Наша всесвіт розширюється з самого моменту свого народження близько 14 мільярдів років тому. І хоча може здатися, що з часом цей процес повинен сповільниться, цього не відбувається. Всесвіт, всупереч нашим очікуванням, розширюється з усе зростаючою швидкістю. Завдяки провідній в космології теорії великого вибуху ми знаємо, чому інші галактики віддаляються від нас у міру того, як простір продовжує розширюватися. Це явище пояснює слабке світіння, яке спостерігається скрізь у всесвіті (світіння – це залишкове тепло від народження всесвіту, яке тепер охололо всього на кілька градусів вище абсолютного нуля). Словом, це дивно потужне і елегантне пояснення того, як виникла спостережувана всесвіт. Але чому вона розширюється все швидше і швидше? концепція великого вибуху, на жаль, не вказує на те, чи продовжить всесвіт розширюватися і охолоджуватися або ж вона в кінцевому підсумку скоротиться до іншої надгірячої сингулярності, тим самим, можливо, перезапустивши весь цикл. Остаточна ж доля всесвіту, ймовірно, залежить від властивостей двох таємничих явищ – темної матерії і темної енергії. Подальше вивчення того й іншого може показати, як загине всесвіт.
Теорія великого вибуху говорить, що всесвіт виникла з однієї неймовірно гарячої і щільної точки під назвою сингулярність більше 13 мільярдів років тому. Це сталося не в уже існуючому просторі. Скоріше, це ініціювало розширення — і охолодження-самого простору.
Як виникла всесвіт?
Отже, теорія великого вибуху пояснює створення найлегших елементів у всесвіті — водню, гелію і літію — з яких «народилися» все більш важкі елементи в зірках і наднових. Продовження великого вибуху або космічна інфляція пояснює, чому всесвіт настільки однорідна (рівномірно складена) і як галактики розподілені в просторі.
Цікаво, що багато особливостей сучасного всесвіту мають сенс, тільки якщо простір дуже рано піддалося надшвидкому розширенню. Теорія інфляції говорить, що всесвіт різко розширилася за крихітну частку секунди після великого вибуху, рухома фантастичними кількостями енергії, що міститься в самому просторі. Після цього періоду всесвіт продовжував розширюватися і охолоджуватися, але набагато повільнішими темпами.
У більшості моделей інфляції коливання в надзвичайно малих масштабах роздуваються, перетворюючись на макроскопічні відмінності. Ці відмінності неймовірно крихітні і щоб описати з їх допомогою реальність, буде потрібно нова теорія фізики.
Виходить, інфляція розтягнула простір так швидко, що воно стало надзвичайно однорідним. Але простір неоднорідний: невеликі коливання щільності матерії, присутні в ранньому всесвіті, значно посилилися під час інфляції. Ці коливання щільності в кінцевому підсумку створили великомасштабну структуру всесвіту.
Детальніше про те, що являє собою ця дивовижна структура, я розповідала в цій статті, рекомендую до прочитання!
Великий вибух і темна матерія
Незважаючи на те, що теорія великого вибуху є загальноприйнятою серед більшості дослідників, вона не вказує на те, чи продовжуватиме всесвіт розширюватися і охолоджуватися або ж вона в кінцевому підсумку скоротиться до надгірячої сингулярності, можливо, перезапустивши весь цикл. Остаточна доля всесвіту, ймовірно, залежить від властивостей двох таємничих явищ-темної матерії і темної енергія. Саме подальше вивчення того й іншого може показати, яким буде кінець всесвіту.
Проблема полягає в тому, що вся знайома матерія — земля, інша частина сонячної системи, зірки, галактики і міжзоряний газ — становить лише близько однієї шостої маси всесвіту. Але вчені можуть бачити вплив решти маси всесвіту-її-то вони і називають темною матерією .
Присутність цієї таємничої субстанції в галактиках змушує їх обертатися швидше, ніж якби там була тільки звичайна матерія. Високі концентрації темної матерії помітно викривляють світло, що йде здалеку. Однак його природа залишається загадкою.
Раніше дослідники склали найдетальнішу карту розподілу темної матерії у всесвіті на сьогоднішній день.
Нагадаємо, що темна матерія, ймовірно, складається з елементарних частинок, створених в результаті великого вибуху, але ще не виявлених на землі. Однією з причин, чому фізики хочуть побудувати більш потужні прискорювачі частинок, є пошук темної матерії. Але ще більш таємничою, ніж темна матерія, є сила, яка, як вважається, відповідальна за розширення всесвіту.
Темна енергія
Спостереження далеких наднових зірок показують, що простір пронизаний енергією – тією самою темною енергією, яка розсовує об’єкти, подібно до того, як два позитивних електричних заряду відштовхуються один від одного. Ця таємнича субстанція, на частку якої припадає більше 70% енергетичного вмісту всесвіту , може бути пов’язана з тією енергією, що породила інфляцію.
І все ж сьогодні вченим практично нічого не відомо про те, що таке темна енергія і як вона впливає на матерію. Деякі фізики вважають, що пояснення цього феномена може зажадати абсолютно нових уявлень про простір і час.
Коли астрономи дивляться в телескоп, вони дивляться назад у часі. Вони бачать галактику андромеди, найближчу до нас велику галактику, не такою, яка вона сьогодні, а такою, якою вона була більше 2 мільйонів років тому, тому що саме стільки часу знадобилося світлу галактики, щоб пройти через космос до землі.
Галактика андромеди-найближча галактика місцевої групи
Інші галактики знаходяться набагато далі в просторі і часі. Космічний телескоп hubble здатний бачити галактики, яким більше 13 мільярдів років і які утворилися незабаром після великого вибуху. Були також проведені спостереження реліктового випромінювання 8 –&>- слабкого світіння, що залишився після великого вибуху, яке допомагає вченим отримати уявлення про те, якою була рання всесвіт, особливо до утворення перших зірок.
Склад всесвіту та інші питання
Більшість дослідників вважають, що склад всесвіту напрочуд складно визначити, адже крім темної енергії, простір також заповнено темною матерією. (звичайна видима матерія становить лише 5% всесвіту, тоді як темна матерія та темна енергія складають 26% та 69% відповідно). Іншими словами, астрономи насправді не розуміють, з чого складається близько 95% всесвіту.
Все тому, що зрозуміти і виміряти темну матерію і темну енергію більше ніж складно. Уявіть, що ви бродите по темній кімнаті і час від часу торкаєтеся до слона, якого ніколи не бачили і відчайдушно намагаєтеся зрозуміти що це таке і як він виглядає. Виходячи з цієї аналогії, темна кімната розміром зі всесвіт, і замість того, щоб торкатися до слона, астрономи можуть бачити тільки його вплив на інші об’єкти.
Матерія у всесвіті розподілена не рівномірно
Ми бачимо, що темна матерія гравітаційно взаємодіє з видимою матерією і підозрюємо, що вона складається з однієї або декількох невідомих частинок. Темна енергія може бути п’ятою фундаментальною силою всесвіту. (відомі чотири: слабка взаємодія, сильна взаємодія, гравітація і електромагнетизм.)
Але точні властивості темної енергії і темної матерії залишаються загадкою, тим більше що темна енергія, схоже, не більше ніж випадковість. Деякі фізики, як пише портал astronomy.com, вважають, що темна енергія є причиною прискореного розширення всесвіту і сталося близько 5-6 мільярдів років тому, з тих будучи домінуючою силою.
Найпростіше пояснення темної енергії полягає в тому, що це – внутрішня енергія самого простору . Альберт ейнштейн спочатку ввів таку концепцію, щоб врахувати плоску всесвіт, коли викладав теорію відносності (ото). Так звана космологічна постійна ейнштейна – це сила відштовхування, яка протидіє силі тяжіння гравітації, щоб всесвіт не стискалася і не розширювалася.
Сьогодні ніхто не знає, чи буде всесвіт розширюватися вічно або цей процес коли-небудь закінчиться
Але, врешті-решт, ейнштейн відмовився від своєї концепції після того, як едвін хаббл спостерігав розширення всесвіту. Нобелівська премія з наднових в 1990-х роках відродила космологічну постійну і в кінцевому підсумку пов’язала її з темною енергією. І хоча астрономи не можуть бачити темну матерію безпосередньо, вони можуть визначити її місце розташування за спостереженнями. Розподіл темної матерії (пурпурного кольору) вНадскопленіі abell 901/902 показано на цій фотографії шляхом об’єднання зображення надскопленія у видимому світлі і карти області темної матерії.
У висновку
І все ж, для остаточного вирішення цієї загадки вченим буде потрібно щось більше, ніж просто вимірювання. Кращі фізики-теоретики світу намагалися розробити єдину фізичну теорію, яка повністю пояснює всі аспекти всесвіту. Але до цих пір гравітація і квантова фізика не знайшли точок дотику, незважаючи на те, що теоретики вважають, що їх об’єднання необхідно для будь-якої теорії, здатної пояснити темну енергію. Дослідники також відзначають, що якщо внесок темної енергії буде рости в міру старіння всесвіту, то з часом всесвіт буде розширюватися все швидше.
Інші галактики за межами нашої локальної групи — які зіллються в єдину гігантську галактику на прізвисько мілкомеда — в кінцевому підсумку будуть віднесені на такі великі відстані, що будь-які мешканці нашої сонячної системи в далекому майбутньому не зможуть їх побачити.
Місцева група галактик, в якій знаходимося ми і наша сусідка галактика андромеди
В даний час астрономи планують створення нових космічних і наземних телескопів, а також більш дрібномасштабне обладнання та проведення досліджень. За допомогою новітніх інструментів вони планують подальше вивчення фундаментальних загадок всесвіту. Такою величезною і безперервно розширюється.
