Tag Archives: Эйнштейн


  • 0
Возможные сценарии эволюции Вселенной.

Ускоренное расширение Вселенной

Tags : 

 Стенгазета «Главные астрономические открытия: рассказ астрофизика Сергея Попова о десяти важнейших астрономических открытиях со времён Галилея до наших дней»
Состав Вселенной по данным WMAP (это космический аппарат НАСА, предназначенный для изучения реликтового излучения, образовавшегося в результате Большого взрыва). 74 % — тёмная энергия, 22 % тёмная материя, 3,6 % межгалактический газ, 0,4 % — наблюдаемые звезды (Nemets79).

 
 Стенгазета «Главные астрономические открытия: рассказ астрофизика Сергея Попова о десяти важнейших астрономических открытиях со времён Галилея до наших дней»
Возможные сценарии эволюции Вселенной.

Наконец, последнее большое открытие – ускоренное расширение Вселенной. Если взять любую научно-популярную книжку о космологии, изданную до 2000 года, то, говоря о будущем Вселенной, авторы всегда обсуждали три сценария. Когда я преподавал в школе (с 1993 по 2002 год), то до 1998 года я рассказывал примерно то же самое. Итак, Вселенная начала расширяться, но самая главная действующая во Вселенной в большом масштабе сила (гравитация) стремится остановить это расширение. Дальше всё зависит от того, насколько много вещества, массы, насколько велика средняя плотность вещества. Если она больше некоторой критической, то всё это вещество схлопнется обратно, и, как это замечательно написано у Дугласа Адамса, получится обыкновенный gnab-gib, то есть big-bang наоборот. Если плотности не хватит, Вселенная будет расширяться всё медленнее и медленнее, но будет делать это всегда. Ну и, наконец, есть психологически приятный для нас промежуточный режим, когда расширение идёт всё медленнее и медленнее, и выходит на что-то постоянное. Мы подсознательно хотим какой-то стабильности в будущем, в том числе и в будущем нашей Вселенной. Такие три варианта всегда в основном рассматривались в популярной литературе. На самом деле космологи в своих книжках и статьях рассматривали и четвёртый вариант. И не только потому, что ключевой ингредиент этого варианта из совершенно других соображений придумал Эйнштейн в 1917 году, 100 лет назад. Во Вселенной может быть нечто, что заставляет её расширяться всё быстрее и быстрее. То, что работает «как будто» антигравитация. В Общей теории относительности никакой настоящей антигравитации нет. Но вы можете добавить нечто – какую-то среду, поле и ещё что-то, что обладает отрицательным давлением. И тогда в Общей теории относительности это будет приводить к кажущейся антигравитации. Приводить к тому, что объекты будут отталкиваться друг от друга, будучи погруженным в эту среду. Даже если объекты не погружать, у вас метрика будет расширяющейся. Так вот, неожиданно, в 1998 году две группы астрономов открыли это ускоренное расширение Вселенной. Они наблюдали сверхновые особого типа. Это взрывы белых карликов. Белый карлик – это то, что получится из Солнца, такой очень стабильный шарик. Но, если мы будем увеличивать массу белого карлика, то рано или поздно он взорвётся. Он взрывается, добравшись до некоторой критической массы, и поэтому такие взрывы (они называются взрывы сверхновых типа Ia) очень похожи друг на друга. Иногда о них говорят, что это «стандартные свечи». На самом деле взрыв происходит не точно на критической массе. Представьте себе: белый карлик и нормальная звезда. Вещество с нормальной звезды постепенно перетекает на белый карлик, у него растёт масса, она вырастает до критической и происходит взрыв. Тут всё более-менее должно быть стандартно. Но большая часть взрывов происходит по другой причине. У вас есть два белых карлика в системе, и они сливаются. Их масса может оказаться точно равна критической, но, скорее всего, она будет немного больше, а в некоторых случаях – почти в два раза. И поэтому взрывы разные. Но люди научились по характеру взрыва, по данным наблюдений рассчитывать светимость. Благодаря, в первую очередь, орбитальному телескопу имени Хаббла, удалось наблюдать сверхновые Ia на очень больших расстояниях. Это очень мощные взрывы, потому, что белый карлик при этом разрушаются целиком. Происходит глобальный термоядерный взрыв. Кстати, бóльшая часть железа, с которым мы имеем дело в повседневной жизни, родилась именно в результате взрыва в таких белых карликах. Так вот, наблюдая очень мощные взрывы на больших расстояниях, люди научились независимо определять расстояние до далёких галактик. С одной стороны, у нас есть красное смещение, и мы по космологической модели можем рассчитать это расстояние. А теперь мы его измеряем напрямую и сравниваем. И оказалось, что далёкие галактики находятся чуть-чуть дальше, чем им положено. То есть что-то в теории не так, нужно подкрутить какие-то параметры. И, когда попробовали это сделать, используя доступный космологический инструментарий, то оказалось, что надо добавить в уравнения тот самый лямбда-член, который ввёл Эйнштейн 100 лет назад, это нужно для того, чтобы Вселенную ещё немножко растянуть. И когда посчитали, сколько нужно вот этой необычной среды, оказалось что сейчас, в наше время, она доминирует. Результат был удивительным, сводится он сейчас к тому, что около 70% полной плотности нашей Вселенной связано именно с вот этой загадочной средой, которую назвали тёмная энергия. Энергия – потому, что её везде одинаково. Тёмное вещество можно «собрать в кучу», а тёмная энергия везде одинакова. И поскольку открытие было очень важное, его надо было перепроверить. Его довольно быстро перепроверили совершенно разными способами (не только по сверхновым), и поэтому спустя всего лишь несколько лет после публикации статьи, за открытие ускоренного расширения Вселенной была вручена Нобелевская премия. Строго говоря, мы не знаем, почему происходит это ускоренное расширение. Мы описываем, его вводя тёмную энергию. Мы не знаем, что это такое – то ли свойство вакуума, то ли какое-то новое физическое поле, люди над этим работают, ответа нет, это очень важный вопрос, очень интересная физическая загадка, и, скорее всего, не только астрофизическая, но и физическая. Но Вселенная, как минимум последние несколько миллиардов лет, действительно расширяется ускоренно, это очень надёжные данные. Это переписывает нашу картину мира, это меняет наше представление о будущем Вселенной.


Это – глава из стенгазеты, выпущенной благотворительным проектом «Коротко и ясно о самом интересном». Нажмите на миниатюру газеты ниже и читайте остальные статьи по интересующей вас тематике. Спасибо!

Материал выпуска любезно предоставил Сергей Борисович Попов – астрофизик, доктор физико-математических наук, профессор Российской академии наук, ведущий научный сотрудник Государственного астрономического института им. Штернберга Московского государственного университета, лауреат нескольких престижных премий в области науки и просвещения. Надеемся, что знакомство с выпуском будет полезно и школьникам, и родителям, и учителям – особенно сейчас, когда астрономия снова вошла в список обязательных школьных предметов (приказ №506 Минобрнауки от 7 июня 2017 года).

Все стенгазеты, изданные нашим благотворительным проектом «Коротко и ясно о самом интересном», ждут вас на сайте к-я.рф. Есть также группа вконтакте и ветка на сайте Питерских родителей Литтван, где мы обсуждаем выход новых газет. Любой желающий может бесплатно получать наши газеты в местах раздачи в Петербурге.

 




  • 0

Какие бывают открытия?

Tags : 

 Стенгазета «Главные астрономические открытия: рассказ астрофизика Сергея Попова о десяти важнейших астрономических открытиях со времён Галилея до наших дней» Архимед на пороге открытия основного закона гидростатики (Walther Hermann Ryff / Deutsche Fotothek, 1547 год).

Сегодня мы попробуем бросить взгляд на историю астрономических открытий. Нас будет интересовать не столько исторический аспект, сколько смысл, суть этих открытий. Астрономия – наука наблюдательная, и самое главное, что здесь происходит, это – открытия. Подчеркну, речь идёт не о теоретических результатах, а именно о наблюдательных открытиях. Попытаемся понять, какими бывают открытия, какими свойствами они должны обладать, чтобы войти в десятку действительно величайших в истории человечества.

Неожиданные. Самое главное, открытие – это, конечно, что-то неожиданное. Так бывает не всегда. Вот, например, два относительно свежих астрономических и физических открытия: бозон Хиггса и гравитационные волны. Это очень важные открытия, но их никак не назовёшь неожиданными. Для открытия бозона Хиггса специально создавался Большой адронный коллайдер, для открытия гравитационных волн – детектор LIGO (а до этого и другие детекторы). Мы будем говорить об открытиях, которые были действительно неожиданными, где элемент внезапности был очень важен.

Противоречат здравому смыслу. На возражения оппонентов, утверждающих, что теория относительности противоречит здравому смыслу, Эйнштейн отвечал: «Здравый смысл – это сумма предубеждений, приобретённых до восемнадцатилетнего возраста». У нас есть в голове какая-то, пусть плохо выраженная словами, картина мира. Мы что-то себе представляем на основе собственного опыта, который, естественно, ограничивается классическим миром. Мы непосредственно не видим квантовые процессы, не видим процессы, которые требуют привлечения Теории относительности, специальной или общей. Большие открытия должны противоречить «массовому» здравому смыслу. Ещё интересней, если они противоречат здравому смыслу профессионалов в своей области.

Понятные на словах. В прошлом все большие открытия были понятны на словах. В современном мире есть много очень важных результатов, о которых невозможно рассказать коротко, понятно и точно. Нужно очень много контекста. Собственно ради этого люди и учатся в школе и узнают что-то из фундаментальных наук – чтобы у них расширялся этот контекст, чтобы расширялся круг того, о чём можно было понятно рассказать на словах. Поскольку, чем больше правильных слов они знают, чем больше связи между этими словами они устанавливают у себя в голове, тем больше нового они могут усвоить с относительной лёгкостью.

Ставят не точку, а многоточие. Бывают важные результаты, которые можно назвать не открытием, а скорее закрытием. На основе какой-либо гипотезы развивалась модель, а новый экспериментальный, наблюдательный результат ставит крест на этой модели, не даёт науке развиваться дальше в этом направлении. Мы же будем говорить о таких важных открытиях, которые давали возможность для развития науки в новом направлении.

Меняют картину мира. Ну и, наконец, самое главное: большие открытия должны существенно менять картину мира. Условно говоря, нужно переписывать учебник. И для астрономии это особенно большая проблема. Учебники по астрономии (если пытаться включать них современную астрофизику) очень быстро устаревают. Скажем, экзопланеты (планеты у других звёзд) вообще начали открывать только в 90-е годы XX века. В этом смысле всё написанное до 90-х годов требует дополнения. Ускоренное расширение Вселенной открыли в самом конце XX века. Новые результаты появляются постоянно, и, поэтому, пытаться в учебнике передать современную астрофизическую картину мира – сложная задача. В некоторых областях даже научно-популярные книги писать тяжело. Как писать книгу, например, по экзопланетам, если в этой области постоянно происходит что-то новое? Только написал книгу, сдал в печать, а тут открыли систему из семи землеподобных планет у звезды TRAPPIST-1 или планету у Проксима Центавра (ближайшей к Солнцу звезды), и книга сразу становится неполна, нужно очень много чего менять и дописывать.


Это – глава из стенгазеты, выпущенной благотворительным проектом «Коротко и ясно о самом интересном». Нажмите на миниатюру газеты ниже и читайте остальные статьи по интересующей вас тематике. Спасибо!

Материал выпуска любезно предоставил Сергей Борисович Попов – астрофизик, доктор физико-математических наук, профессор Российской академии наук, ведущий научный сотрудник Государственного астрономического института им. Штернберга Московского государственного университета, лауреат нескольких престижных премий в области науки и просвещения. Надеемся, что знакомство с выпуском будет полезно и школьникам, и родителям, и учителям – особенно сейчас, когда астрономия снова вошла в список обязательных школьных предметов (приказ №506 Минобрнауки от 7 июня 2017 года).

Все стенгазеты, изданные нашим благотворительным проектом «Коротко и ясно о самом интересном», ждут вас на сайте к-я.рф. Есть также группа вконтакте и ветка на сайте Питерских родителей Литтван, где мы обсуждаем выход новых газет. Любой желающий может бесплатно получать наши газеты в местах раздачи в Петербурге.

 



Спасибо!

Теперь редакторы в курсе.

Cloudim - .