Обсудить в классе, страница 280 - гдз по физике 9 класс учебник Громов, Родина

Глава 8. Строение и эволюция Вселенной. Параграф 67. Структура Вселенной. Вопросы - страница 280.

Условие.

Можно ли утверждать, что возраст Вселенной точно известен, или же данное значение получено на основе определённых гипотез?

Решение.

Утверждать, что возраст Вселенной точно известен, нельзя. Современное значение возраста Вселенной — это не результат прямого измерения, а расчетная величина, полученная в рамках стандартной космологической модели, известной как модель Лямбда-CDM (ΛCDM). Эта модель, в свою очередь, основана на ряде фундаментальных гипотез и подтверждена огромным количеством астрономических наблюдений.

Основные гипотезы и принципы, лежащие в основе расчета:
1. Гипотеза Большого взрыва: Предполагается, что Вселенная возникла из чрезвычайно плотного и горячего состояния и с тех пор непрерывно расширяется и остывает.
2. Общая теория относительности Эйнштейна: Она используется для описания гравитации и эволюции Вселенной в больших масштабах.
3. Космологический принцип: Постулируется, что в крупных масштабах Вселенная однородна (свойства одинаковы во всех точках) и изотропна (свойства одинаковы во всех направлениях).
4. Модель ΛCDM: Эта модель предполагает, что Вселенная состоит из трех основных компонентов: обычной (барионной) материи (~5%), темной материи (~27%) и темной энергии (лямбда-член, ~68%). Пропорции этих компонентов влияют на скорость расширения Вселенной в разные эпохи.

Методы определения возраста:
Основной метод заключается в измерении скорости расширения Вселенной и экстраполяции этого расширения в прошлое, к моменту Большого взрыва. Возраст Вселенной ($t_0$) связан с текущей скоростью расширения — постоянной Хаббла ($H_0$) — и плотностями различных компонентов энергии.

1. Анализ реликтового излучения (Cosmic Microwave Background, CMB): Это "эхо" Большого взрыва, излучение, заполнившее Вселенную примерно через 380 000 лет после ее рождения. Космические миссии, такие как WMAP и, в особенности, "Планк", с высочайшей точностью измерили мельчайшие температурные флуктуации этого излучения. Анализ этих флуктуаций в рамках модели ΛCDM позволяет определить ключевые космологические параметры, включая возраст Вселенной. Данные миссии "Планк" (2018 год) дают наиболее точное на сегодня значение: $13.799 \pm 0.021$ миллиарда лет.

2. Измерение постоянной Хаббла ($H_0$): Наблюдения за удаленными объектами, такими как сверхновые типа Ia и цефеиды, позволяют измерить текущую скорость расширения Вселенной. Возраст Вселенной грубо можно оценить как величину, обратную постоянной Хаббла, $t_0 \approx 1/H_0$. Однако существует так называемое "напряжение Хаббла": значения $H_0$, полученные из наблюдений за реликтовым излучением (ранняя Вселенная) и из наблюдений за сверхновыми (поздняя Вселенная), немного различаются. Это расхождение является одной из главных загадок современной космологии и вносит некоторую неопределенность в точное значение возраста.

3. Определение возраста старейших объектов: Возраст Вселенной не может быть меньше возраста самых старых звезд и звездных скоплений. Изучая шаровые звездные скопления и белые карлики, астрономы оценивают их возраст в 12-13 миллиардов лет. Эти независимые оценки хорошо согласуются с космологическим возрастом и служат важной проверкой модели.

Таким образом, хотя мы и говорим о возрасте Вселенной с высокой степенью точности, это значение является результатом сложного моделирования, основанного на гипотезах, которые, тем не менее, прекрасно подтверждаются наблюдениями.

Ответ: Утверждать, что возраст Вселенной известен абсолютно точно, нельзя. Это значение получено на основе стандартной космологической модели (ΛCDM), которая является гипотезой, хотя и очень хорошо подтвержденной многочисленными наблюдениями. Наиболее точная оценка (около 13.8 миллиарда лет) имеет небольшую погрешность и зависит от принятых параметров модели и данных наблюдений, между которыми существуют некоторые расхождения.