космос простирается бесконечно далеко вне нашего видимого горизонта, одинаковый во всех измерениях.
Поведение таинственной темной энергии становится более ясным. Его «уравнение состояния», параметр, известный как w,
равняется –1 с точностью 6%. Это - лучшее определение. Это подразумевает, что темная энергия – это не нечто распространяющееся из за расширения вселенной, как частицы в космосе, но нечто непосредственно врожденное в пространстве-времени так, что один кубический сантиметр космоса всегда содержит то же самое количество этой энергии независимо от расширения вселенной. Это соответствует идее Альберта Эйнштейна относительно "космологической постоянной" в 1920-ых (обозначаемой буквой греческого алфавита Лямбда) и приводит доводы против теории темной энергии, которая является своего рода физическим веществом, которая была предложена, дублируя термие
"квинтэссенция". Это также означает, что звезды вселенной, планеты, и атомы не будут разлучены через миллиарды лет безудержным увеличением космического ускорения, ситуация, названная Большим Разрывом.
В первые моменты Большого взрыва, микроскопические квантовые колебания — маленькие случайные флуктуации, которые раздулись, чтобы стать семенами космической структуры сегодня — действительно, кажутся, случайными во всех масштабах, как и предсказывала теория инфляции — вместо того, чтобы быть сформированными или направленными некоторыми дополнительными процессами. Однако, есть несколько намеков чего-то всё еще продолжающегося прямо на текущем краю неопределённости.
Упрощённая космическая история. Крайне левое часть изображает Большой взрыв. Самый ранний момент, который мы можем сейчас исследовать, когда чрезвычайно малый момент "расширения" произвел взрыв экспоненциального роста во вселенной. (Размер отображается здесь вертикальным размер.) В течение следующих нескольких миллиардов лет, расширение вселенной, постепенно замедлялось так как материя сдерживалась гравитационными силами. Позже, расширение начало убыстряться — поскольку отталкивающая сила темной энергии возросла настолько, что она превосходит силы гравитации по мере уменьшении материи.
Современный микроволновый фон (зеленая поверхность в левой стороне) вырвался на свободу спустя 380 000 лет после начала расширения, когда материал во вселенной расредоточился и охладился достаточно, чтобы стать прозрачным. Это излучение свободно пересекло вселенную. Условия очень ранних времен отпечатаны в этом излучении.
Некоторые версии космической инфляции теперь забыты. Другие получили новую поддержку. "Новые данные WMAP исключают много господствующих идей, которые стремились описать взрыв роста в ранней вселенной," объясняет основной исследователь WMAP Чарльз Беннетт (Charles Bennett) (Johns Hopkins University). "Удивительно, что смелые предсказания событий в первые моменты вселенной теперь можно объединить с реальными измерениями." WMAP также обнаружил конкретное свидетельство "космического фона нейтрино" заполняющего космос. Нейтрино (слабые, лёгкие частицы) появились в результате ядерных реакций в плотный материи, которая заполнила вселенную спустя несколько минут после Большого Взрыва. Во время видимого микроволнового фона, 380 000 лет спустя, нейтрино все еще составляли 10 % всей материи и энергии во вселенной, по сравнению с их уничтожительно маленькой пропорцией сегодня.
Кроме того, согласно лабораторным экспериментам, все три существующих типа нейтрино имеют массы, которые могут составить в целом не больше чем 0.61 электронных вольт.
Космическое "средневековье" - эра между тем, когда Большой взрыв охладился и первыми сформированные звездами (эра, когда вселенная стала настолько холодной, что возможно сформировывались снежинки из молекул водорода) - начала заканчивать в 400 миллионов лет (красное смещение равно 11). Это изменение известно как "эра переионизации". Дата сходится со данными, полученными более нормальными астрономическими методами. (Переионизация очевидно была, однако, долгим делом, происходя урывками в различных местах.)
Пятилетние результаты работы WMAP были опубликованы в семи научных статьях, в журнале Astrophysical Journal.
Кроме того, НАСА выпустило резюме.
«Мы живем в экстраординарное время,» рассказывает Гэри Хиншоу (Gary Hinshaw) (центр космических полетов доктора Годдарда). «Наше поколение - первое в человеческой истории, которое сняло такие детальные и далеко идущие мерки нашей вселенной.»
9.2. Современные представления о теории Большого взрыва
По современным представлениям, наблюдаемая нами сейчас Вселенная возникла 13,7 ± 0,2 миллиарда лет назад из некоторого начального «сингулярного» состояния с гигантскими температурой и плотностью и с тех пор непрерывно расширяется и охлаждается. Ранняя вселенная представляла собой однородную и изотропную среду с необычайно высокой плотностью энергии, температурой и давлением. В результате расширения и охлаждения во Вселенной произошли фазовые переходы, аналогичные конденсации жидкости из газа, но применительно к элементарным частицам.
Приблизительно после 10−35 секунд после наступления Планковской Эпохи фазовый переход вызвал экспоненциальное расширение Вселенной. Данный период получил название Космической инфляции. После окончания этого периода строительный материал Вселенной представлял собой кварк-глюонную плазму. По прошествии времени, темепература упала до значений, при которых стал возможен следующий фазовый переход, называемый бариогенезисом. На этом этапе кварки и глюоны объединились в барионы, такие как — протоны и нейтроны. При этом, одновременно происходило ассиметричное образование как материи, которая превалировала, так и антиматерии, которые взаимно аннигилировали, превращаясь в излучение.
Дальнейшее падение температуры привело к следующему фазовому переходу — образованию физических сил и элементарных частиц в их современной форме. После чего наступила эпоха нуклеосинтеза, при которой протоны, объединяясь с нейтронами, образовали ядра дейтерия, гелия-4 и еще нескольких легких изотопов. После дальнейшего падения температуры и расширения Вселенной наступил следующий переходный момент, при котором гравитация стала доминирующей силой. Через 380 тысяч лет после Большого взрыва температура снизилась настолько, что стало возможным существование атомов водорода (до этого процессы ионизации и рекомбинации протонов с электронами находились в равновесии).
После эры рекомбинации материя стала прозрачной для излучения, которое, свободно распространяясь в пространстве, дошло до нас в виде реликтового излучения.
10. Дальнейшая эволюция Вселенной
Согласно теории Большого взрыва, дальнейшая эволюция зависит от измеримого экспериментально параметра — средней плотности вещества в современной Вселенной. Если плотность не превосходит некоторого (известного из теории) критического значения, Вселенная будет расширяться вечно, если же плотность больше критической, то процесс расширения когда-нибудь остановится и начнется обратная фаза сжатия, возвращающая к исходному сингулярному состоянию. Современные экспериментальные данные относительно величины средней плотности еще недостаточно надежны, чтобы сделать однозначный выбор между двумя вариантами будущего Вселенной.
Есть ряд вопросов, на которые теория Большого взрыва ответить пока не может, однако основные ее положения обоснованы надежными экспериментальными данными, а современный уровень теоретической физики позволяет вполне достоверно описать эволюцию такой системы во времени, за исключением самого начального этапа — порядка сотой доли секунды от «начала мира». Для теории важно, что эта неопределенность на начальном этапе фактически оказывается несущественной, поскольку образующееся после прохождения данного этапа состояние Вселенной и его последующую эволюцию можно описать вполне достоверно.
Релятивистская Космология объясняет наблюдаемое современное состояние Вселенной, она предсказала неизвестные ранее явления. Но развитие Космологии поставило и ряд новых, крайне трудных проблем, которые ещё не решены. Так, для изучения состояния вещества с плотностями, намного порядков выше ядерной плотности, нужна совершенно новая физическая теория (предположительно, некий синтез существующей теории тяготения и квантовой теории), Для исследований же состояния вещества при бесконечной плотности (и бесконечной кривизне пространства - времени) пока нет даже надлежащих математических средств. Кроме всего прочего, в такой ситуации должна нарушаться непрерывность времени и вопрос о том, что было «до» t = 0 применительно к обычному (метрическому) понятию времени, лишён смысла; необходимо то или иное обобщённое понятие времени. В решении этой группы проблем делаются лишь первые шаги.
По мере развития теории, а также средств и методов наблюдений будет уточняться само понятие космологической Вселенной. В рамках современной Космологии довольно естественно считать Метагалактику единственной. Но вопросы топологии пространства - времени разработаны ещё недостаточно для того, чтобы составить представление о всех возможностях, которые могут быть реализованы в природе. Это надо иметь в виду, в частности, и в связи с проблемой возраста Вселенной.
Не исключено, что столь же трудно будет объяснить зарядовую асимметрию во Вселенной: в нашем космическом окружении (во всяком случае, в пределах Солнечной системы, а вероятно, и в пределах всей Галактики) имеет место подавляющее количественное преобладание вещества над антивеществом. Между тем, согласно современным теоретическим представлениям, вещество и антивещество совершенно равноправны. Космология пока не даёт достаточно убедительного объяснения такого противоречия.