Часть 1.
Наблюдаемые свойства вселенной
Я попытаюсь в двух словах рассказать очень большую тему, которой занимаются космологи последние десятки лет, но многие вопросы до сих пор не имеют четких ответов. Поэтому я попытаюсь то, на что нет ответов, объяснить на пальцах. Начнем с того, какие наблюдаемые свойства вселенной определяют наши знания о формировании структур во вселенной. О формирование галактик и того мира, который мы наблюдаем. Естественно, что наблюдаемых свойств сейчас много, и только перечисление их можно вывести в такую лекцию: «О тех наблюдаемых свойствах, на которых базируется наши знания о структуре и эволюции нашей вселенной.»
Я же сконцентрируюсь на 3-х:
- - это не стационарность вселенной - вы уже наверняка неоднократно слышали, что наша Вселенная расширяется;
- - очень важный пункт, без которого невозможно понимание о формировании структуры вселенной, это то, что, на самом деле наша вселенная очень и очень неоднородна. Распределение вещества которые мы наблюдаем, показывает, что оно любит сконцентрироваться в одних местах и отсутствует в других. Собственно, благодаря этому, мы живём на Земле, которая крутится вокруг Солнца, а между звездами большое расстояние.
- - и в контраст к этому мы знаем, что на самом-то деле наша Вселенная должна быть однородной. И это наблюдается в виде микроволнового фона.
Начнем с того, что космология, как наука, зародилась сравнительно недавно -примерно 100 лет назад, с развитием общей теории относительности. Тогда общепризнанные гении и умы считали, что наша Вселенная стационарна. Именно поэтому Эйнштейн ввёл свою знаменитую космологическую константу, которую через какое-то время он посчитал своей самой большой ошибкой. Но несмотря на то, что это была его величайшая ошибка, недавно на границе веков, было обнаружено, что наша Вселенная расширяется с ускорением, которое как раз и предсказывала эта космологическая константа.
Для того чтобы понять, что Вселенная не стационарна, нужно было сделать некий психологически большой скачок. Например известна история о том, что первое уравнение стационарной Вселенной решил наш великий учёный Фридман, который в двадцатых годах, к сожалению умер от тифа. Примерно в те же годы, Эйнштейн посчитал, что решение которые были получены Фридманом неверны. И у них была большая дискуссия по этому поводу.
В конце концов Эйнштейн понял свою ошибку. Те решения которые предлагал Эйнштейн, собственно для чего он ввёл космологическую константу лямбда, привели к пониманию того, что они не решает проблему стационарности тоже. То есть небольшие отклонения от подогнанных параметров, когда мы можем теоретические по-экспериментировать и подобрать параметры уравнения так, чтобы вселенная оставалась в стационарном состоянии, но совсем небольшие отклонения приводят к тому, что она сваливается. Либо начинает расширяться, либо начинает коллапсировать. И главным наблюдательным свидетельством того, что наша Вселенная не стационарна, были работы Эдвина Хаббла, который на выборке порядка 20 галактик, обнаружил, что с увеличением расстояния от нас, все Галактики имеют положительную скорость удаления.
На самом деле этот эффект был известен немножко раньше, чем Хаббл его открыл, но Хаббл был первый, кто смог определить расстояние до галактик. Благодаря его работам стало понятно, что на самом деле Вселенная существенно больше, чем наша собственная галактика. И другие туманности, которые тогда были открыты, но еще не совсем до конца было понятно что это, такие как Туманность Андромеды, находятся за пределами нашей галактики, то есть открытие островной Вселенной - это тоже заслуга Эдвина Хаббла. И он построил знаменитую диаграмму и определил постоянную Хаббла.
Уже тогда стало понятно, что здесь что-то не так. Потому что если мы посмотрим на эту диаграмму и повернем время вспять, мы поймём, что через какое-то время, наша Вселенная сколлапсирует в одну точку.
И мы можем оценить это время. Из линейного закона, при грубой оценки времени, это есть величина обратная по величине постоянная Хаббла. Мы оцениваем возраст нашей Вселенной примерно 14 млрд лет, если мы увеличим постоянную Хаббла в 10 раз, но это примерно мы должны уменьшить возраст нашей Вселенной в те же 10 раз, то есть возраст Вселенной по оценки Хаббла получался порядка 1- 2 млрд лет. Уже тогда было понятно, что здесь и кроется большая проблема, потому что был известен возраст пород земли, и это входило в прямое противоречие с оценкой возраста Вселенной по постоянной Хаббла.