Почему время Хаббла близко к возрасту Вселенной?

Если бы галактики удалялись с постоянной скоростью, расстояние r они прошли бы за время t = r/v. По закону Хаббла r/v = 1/H, то есть это время одинаково для всех галактик. Скорость расширения менялась, поэтому это лишь оценка: при H ≈ 70 км/(с·Мпк) получается около 14 млрд лет, а измеренный возраст Вселенной — около 13,8 млрд лет.

Значит ли закон Хаббла, что Земля — центр расширения Вселенной?

Нет. Вселенная расширяется однородно, поэтому из любой галактики далёкие галактики видны удаляющимися по тому же закону. Для близких галактик закон выполняется плохо: у них есть собственное движение, например, галактика Андромеды (туманность Андромеды) приближается к нам.

← Все темы: Физика

Физика · теория к ЕНТ

Закон Хаббла и расширение Вселенной

Космология изучает строение и развитие Вселенной в целом. Здесь разобраны закон Хаббла, оценка возраста Вселенной и порядок этапов после Большого взрыва.

Потренировать эту темуС полным доступом — тренировка по этой теме, без него — бесплатный тест по предмету.

Что проверяет ЕНТ по этой теме

Раздел: 10 Космология

Пункт спецификации НЦТ: 25 Космология

По нашей оценке, задание по этой теме есть не в каждом варианте: в среднем меньше одного из 40.

Спецификация ЕНТ 2026 по этому предмету: темы и задания

Что нужно уметь

Объяснять расширение Вселенной с помощью закона Хаббла и красного смещения
Находить скорость удаления галактики или расстояние до неё по закону v = Hr
Оценивать возраст Вселенной через время Хаббла, переводя мегапарсеки и секунды в нужные единицы
Располагать этапы эволюции Вселенной после Большого взрыва в хронологическом порядке

Кратко о главном

Закон Хаббла. v = Hr, где v — скорость удаления галактики, r — расстояние до неё, H \approx 70 км/(с·Мпк) — постоянная Хаббла. Закон выполняется для далёких галактик, когда v намного меньше скорости света.
Красное смещение. Линии в спектре удаляющейся галактики сдвинуты к красному концу; чем дальше галактика, тем в среднем больше сдвиг.
Время Хаббла. t = 1/H — оценка возраста Вселенной. Перед делением переведи Мпк в км, чтобы единицы длины сократились. При H = 70 км/(с·Мпк) выходит около 14 млрд лет.
Единицы. 1 пк \approx 3{,}26 св. года \approx 3{,}1\cdot 10^{16} м, 1 Мпк = 10^{6} пк, 1 год \approx 3{,}15\cdot 10^{7} с.
Этапы эволюции. Ядра гелия — первые минуты; нейтральные атомы — около 380 тыс. лет, тогда реликтовое излучение отделилось от вещества; первые звёзды — через сотни млн лет; Солнечная система — около 4{,}6 млрд лет назад.

Задания с разбором

Из банка заданий ENTLab, не из вариантов НЦТ. Сначала попробуй решить, потом открой разбор.

Галактика находится на расстоянии 14 Мпк от Земли. Скорость её удаления по закону Хаббла равна (H = 70 км/(с·Мпк))

A)0{,}2 км/с
B)98 км/с
C)980 км/с
D)9800 км/с

Ответ и разбор

Верный ответ: C

По закону Хаббла скорость удаления галактики пропорциональна расстоянию до неё: v = Hr = 70\cdot 14 = 980 км/с (км/(с·Мпк) · Мпк = км/с). Вариант 0{,}2 км/с получается, если расстояние разделить на постоянную Хаббла: 14/70 = 0{,}2. Вариант 98 км/с — при умножении потерян ноль, вариант 9800 км/с — при умножении добавлен лишний ноль.

В 1929 г. Хаббл получил для своей постоянной значение около 500 км/(с·Мпк). Время Хаббла t = 1/H при H = 500 км/(с·Мпк) равно (1 Мпк \approx 3\cdot 10^{19} км, 1 год \approx 3\cdot 10^{7} с)

A)2 млрд лет
B)2000 млрд лет
C)0{,}002 млрд лет
D)6 млрд лет

Ответ и разбор

Верный ответ: A

Время Хаббла t = 1/H, где H = 500 км/(с·Мпк). Сначала выражаем мегапарсек в километрах: 1 Мпк \approx 3\cdot 10^{19} км. Тогда t = \frac{3\cdot 10^{19}\text{ км}}{500\text{ км/с}} = 6\cdot 10^{16} с. Километры сокращаются, остаются секунды. Переводим в годы: t = \frac{6\cdot 10^{16}}{3\cdot 10^{7}} = 2\cdot 10^{9} лет = 2 млрд лет. Вариант 2000 млрд лет получается, если мегапарсек перевести в метры (3\cdot 10^{22} м), а скорость оставить в км/с: \frac{3\cdot 10^{22}}{500} = 6\cdot 10^{19} с, это 2\cdot 10^{12} лет. Вариант 0{,}002 млрд лет получается, если скорость перевести в м/с (500 км/с = 5\cdot 10^{5} м/с), а мегапарсек оставить в километрах: \frac{3\cdot 10^{19}}{5\cdot 10^{5}} = 6\cdot 10^{13} с, это 2\cdot 10^{6} лет. Вариант 6 млрд лет получается, если при переводе в годы потерять множитель 3 и разделить 6\cdot 10^{16} с на 10^{7} вместо 3\cdot 10^{7}.

Типичные ошибки

Для скорости делят расстояние на H. По закону нужно умножать: v = Hr; проверь единицы: км/(с·Мпк) · Мпк = км/с.
При расчёте времени Хаббла мегапарсек переводят в метры, а скорость оставляют в км/с. Обе длины должны быть в одних единицах — тогда останутся только секунды.
При переводе секунд в годы берут 1 год = 10^{7} с. На деле год — около 3\cdot 10^{7} с; если делить на 10^{7} с, ответ выйдет примерно втрое больше.
Звёзды ставят раньше атомов. Сначала возникли ядра, затем нейтральные атомы, и лишь потом из облаков нейтрального газа сжались первые звёзды.

Вопросы по теме

Почему время Хаббла близко к возрасту Вселенной?: Если бы галактики удалялись с постоянной скоростью, расстояние r они прошли бы за время t = r/v. По закону Хаббла r/v = 1/H, то есть это время одинаково для всех галактик. Скорость расширения менялась, поэтому это лишь оценка: при H \approx 70 км/(с·Мпк) получается около 14 млрд лет, а измеренный возраст Вселенной — около 13{,}8 млрд лет.
Значит ли закон Хаббла, что Земля — центр расширения Вселенной?: Нет. Вселенная расширяется однородно, поэтому из любой галактики далёкие галактики видны удаляющимися по тому же закону. Для близких галактик закон выполняется плохо: у них есть собственное движение, например, галактика Андромеды (туманность Андромеды) приближается к нам.

Потренировать эту тему

ENTLab пишет теорию своими словами на основе спецификации НЦТ. Мы не НЦТ и никак с ним не связаны.