Как можно рассчитать время рождения вселенной кратко
Обновлено: 20.05.2024
Очень часто в комментариях к нашим статьям люди оспаривают возраст Вселенной и предлагают в альтернативу самые разные цифры, поэтому я решил написать статью о том, какие ещё есть оценки возраста Вселенной и почему основной считается оценка в 13,8 млрд лет.
Существует несколько различных методов, по которым оценивают возраст Вселенной. Среди них: изучение древнейших объектов во Вселенной; оценка возраста с помощью космологических моделей основанных на постоянной Хаббла и множество других. Разные методы дают существенно разные оценки возраста Вселенной, мы рассмотрим наиболее интересные из них.
Оценка по радиоактивным элементам.
Из-за нестабильности ядер многие химические элементы и их изотопы, распадаются со временем. Скорость этого распада может быть использована для датировки многих объектов и явлений в природе, включая возраст самой Вселенной. Тяжёлые радиоактивные элементы во Вселенной образовывались при взрывах сверхновых и нейтронных звёзд. Для того чтобы оценить по ним возраст Вселенной, мы должны рассчитать возраст радиоактивных образцов методами радиоизотопной датировки и сложить его с возрастом сверхновой первого поколения, из которой эти образцы образовались. Если добавить к этому ещё и время образования самой звезды, примерно 1 миллиард лет, мы получим оценку возраста Вселенной в диапазоне от 11 до 18 млрд лет. Однако, наличие большого количества источников радиоактивных элементов и невысокая точность определения изотопного состава на таких расстояниях делает этот метод неточным.
Оценка по древнейшим шаровым скоплениям звёзд.
Шаровые скопления — это плотные, похожие на улей конгломерации звёзд, расположенные на внешних краях нашей Галактики, они являются древнейшими объектами во Вселенной. Их возраст определяют по теории звёздной эволюции, рассчитывая возраста звёзд, входящих в скопление, и находя самые старые звёзды в скоплении. В зависимости от процентного содержания тяжёлых элементов шаровые скопление разделяют на два типа: богатые металлами и бедные. Возраст скоплений с малым содержанием металлов, таких как M15 и M92, оценивается до 17 миллиардов лет, тогда как для скоплений более богатых металлами они колеблется в диапазоне от 11 до 12 млрд лет.
Если предположить, что древнейшим из шаровых скоплений около 17 миллиардов лет, мы можем сделать вывод, что Вселенной около 18 млрд лет, если учесть ещё 1 млрд лет, необходимых для образования первых звёзд и скоплений.
Проблемой данного метода является невозможность учесть перетекания вещества со звезды на звезду в прошлом, что может существенно влиять на оценку возраста звезды.
Оценка по белым карликам.
Белый карлик — это ядро звезды, оставшееся после сброса оболочки. Средняя плотность карлика в миллион, а иногда и в миллиард раз больше, чем у воды. Белые карлики светятся только за счёт остаточного тепла, накопленного ещё до сброса оболочки и соответственно со временем их температура уменьшается, а сам карлик будет становиться более тусклым. Зная, как образуются белые карлики и анализируя температуру, химический состав и размер белого карлика можно оценить продолжительность времени, в течение которого он остывал. Таким образом, учёные оценили возраст Млечного Пути в 9,5 ± 1,1 млрд лет, а на формирование нашей галактики ушло ещё около 2 млрд лет, в итоге возраст Вселенной оценивается в 11,5 ± 1,1 млрд лет. Однако, другие исследования использовавшие белые карлики в звёздных скоплениях оценили возраст Вселенной в 12,8 ± 1,1 млрд лет.
Проблемой данного метода является неточность в оценке времени формирования галактики и проблемы в обнаружении старых белых карликов из-за их тусклости, возможно, мы просто ещё не нашли более старые карлики.
Оценка по реликтовому излучению.
Данный метод является наиболее точным и одним из наиболее сложных на сегодняшний день. Дело в том, что реликтовое излучение, сформированное вскоре после большого взрыва, имело определённые известные длины волн, со временем, за счёт расширения Вселенной, эти волны растягивались и их длина соответственно возрастала. Фиксируя современные длинны волн реликтового излучения, зная скорость расширения Вселенной в настоящем и анализируя её в прошлом (очень непростая задача) мы можем рассчитать сколько времени ушло на такое растяжение волн, а значит как давно они были излучены.
Но реликтовое излучение сформировалось не сразу после большого взрыва, как оказалось, их разделяет 379 тыс. лет. Это удалось определить благодаря анализу интенсивности этого излучения с разных участков неба, которые показали насколько успела сгуститься материя во Вселенной к моменту образования реликтового излучения.
В 2012-м году, по данным телескопа WMAP, возраст Вселенной оценили в 13,772 миллиарда лет с погрешностью в 59 миллионов лет, а в 2013-м, по данным Planck, в 13,82 млрд лет. Согласно современным данным, возраст Вселенной составляет 13.798 ± 0.037 млрд лет.
Автор: Алексей Нимчук. Редакция: Фёдор Карасенко.
Ставьте палец вверх, чтобы видеть в своей ленте больше статей о космосе и науке!
Подписывайтесь на мой канал здесь, а также на мои каналы в телеграме и на youtube . Там вы можете почитать большое количество интересных материалов, а также задать свой вопрос. Поддержать наш канал материально можно через patreon .
Какой возраст Вселенной — это один из самых актуальных вопросов для ученых разных поколений. Для обозначения точного отрезка времени с момента расширения космического пространства, астрономы использовали несколько методов. Ввиду задействования нескольких линий исследований было выяснено, что нашему мирозданию 13,8 млрд лет.
Первые гипотезы
В античные времена, люди воспринимали космос, как что-то вечное и незыблемое. Только в 150 году до н.э., было определено, что Вселенной почти 2 млрд лет. Уже в 17 веке, ученый Дж. Лайтфут изучил информацию, изложенную в Библии, и заявил, что начало мироздания выпадает на 3929 год до н.э.
Основоположники современной науки Исаак Ньютон и Иоганн Кеплер, изучив данные о космическом пространстве, сделали вывод что ее появление приходиться на 3993-3988 года до н.э.
Способы определения возраста
Возраст Вселенной по современным оценкам равен 13,8 млрд лет. Существует два надежных способа определения временных рамок появления мироздания. Первый метод основан на изучении свечения белых карликов. Объемные и горячие небесные тела — это конечная фаза жизни всех звезд, которые полностью сожгли свое термоядерное вещество. Белый карлик состоит из углерода и водорода, в составе его тонкой атмосферы наблюдается наличие гелия. Центральный участок звезд нагрет до нескольких миллионов Кельвинов. Его остывание происходит очень медленно, так как он светит за счет накопленной энергии. Изучив скопления белых карликов, астрономы пришли к выводу, что им 12-13 млрд лет.
Еще один способ определения возраста Вселенной — по ее расширению. Для этого, ученые собирают такие данные:
- Изменение яркости и расстояния между объектами.
- Состав космического пространства. Большую часть составляет темная энергия и материя. В том случае, если бы преобладала простая материя, то возраст мироздания составил не более 10 млрд лет.
- Тенденция расширения космического пространства.
Собрав всю информацию, ученые экстраполируют ее обратно во времени и в результате получают ту самую цифру в 13,8 млрд лет.
Точный возраст Вселенной
Несмотря на то, что использование космологической модели позволило нам узнать время, с момента Большого взрыва, ученые не перестают уточнять и корректировать полученные данные.
В мае 2009 года был запущен телескоп “Planck”. Аппарат был разработан для длительной работы в космическом пространстве. С его помощью удалось просканировать излучения всевозможных звездных объектов. Первые результаты астрономы получили в 2010 году, а поставить точку в определении точной цифры существования мироздания удалось в 2013 году.
Ученые выяснили, что скорость расширения границ космоса составляет 67,15 км/с. Это говорит о том, что со времени Большого взрыва прошло 13,798 млрд лет.
Егор Морозов | 18 Января, 2021 - 14:30
Точные наблюдения чилийского телескопа и космического зонда — результат размышлений людей на протяжении тысячелетий, откуда взялась Вселенная. В итоге мы, люди, с продолжительностью жизни менее века, получили представления о событиях, которые произошли за много лет до того, как наша планета — и даже атомы, которые составляют нашу планету — появились. Но как мы это сделали?
Новое время: Вселенная не вечна
Противоречие с наблюдениями обнаружил лишь в 1610 году астроном Иоганн Кеплер: если в вечной Вселенной находится бесконечное количество звезд, почему все эти звезды не заполнили Вселенную ослепляющим светом? Он рассуждал, что темное ночное небо предполагает ограниченный космос, в котором звезды в конечном итоге гаснут. Вот так из неверных рассуждений он получил, в общем-то, верные выводы.
1900-е: первые оценки возраста Вселенной
Следующий шаг в решении парадокса Ольбера сделал Альберт Эйнштейн с его новой теорией гравитации. Из нее следовало, что Вселенная, вероятно, увеличивается или уменьшается со временем. Как мы знаем, это действительно так, однако гениальный физик добавил в свои уравнения ложный фактор — космологическую постоянную — чтобы Вселенная не меняла размеры (что позволяет ей существовать вечно).
2.5-метровый телескоп, который помог Хабблу совершить многие его астрономические открытия.
Итак, решено: Вселенная расширяется, и Хаббл зафиксировал скорость этого процесса на уровне 500 километров в секунду на мегапарсек, ошибившись на порядок. С физической точки зрения это скорость, с которой разлетаются две галактики, находящиеся на расстоянии в 1 мегапарсек (порядка 3.2 миллионов световых лет) друг от друга. Это постоянная величина, которая теперь носит его имя. И, раз астрономы поняли, что Вселенная расширяется — значит, у нее было начало, и можно вычислить, когда именно она образовалась. Работа Хаббла в 1929 году показала, что Вселенная расширяется таким образом, что ей должно быть около 2 миллиардов лет — ожидаемая ошибка опять же почти на порядок.
Но достаточно точно измерять расстояния до далеких галактик тогда не умели. Более точный метод появился в 1965 году, когда исследователи обнаружили слабые микроволны, пронизывающие весь космос. На тот момент космологи уже предсказали, что такой сигнал должен существовать, поскольку свет, излучаемый всего через несколько сотен тысяч лет после рождения Вселенной, должен был растянут в результате расширения пространства и стать более длинными микроволнами. Измеряя характеристики этого космического микроволнового фона, астрономы смогли сделать своего рода снимок молодой Вселенной, определив ее первоначальный размер и состав. Этот фон послужил уже неопровержимым доказательством того, что у космоса было начало.
С 1990 годов по настоящее время: уточнение расчетов
Кропотливые усилия нескольких команд были направлены на то, чтобы максимально точно выяснить скорость расширения Вселенной. Наблюдение за далекими галактиками с помощью космического телескопа Хаббла в 1993 году показало, что текущее значение одноименной постоянной составляет 71 километр в секунду на мегапарсек, что сузило возраст Вселенной до 9-14 миллиардов лет.
Один из способов измерения постоянной Хаббла: вычисляется параллакс (то есть видимое смещение звезды при движении Земли по орбите, что позволяет вычислить расстояние до нее), а по красному смещению — скорость удаления звезды от нас.
Не все так просто: есть космологический конфликт
По мере того, как измерения ранней и современной Вселенных стали более точными, они начали противоречить друг другу. В то время как исследования, основанные на картографировании микроволнового фона, предполагают, что постоянная Хаббла находится на уровне 60 километров в секунду на мегапарсек, измерения расстояний до соседних галактик (которые опираются на снимки очень ярких и практически одинаковых по всему космосу сверхновых) дают более высокие темпы расширения ближе к 70 километрам в секунду на мегапарсек.
Возраст Вселенной по современным оценкам составляет 13,7 ± 0,2 млрд лет. Этим понятием называют временной отрезок от момента начала расширения Вселенной и до сегодняшнего дня. Определить данное значение можно большим множеством способов, которые мы рассмотрим далее.
Первые предположения
Представляя Землю центром мира, ученые древности заранее ставили себя в тупик
Вопросом о возрасте мироздания философы задавались еще в античность. Греки и вавилоняне утверждали о вечности мира, индуисты же в 150-м году до н.э. определили точную цифру — 1 млрд. 972 млн. 949 тыс. 091 год, и среди своих современников оказались ближе всех к истине. В XVII веке английский теолог Джон Лайтфут глубоко проанализировав библейские тексты, заявил, что сотворение мира выпало на 3929 год до н.э.
Однако, известные ученые того времени, а именно немецкий астроном Иоганн Кеплер и английский физик Исаак Ньютон, опираясь не только на Библию, но и на астрономические наблюдения, все же недалеко ушли от теологов и представили 3993 и 3988 годы до н.э.
Определение возраста Земли
Принцип радиоизотопного датирования по углероду. Так определяют возраст ископаемых останков живых существ на Земле.
С середины XVIII века люди начали направленно изучать возраст Земли. Согласно известным физическим моделям ученый из Франции Жорж-Луи Леклерк де Бюффон оценил время, которое потребовалось бы для понижения температуры Земли с момента ее образования до той, которую имеет она сегодня (от 75 до 168 тыс. лет). Как утверждает физическая модель Земли, изначально она представлялась раскаленным шаром. В 1895-м году инженер из Ирландии — Джон Перри пересчитал эту цифру и получил 2–3 млрд лет. В 1896-м году Антуан Беккерель открыл радиоактивность, а спустя 9 лет британский физик Эрнест Резерфорд предложил метод оценки возраста земных пород при помощи радиоактивного распада.
Идея заключалась в том, чтобы определить, какая часть радиоактивного изотопа успела распасться, используя известные периоды полураспада, вычислить возраст образца. Основы радиоизотопного датирования разработал американский радиохимик Бертрам Болтвуд. При помощи данного метода в 1920-х годах было выявлено, что возраст некоторых минералов около 2-х миллиардов лет! Очевидно, возраст Земли не может превышать возраст самого мироздания, поэтому это открытие подвигло ученых найти действенный метод подсчета возраста Вселенной.
Сегодня считается, что с момента зарождения Земли как планеты прошло 4,54 ± 0,05 млрд лет.
Тепло белых карликов
Белый карлик в представлении художника
Максимальный возможный возраст определяется отсутствием менее разогретых белых карликов и составляет 15 млрд лет. Так как если бы мироздание было старше, то ученым удалось бы обнаружить хотя бы несколько настолько древних объектов.
Старые звездные скопления
Млечный Путь насчитывает более 160-ти так называемых шарообразных звездных скоплений, число звезд в которых может колебаться от тысяч до миллионов. При этом все эти светила, связаны гравитационной силой, и вероятнее всего образовались из одного газового облака. Отсюда следует, что большая часть звезд таких скоплений зародилась практически в одно время. В силу своего строения и размеров каждая звезда пошла своим эволюционным путем, а некоторые уже находятся на стадии того же белого карлика. Высчитывая возраст каждой астрономической единицы рассматриваемого скопления, можно с большой точностью определить возраст самого шарообразного скопления.
Старейшее звездное скопление Млечного пути — Мессье 4 (M4)
Хаббловское время
Э.П. Хаббл со снимком галактики Андромеда в руках
Спустя некоторое время, в 1929 году Э. Хаббл получил более точное значение упомянутой постоянной. Очевидно, что возраст мироздания напрямую зависит от постоянной Хаббла. Изначально, используя имеющуюся модель Вселенной, ученые рассчитали, что величину, обратно пропорциональную постоянной Хаббла нужно умножить на 2/3. Однако в таком случае искомая величина составляет около 1,2 млрд лет, число, близкое к тому, что предложили индуисты еще в 150-м году до н.э. Впрочем, к концу XX-го века уже были получены астрономические данные, которые говорили о возрасте 13-15 млрд лет.
Как выяснилось, причиной неправильной оценки стали неверные представления о расширении Вселенной. Только в 1999-м году две группы астрономов смогли доказать, что последние 5-6 млрд лет расширение космического пространства ускоряется, а не замедляется, как считалось ранее. По современным подсчетам этим методом ученые вывели значение 13,798 ± 0,037 лет.
Микроволновое излучение
Карта распределения реликтового излучения. Смотреть в полном размере.
30 июня 2001 года NASA запустила в космос аппарат под названием Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WNAP), задача которого изучать реликтовое излучение. При помощи результатов его наблюдений была построена новая карта (с разрешением в 35 раз больше, нежели предыдущая) распределения реликтового, микроволнового излучения. Анализируя эту карту, помимо насыщенной полосы в центре, излучаемой Млечным Путем, можно заметить распределение реликтового излучения за его пределами. Явно видимые неоднородности формируют пятнистую структуру, причем неравномерную. Подробное изучение этой структуры дает возможность точно оценить время, которое понадобилось для ее образования, вследствие Большого Взрыва. Оно составляет 13,7 ± 0,2 млрд лет.
При помощи описанных выше методов, ученые смогли достаточно точно определить возраст Вселенной, что несет первостепенное значение для космологии, а также для понимая нашего мироздания в целом.
Читайте также: