Lawrence M. Krauss. A Universe from Nothing / Лоуренс Краусс. Вселенная из ничего.: Chapter 5: The Runaway Universe Chapter

Глава 5: Глава о разбегающейся Вселенной

cosinus 12.01.14 в 15:33

Просто вздор думать в настоящее время о происхождении жизни; впору думать о происхождении материи.

cosinus 12.01.14 в 15:58

- ЧАРЛЬЗ ДАРВИН

cosinus 12.01.14 в 15:58

То, что мы с Майклом Тернером утверждали в 1995 году, было в высшей степени еретическим.

cosinus 13.01.14 в 07:46

На основании не более чем теоретических предубеждений мы предположили, что Вселенная была плоской.

cosinus 13.01.14 в 07:47

(Здесь я должен еще раз подчеркнуть, что "плоская" трехмерная вселенная является не плоским двумерным блином, а, скорее, трехмерным пространством, которое все мы интуитивно себе представляем, и в котором лучи света проходят по прямой линии.

cosinus 13.01.14 в 07:52

Ее следует отличать от гораздо более трудно представимых изогнутых трехмерных пространств, в которых световые лучи, очерчивающие основополагающую кривизну пространства, идут не по прямой линии.)

cosinus 13.01.14 в 07:57

Тогда мы сделали вывод, что все доступные космологические данные в то время согласовывались с плоской Вселенной, только если около 30 процентов от общей энергии пребывало в той или иной форме "темной материи", которая, как указывали наблюдения, существовала вокруг галактик и скоплений, но гораздо более странно, чем даже это, то, что остальные 70 процентов от общей энергии во Вселенной пребывало не в какой-либо из форм материи, а, скорее, в самом пустом пространстве.

cosinus 13.01.14 в 08:05

Наша идея была сумасшедшей по любым стандартам.

cosinus 13.01.14 в 08:06

Для того, чтобы привести значение космологической постоянной в соответствие с нашими требованиями, расчетное значение этой величины, описанной в предыдущей главе, должно было быть каким-то образом уменьшено на 120 порядков и все равно в точности не равняться нулю.

cosinus 13.01.14 в 08:11

Это предполагает самую строгую тонкую настройку любой физической величины, известной в природе, без малейшего представления, как ее корректировать.

cosinus 13.01.14 в 08:14

Это была одна из причин, почему, когда я читал лекции в различных университетах о затруднениях с плоской вселенной, я вызывал в основном улыбки и не более того.

cosinus 13.01.14 в 08:15

Я не думаю, что многие люди воспринимали наше предположение всерьез, и я даже не уверен, что его воспринимали всерьез мы с Тернером.

cosinus 13.01.14 в 08:18

Нашей главной задачей в нашей работе было вызвать удивление, графически проиллюстрировав факт, который уже начинал проявляться не только в нашем сознании, но и в сознании некоторых наших коллег-теоретиков по всему миру: что-то казалось не так с прежней "стандартной" картиной нашей Вселенной, в которой почти вся энергия, необходимая общей теорией относительности, чтобы на сегодняшний момент произвести плоскую вселенную, предполагалось, пребывает в форме экзотической темной материи (с горсточкой барионов - то есть нас, землян, звезд и видимых галактик).

cosinus 13.01.14 в 08:42

Коллега недавно напомнил мне, что в течение двух лет после нашего скромного предположения на него ссылались лишь несколько раз в последующих работах, и, должно быть, все эти ссылки, кроме одной или двух из них, были в работах, написанных мною или Тернером!

cosinus 13.01.14 в 08:46

Большая часть научного сообщества полагала, что наша столь сложная Вселенная не могла быть настолько сумасшедшей, как мы с Тернером предполагали.

cosinus 13.01.14 в 08:50

Самым простым альтернативным исходом этих противоречий была возможность того, что Вселенная была не плоской, а открытый (в которой параллельные лучи света сегодня искривлялись бы в разные стороны, если бы мы проследили их траекторию в обратном направлении.

cosinus 13.01.14 в 08:56

Это, конечно, было до того, как изучение реликтового космического излучения дало понять, что этот вариант был нереалистичен.)

cosinus 13.01.14 в 09:00

Тем не менее, даже эта возможность имела свои собственные проблемы, впрочем, ситуация там также остается далеко не ясной.

cosinus 13.01.14 в 09:03

Любой школьник, изучающий физику, будет рад сообщить вам, что гравитация засасывает - то есть, что она повсюду притягивает.

cosinus 13.01.14 в 09:08

Конечно, как и многое в науке, мы теперь понимаем, что мы должны расширять наши горизонты, потому что природа более богата воображением, чем мы.

cosinus 13.01.14 в 09:51

Если на данный момент мы полагаем, что притягивающая сущность гравитации означает, что расширение Вселенной замедлялось, напомню, что мы получили верхний предел возраста Вселенной, предположив, что скорость галактики, расположенной на некотором расстоянии от нас, была постоянной с момента Большого взрыва.

cosinus 13.01.14 в 09:54

Причина в том, что, если Вселенная замедлялась, то галактика когда-то отдалялась от нас быстрее, чем сейчас, и, следовательно, ей потребовалось бы меньше времени, чтобы добраться до своей нынешней позиции, чем если бы она всегда двигалась со своей нынешней скоростью.

cosinus 13.01.14 в 10:02

В открытой вселенной, в которой преобладает материя, замедление вселенной будет медленнее, чем в плоской вселенной, и поэтому предполагаемый возраст вселенной будет больше, чем для плоской вселенной, в которой преобладает материя, с такой же текущей скоростью расширения.

cosinus 13.01.14 в 10:09

Фактически она была бы гораздо ближе к значению, которое мы получили, если предположить постоянную скорость расширения в течение космического времени.

cosinus 13.01.14 в 10:15

Вспомните, что ненулевая энергия пустого пространства произвела бы космологическую постоянную - вроде гравитационного отталкивания - предполагающую, что расширение Вселенной наоборот, ускоряется в течение космического времени, и поэтому галактики ранее удалялись друг от друга медленнее, чем сегодня.

cosinus 13.01.14 в 10:23

Это означало бы, что галактикам потребовалось еще больше времени, чтобы добраться до своих нынешних расстояний, чем это было бы для постоянного расширения.

cosinus 13.01.14 в 10:26

Действительно, согласно установленным на сегодня результатам измерений постоянной Хаббла, наибольший возможный возраст нашей Вселенной (около 20 млрд. лет) получается, если учитывать вариант космологической постоянной вместе с измеренным количеством видимой и темной материи, и если мы согласуем ее значение с плотностью материи во Вселенной сегодня.

cosinus 13.01.14 в 10:43

В 1996 году я работал с Брайаном Чебоером и нашими сотрудниками Пьером Демарком из Йельского университета и постдоком Питером Кернаном из Западного резервного университета Кейза, оценивая нижний предел возраста этих звезд, который должен был составлять около 12 миллиардов лет.

cosinus 13.01.14 в 10:54

Мы сделали это, моделируя эволюцию миллионов различных звезд на скоростных компьютерах и сравнения их цвета и яркости с фактическими звездами, наблюдаемыми в шаровых скоплениях в нашей галактике, которые были на протяжении долгого времени одними из старейших объектов в галактике.

cosinus 13.01.14 в 10:56

Предполагая, что для формирования нашей галактики потребовалось около миллиарда лет, этот нижний предел фактически исключает плоскую вселенную с преобладающей материей и поддерживает вселенную с космологической постоянной (один из факторов, которые повлияли на выводы в моей предыдущей работе с Тернером), в то время как открытая вселенная едва балансировала на краю выживания.

cosinus 13.01.14 в 11:05

Тем не менее, возраст старейших звезд предусматривал выводы, основанные на наблюдениях с наибольшей на то время чувствительностью, и в 1997 году новые данные наблюдений заставили нас пересмотреть наши оценки в сторону уменьшения примерно на 2 миллиарда лет, что дает несколько младшую вселенную.

cosinus 13.01.14 в 11:13

Так что ситуация стала гораздо мрачнее, и все три космологии вновь оказались жизнеспособными, отправляя многих из нас назад к чертежной доске.

cosinus 13.01.14 в 11:14

Все изменилось в 1998 году, по совпадению в том же году, в котором эксперимент BOOMERANG продемонстрировал, что Вселенная плоская.

cosinus 13.01.14 в 16:00

За прошедшие семьдесят лет после того, как Эдвин Хаббл измерил скорость расширения Вселенной, астрономы все упорнее трудились, чтобы точно определить его значение.

cosinus 13.01.14 в 16:02

Напомню, что в 1990-х годах они, наконец, нашли "стандартную свечу", то есть, объект, внутреннюю светимость которого, как полагали наблюдатели, они могут самостоятельно установить, так что, когда они измерили видимую яркость этого объекта, они могли затем вывести расстояние до него.

cosinus 13.01.14 в 16:09

Стандартная свеча, казалось, была надежной, и ее можно было наблюдать сквозь глубины космоса и времени.

cosinus 13.01.14 в 16:11

Определенный тип взорвавшейся звезды под названием сверхновая типа Ia недавно наглядно продемонстрировал зависимость между яркостью и долговечностью.

cosinus 13.01.14 в 16:16

Измерение, как долго данная сверхновая типа la остается яркой, требовало, впервые, чтобы учитывались эффекты замедления времени из-за расширения Вселенной, что подразумевает, что измеренное время жизни такой сверхновой на самом деле больше, чем ее реальное время жизни в ее покоящейся системе координат.

cosinus 13.01.14 в 16:28

Тем не менее, мы могли бы вывести абсолютную яркость, измерить ее видимую яркость с помощью телескопов и, в конечном счете, определить расстояние до галактики, в которой сверхновая взорвалась.

cosinus 13.01.14 в 16:30

Измерение красного смещения галактики в то же время позволило определить ее скорость.

cosinus 13.01.14 в 16:31

Объединение этих двух приемов позволяет нам измерить, с возрастающей точностью, скорость расширения Вселенной.

cosinus 13.01.14 в 16:34

Из-за того, что сверхновые настолько яркие, они обеспечивают не только отличный инструмент для измерения постоянной Хаббла, но также позволяют наблюдателям взглянуть назад во время, представляющее собой значительную часть общего возраста Вселенной.

cosinus 13.01.14 в 16:38

Это дало новую и захватывающую возможность, которую наблюдатели рассматривали как гораздо более захватывающий источник сведений: измерить, как постоянная Хаббла меняется с течением космического времени.

cosinus 13.01.14 в 16:51

Измерить, как меняется постоянная, звучит как умная глупость, и так бы оно и было, если бы не факт, что мы, люди, живем такую короткую жизнь, по крайней мере, в космическом масштабе.

cosinus 13.01.14 в 17:01

В человеческом масштабе времени скорость расширения Вселенной действительно постоянна.

cosinus 13.01.14 в 17:02

Однако, как я только что описал, скорость расширения Вселенной будет меняться с течением космического времени из-за воздействия гравитации.

cosinus 13.01.14 в 17:02

Астрономы полагали, что если бы они могли измерить скорость и расстояние до сверхновых, расположенных на большом расстоянии - через пространства видимой Вселенной - то они могли бы измерить скорость, с которой замедлялось расширение Вселенной (так как все полагали, что Вселенная вела себя разумно, и преобладающая гравитационная сила во Вселенной была притягивающей).

cosinus 13.01.14 в 17:11

В свою очередь они надеялись определить, была ли Вселенная открытой, закрытой или плоской, так как скорость замедления в зависимости от времени отличается для каждой геометрии.

cosinus 13.01.14 в 17:23

В 1996 году я провел шесть недель, посещая лабораторию Лоуренса Беркли, давая там лекции по космологии и обсуждая различные научные проекты с моими коллегами.

cosinus 13.01.14 в 17:26