13,8 млрд лет — именно столько Вселенной. Рассказываем, как ученые пришли к этой цифре
Содержание:
- Сколько лет Вселенной
- Как определили возраст
- Когда умрет
- Частые вопросы
- Главное
Сколько лет нашей Вселенной
Стандартная космологическая модель с высокой точностью определяет возраст Вселенной — 13,8 млрд лет. Эти данные подтверждены несколькими независимыми научными командами.
В 2013 году Европейское космическое агентство (ESA) опубликовало самую точную и подробную на тот момент карту микроволнового фона (реликтового излучения от Большого взрыва). Ученые изучили снимки, полученные с космического телескопа «Планк», и установили, что возраст Вселенной — 13,82 млрд лет, что на 100 млн лет старше, чем считалось ранее [1].
В 2018 году астрономы, работающие с Атакамским космологическим телескопом (ACT) Национального научного фонда, провели независимое исследование, чтобы проверить данные с «Планка». Телескоп расположили в чилийской пустыне, на вершине горы. Команда АСТ получила самые «детские» фотографии Вселенной и пришла к выводу: Вселенной — 13,77 млрд лет (с погрешностью в 40 млн лет). Полученная новая оценка совпадает с данными «Планка» [2].
В 2024 году космический телескоп «Джеймс Уэбб» обнаружил самую далекую из известных галактик: JADES-GS-z14-0. Измерения показали, что она существовала уже через 290 млн лет после Большого взрыва (это 2% от нынешнего возраста нашей Вселенной), а свет от нее шел до нас 13,4 млрд лет. Учитывая, что галактики возникают спустя 200–300 млн лет после начала расширения, эти наблюдения полностью укладываются в рамки 13,8 млрд лет истории Вселенной [3], [4].
Как определили возраст Вселенной
Ученые определяют возраст Вселенной тремя разными независимыми методами, все они дают приблизительно схожий результат, поэтому и сложилась стандартная космологическая модель.
Реликтовое излучение
Реликтовое излучение — это космическое микроволновое фоновое излучение; древний свет, который стал распространятся через 380 тыс. лет после начала расширения Вселенной. Сразу после Большого взрыва Вселенная была горячей и плотной, представляла собой туман из ионизированной плазмы. В процессе расширения Вселенная остыла настолько, что стала прозрачной для излучения. Ученые анализируют мельчайшие неоднородности температуры этого излучения и вычисляют разные параметры, включая возраст Вселенной [5], [6].
Расширение Вселенной
В основе второго метода лежит открытие Эдвина Хаббла. Он обнаружил, что галактики, находящиеся дальше от нас, удаляются быстрее, чем те, что находятся рядом. Этот коэффициент называют постоянной Хаббла. Зная эту величину, можно вычислить, сколько времени потребовалось Вселенной, чтобы расшириться до нынешних размеров.
Дело в том, что когда Вселенная расширяется, то фотон (квант света, распространяющийся во Вселенной) вытягивается, удлиняется. Если Вселенная расширилась в два раза, галактики стали в два раза дальше друг от друга и фотоны тоже растянулись вдвое. Растягивание соответствует покраснению: у красного света длина волны больше, чем у зеленого, а у зеленого — больше, чем у синего. Поэтому далекие объекты выглядят для нас покрасневшими. Этот эффект называется космологическим красным смещением. Чем сильнее покраснел свет галактики, тем быстрее она удаляется и тем больше времени свет был в пути. Телескоп «Джеймс Уэбб», предназначенный для самых далеких галактик, способен наблюдать в инфракрасном диапазоне. Измерив красное смещение, астрономы рассчитывают постоянную Хаббла, а через нее — возраст Вселенной [7], [8], [9].
Свечение белых карликов
Первые звезды образовались менее чем через 1 млрд лет после Большого взрыва, им сейчас 12–13 млрд лет. Их называют белыми карликами. По сути, это выгоревшие ядра звезд, остывающие углеродные сферы. Их изучение позволяет астрономам приблизиться к определению абсолютного возраста Вселенной. Белые карлики остывают с предсказуемой скоростью: чем старше карлик, тем он холоднее. Первые такие открытия сделаны с помощью телескопа «Хаббл». Именно он смог разглядеть самые тусклые белые карлики в Млечном Пути [10].
Через сколько лет Вселенная умрет
Есть три научно-обоснованных сценария того, как и когда умрет Вселенная.
Большое замерзание (Big Freeze)
Согласно этой теории, Вселенная продолжит расширяться и медленно остывать. Темная энергия будет и дальше раздвигать галактики друг от друга. Энергия распределится равномерно, что сделает невозможным любые термодинамические процессы для образования звезд. Через 100 трлн лет звездообразование прекратится. Этот сценарий считается наиболее вероятным [11], [12].
Темная энергия — это гипотетическая форма энергии с отрицательным давлением, которая равномерно заполняет все пространство Вселенной и действует как «антигравитация», заставляя галактики разлетаться с ускоряющимся расширением. Она составляет около 68–70% от общей массы-энергии Вселенной. [13]
Большой разрыв (Big Rip)
Если темная энергия будет со временем усиливаться, то расширение Вселенной будет быстрым и разрушительным. Это разорвет на части галактики, звезды, планеты, а потом и атомы, что привело бы к концу света. Американский физик-теоретик Роберт Р. Кардуэлл предполагает, что это может произойти через 20 млрд лет [14], [15], [16].
Большое сжатие (Big Crunch)
Если действие темной энергии ослабеет, то расширение Вселенной начнет замедляться до такой степени, что под действием гравитации начнется сжатие, в результате которого Вселенная схлопнется. Профессор Корнельского университета Генри Тай считает, что коллапс наступит через 20 млрд лет [17], [18].
Частые вопросы
Что было 13,8 млрд лет назад?
Не было ни пространства, ни времени в нашем понимании. Вся Вселенная с огромной энергией была сжата в точку — сингулярность. Согласно одной из свежих гипотез, Большой взрыв мог быть не началом Вселенной, а моментом рождения самой гравитации [19], [20].
Могла ли Вселенная возникнуть из ничего?
Да, квантовая физика допускает такой сценарий. Согласно квантовой теории поля, физический вакуум — это не абсолютная пустота, а сложная среда, в которой постоянно рождаются и исчезают так называемые виртуальные частицы. К тому же есть гипотеза, что общая энергия Вселенной равна нулю: положительная энергия материи компенсируется отрицательной гравитационной. Так что Вселенная могла возникнуть из «ничего», не нарушая законов сохранения энергии [21], [22].
А что если сравнить возраст Вселенной с возрастом Солнца и Земли?
Солнце сформировалось примерно 4,6 млрд лет назад — через 9,2 млрд лет после Большого взрыва. Земле около 4,5 млрд лет, то есть наша планета существует всего треть времени от возраста Вселенной. [23]
Как ученые измеряют время в таких масштабах?
Основная единица — миллиард лет (гигагод). В космологии используют «красное смещение» (z) как космические часы: чем больше z, тем ближе объект к Большому взрыву. [24], [25]
Главное о возрасте Вселенной
- Научно обоснованный возраст Вселенной — 13,8 млрд лет.
- Возраст Вселенной впервые точно определили по реликтовому излучению — древнему свету, возникшему через 380 тыс. лет после Большого взрыва.
- Чем дальше галактика, тем быстрее она удаляется (красное смещение). Это позволяет «отмотать» расширение назад и определить возраст Вселенной.
- Чем старше карлик, тем он холоднее. Возраст белых карликов задает нижнюю границу возраста Вселенной.
- Самый вероятный сценарий смерти Вселенной — Big Freeze (тепловая смерть): Вселенная будет вечно расширяться и остывать.
Читайте также:
➤ Подписывайтесь на телеграм-канал «РБК Трендов» — будьте в курсе последних тенденций в науке, бизнесе, обществе и технологиях.
Нравится РБК? Главные новости дня, эксклюзивы и аналитика ждут вас:
на радио
в подписке
в Max
в Telegram
в приложениях для Android или iOS
Читайте также:
Атака беспилотников на Петербург в первый день ПМЭФ. Главное
Кремль ответил на сообщения о приезде Шрёдера в Москву
«Защищать от презумпции виновности». Участники ПМЭФ — о новом омбудсмене