раз перепроверили, и пришли к выводу, что если и была некая ненайденная неточность – это вряд ли привело бы к расхождению в 9,4 процента.

Может быть, во всем виновата физика?

Что-то неуловимое ломает всю современную астрономию

Во многих других отношениях наши космологические модели работают на удивление хорошо. Но есть мнение, что люди что-то напихали в физику что-то не то, и дело не в расчетах, а в неточностях самой физики.

И поэтому все чаще можно услышать выражение "Новая физика".

Что-то неуловимое ломает всю современную астрономию

Возможно, есть что-то такое, чего общая теория относительности не учла. Это было бы дико: теория Эйнштейна выдерживала испытание за испытанием. Но мы не можем сбрасывать со счетов такую возможность.

Читайте также:  12 интересные факты о Средиземном море

Естественно, есть и другие возможности, например, огромная неизвестность в виде темной энергии. Мы не знаем, что такое темная энергия, но, похоже, это фундаментальная сила, ответственная за отрицательное давление, которое ускоряет расширение нашей Вселенной.

С другой стороны, это может быть какая-то дыра в нашем понимании гравитации.

Все перечисленное старая физика уже просто не может объяснить.

Единственный путь вперед

Будь то ошибка калибровки, огромная ошибка в нашем нынешнем понимании физики или что – то еще, есть только один путь вперед.

Во-первых, космологи могут работать с текущими данными, которые у нас уже есть на стандартных свечах и стандартных линейках, уточняя их дальше и уменьшая несоответствие. В дополнение к этому мы также можем получить новые данные.

Что-то неуловимое ломает всю современную астрономию

Новые области исследований также являются вариантом; не стандартные свечи или стандартные линейки, а стандартные сирены, основанные на гравитационно – волновой астрономии-ряби в пространстве-времени, распространяемой массивными столкновениями между черными дырами и нейтронными звездами.

Этот метод может оказаться намного точнее того, что сейчас находится в распоряжении астрономов.

Гравитационно-волновая астрономия все еще находится в зачаточном состоянии – это только вопрос времени, когда мы обнаружим достаточно столкновений нейтронных звезд, чтобы достаточно уточнить эти результаты. Если повезет, это поможет выяснить причину расхождения переменной Хаббла.

Новая физика, могла бы начать удивлять нас снова, предполагая, что есть что-то, чего мы не понимаем о том, как развиваются звезды.

В любом случае, решение проблемы постоянной Хаббла будет иметь последствия, которые распространятся по всей астрономической науке.

"- Наука – это метод проб и ошибок, и именно в ошибке вы узнаете что – то новое."

#Астрофизика #вселенная #теории #расширение вселенной

Источник: Sciencealert

Понравилось? Подпишись!

Источник

Оцените статью
YouTesla.ru
Добавить комментарий