За миллисекунды Google может выдать факт, который долгое время ускользал от многих самых глубоких мыслителей человечества: возраст Вселенной составляет почти 14 миллиардов лет — 13,8 миллиарда лет, если быть точным. И многие космологи продолжают становиться все более уверенными в этом числе.
Точные наблюдения были сделаны после более чем тысячелетия наблюдений людей за небом и размышлений о том, откуда все это могло взяться. Каким—то образом приматы, продолжительность жизни которых составляла менее столетия, справились с событиями, которые произошли за тысячелетия до того, как их планета — и даже атомы, которые сформировали бы их планету, - существовали. Вот краткий отчет о том, как человечество пришло к тому, чтобы выяснить, сколько лет Вселенной.
Древность: Начало творения
В каждой культуре есть миф о сотворении мира. Вавилоняне, например, верили, что небеса и Земля были вырезаны из тела убитого бога. Но немногие системы верований указывают, когда началось существование.
Идея, которая прижилась, по крайней мере на западе, пришла от греческих философов, и на самом деле это был своего рода научный шаг назад. В четвертом и третьем веках до нашей эры Платон, Аристотель и другие философы полностью придерживались идеи о том, что планеты и звезды встроены в вечно вращающиеся небесные сферы. В течение следующего тысячелетия или около того мало кто ожидал, что у Вселенной вообще будет возраст.
С 1600 по 1900 год: Конец бесконечности
Астроном Иоганн Кеплер в 1610 году понял, что одна из главных трещин в популярной космологии, вдохновленной греками, все это время бросалась в глаза любителям наблюдать за звездами. Если вечная вселенная содержит бесконечное количество звезд, как многие пришли к убеждению, почему все эти звезды не наполняют вселенную ослепительным светом? Темное ночное небо, рассуждал он, наводит на мысль о конечном космосе, где звезды в конце концов гаснут.
Столкновение между ночным небом и бесконечной вселенной стало известно как парадокс Ольбера, названный в честь Генриха Ольбера, астронома, который популяризировал его в 1826 году. Ранняя версия современного решения пришла, конечно же, от поэта Эдгара Аллана По. Мы переживаем ночь, размышлял он в своем стихотворении в прозе "Эврика" в 1848 году, потому что вселенная не вечна.
1900-е годы: В поле зрения появляются современная и ранняя вселенные
Но разрешение парадокса Ольберса потребовало времени, чтобы осознать его. Когда в 1917 году собственная теория гравитации Эйнштейна сказала ему, что Вселенная, вероятно, со временем росла или сжималась, он добавил в свои уравнения фактор выдумки — космологическую постоянную — чтобы Вселенная оставалась неподвижной (позволяя ей существовать вечно).
Тем временем более крупные телескопы позволили астрономам получить более четкие изображения других галактик, вызвав ожесточенные споры о том, смотрят ли они на далекие “островные вселенные” или на близлежащие звездные скопления внутри Млечного Пути. Проницательный взгляд Эдвина Хаббла разрешил этот спор в конце 1920-х годов, впервые измерив межгалактические расстояния. Он обнаружил, что галактики были не только огромными и далекими объектами, но и улетали друг от друга.
Вселенная расширялась, и Хаббл установил, что скорость ее расширения составляет 500 километров в секунду на мегапарсек - константа, которая теперь носит его имя. С расширением Вселенной в руках астрономов появился новый мощный инструмент, позволяющий оглянуться назад во времени и оценить, когда космос начал расти. Работа Хаббла в 1929 году показала, что Вселенная расширяется таким образом, что ей должно быть примерно 2 миллиарда лет.
Но измерение расстояний до далеких галактик - грязное дело. Более чистый метод появился в 1965 году, когда исследователи обнаружили слабое потрескивание микроволн, исходящих со всех сторон в космосе. Космологи уже предсказывали, что такой сигнал должен существовать, поскольку свет, испускаемый всего через сотни тысяч лет после рождения Вселенной, был бы растянут расширением пространства на более длинные микроволны. Измеряя характеристики этого Космического микроволнового фона, астрономы могли бы сделать своего рода снимок молодой Вселенной, определив ее ранний размер и содержание. Это служило неопровержимым доказательством того, что у космоса было начало.
1990 по настоящее время: Уточнение расчетов
Космический микроволновый фон позволил космологам получить представление о том, насколько большой была Вселенная в ранний момент времени, что помогло им рассчитать ее размер и расширение сегодня.
Кропотливые усилия нескольких команд были направлены на уточнение наилучшей космологической оценки скорости расширения Вселенной. Наблюдения за галактиками с помощью космического телескопа "Хаббл" в 1993 году показали, что текущая постоянная Хаббла составляет 71 километр в секунду на мегапарсек, что говорит о том, что возраст Вселенной - 9-14 миллиардов лет.
Затем, в 2003 году, космический аппарат WMAP записал карту космического микроволнового фона с мелкими деталями. Используя эти данные, космологи подсчитали, что возраст Вселенной составляет от 13,5 до 13,9 миллиардов лет. Примерно десять лет спустя спутник Planck измерил фон еще более детально, получив постоянную Хаббла 67,66 и возраст 13,8 миллиарда лет.
Космологический конфликт
По мере того, как измерения ранней и современной вселенных становились все более точными, начало появляться больше вопросов. В то время как исследования, основанные на раннем снимке космического микроволнового фона, предполагают, что постоянная Хаббла составляет 60 километров в секунду на мегапарсек, измерения расстояний современных галактик показывают более высокие скорости расширения в диапазоне от 70 до 75. Другое измерение, основанное на яркости различных галактик, пришло к аналогичному выводу (что современная Вселенная быстро расширяется) в январе 2021 года.
Если принять это за правду, то более быстрые темпы могут означать, что Вселенная на самом деле примерно на миллиард лет моложе.
