Наблюдения в реальном времени указывают на равномерность расширения Вселенной
Новая техника отслеживания расширения окружающего нас пространства, пока позволяющая себе значительные неточности, уже сегодня может ответить на вопросы, принципиально неразрешимые для альтернативных методов.
Мы знаем об этом почти шестнадцать лет: Вселенная расширяется с ускорением. А раз так, то в ней присутствует некая тёмная энергия — что-то, что расталкивает галактики в разные стороны и обеспечивает это самое ускоренное расширение.
Но как именно эта тёмная энергия действует, мы пока знаем очень мало. Не будем далеко ходить за примерами: лишь недавно появилась гипотеза о том, что часть функции тёмной энергии может выполнять совсем другая субстанция с принципиально иной физической природой, находящаяся в центре войдов — пустот между галактическими скоплениями. Если эта или другие похожие теории верны, то в силу естественных неравномерностей в распределении «иной» материи скорость расширения Вселенной в разных регионах мироздания может слегка различаться. Как проверить, насколько однородно ускорение расширения Вселенной?
Абрахам Лёб из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики (США) считает, что в целом для Вселенной однородность её расширения можно проверить с помощью реликтового излучения: расширяйся окружающий нас универсум с разной скоростью в разных местах — и на карте реликтового излучения существовали бы весьма серьёзные отклонения от общей картины, неоднородности, которые нельзя не заметить.
Джереми Дарлинг (Jeremy Darling), представляющий Колорадский университет в Боулдере (США), поставил на другой метод — так называемое наблюдение за расширением Вселенной в реальном времени. Почему его не устраивает слежение за реликтовым излучением — понятно.
Температура последнего зависит только от общего расширения всего мироздания в момент между появлением излучения и его фиксацией астрономами. Иными словами, мы получаем «среднюю температуру по больнице», причём усредненную более чем за 13 млрд лет. Между тем уже сейчас известно, что в прошлом расширение Вселенной могло не иметь ускоряющегося характера, а сегодня оно именно таково. Наблюдения в «реальном времени» позволят сделать нечто совсем иное: «Их можно использовать для замера расширения сегодня или в любой другой точке истории Вселенной».
Что мы имеем в виду под наблюдениями в «реальном времени»? Разумеется, Вселенная не перестаёт расширяться ни на секунду, и за много лет — а лучше десятилетий — расширение может достичь такой величины, которая будет доступна для фиксации земными приборами.
Чтобы получить максимально точные цифры, г-н Дарлинг использовал архивные данные наблюдений за положением внегалактических объектов. Но, увы, история астрономических наблюдений пока коротка. Всё, что ему удалось получить в смысле точности, — это картина изотропно (равномерно) расширяющейся Вселенной, с прискорбной величиной ошибки, достигающей 7%. С учётом диаметра известной части мироздания, приближающегося к сотне миллиардов лет, это прореха огромных масштабов, в невообразимое количество раз превышающих, к примеру, размеры нашей Галактики.
Однако исследователь подчёркивает, что его расчёты — лишь проверка принципиальной возможности космологии в «реальном времени». Космический телескоп Gaia, принадлежащий Европейскому космическому агентству, с этого года наблюдает сразу за миллиардом звёзд, и возможностей для точного выяснения дистанции до удалённых объектов у него куда больше, чем у ещё вчерашних инструментов. Поэтому он один способен резко увеличить точность такой оценки скорости расширения Вселенной в текущий момент и много аккуратнее ответить на вопрос о том, как именно тёмная энергия влияет на современную Вселенную.
Кстати, Джереми Дарлинг верно подмечает, что наблюдения в реальном времени могут ответить и на другие интересные вопросы, вроде точной массы крупномасштабных структур Вселенной или того, вращается ли она как целое. До публикации данных наблюдений Gaia осталось всего ничего — есть смысл подождать.
Отчёт об исследовании вскоре будет опубликован в издании Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, а его препринт можно полистать на сайте arXiv.
Подготовлено по материалам Space.Com. Изображение на заставке принадлежит Shutterstock.
Источник: compulenta.computerra.ru.
Сдаст ли квантовая механика большие телескопы в утиль?
Если мы хотим добиться решающих успехов в изучении звёзд, нужно либо строить телескопы совершенно циклопических размеров, либо научиться многократно использовать каждый попадающий в них фотон.
Крупные телескопы — основа наших знаний об окружающей Вселенной, причём основа громоздкая, сложная и недешёвая. Скажем, Большой Канарский телескоп с первичным зеркалом диаметром в 10,4 м строился семь лет и обошёлся в €130 млн. Самое печальное, однако, даже не это, а то, что для составления детальной картины хотя бы ближайших к нам звёздных систем нужны куда более крупные инструменты, причём космические. А в космосе, легко догадаться, размещение многотонных циклопических телескопных зеркал обойдётся в копеечку и будет стоить пару Нобелевских за выдающиеся инженерные достижения.
Почему телескопные зеркала такие огромные? Когда фотон попадает в апертуру телескопа, неопределённость его расположения уменьшается радиусом этой самой апертуры. Согласно принципу неопределённости Гейзенберга, мы можем знать точно либо координаты фотона в пространстве, либо его импульс. Чем больше апертура, тем выше неопределённость положения фотона по координатам и тем определённее его импульс, а отсюда уже выводится и начальное направление распространения фотона. Следовательно, чем больше неопределённость по координатам, тем выше определённость наблюдаемой картины и ниже дифракционный предел по угловому размеру.
Аглае Келлерер (Aglaé Kellerer) из Даремского университета (Великобритания) задумалась над тем, может ли квантовая механика как-то разорвать жёсткую связь между апертурой и качеством снимков.
На первый взгляд, изменить что-то здесь трудно: куда деть принцип неопределённости? С другой стороны, дело в том, что вышеописанное влияние телескопной апертуры верно для одиночных фотонов. Но что если идентичные, «клонированные» фотоны будут прибывать в апертуру в одно и то же время? И тогда дифракционный предел по угловому размеру должен уменьшаться пропорционально квадратному корню из числа таких «клонов-фотонов». Но как их получить?
Чтобы добиться этого, г-жа Келлерер предлагает применить «неразрушающее измерение» в отношении каждого из фотонов, проходящего через «зрачок» телескопа. Такое измерение, конечно, не выявит какой-то специфической информации о фотоне, лишь зарегистрирует сам факт его прохождения. А после измерения фотон будет клонирован тем, что ему позволят осуществить «обратное возбуждение» атомов: при взаимодействии с последними фотоны заставят их перейти с более высоких энергетических уровней на более низкие, и в результате атомы-цели спонтанно испустят несколько идентичных фотонов, которые, в свою очередь, будут записаны детекторами, определяющими средний сигнал от таких фотонов.
Как видим, идея выглядит более или менее здраво. Но конкретные технические шаги по её реализации вряд ли могут быть выполнены в ближайшее время. Осознавая это, г-жа Келлерер предлагает эксперимент более скромных масштабов, призванный продемонстрировать принципиальную возможность такого использования квантовой механики для повышения разрешающей способности телескопов. Опыт, по её словам, может быть проведён в хорошей лаборатории, работающей с квантовой оптикой, вроде той, что существует в Институте квантовой оптики Общества Макса Планка (ФРГ).
Тут, вероятно, стоит заметить, что физик Шигеку Такеучи (Shigeki Takeuchi) из Осакского университета (Япония), впервые продемонстрировавший микроскоп, разрешающая способность которого увеличена с помощью квантового запутывания, называет эту идею «очень интересной».
Отчёт об исследовании появится в журнале Astronomy & Geophysics в июне 2014 года, а с его препринтом уже сейчас можно ознакомиться здесь.
Подготовлено по материалам Physicsworld.Com.
Источник: compulenta.computerra.ru.
от Юрий В - "Как видим, идея выглядит более или менее здраво. Но конкретные технические шаги по её реализации вряд ли могут быть выполнены в ближайшее время. Осознавая это, г-жа Келлерер предлагает эксперимент более скромных масштабов, призванный продемонстрировать принципиальную возможность такого использования квантовой механики для повышения разрешающей способности телескопов. Опыт, по её словам, может быть проведён в хорошей лаборатории, работающей с квантовой оптикой, вроде той, что существует в Институте квантовой оптики Общества Макса Планка (ФРГ)"
http://oko-planet.su/user/zimorodok/: - "было бы интереснее, если бы корректность полученных результатов превышала корректность представлений о процессах, на которые опирается конструкция оборудования. какие-то результаты у наблюдений несомненно будут. а вот как проверить, что они соответствуют действительности? опираясь на принцип неопределенности или пытаясь его обойти, установить соответствие получится лишь с некоторой вероятностью, сравнимой с вероятностью умозрительных предположений. часть результатов наблюдений обязательно будет отвергнута, как явно противоречащая представлениям. по другому не выйдет. для изучения будут отобраны только непротиворечащие воззрениям результаты, которые и так доступны умозрительно. в чем тогда смысл наблюдений через эти новые инструменты? при таком "непосредственном" наблюдении, новые данные будут получены косвенным путем, да еще и с некоторой вероятностью. оценка результатов будет плавать между необходимостью пересмотра фундаментальных представлений, на основе которых, кстати, они и будут получены, и проблемой отделения фантомов, произведенных аппаратурой, от реальных объектов, если искренность исследователей зайдет так далеко. это будет просто гейзер идей для беспочвенных теорий и псевдонаучных сенсаций."
Свежие комментарии