Что находится на краю вселенной: Что находится на краю Вселенной?

Что находится на краю Вселенной?

В современном мире, обремененные простыми житейскими проблемами, мы порой хотим улететь не то что в космос, а на край Вселенной, где эти неприятности нас точно не найдут. Улететь куда-нибудь, где нет плохой погоды, шумных соседей, горы немытой посуды и других бытовых проблем. А вы хоть раз задумывались о том, что нас там ждет, что находится на краю Вселенной? Да и что вообще можно понимать под определением «край света»? Черная непроходимая стена, пропасть, бесконечность? На эти вопросы попытались ответить ученые. И сегодня мы расскажем вам об их догадках.

НА КРАЮ СВЕТА

Шон Кэрролл, профессор физики

Вселенная не имеет границ. Мы можем говорить лишь о крае обозримой Вселенной. Это максимальная дистанция, на которую можно «посмотреть» с Земли. Если расширение Вселенной будет продолжаться бесконечно, нам не удастся увидеть ее конца, даже если он существует. Потому что, смотря на самые далекие звезды и планеты, мы видим их отголоски из прошлого, так как свет движется с одной скоростью. Все объекты на конце наблюдаемой Вселенной, предстают перед нами такими, какими они были почти 14 миллиардов лет назад. Но все же это нельзя назвать физической границей космоса.

Наш обзор в космосе ограничен мощностью современных технологий, и мы не можем заглянуть за край обозримой нами Вселенной, а ведь там дальше тоже есть огромное космическое пространство. Все, что мы наблюдаем, довольно однородный космос, и, скорее всего, так будет и дальше. Вселенная может оказаться в виде сферы, как вариант. В таком случае космос будет ограничен, но по-прежнему не будет иметь физических границ, потому что у шара нет ни начала, ни конца.

Также нельзя сбрасывать со счетов и теорию мультивселенной, согласно которой космос не однородный и может сильно меняться в некоторых регионах. Пока мы не можем доказать ни того, ни другого, поэтому сейчас разумно сохранять нейтралитет и не отдавать предпочтение ни одной из теорий.

Джо Данкли, профессор физики и астрофизических наук

Наши исследования дают нам возможность предполагать, что Вселенная не имеет границ, что она постоянно расширяется или сворачивается в сферу. Таким образом, даже если она замкнута, это еще не значит, что у нее есть границы. Возьмем к примеру пончик. Есть ли границы у поверхности пончика? Естественно, нет, но при этом мы понимаем, что данная поверхность не бесконечна, так ведь? Что нам это дает? То, что мы способны обогнуть весь космос, двигаясь все время прямо, и в конце концов вернуться в точку старта. Нет ни конца, ни края.

Но с другой стороны у нас есть край наблюдаемой Вселенной, которая ограничена дальностью нашего обзора. Этот край находится в том месте, откуда свет не смог добраться до нас от начала времен. Что находится за этим пределом? Скорее всего, все то же самое, что и здесь: звезды, планеты, галактики.

ПОВЕРХНОСТЬ ПОСЛЕДНЕГО РАССЕЯНИЯ

Джесси Шелтон, доцент физики и астрономии

Хотите знать, что там на конце света? Сначала подумайте, что люди имеют ввиду, говоря о крае космоса? Скорость света не изменяется, поэтому, чем больше космического пространства мы видим, тем больше углубляемся в прошлое. Взгляните хотя бы на галактику Андромеду, самую близкую к нам. Мы наблюдаем в ней события из прошлого, которые произошли примерно 2-2,5 миллиона лет назад. Именно столько нужно, чтобы свет от звезд этой галактики дошел до нас. Самый древний свет, который нам довелось наблюдать, шел к нам из самых далеких уголков Вселенной, поэтому метафорически мы можем считать краем космоса именно его. Это отголоски Большого Взрыва, начала времен. Тот самый момент, когда пространство остыло на столько, что в нем начали формироваться атомы. Данное явление получило название поверхности последнего рассеяния – место и время, когда фотоны света из горячей плазмы переместились в холодный вакуум, в котором и начали свое движение в далекий космос, в сторону нашей планеты, где мы их и увидели. Поэтому поверхность последнего рассеяния можно назвать краем Вселенной.

Что же происходит в конце мира сегодня? К сожалению, это нам не известно, и не будет известно. Потому что, даже если прямо сейчас свет оттуда отправился в нашу сторону, пройдут миллиарды лет, пока он нас достигнет. Поэтому мы можем лишь строить предположения об этом.

Если основываться на том, что мы сейчас видим в космосе, то, скорее всего, там, на краю Вселенной, сейчас происходит то же самое. Окажись вы сейчас там, то, возможно, даже не увидели бы особых различий. Край Вселенной – это не конец, а ее продолжение. Еще больше звезд и галактик, а возможно и форм жизни, перед которыми сейчас стоит тот же вопрос.

Майкл Троксель, доцент физики

Вероятнее всего, что Вселенная не имеет конца и края. Но даже при этом у нее может быть множество краев.

Если Вселенная открыта со всех сторон, то она бесконечна. Если же это замкнутая система, как сфера, то она автоматически становится конечной, но по-прежнему не имеет границ. Потому что, двигаясь по поверхности шара, мы в конечном итоге придем в начальную точку нашего путешествия.

В нашем понимании у Вселенной есть два края. Общая теория относительности говорит о том, что скорость любого явления во Вселенной ограничена скоростью света, и это правило работает в любой ее точке. Мы уже поняли, что Вселенная постоянно расширяется во все стороны, и с течением времени это расширение становится все быстрее. А значит, что наблюдаемому нами объекту в далеком космосе, нужно некоторое время, чтобы его свет достиг Земли. Но, так как Вселенная постоянно расширяется, то и расстояние, которое свету нужно пройти до нас, тоже увеличивается со временем.

В таком случае, какую наибольшую дистанцию мы могли бы рассмотреть, если бы свет шел к нам от самого начала времен, от того, что случилось практически сразу после Большого Взрыва? Эта дистанция составляет 47 000 000 000 световых лет. У него даже есть собственное наименование: космологический горизонт.

Взглянем на эту ситуацию с другой стороны и зададим вопрос по-новому: какая самая большая дистанция может быть для того, чтобы отправить и получить информацию, летящую со скоростью света? Тут все становится чуточку интереснее, так как космос расширяется не с одинаковой, а с непрестанно растущей скоростью.

Из этого следует, что наше сообщение может блуждать по космосу хоть бесконечно, оно все равно не сможет попасть в то место, которое находится более чем в 16 миллиардах световых лет от Земли в данный момент. Самая далекая планета, которую нам удалось увидеть, расположена в 25 000 световых лет от Земли, а самая далекая галактика – в 13,3 миллиардах. Таким образом, мы не видим, что сейчас происходит на том краю Вселенной, а они, если там кто-то есть, не видят нас. Поэтому никто не может сказать, что находится на обоих концах Вселенной.

Эбигейл Вирегг, доцент космологической физики

С помощью земных телескопов вы видим свет, который идет от нас из глубин космоса. Чем эти глубины дальше, тем дольше мы будем ждать от них сигнал. Поэтому, смотря на отдаленные звезды, вы видите то, как они выглядели очень и очень давно, а не то, какими они являются сегодня. Чем дольше вы на них смотрите, тем дальше во времени движетесь. И смотреть вы будете до тех пор, пока не увидите практически самое начало времен – несколько тысяч лет после образования Вселенной. Но дальше заглянуть вы, увы, не сможете. Потому что до этого Вселенная была неимоверно горячей и плотной, не было ни звезд, ни планет, ни даже атомов. Фотоны света просто прыгали в этой горячей плазме туда-сюда, пытаясь зацепиться за что-нибудь и вылететь из нее.

Увидеть такое не позволят даже самые передовые телескопы Земли. Поэтому это и можно назвать краем Вселенной, наблюдаемой Вселенной. Проще говоря, это горизонт. Ведь мы не можем ни посмотреть, что происходит за ним, ни даже приблизиться к нему. Однако даже он не властен над временем и расширением Вселенной, поэтому постоянно смещается. Если бы у нас была возможность увидеть Вселенную из любой другой планеты, вероятнее всего мы бы наблюдали все тот же космос, с теми же звездами, который заканчивается лишь там, где начинается время, ограничивается скоростью фотонов, летящих к нам почти от самого Большого взрыва, и, конечно же, расширением космоса.

Как нам увидеть этот горизонт? Скорее всего, никак. Мы можем видеть лишь то, каким он был после Большого Взрыва, но не то, каков он есть сейчас. Однако результаты исследований в один голос кричат о том, что вся обозримая нами Вселенная выглядит примерно идентично. Все те же звезды, галактики и космический вакуум.

Вселенная гораздо более обширна чем тот малюсенький кусочек, что доступен нам для обзора с нашей планеты. Поэтому, вероятнее всего, нет никакого края Вселенной. Есть лишь пространство-время, которое постоянно увеличивается в размерах.

Где находится край Вселенной?

Насколько мы можем судить, у Вселенной нет края. Пространство бесконечно простирается во всех направлениях. Более того, галактики заполняют все пространство на протяжении всей бесконечной вселенной. К такому выводу можно прийти, логически объединив два наблюдения.

Во-первых, та часть Вселенной, которую мы можем видеть, является однородной и плоской в космическом масштабе. Однородность Вселенной означает, что группы галактик распределены более или менее равномерно в космическом масштабе. Плоскостность Вселенной означает, что геометрия пространства-времени не искривлена в космическом масштабе. Это означает, что вселенная не оборачивается вокруг себя и не соединяется с собой, как поверхность сферы, что привело бы к конечной Вселенной.

Плоскостность Вселенной на самом деле является результатом однородности Вселенной, поскольку сосредоточенные скопления массы приводят к искривлению пространства-времени. Спутники, планеты, звезды и галактики являются примерами концентрированных скоплений массы, и поэтому они действительно деформируют пространство-время в области вокруг них.

Однако эти объекты настолько малы по сравнению с космическим масштабом, что искривление пространства-времени, которое они вызывают, ничтожно мало в космическом масштабе. Если вы усредните все спутники, планеты, звезды и галактики во Вселенной, чтобы получить крупномасштабное выражение для распределения массы Вселенной, вы обнаружите, что оно постоянно.

Второе наблюдение состоит в том, что наш уголок вселенной не является особенным или каким-то другим. Поскольку та часть вселенной, которую мы можем видеть, плоская и однородная, и поскольку наш уголок вселенной не является особенным, все части вселенной должны быть плоскими и однородными.

Единственный способ для вселенной быть плоской и однородной буквально везде — это чтобы вселенная была бесконечной и не имела края. Этот вывод трудно понять нашим человеческим умам, но это самый логичный вывод, учитывая научные наблюдения. Если бы вы вечно летели на космическом корабле по прямой линии через пространство, вы никогда не достигли бы стены, границы, края или даже области вселенной без групп галактик.

Но как вселенная может не иметь края, если она была создана в результате Большого взрыва? Если вселенная начиналась как конечная по размеру, разве она все еще не должна быть конечной и край вселенной где-то должен быть?

Ответ заключается в том, что Вселенная изначально не была конечной по размеру. Большой взрыв не был похож на бомбу, лежащую на столе, взрывающуюся и расширяющуюся, чтобы заполнить комнату обломками. Большой взрыв произошел не в какой-то одной точке Вселенной. Это произошло одновременно во всей вселенной. По этой причине остаток Большого взрыва, космическое микроволновое фоновое излучение, существует повсюду в космосе.

Даже сегодня мы можем заглянуть в любой уголок Вселенной и увидеть космическое микроволновое фоновое излучение. Взрывное расширение Вселенной не было случаем расширения физического объекта в пространство. Скорее, это был случай расширения самого пространства. Вселенная начиналась как бесконечно большой объект и превратилась в еще больший бесконечно большой объект. Хотя людям трудно понять бесконечность, это вполне обоснованная математическая и научная концепция. Действительно, это совершенно разумная концепция в науке, когда сущность с бесконечным размером увеличивается в размерах.

Обратите внимание, что люди могут видеть только часть всей вселенной. Мы называем эту часть «наблюдаемой вселенной». Поскольку свет движется с конечной скоростью, ему требуется определенное количество времени, чтобы пройти определенное расстояние.

Многие точки во Вселенной просто находятся так далеко, что свету из этих точек еще не хватило времени с начала Вселенной, чтобы достичь Земли. А поскольку свет движется с максимально возможной скоростью, это означает, что ни один тип информации или сигнала не успел достичь земли из этих отдаленных точек. В настоящее время такие места находятся принципиально за пределами нашей сферы наблюдения, то есть за пределами нашей наблюдаемой вселенной.

Каждое место во Вселенной имеет свою собственную сферу наблюдения, за пределами которой ничего нельзя увидеть. Поскольку наша наблюдаемая вселенная не бесконечна, у нее есть край. Это не означает, что на краю нашей наблюдаемой вселенной существует стена энергии или гигантская пропасть. Край вселенной просто отмечает разделительную линию между местами, которые земляне в настоящее время могут видеть, и местами, которые мы в настоящее время видеть не можем. И хотя наша наблюдаемая вселенная имеет край, вселенная в целом бесконечна и не имеет края.

С течением времени свет достигает нас от все большего количества точек в пространстве. Поэтому наша наблюдаемая Вселенная постоянно увеличивается в размерах. Поэтому вы можете подумать, что по прошествии вечности вся вселенная будет видна людям. Однако есть осложнение, которое мешает этому.

Сама вселенная все еще расширяется. Хотя нынешнее расширение Вселенной не так быстро, как во время Большого взрыва, оно столь же реально и важно. В результате расширения Вселенной все группы галактик постоянно удаляются друг от друга. Многие галактики находятся так далеко от земли, что расширение Вселенной заставляет их удаляться от земли со скоростью, превышающей скорость света.

Хотя специальная теория относительности не позволяет двум локальным объектам когда-либо перемещаться быстрее скорости света относительно друг друга, она не мешает двум удаленным объектам удаляться друг от друга быстрее скорости света в результате расширения Вселенной. Поскольку эти далекие галактики удаляются от земли со скоростью, превышающей скорость света, свет от этих галактик никогда не достигнет нас, как бы долго мы ни ждали.

Поэтому эти галактики всегда будут находиться за пределами нашей наблюдаемой вселенной. Другой способ сказать это состоит в том, что, хотя размер наблюдаемой вселенной увеличивается, размер реальной вселенной также увеличивается. Край наблюдаемой вселенной не может идти в ногу с расширением вселенной, так что многие галактики вечно находятся за пределами нашего наблюдения. Несмотря на это ограничение наблюдательных способностей, сама вселенная все еще не имеет края.

Что на самом деле происходит на краю Вселенной?

Triff/Shutterstock

Автор: Габриэль Мосс/31 мая 2022 г., 21:15 UTC

Заговор о плоской Земле может быть не так уж и верен, но Вселенная действительно может быть намного более плоской, чем вы думаете. Идея геометрически плоской бесконечной Вселенной поддерживается общей теорией относительности Эйнштейна, которая означает, что скорость света постоянна независимо от того, насколько искривлено пространство-время из-за гравитационного притяжения таких объектов, как звезды или черные дыры. Это также имеет наибольший смысл, поскольку общее количество существующей «вселенной» определяется горизонтом событий — границей, через которую не может выйти ни один свет, — который постоянно расширяется во всех направлениях со скоростью, заметно превышающей скорость света (через объяснение науки).

Согласно сообщению в блоге доктора Кристофера С. Бэрда из Западно-Техасского университета A&M, то, что мы можем фактически наблюдать, также неуклонно увеличивается, хотя и со скоростью света, которая конечна по сравнению со скоростью, с которой вышеупомянутое космическое горизонт событий расширяется. Space отмечает, что скорость света составляет 983 571 056 футов в секунду. Если все это звучит запутанно, то это потому, что наблюдаемая Вселенная (с радиусом примерно 45 миллиардов световых лет) расширяется с другой скоростью, чем сама Вселенная, над количественной оценкой или осмыслением которой ученые все еще работают как над геометрической единицей. Край Вселенной определяется так называемым «горизонтом частиц», который похож на горизонт событий черной дыры, хотя и перевернутый. Но важно понимать, что «край» Вселенной не существует в том смысле, в каком вы могли бы подумать.

Vadim Sadovski/Shutterstock

Возможно, вы думаете о «крае» Вселенной как о точке, в которой вы можете повернуться и увидеть все в уменьшенном масштабе — каждую галактику, каждую планету, каждую звезду и так далее. Но это, вероятно, неправильный подход к этой концепции, по крайней мере, согласно Космосу, который объясняет, что даже если бы вы догнали край, вселенная просто стала бы больше. Теория предполагает, что это не обязательно проблема, которую можно решить, представив всю вселенную как некую форму объекта или точки наблюдения; это просто это .

Но давайте вместо этого скажем, что вы можете каким-то образом выйти за пределы вселенной и держать все ее содержимое в своих руках. То, что вы, вероятно, получили бы, — это объект в форме сферы, который остается того же размера в ваших руках, в то время как содержимое внутри перемещается, но, поскольку вселенная автономна (в отличие от мира видеоигр), мы никогда не сможем по-настоящему осознать это. снаружи, по крайней мере, без межпространственных путешествий.

Более того, поскольку Вселенная расширяется (что опять же происходит быстрее скорости света), то же самое происходит и с расстояниями между объектами в космосе. Целые галактики могут удаляться от нашей собственной точки пространства-времени со скоростью, превышающей скорость света. Таким образом, уместным вопросом может быть не «что на самом деле происходит на краю Вселенной?», а скорее «что находится за пределами нашей наблюдаемой Вселенной?» — что, как предположили астрофизики из Лионского университета в 2021 году, просто еще одна Вселенная.

рекомендуемые

Где край Вселенной?

Первоначально эта история появилась в декабрьском номере журнала Discover под названием «Бесконечна ли Вселенная?» Поддержите нашу научную журналистику, оформив подписку.

Когда Галилео Галилей направил свой первый телескоп на небо в 1610 году, он обнаружил «скопления бесчисленных звезд», спрятанные в полосе света, называемой Млечный Путь. В тот день наш космос вырос в геометрической прогрессии. Примерно три века спустя космические границы снова расширились, когда астрономы построили телескопы, достаточно большие, чтобы показать, что Млечный Путь — всего лишь одна из многих «островных вселенных». Вскоре они узнали, что Вселенная тоже расширяется, а галактики удаляются друг от друга со все возрастающей скоростью.

С тех пор все более крупные телескопы показали, что наблюдаемая Вселенная простирается на непостижимые 92 миллиарда световых лет в поперечнике и содержит примерно 2 триллиона галактик. И все же астрономы все еще задаются вопросом, насколько еще существует вселенная, помимо того, что они наблюдают.

«Вселенная всегда была немного больше того, что мы можем видеть», — говорит Вирджиния Тримбл из Калифорнийского университета в Ирвине, астроном и эксперт в области истории.

Строительство больших телескопов больше не поможет расширить космос. «Телескопы наблюдают только наблюдаемое. Вы не можете заглянуть в прошлое дальше, чем возраст Вселенной», — объясняет лауреат Нобелевской премии космолог Джон Мазер из Центра космических полетов имени Годдарда НАСА, который также является главным научным сотрудником космического телескопа Джеймса Уэбба. «Поэтому мы полностью ограничены. Мы уже видели настолько далеко, насколько вы можете себе представить. На краю мы видим оставшееся от Большого взрыва свечение — так называемое космическое микроволновое фоновое излучение (CMB). Но это не какой-то волшебный край вселенной. Наш космос продолжает жить. Мы просто никогда не узнаем, как далеко.

В последние десятилетия космологи пытались разгадать эту загадку, сначала определив форму Вселенной, подобно древнегреческому математику Эратосфену, вычислившему размер Земли с помощью простой тригонометрии. Теоретически наша Вселенная может иметь одну из трех возможных форм, каждая из которых зависит от кривизны самого пространства: седловидная (отрицательная кривизна), сферическая (положительная кривизна) или плоская (отсутствие кривизны).

Немногие отстаивали седловидную вселенную, но сферический космос имеет смысл для нас, землян. Земля круглая, как солнце и планеты. Сферическая вселенная позволит вам плыть в космос в любом направлении и вернуться туда, где вы начали, как команда Фердинанда Магеллана, совершившая кругосветное плавание. Эйнштейн назвал эту модель «конечной, но неограниченной вселенной».

Но начиная с конца 1980-х годов ряд орбитальных обсерваторий, построенных для изучения реликтового излучения, проводил все более точные измерения, показывающие, что пространство вообще не имеет кривизны. Она плоская до пределов того, что могут измерить астрономы — если это сфера, то сфера настолько огромная, что даже вся наша наблюдаемая Вселенная не регистрирует никакой кривизны.

«Вселенная плоская, как [бесконечный] лист бумаги», — говорит Мазер. «Согласно этому, вы могли бы двигаться бесконечно далеко в любом направлении, и вселенная была бы точно такой же, более или менее». Вы никогда не подошли бы к краю этой плоской вселенной; вы бы только находили все больше и больше галактик.

С этим у большинства астрономов все в порядке. Плоская Вселенная согласуется как с наблюдениями, так и с теорией, поэтому эта идея теперь лежит в основе современной космологии.

Проблема в том, что, в отличие от сферической вселенной, плоская может быть бесконечной — или нет.