Розбігання галактик і Великий Вибух

Важливе значення закону Хаббла полягає в тому, що він дає простий спосіб вимірювання відстаней до галактик, оскільки червоний зсув в їх спектрах пропорційно відстані до галактики. Проте головне значення цього закону полягає в іншому. Розбігання галактик говорить про зменшення середньої щільності речовини у Всесвіті з плином часу. А оскільки галактики згідно космологічному принципу заповнюють собою весь простір, це означає, що Всесвіт як ціле розширюється.

Уявімо собі, що ми зняли процес розбігання галактик на кіноплівку. Подумки (а як ще ?!) прокрутимо цей космічний фільм у зворотному напрямку. Ми побачимо, що галактики поступово наближаються один до одного і, нарешті, коли-гібудь настане момент, коли відстань між якими елементами матерії у Всесвіті дорівнює нулю. Цей момент носить назву Великого Вибуху. З нього почалося існування Всесвіту. Ясно, що в момент Великого Вибуху щільність матерії була дуже велика. Формально, навіть нескінченно велика, але необхідно додати, що існуючі фізичні теорії не можуть бути продовжені за межі щільності, вище ніж 1093 г / см3 (Планка щільність). Стан речовини на початку розширення називається сингулярністю (від латинського слова singular – особливий).

Неважко оцінити, скільки часу пройшло з моменту Великого Вибуху. Уявімо собі, що галактика рухається з постійною швидкістю v і в даний час вона розташована на відстані r від нас. Тоді її рух тривало протягом часу tH = r / v. Але за законом Хаббла v = Hr, тобто
tH = H-1
(2.4)

(Цей час носить назву Хаббловском). Оскільки величина H однакова для всіх галактик, ми приходимо до висновку, що всі галактики почали свій рух одночасно (зауважимо, що, якби швидкість віддалення галактик була пропорційною відстані, то поняття Великого Вибуху було б непридатним, оскільки різні галактики почали б рух у різний час). Отже, якщо швидкість руху галактик незмінна, то Хаббловском час являє собою вік Всесвіту. Наприклад, якщо постійна Хаббла H = 65 км / (с · Мпк), то Хаббловском час tH≈15 млрд. Років.

Втім, ця оцінка є досить грубою. Справа в тому, що ми припустили, що швидкість галактик завжди була незмінна, насправді ж вона могла змінюватися. Наприклад, якщо швидкість галактики з часом зменшується, то в минулому вона була більше і реальний вік Всесвіту повинен бути менше Хаббловском часу.

Цікаво порівняти з цією оцінкою інший важливий проміжок часу – вік найстаріших зірок, який можна оцінити за допомогою теорії зоряної еволюції (такими є зірки, які населяють так звані кульові зоряні скупчення, рис. 2.5.1).

Рис. 2.5.1. Найближче до нас кульове зоряне скупчення М13 в сузір’ї Геркулеса. За сприятливих погодних умов його можна побачити навіть неозброєним оком. Посилання на джерело.

Існуючі оцінки говорять про те, що вік найстаріших скупчень становить 14 млрд. Років з можливою помилкою 3 млрд. Років в ту або іншу сторону. Як бачимо, це по порядку величини збігається з Хаббловском часом, що є сильним аргументом на користь теорії Великого Вибуху, оскільки якби ця теорія була не вірна, вік найстаріших зірок і Хаббловском час могли б відрізнятися на скільки завгодно порядків величин. Деякі труднощі виникають у тому випадку, якщо вік найстаріших зірок перевершує Хаббловском час (адже не може ж Всесвіт бути молодше зірок, що входять до її складу). Дозвіл цього можливого протиріччя – введення так званої космологічної постійної (докладніше див. В §4.5). Втім, за останніми даними, вік найстаріших становить приблизно 12 млрд. Років, що, як бачимо, не суперечить передбачуваному віку Всесвіту.

Виникає питання, що було раніше? На жаль, наука поки не в змозі дати на нього відповідь, оскільки, як уже було сказано, сучасної теорії недостатньо для того, щоб описати cвойства матерії при щільності вище планковской (1093 г / см3). Втім, вчені намагаються знайти хоча б напрямок пошуків відповіді на це, без сумніву, центральне питання сучасної науки. Можливо, що саме поняття “час до Великого Вибуху” позбавлене реального сенсу; до Великого Вибуху просто нічого не було. Можна провести аналогію з питанням: “Що знаходиться на північ північного полюса?” Ясно, що нічого. Якщо це так, то Великий Вибух – це момент походження не тільки Всесвіту, а й самого простору-часу.

Звернемо увагу на один важливий висновок, який випливає з формули (2.4), якщо її прочитати “справа наліво”: величина постійної Хаббла обратна часу, який пройшов з початку розширення. Це означає, що H безперервно зменшується в ході розширення Всесвіту. Про цю величину як про постійну говорять в тому сенсі, що вона не залежить від відстані.

Посилання на основну публікацію