Коллектив авторов - Происхождение Вселенной. Как с помощью теории относительности Эйнштейна можно проникнуть в прошлое, понять настоящее и предвидеть будущее Вселенной [litres]

Эти морщины в пространстве-времени оставались последним неподтвержденным предсказанием общей теории относительности, пока их не обнаружили в сентябре 2015 года. Обнаружение сигнала от слияния двух массивных черных дыр явилось триумфальным аккордом в кропотливой работе, проведенной в рамках усовершенствованного эксперимента LIGO .

Это самое знаменитое уравнение физики проистекает из специальной теории относительности и утверждает, что масса является концентрированной формой энергии и связана с ней посредством постоянной скорости света. Поэтому, если столкнуть частицы с очень высокими энергиями, как это происходит в Большом адронном коллайдере, то можно создать другие, более массивные частицы. Это тот путь открытий, который в конце концов привел к рождению стандартной модели элементарных частиц.

Когда Эйнштейн впервые применил общую теорию относительности для построения модели космоса, он следовал традиционным представлениям своего времени, предполагая, что Вселенная является стационарной, т. е. она не расширяется и не сжимается. Однако наблюдения, проведенные в 1920-е годы, показали наличие красного смещения в спектрах далеких галактик, что свидетельствовало о том, что эти галактики удаляются от нас. Затем к теории Эйнштейна был добавлен упрощающий космологический принцип, предполагающий, что вещество во Вселенной распределено однородно, и построены модели расширяющейся Вселенной. Так было положено начало сегодняшней стандартной космологической модели. Она описывает Вселенную, которая возникла в горячем, плотном, бесконечно малом всплеске Большого взрыва около 13,8 миллиарда лет назад и преподносит нам сюрпризы, до сих пор не поддающиеся объяснению.

Открытое случайно в 1964 году в виде фонового шипения в гигантском радиометре [7] Еще в 1955 году аспирант-радиоастроном Т. А. Шмаонов в Пулковской обсерватории провел измерения радиоизлучения из космоса на длине волны 32 см и экспериментально обнаружил шумовое СВЧ-излучение. Фактически это было первое обнаружение микроволнового фонового излучения, или, как принято говорить в России, реликтового излучения. – Прим. пер . , это холодное море излучения рассматривается теперь как решающее доказательство Большого взрыва. Самый древний свет во Вселенной, он отправился в путь через 380 тысяч лет после Большого взрыва. К этому времени космос уже достаточно остыл и сформировались первые атомы, а фотоны начали летать свободно. Различные космические зонды, исследующие это излучение, в том числе запущенная в 2009 году обсерватория «Планк», составили подробную карту вариаций КМФ и предоставили нам информацию о самых ранних годах жизни Вселенной и о ее сегодняшнем состоянии.

Количество видимого вещества в галактиках не способно объяснить их слишком быстрое вращение.

Земля вращается вокруг Солнца со скоростью, определяемой ее расстоянием до Солнца, солнечной массой и гравитационной постоянной, которая является универсальной константой природы. Для того чтобы найти эту скорость, общая теория относительности не понадобится: достаточно одних старых добрых школьных законов Ньютона. Те же законы можно применить к далеким галактикам, которые вращаются вокруг общего центра масс.

В 1930-е годы астроном Фриц Цвикки, однако, обнаружил, что внешние области скопления галактик Волос Вероники вращаются гораздо быстрее, чем это позволяет видимая масса скопления. В 1970-е годы Вера Рубин наблюдала группу спиральных галактик, похожих на Млечный Путь, и подтвердила, что в них существует аналогичное несоответствие. По ее оценкам, на одну часть видимой материи в этих галактиках должно приходиться шесть частей невидимой материи.

Темная материя должна воздействовать на движение через гравитацию, но вряд ли через другие силы природы. Стандартная модель физики элементарных частиц не располагает частицами, которые удовлетворяли бы нужным требованиям. Попытки обнаружить частицы темной материи вне этой стандартной модели или создать их в результате столкновений высокоэнергетических частиц до сих пор успехом не увенчались.

Вселенная разлетается все быстрее и быстрее.

В конце 1990-х годов две группы ученых, наблюдавших далекие сверхновые, обнаружили, что эти звездные вспышки всякий раз оказывались слабее, чем ожидалось. Ученые пришли к выводу, что путь, который пришлось преодолеть свету, чтобы дойти до нас, «растянулся» и стал длиннее, чем должен был быть. То есть сверхновые были дальше от нас, чем предполагалось.