Куди котиться світ та розширюється Всесвіт

Якщо Всесвіт охоплює все, що існує, то як він може розширюватись? Це нелегке питання як й інші, які стосуються подальшого розвитку космосу. Спробуємо відповісти на планетарні питання не використовуючи складну наукову термінологію. 

Як ми знаємо, що Всесвіт розширюється?

Століття тому астрономи не мали можливості вимірювати об’єкти за межами нашої галактики, і помилково характеризували галактики, які вони могли бачити, як інші зірки або хмари газу в Чумацькому Шляху.

У 1913 році астроном з Гарварду Генрієтта Лівітт виявила змінні цефеїди, зірки, яскравість яких постійно зростала і тьмяніла. Ці типи зірок можна використовувати як космічну лінійку для вимірювання відстані до небесних об’єктів, спостерігаючи, як світлові хвилі «розтягуються» розширенням простору. Це розуміння було використано астрономом Едвіном Хабблом у 1923 році для вимірювання змінної зірки цефеїди в туманності Андромеди, тим самим уперше довівши існування галактики за межами нашої.

За свою кар’єру Хаббл відкрив ще багато галактик і помітив дещо дивовижне у зв’язку між ними: зі збільшенням відстані між двома галактиками зростає і відносна швидкість, з якою вони віддаляються одна від одної. Це спостереження стало першим доказом того, що Всесвіт розширюється, навіть якщо Хаббл не обов’язково був першим, хто це усвідомив. Швидкість, з якою розширюється Всесвіт, була названа сталою Хаббла, яка дещо вводить в оману, оскільки Всесвіт розширюється з прискорювальною — не постійною — швидкістю. Щоправда, це вже довели наприкінці 90-х років.

До смерті Хаббла в 1953 році та протягом кількох десятиліть після цього фактичне значення постійної Хаббла було предметом інтенсивних дебатів серед космологів і вважалося, що воно становить від 50 до 100 кілометрів на секунду на мегапарсек (3,3 млн світлових років).

Підписуйтеся на наші соцмережі

Таким чином, об’єкт, який знаходиться на відстані одного мегапарсека, віддаляється зі швидкістю 50 км/с, тоді як об’єкт, який знаходиться на відстані 100 мегапарсеків, віддаляється зі швидкістю в 100 разів більшою, тобто 5000 км/с.

З 2009 по 2013 рік Європейське космічне агентство керувало космічною обсерваторією Планка, основною місією якої було картографування космічного мікрохвильового фону. CMB — це випромінювання всього через 380 000 років після Великого вибуху, і це найраніший знімок Всесвіту, який ми маємо. Використовуючи дані вимірювань CMB, фізики змогли передбачити швидкість, з якою Всесвіт розширювався після Великого вибуху. Згідно з цими надточними вимірюваннями раннього Всесвіту, вони передбачили, що сталої Хаббла сьогодні становить приблизно 67 кілометрів на секунду на мегапарсек. У 2018 році команда астрономів зробила ще точніші виміри і вивели найточніший вимір сталої Хаббла: 74 кілометри на секунду на мегапарсек.

Що таке темна енергія?

У 1998 році космологи були вражені, виявивши, що розширення Всесвіту прискорюється . Це дивовижне спостереження було приписано до «темної енергії», таємничої сили, яка, здається, становить понад дві третини Всесвіту, але ще не отримала переконливого пояснення.

Чи проходив Всесвіт через період інфляції?

Вважається, що Всесвіт експоненціально розширювався в першу секунду свого існування. Два великих питання: яке походження інфляції та чи є прямі докази інфляції? На них поки відповіді немає. 

Куди розширюється Всесвіт 

Сам Всесвіт  — це просто простір і час, і містить усю присутню в ньому матерію та енергію.

Коли ми говоримо «Всесвіт розширюється», ми маємо на увазі те, що розширюється сам простір, через що ми бачимо, як окремі галактики та скупчення галактик віддаляються одна від одної.

Найкраща візуалізація — це уявити кульку з тіста з родзинками, яка запікається в духовці. Тісто — це тканина космосу, родзинки — зв’язані структури (як галактики чи групи/скупчення галактик), і з точки зору будь-якої родзинки всі інші родзинки віддаляються від неї, а більш віддалені родзинки віддаляючись швидше.

Як ми знаємо, що розширюється саме тканина космосу, а не просто галактики, що рухаються з різними швидкостями? 

Якщо ви бачите, як об’єкти віддаляються від вас у всіх напрямках, це може бути тому, що простір між вами та цими об’єктами розширюється; це одна з можливостей. Але також здається доцільним, що ви можете бути поблизу центру Великого вибуху, а багато об’єктів сьогодні просто знаходяться далі та рухаються швидше, тому що вони отримали більше енергії під час вибуху. Якби останнє було правдою, було б два докази, які виділялися б:

Коли ми дивимося на великі відстані, ми виявляємо, що насправді існує більша щільність галактик у далекому Всесвіті, ніж у ближньому. Це узгоджується з картиною, де простір розширюється, оскільки дивитися далеко — це те саме, що дивитися в минуле. Ми також виявили, що далекі галактики мають червоне зміщення та відстань, що узгоджується з тканиною простору, що розширюється, і зовсім не з галактиками, які просто швидко віддаляються від нас. Тобто це питання, на яке наука може відповісти двома дуже різними способами, і обидві відповіді підтверджують розширення Всесвіту.

Чи буде Всесвіт розширюватися вічно, чи колись він зупиниться чи навіть знову згорнеться? 

Протягом багатьох поколінь це було одним із головних питань космології та астрофізики, і на нього можна було відповісти, лише визначивши, як швидко розширюється Всесвіт і якими є всі різні типи (і кількості) енергії, присутні в ньому. Тепер ми успішно виміряли кількість нормальної матерії, радіації, нейтрино, темної матерії та темної енергії, а також швидкість розширення Всесвіту. Виходячи із законів фізики та того, що сталося в минулому, дуже схоже, що Всесвіт продовжуватиме розширюватися вічно. Хоча це не 100% впевненість; якщо щось на зразок темної енергії в майбутньому поводиться інакше, ніж у минулому чи теперішньому, усі наші висновки підлягають перегляду.