Откуда мы возраст вселенной знаем?

Таким образом, если вы не занимаетесь астрономией на уверенном уровне, вы наверняка хоть раз задавались вопросом: сколько существует независимых способов измерения возраста вселенной? Ученые рады были бы сказать, что есть множество линий доказательств, которые указывают на возраст вселенной в 13, 8 миллиарда лет, подобно тому, как есть множество независимых указателей в пользу существования темной материи. Но на самом деле, есть только два хороших свидетельства, и одно лучше другого.

"Хороший" способ узнать возраст вселенной - изучить тот факт, что она расширяется и остывает, и признать, что в прошлом она была горячее и плотнее. Таким образом, если мы вернемся в древнейшие времена, мы выясним, что объем вселенной был меньше, и не только материя была сбита плотнее, но и длины волн отдельных фотонов (частиц света) были короче, поскольку расширение вселенной растянуло их до нынешней длины.

Поскольку длина волны фотона определяет его энергию и температуру, чем короче длина волны фотона, тем выше его энергия и температура. По мере того как мы будем возвращаться все дальше и дальше во времени, температура будет расти все выше и выше, пока в какой-то момент мы не достигнем самых первых стадий большого взрыва.

Это важно, запомним: есть "Ранняя Стадия" горячего большого взрыва.

В случае если бы у нас была возможность протягивать щуп "Бесконечно" в обратном направлении, мы бы достигли сингулярности, в которой известная нам физика не работала бы. В нашем современном понимании самой ранней вселенной известно, что инфляционному состоянию предшествовал горячий и плотный большой взрыв, а инфляционное состояние длилось неопределенное время.

Поэтому когда мы говорим о "Возрасте Вселенной", мы говорим о том, сколько времени прошло с тех пор, как вселенную можно было впервые описать как большой взрыв, и до сегодняшнего дня.

Согласно законам общей теории относительности, если у вас будет вселенная вроде нашей, которая:

А с однородной плотностью на крупнейших масштабах;.
Б имеет одни и те же законы и общие свойства во всех местах;.
В одинакова во всех направлениях и.
г в которой большой взрыв произошел во всех местах одновременно и всюду, то.
Есть уникальная связь между возрастом вселенной и ее расширением в процессе творения ее истории.

Другими словами, если бы мы могли измерить расширение вселенной сегодня и то, как она расширилась за всю свою историю, мы бы точно узнали, какие различные компоненты ее составляют. Мы узнали это из ряда наблюдений, включая:

Прямые измерения яркости и расстояния до объектов во вселенной вроде звезд, галактик и сверхновых, которые позволили нам выстроить линейку космических расстояний.
Измерения крупномасштабной структуры, кластеризации галактик и барионных акустических колебаний.
Колебания в микроволновом космическом фоне, такой себе "Снимок" вселенной, когда ей было всего 380 000 лет.
Вы собираете все это воедино и получаете вселенную, которая сегодня состоит на 68% из темной энергии, на 27% из темной материи, на 4, 9% из обычной материи, на 0, 1% из нейтрино, на 0, 01% из излучения, ну и всякого "по Мелочи".

Затем вы смотрите на расширение вселенной сегодня и экстраполируете его обратно во времени, собирая воедино историю расширения вселенной, а значит и ее возраст.

Мы получаем цифру - наиболее точно от планка, однако дополненную другими источниками вроде измерений сверхновых, ключевого проекта HST и Sloan Digital Sky Survey - возраста вселенной, 13, 81 миллиарда лет, плюс-минус 120 миллионов лет. Мы уверены в возрасте вселенной с 99, 1-процентной вероятностью, и это весьма круто.

У нас есть целый ряд различных наборов данных, которые указывают на такой вывод, но они, на деле, получены с помощью одного метода. Нам просто повезло, что есть согласованная картина, все точки которой указывают в одном направлении, но в действительности невозможно точно назвать возраст вселенной. Все эти точки предлагают разные вероятности, и где-то на пересечении рождается наше мнение относительно возраста нашего мира.

В случае если бы вселенная обладала теми же свойствами, но состояла на 100% из обычной материи (то есть без темной материи или темной энергии), нашей вселенной было бы всего 10 миллиардов лет. В том случае, если бы вселенная состояла из обычной материи на 5% (без темной материи и темной энергии), а постоянная хаббла составляла бы 50 км/с/Мпк, а не 70 км/с/Мпк, нашей вселенной было бы 16 миллиардов лет. С комбинацией всего этого, мы почти наверняка можем сказать, что возраст вселенной - 13, 81 миллиарда лет. Эту цифру - огромный подвиг для науки выяснить.

Этот метод выяснения по праву лучший. Он главный, уверенный, наиболее полный и проверен множеством разных улик, указывающих на него. Но есть и другой метод, и он весьма полезен для проверки наших результатов.

Он сводится к тому, что мы знаем, как живут звезды, как они сжигают свое топливо и умирают. В частности, мы знаем, что все звезды, пока живут и прожигают основное топливо (синтезируя гелий из водорода), обладает определенной яркостью и цветом, и остаются при этих специфических показателях конкретный отрезок времени: пока в ядрах не заканчивается топливо.

В этот момент яркие, синие и массивные звезды начинают эволюционировать в гиганты или сверхгиганты.

Глядя на эти точки в скоплении звезд, которые образовались в одно время, мы можем выяснить - если, конечно, знаем принцип работы звезд - возраст звезд в кластере. Глядя на старые шаровые скопления, мы выясняем, что эти звезды чаще всего пришли к жизни примерно 13, 2 миллиарда лет назад. (Впрочем, есть небольшие разбегания в миллиард лет.

Возраст в 12 миллиардов лет довольно распространен, но возраст в 14 миллиардов лет и больше - это что-то странное, хотя был период в 90-х, когда возраст в 14-16 миллиардов лет упоминался довольно часто. (Улучшенное понимание звезд и их эволюции существенно занизили эти цифры.

Итак, у нас есть два метода - космической истории и измерения локальных звезд, - которые указывают на то, что возраст нашей вселенной - 13-14 миллиардов лет. Никого не удивит, если возраст уточнится до 13, 6 или даже до 14 миллиардов лет, но вряд ли это будет 13 или 15. В случае если вас будут спрашивать, говорите, что возраст вселенной 13, 8 миллиарда лет, претензий к вам не будет.