Осознание того, что наша Вселенная расширяется, является одним из самых революционных открытий в космологии. Если раньше этот факт вызывал жаркие споры, то теперь он стал основой наших современных представлений о космосе.
Первое свидетельство расширяющейся Вселенной появилось благодаря открытию Альбертом Эйнштейном общей теории относительности в 1917 году. С тех пор другие ученые собрали больше доказательств и расширили его идеи до более осязаемых моделей.
Расширяющаяся Вселенная по Эйнштейну
Теория относительности Эйнштейна значительно улучшила наше понимание пространства, времени, движения и гравитации. И как только он разработал свою теорию, он применил ее ко всей Вселенной.
К его большому удивлению, эта теория естественным образом предсказывала эволюционирующую, динамичную Вселенную, которая либо расширялась, либо сжималась.
Но эта идея противоречила лучшим представлениям того времени, которые подчеркивали, что наша Вселенная была совершенно статична на протяжении всей вечности. Эйнштейн изменил свои уравнения, чтобы они учитывали статичность, и продолжил жить дальше.
Откуда мы знаем, что Вселенная расширяется?
Через несколько лет после того, как Эйнштейн внес это изменение, астроном Эдвин Хаббл сделал замечательное открытие, которое привело к первому серьезному доказательству того, что мы живем в расширяющейся Вселенной.
Красные смещающиеся галактики
Хаббл обнаружил, что свет от самых далеких галактик в среднем смещен в сторону более длинных волн, что придает этим галактикам красноватый оттенок. После сбора данных по многим галактикам эта закономерность стала очевидной.
Он также обнаружил, что величина красного смещения пропорциональна расстоянию до галактики от нашего Млечного Пути. Галактики, находящиеся в два раза дальше, имели в два раза большее красное смещение, а галактики, находящиеся в 10 раз дальше, имели в 10 раз большее красное смещение и так далее.
Эффект Доплера
Одна из возможностей такого красного смещения заключается в том, что галактики физически движутся, и что что-то вроде эффекта Доплера (смещение тона, которое происходит при движении звука) может объяснить результаты.
Но это привело бы к масштабному и очень необычному космологическому заговору. Также не было адекватно показано, почему галактики, расположенные вдвое дальше, движутся с вдвое большей скоростью. Простой эффект Доплера не может объяснить все данные.
Вернемся к гипотезе Эйнштейна
В качестве альтернативы в исследованиях рассматривалось, рассеивается ли свет от далеких галактик или теряет энергию (и меняет оттенок) по мере прохождения через межгалактические глубины.
Гипотеза старения света
Некоторые называли это гипотезой «старения света», которая потеряла популярность при тщательном рассмотрении. По сути, если бы это происходило, мы могли бы измерить этот эффект внутри галактик, а этого не произошло.
Это возвращает нас к первоначальному выводу Эйнштейна.
Расширение Вселенной
В расширяющейся Вселенной пространство между галактиками постоянно увеличивается, и это расширение заставляет свет растягиваться до более длинных волн. Чем больше расстояние между нами и далекой галактикой, тем большее растяжение может происходить при прохождении света и тем больше красное смещение.
Галактики удаляются от нас?
В расширяющейся Вселенной каждая галактика удаляется от любой другой галактики (конечно, в среднем, поскольку между соседними галактиками все еще могут происходить мелкомасштабные столкновения).
Так что, живя на Земле, мы не занимаем привилегированного или особого положения.
С нашей точки зрения кажется, что каждая галактика удаляется от нас. И, теоретически, перспективы каждой галактики аналогичны: все остальные удаляются, так как вся Вселенная становится больше.
Больше ответов в микроволнах космоса
У нас есть другие способы косвенно проверить расширение Вселенной. Один из них — спросить, какой была Вселенная в прошлом, когда она была меньше, а затем отправиться с наблюдениями и посмотреть, верна ли наша гипотеза.
Космический микроволновый фон
Наиболее важным примером такого подхода является космический микроволновый фон, или реликтовое излучение. В 1950-х годах космологи поняли, что в какой-то момент миллиарды лет назад наша Вселенная была настолько маленькой, горячей и плотной, что вся материя в ней находилась в состоянии плазмы.
Как только она расширилась и остыла, излучение этой плазмы продолжило находиться вокруг, но сместилось в красную сторону настолько сильно, что увидеть его можно только в микроволновые телескопы.
В 1964 году, когда космологи-теоретики начали проводить эксперимент, чтобы проверить это, два радиоинженера из Bell Labs случайно обнаружили этот микроволновый фон, когда калибровали новую антенну. Возможно, это величайший пример космологической иронии: два инженера получили Нобелевскую премию за свое случайное открытие, в то время как теоретики, предсказавшие существование реликтового излучения, не получили ничего.
Подписывайтесь на мой канал, чтобы не пропустить следующие материалы!
