• РЕГИСТРАЦИЯ
Владимир Гавриков
18 февраля 02:17 1799 4 6.91

Scientific America (США): правильно ли мы измерили Вселенную?

Сразу после Большого взрыва космос звенел как колокол. Мы улавливаем его отголоски даже спустя 13,8 миллиарда лет. Это послезвучание измерили и смоделировали очень хорошо. Это называется постоянная Хаббла. Она легла в основу наших сегодняшних представлений о размере, возрасте и структуре космического пространства. Однако, говорится в статье, недавно появилось подозрение, что кто-то допустил ошибку!

Новые исследования самого старого света и звука в космосе указывают на то, что объяснить неразрешенную научную загадку могут не систематические ошибки, а новая физика.

18.02.2019

Кори Пауэлл (Corey S. Powell)

Вначале весь космос звенел как колокол.

Это было сразу после Большого взрыва, когда Вселенная заполнилась горячей плазмой, представляющей собой энергетический суп из частиц и излучения. Эта плазма была однородной, но не совсем. Плотность и давление в разных точках немного отличались, из-за чего материя перемещалась. А когда материя перемещается, возникают звуковые волны. Об этом рассказывает космолог Ллойд Нокс (Lloyd Knox) из Калифорнийского университета в Дэвисе.

Звон стоял повсюду, и был настолько интенсивным, что мы улавливаем его отголоски даже спустя 13,8 миллиарда лет. Его обнаружили непосредственно в реликтовом микроволновом излучении, представляющем собой космический фон в СВЧ-диапазоне, оставшийся после Большого взрыва и возникшего огненного шара. Этот звон тщательно проанализировали, пользуясь теми же самыми основами физики, которые применяются при изучении структуры Солнца. Изначальное послезвучание измерили и смоделировали настолько хорошо, что этими цифрами пользуются для вычисления точной скорости расширения Вселенной. Это называется постоянная Хаббла. Она легла в основу наших сегодняшних представлений о размере, возрасте и структуре космического пространства.

Но этот кажущийся триумф недавно вызвал недоумение и замешательство у Нокса и его коллег. Если преобладающие теории космологов о Вселенной верны, то все методы расчетов постоянной Хаббла в современную эпоху должны давать один и тот же ответ. Значение, получаемое от экстраполяции древних звуковых волн, должно точно совпадать со значением, получаемым из независимых исследований света далеких звезд и галактик. Но в действительности есть целая серия исследований, которые показывают, что между двумя этими значениями существует загадочная разница. И чем тщательнее ученые изучают этот вопрос, тем более заметным становится несоответствие.

Возможно, кто-то допустил ошибку. Но научных данных появляется все больше, и Нокс теперь придерживается другой гипотезы: что виноваты не его коллеги, а сама Вселенная. А коль так, то выяснение причин, по которым космос звенит не так, как должен, подводит космологов к ранее неизвестной физике, которая может обнаружить совершенно новую составляющую реальности. Нокс и его коллеги исследуют эту увлекательную возможность в новой работе, результаты которой должен опубликовать «Астрофизический журнал». «За последние два года, — говорит Нокс, — в моих мыслях произошла эволюция. Если раньше я думал, что они в чем-то ошиблись, то теперь я думаю: а может, они все сделали правильно, и никакой ошибки нет? Может, это ключ к разгадке, который я давно ищу!»

В погоне за звуковым горизонтом

В своем исследовании Нокс с коллегами сосредоточил внимание на звуковом горизонте. Это малопонятный, но очень важный аспект космологических исследований ранней Вселенной. После Большого взрыва звуковые волны, образовавшиеся от смешения света и материи, свободно перемещались по раскаленной, заполненной плазмой Вселенной. Спустя примерно 380 тысяч лет материя охладилась и образовала атомы, отделившись от света и ослабив звуковые волны. Внезапно звон прекратился, впечатав последнюю замершую структуру волн в излучаемый свет, который мы видим сегодня в космическом реликтовом излучении.

Звуковой горизонт определяет размер этих последних волн. «Насколько далеко распространятся звуковые возмущения к моменту исчезновения плазмы? Это расстояние и является звуковым горизонтом», — говорит Нокс.

Вы можете интуитивно почувствовать качества колокола по тому, как он звонит (маленький стеклянный колокольчик звучит совсем не так, как большой латунный колокол). Точно так же и ученые могут точно определить свойства Вселенной по ее звукам, записанным в микроволновом фоне. Поэтому они с уверенностью заявляют, что космос на 4,8% состоит из обычной материи, на 26% из невидимого вещества, известного как темная материя, и на 69% из загадочной темной энергии, как называют антигравитационную силу, растягивающую пустое пространство. Точно так же они могут с высокой степенью точности вычислить скорость расширения Вселенной.

В 2015 году большой научный коллектив во главе с Джорджем Эфстатиу (George Efstathiou) из Кембриджского университета проанализировал микроволновые измерения астрономического спутника Планка Европейского космического агентства и обнаружил важнейшие статистические данные о нашей Вселенной. Результаты анализа показали, что Вселенная расширяется со скоростью 67,8 километров в секунду на мегапарсек (это единица измерения расстояний, равная 3,26 миллиона световых лет). Космологи обычно отбрасывают эти мудреные окончания и просто говорят, что постоянная Хаббла находится между 67 и 68.

Соперничающие между собой группы астрономов изучают расширение Вселенной разными способами, отыскивая переменные звезды или взрывы сверхновых известной удаленности, а затем непосредственно измеряя, насколько быстро они от нас удаляются. Такой метод «шкалы расстояния» сложнее, чем может показаться. Определение расстояний во многие миллионы световых лет это очень коварная задача, требующая немалого времени и чреватая самыми разнообразными систематическими ошибками. Если вы неверно определите местоположение звезды, все ваши расчеты пойдут насмарку.

«Каждый раз, когда мы повышаем точность, приходится выходить на новый уровень систематизации. Это не дает мне спать по ночам», — говорит Венди Фридман (Wendy Freedman) из Чикагского университета, занимающаяся проблемой постоянной Хаббла уже более 30 лет. Но ее группа настойчиво устраняет погрешности и факторы неопределенности, пользуясь данными последних наблюдений за переменными звездами, и недавно дала свой собственный очень точный ответ на вопрос о значении постоянной Хаббла: 73,2. В этом-то и заключается противоречие. «Это большой прогресс, что две цифры отличаются менее чем на 10%», — говорит она. Но приблизительной схожести уже недостаточно. «Планки погрешностей определенно не совпадают, и нет ничего очевидного, что могло бы вызвать эту разницу», — отмечает Фридман. Чтобы вычислить неочевидные проблемы, она разрабатывает новую методику измерения расстояний с использованием в качестве точек привязки гигантских красных звезд. В то же время она проводит эксперимент двойным слепым методом, заново анализируя все полученные ею данные на предмет ошибок и погрешностей.

Космологи с обеих сторон также обращаются за консультациями к посторонним коллективам ученых. Но пока эти независимые арбитры вносят еще больше неясностей и путаницы. Калифорнийский университет в Лос-Анджелесе провел исследование по вопросу о том, как удаленные галактики искривляют свет, и выдал результат постоянной Хаббла 72,5, что очень близко к результату вычислений методом «шкалы расстояния». Не менее убедительное исследование было проведено по вопросу о том, как изначальные звуковые волны влияют на распределение галактик в современной Вселенной. Оно дало значение постоянной (да, вы догадались верно) 67. Расчеты постоянной Хаббла, привязанные к звуковому горизонту, неизменно дают меньшее значение, чем вычисления, основанные на наблюдениях за звездами и галактиками. Причин этого не знает никто.

Сложный темный космос?

Есть один способ доказать, что все эти измерения верны, и заключается он в том, что что-то не так с толкованиями измерений, которые предлагают ученые. Нокс отмечает: все, что мы знаем о происхождении звукового горизонта, основано на теоретической модели поведения Вселенной в течение невидимых начальных 380 тысяч лет. Если эта модель неверна, и размер звукового горизонта отличается от спрогнозированного, поправка изменит все вычисления и цифры, полученные на ее основе, в том числе, постоянную Хаббла. «Если есть космологическое решение, оно должно дать меньшее значение звукового горизонта», — говорит Нокс. Если уменьшить его всего на семь процентов, то все результаты исследований сойдутся. Но проблема в том, что совершенно непонятны основания для такого уменьшения — почему должно быть так. А во всем остальном эта модель и наблюдения прекрасно согласуются между собой.

«Трудно представить себе ответ, который все бы идеально объяснил. Это должно быть нечто сложное, так как все простое мы уже опробовали», — говорит ученый из Центра космологической физики в Беркли и один из соавторов Нокса Мариус Милли (Marius Millea). Он отмечает, что гораздо проще отбрасывать в сторону то, что не работает. Не найденный тип нейтрино? Нет. Новый вид реакции между фотонами? Сомнительно. Все это не совпадает с имеющимися данными.

По мнению Нокса, самое убедительное объяснение состоит в том, что ранняя Вселенная расширялась немного быстрее, чем ожидалось. А если так, то и остывала она быстрее, а следовательно, звуковой горизонт должен был замереть немного раньше. В таком случае звуковой горизонт должен быть меньше того значения, которое теоретики применили в своих моделях и — задачка решена! Вернее, надо искать новое решение, ибо теперь необходимо как-то объяснить, что заставило ранний космос двигаться быстрее.

У Нокса есть свои сомнения на сей счет. «Возможно, это приведет нас к новому ингредиенту в „темном секторе"», — говорит он, имея в виду невидимые компоненты Вселенной, которые никоим образом не взаимодействуют с излучением. Ученые уже ссылаются на темную материю, когда пытаются объяснить ускоренное расширение Вселенной галактическими перемещениями и темной энергией. Разные значения постоянной Хаббла могут стать первым признаком существования третьего темного компонента, утверждает Нокс. Он называет его «темным турбо», отмечая, что этот компонент мог добавить энергии ранней Вселенной, а это ускорило ее расширение и изменило высоту звука. А еще возможно, что у темной энергии не одна форма, или она меняется более сложными способами. Недавно было проведено исследование 1 598 удаленных квазаров с использованием рентгеновской обсерватории НАСА «Чандра». Оно дало пусть предварительные, но весьма интригующие доказательства второй интерпретации.

Использование чего-то нового и невидимого для объяснения путаных результатов может показаться обманом, однако Нокс смотрит на это иначе. Конфликт с постоянной Хаббла выводит на свет ту грань Вселенной, которую до сих пор не удавалось обнаружить. И он не видит ничего странного в существовании многочисленных видов темных элементов. Нокс отмечает, что видимая часть Вселенной содержит много разных типов частиц и сил, и задает вопрос: а может, темная сторона Вселенной такая же сложная?

В любом случае, это не философские дебаты, а вполне конкретный научный вопрос. Новые наблюдения за ранней Вселенной, проведенные в Антарктиде с помощью телескопа на Южном полюсе, и в Чили с помощью космологического телескопа в Атакаме, помогут больше узнать о звуковом горизонте. Нокс также участвует в проекте следующего поколения CMB-S4, который предусматривает составление карты поляризации микроволнового неба с величайшей точностью. Кроме того, Фридман близка к завершению своего всестороннего повторного анализа данных. Исследование гравитационных волн даст совершенно независимый способ оценить истинное значение постоянной Хаббла.

Уже скоро полученные данные покажут, гнались ли ученые за ошибками, или они продвигались в неразведанный сектор космоса. «Будет намного интереснее, если окажется, что существует новая фундаментальная физика. «Но не нам решать, так оно будет или иначе, — говорит Фридман. — Вселенной безразлично, что мы думаем о ней».

Материалы ИноСМИ содержат оценки исключительно зарубежных СМИ и не отражают позицию редакции ИноСМИ.

https://inosmi.ru/social/20...

Делай, что должно, и будь, что будет.

Ваш комментарий сохранен и будет опубликован сразу после вашей авторизации.

0 новых комментариев

    Загрузка...
    Дима Орлов Вчера 01:26

    Образование солнечной системы

     Присмотритесь к планетам, вращающимся вокруг нашего Солнца. Планеты рождаются из облаков газа и пыли, которые вращаются вокруг новых звезд. Миллиарды лет назад обстоятельства были как раз подходящими для формирования Земли и других планет в нашей Солнечной системе.Солнечная система, в которой мы живем, состоит из звезды среднего размера (Солнца) с восемью планет...
    -->
    259
    Vladimir Kouprin Вчера 08:30

    В центре Млечного Пути обнаружилась пара энергетических «трубопроводов».

    Ядро нашей Галактики может терять вещество и энергию через пару «трубопроводов» — структур, уходящих в огромные пузыри Ферми, которые раздуваются по ее сторонам.Как и у других крупных галактик, в центре Млечного Пути расположена сверхмассивная черная дыра. Набирая порядка 4,3 миллиона масс Солнца, она притягивает большие количества материи, которая образует плотные об...
    -->
    708

    Подборка - февраль 2019. Самые интересные астрономические новости месяца

    #8 Астероид Ultima Thule оказался удивительно «плоским»Новые снимки, переданные космическим аппаратом NASA «New Horizons», позволили астрономам уточнить размер и форму самого отдаленного от Земли объекта, из когда-либо посещаемых зондами, и показали, что на самом деле он состоит не из двух слипшихся сфер, а из двух соединенных «блинов». Читать подробности >> ...
    -->
    1459
    Vladimir Kouprin 6 марта 09:05

    Как сталкиваются галактики.

    Несмотря на энергичное название, это очень долгий процесс. Он продолжается сотни миллионов лет и, уже по этой причине, шансов увидеть его от начала до конца нет ни у кого из нас. Это не значит, что этот процесс нельзя реконструировать, взяв за основу для моделирования различные его стадии, видимые в небе сейчас. Скачать видео Именно это и сделали автор...
    -->
    777

    На cont.ws/dosifeja/

    больше информации по Марсу ты не найдёшь - слишком много желающих чужими руками жар загребать. ...
    -->
    698
    Славик Яблочный 11 февраля 18:47

    "Арион или Орион"? В космосе обнаружена группа огромных НЛО рядом с туманностью Ориона

    3 февраля 2019 года астроном-любитель с помощью телескопа Skywhatcher 8 ”с камерой ZWO-AS1174MM-USB3 зафиксировал появление трех сигарообразных НЛО, путешествующих в космосе рядом с туманностью Ориона. На кадрах изображена туманность Ориона и окружающее пространство, когда неожиданно из ниоткуда появляется большой белый сигарообразный ...
    -->
    1257
    Vladimir Kouprin 7 февраля 15:21

    Млечный Путь оказался изогнутым.

    Наша галактика представляет собой не плоский, а изогнутый диск. В профиль он несколько напоминает букву S.Такие выводы сделаны в исследовании, опубликованном учёными из Китая в журнале Nature Astronomy.Сама по себе эта идея не нова. Ещё в 2006 году радиоастрономы высказывали её, опираясь на наблюдения межзвёздного водорода. Однако многие эксперты подвергли этот резуль...
    -->
    832

    Подборка - январь 2019. Самые интересные астрономические новости месяца

    #8Джет сверхмассивной черной дыры в центре Млечного Пути может указывать точно на ЗемлюВключение массива ALMA в глобальную сеть радиотелескопов, расположенных на разных континентах, позволило астрономам впервые заглянуть за завесу туманного облака горячего газа, скрывающего сверхмассивную черную дыру в центре Млечного Пути. Полученные данные показали, что джет гравита...
    -->
    1338
    antoniy 31 января 22:49

    Открытие уравнений гравитации. Загадки.

    Часть 1.     Данную тему следовало создать в 2015 как раз в столетие открытий уравнений гравитации. Но на тот момент у меня не было стройной картины этой запутанной и местами детективной истории. Нет её и сейчас. Тем не менее попытаюсь исторически воспроизвести цепочку событий и возможно кое-какие моменты проявятся более явс...
    -->
    2234
    Vladimir Kouprin 20 января 09:58

    В центре Галактики нашли загадочную "блуждающую" черную дыру.

    Ученые обнаружили в ядре Млечного Пути загадочный невидимый объект, блуждающий по межзвездной среде. "Фотографии" этой черной дыры, чья масса выше солнечной примерно в 32 тысячи раз, были опубликованы в электронной библиотеке arXiv.org. "Когда я впервые увидел данные, которые получал телескоп ALMA, я очень обрадовался. Облака газа двигались в этом уголке космоса не бе...
    -->
    1499
    Serjio Наука и Жизнь
    13 января 17:41

    Астрономы впервые увидели “последний вздох” умирающей звезды

    Орбитальная обсерватория NuSTAR впервые получила фотографии престарелого светила в последние мгновения его жизни перед превращением в черную дыру или нейтронную звезду. Эти снимки и возможные объяснения их природы были опубликованы учеными в Astrophysical Journal.“В рентгене эта вспышка была похожа на обычную черную дыру или нейтронную звезду, поглощающ...
    -->
    1808
    Serjio Наука и Жизнь
    13 января 17:38

    Найден самый яркий объект во Вселенной

    С помощью современных телескопов и обсерваторий астрономы обнаружили в глубоком космосе квазар, сияющий с яркостью 600 000 000 000 000 Солнц!Квазары — это ядра молодых галактик, известные как одни из самых ярких объектов во Вселенной. Однако и среди них находятся рекордсмены: используя самые современные наземные и космические телескопы, астрономы обнару...
    -->
    1454
    Ardjyna 10 января 20:47

    Элизабет Таскер: Наша планета — отклонение от нормы

    В новой книге «Фабрика планет», которая вышла в издательстве «Альпина нон-фикшн», австралийская исследовательница Элизабет Таскер рассказывает, какие еще есть планеты, помимо нашей. «Сноб» публикует главу, в которой объясняется, чем Земля отличается от других планет. Когда двадцать лет назад позиции теорий образования планет пошатнулись в результате откр...
    -->
    4041

    Легенда о Звёздной пастушке / Анонс / Корабелов-Брат Лис-Полина Фернандес / Красоты Космоса / Pакеты без русских не летают!

    Легенда о Звёздной пастушке / Анонс / Корабелов-Брат Лис-Полина Фернандес / Красоты Космоса Эпиграф : Мои стада, они бредут туда,Туда, где встречу я тебя, судьба!Лишь ты судьба, избранник мой!Верни молю мне мой покой ... Звёздная пастушка Тара и её звёздный пёс Нэш взошли в шестое измерение, третьего уровня, пригнав стада овец на луга.Тара ...
    -->
    2362
    antoniy 3 декабря 2018 г. 15:58

    Чёрные Дыры и реальность

         Сегодня очень часто в научно-популярных статьях в интернет изданиях можно встретить новости про Черные Дыры, про то, что сверхмассивные объекты, которые зарегистрированы в центральной области многочисленных галактик, с высокой вероятностью и есть эти самые Черные Дыры (ЧД). Также получили распространение фантазии о падении в Черную Дыру и прол...
    -->
    3615
    mdugelnyj 27 ноября 2018 г. 09:07

    Пенс поздравил NASA с успешной посадкой аппарата Mars InSight на Марс

    Вице-президент США Майкл Пенс поздравил NASA и американские компании Lockheed Martin и Ula Launch с успешной посадкой модуля Mars InSight на Марс, назвав это «невероятным достижением».Об этом Пенс написал в своём Twitter.«Поздравляю NASA, Lockheed Martin, Ula Launch и всех, кто сделал сегодняшнюю посадку InSight возможной! Это стало восьмым разом, когда США сели на Ма...
    -->
    3386
    Владимир Гавриков 15 ноября 2018 г. 16:16

    Открыта суперземля всего в шести световых годах от Земли

    Астрономы открыли экзопланету класса суперземель, располагающуюся всего в шести световых годах от нашей планеты. Экзопланета класса суперземель, вращающаяся вокруг звезды Барнарда (ближайшей к Солнцу одиночной звезды, самой быстродвижущейся звезды на ночном небе) и находящаяся в шести световых годах от нас, получила название Barnard’s Star b (звезда Барн...
    -->
    4278

    Расстояние до Солнца / Мифы и Реальность. Как измеряют расстояние на самом деле?

    Популяризатор астрономии Андрей Endgvard Кузнецов разбирает аргументацию людей, не знакомых с научными данными. Материал группы Научный скептицизм — против псевдонаукиНа самых разных интернет-ресурсах не прекращается активность сторонников "теории" Плоской земли. В частности, пропаганду этой мракобесной теории ведёт известный "русский мусульманин"...
    -->
    5926
    Служба поддержи

    Яндекс.Метрика