Материалы портала «Научная Россия»

0 комментариев 757

Мультигалактика, темная энергия и быстрое расширение Вселенной

Мультигалактика, темная энергия и быстрое расширение Вселенной
С 9 октября 2020 года в Москве проходит Всероссийский фестиваль науки NAUKA 0+, ведущей темой которого названа физика будущего. Программа мероприятий фестиваля включает в себя ряд лекций выдающихся ученых в области этой науки.

В рамках всероссийского фестиваля науки NAUKA 0+ профессор Стивен Вайнберг - лауреат Нобелевской премии по физике в 1979 году «за вклад в объединённую теорию слабых и электромагнитных взаимодействий между элементарными частицами, в том числе предсказание слабых нейтральных токов» и член Национальной академии наук США. 10 октября ученый прочитал лекцию «Микромир и макрокосмос» в онлайн формате. 

Истоки изучения микро- и макромира

Основная проблематика, выделенная в лекции - взаимосвязь микро- и макрокосмоса. Сам Вайнберг отметил, что тема его выступления достаточно широкая и узкая одновременно. 

В начале лекции докладчик остановился на том, что ученые, которые ранее смотрели на природу в самом небольшом масштабе, сейчас пытаются понять Вселенную в самом большом масштабе, который им доступен. «С самого зарождения науки диапазон этих расстояний, с которыми люди знакомились с природой, был очень ограничен. Мы не заглядывали ближе расстояния в 1 мм, мы никогда не заглядывали дальше стен собственного дома, не уходили от дома больше, чем на сто километров», - отмечает Вайнберг. 

Масштаб этого расстояния начинает увеличиваться с развитием науки. Корни зарождения азов современной науки уносят нас примерно в трехсотый век до нашей эры, а именно в Александрию. Там ученые начали изучать размер Земли по тени, которая отбрасывала палка, воткнутая в землю. Тогда ученым во время солнцестояния удалось рассчитать и расстояние от Александрии до Северного тропика, и расстояние от Александрии до оси, и расстояние, которое должен проделать человек по периметру земли. Это расстояние составило в 47,9 раз больше от Александрии до экватора. В те времена математические формулы не уступали нынешним, но что касается расчетов, они были ужасны. Однако, в течение многих столетий никто так и не смог справиться с этой задачей лучше. 

Только Аристотель следующим провел научную работу и рассчитал расстояние от Солнца до Земли. Оно получилось в 154 раза больше, чем диаметр Земли. Конечно, сейчас, спустя столько лет и проведения новых исследований, известно, что этот показательно на самом деле значительно больше. Примерно в 12 000 раз расстояние больше чем диаметра Земли.

Следующим шагом в истории стало изучение расстояния от Земли до ближайшей звезды. Это можно сделать, наблюдая за таким явлением как параллакс - смещение положения одной звезды по отношению к другой звезде. Нужно наблюдать за небосводом с разных сторон Земли с диапазоном в полгода. Впервые такое наблюдение произошло в 1839 году, под наблюдением была одна звезда в определенном созвездии. Тогда рассчитанный показатель составил 10 световых лет. В 19 веке начинала создаваться карта звездного неба. 

В 1923 году Эдвин Хаббл обнаружил переменно светящиеся звезды в галактике Андромеды. Важно отметить, что Хаббл выяснил, что облако с туманностью Андромеды - самостоятельная галактика. Тогда масштаб Вселенной расширился, стало ясно, что подобные галактики находятся во всех направлениях и на разных расстояниях. 

С этого момента ученые не заглядывали дальше, чем на 10 миллиардов световых лет, хотя Вселенная простирается гораздо дальше, чем это расстояние. «Многие физики считают, вселенная бесконечна с точки зрения расстояний и размеров и прогресс в понимании расстояний произошел на микроуровне, и он был менее значительным. В этом веке прогресс наметился довольно быстрым. Процесс изучения микрокосмоса намного стремительнее, чем процесс изучения макрокосмоса», - сказал Вайнберг. 

Проблема параболы 

Изучение энергии пустого пространства, по-другому темной энергии, или энергии вакуума - основной тезис проблемы параболы. Кажется, что в пустом пространстве не может быть никакой энергии, хотя принцип неопределенности, пришедший из квантовой механики говорит об обратном. При этом законы физики говорят, что невозможно, чтобы поле в конкретный момент имело значение и, одновременно, изменение этого значения. На этом этапе ученые приходят к выводу, что невозможно сказать, что электромагнитное поле ведет себя так, как думали раньше, потому что оно все время показывает разное значение. В зависимости от скорости изменения значения меняется и энергия в этом поле. 

Однако не столько важно самое значение, сколько разница между значениями. Например, сравнение количества калорий (энергии) в чашке сахара и в чашке с водой. Такие разницы важны для всех физических систем. Возникает вопрос: плотность энергии пустого пространства не имеет значения, потому что пустое пространство нельзя разрушить, оно одно и то же. Но есть один момент: в мире, который реагирует на энергию, это как раз гравитация. Со времен Эйнштейна известно, что гравитация - это не только масса, но все формы энергии. Энергия пустого пространства как раз и вызывает постоянное расширение Вселенной, соответственно, эта энергия настолько положительная, что Вселенная расширяется постоянно с ускорением. С течением времени Вселенная расширяется все более стремительно, что говорит о том, что энергия пустого пространства колоссальна. 

Здесь объединяются два подхода: изучение микрокосмоса и макрокосмоса. «Глядя за расширением вселенной, мы не можем точно рассчитать энергию пустого пространства. Этот верхний предел гораздо меньше, нежели чем плотность энергии, когда мы рассчитали, когда низводили природу до микрокосмоса. Теперь мы приходим к смешиванию интересов физиков, которые изучают макрокосмос и микромир. Интересно, как эти два подхода объединяются», - объяснил Вайнберг. 

Мультигалактика 

До 1998 года астрономы были убеждены, что расширение вселенной замедляется. Именно в тот год ученые выяснили, что стремительное ускорение расширения Вселенной можно объяснить тем, что над энергией Вселенной доминирует темная энергия. 

Такое исследование принесло результаты только тогда, когда к изучению проблематики были применены методы для познания микромира. Однако, на пути к разгадке возникла проблема: как объединить физические гипотезы самых небольших расстояний и крупных расстояний (величины темной энергии). В то же время были выделены две причины, почему  вакуумная энергия не обнуляется: 

  1. по какой-то причине со временем она ветшает и разрушается, что связано с возрастом Вселенной; 
  2. мультиверсальность. 

Гипотеза мультиверсальности заключается в предположении, что Вселенная, которую мы видим, это всего лишь малая часть более крупной невидимой Вселенной. Такую Вселенную называют мультигалактика. Остается непонятным, с какой скоростью вселенная расширяется, есть ли время у звезд для того, чтобы новые галактики сформировать, или нет. Этот аспект напрямую связан с космологической постоянной Эйнштейна и темной энергией. Используя такую гипотезу, ученые не смогут получить однозначно достоверных данных. Умы исследователей сейчас занимает вопрос о том, как расширить измерения на очень большие расстояния и определить, сохраняет ли темная энергия свои значения или эта энергия снижается, потому что наша Вселенная ветшает и стареет.

Посмотреть полную запись лекции: 

 

"нобелевский лекторий" фестиваля nauka 0плюс галактика лекция макрокосмос микромир стивен вайнберг фестиваль науки

Назад

Социальные сети

Комментарии

Авторизуйтесь, чтобы оставить комментарий

Информация предоставлена Информационным агентством "Научная Россия". Свидетельство о регистрации СМИ: ИА № ФС77-62580, выдано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций 31 июля 2015 года.