Что находится за пределами космоса: Что лежит за пределами наблюдаемой Вселенной

Читать онлайн «За пределами Вселенной. Альбом фантастических рисунков с комментариями», Иван Агапов – ЛитРес

© Иван Агапов, 2021

ISBN 978-5-4474-2136-6

Создано в интеллектуальной издательской системе Ridero

Для меня Вселенная долгое время была безграничным чёрным пространством с огромным количеством звёзд. Бесконечность Вселенной выражалась в идее вечного космического полёта без возможности его когда-либо завершить. Затем теория Большого взрыва добавила новые детали – Вселенная оказалась не вечной, возможно, пульсирующей и многомерной. Казалось, что этих и многих других идей более чем достаточно для творчества. Но чем больше размышлял и рисовал, тем теснее становилось мне в той бесконечной Вселенной, которую описывают учебники. Появились идеи об ином космосе; других формах энергии; существах, живущих многие миллиарды лет. Вселенная уменьшилась до точки на листе реальности. Воображение начало создавать новые вселенные, не имеющие почти ничего общего с тем мирозданием, которое мы наблюдаем каждый миг нашей жизни. Большой взрыв стал одним из многих вариантов рождения других вселенных, бесконечных до определённого момента для тех, кто в них живёт и пытается понять окружающий мир. Все эти мысли воплотились в фантастических рисунках и не менее фантастических комментариях к ним.

Что находится за пределами Вселенной? Могут ли вообще существовать эти пределы и не ведут ли в тупик все размышления на эту тему? Я не предлагаю ответы на эти вопросы, а просто пытаюсь показать реальность за пределами того, что сейчас мы называем всей Вселенной.

24.07.2012

Размышляя о том, что может быть за пределами Вселенной и, пытаясь преодолеть барьер, невольно созданный современной наукой, мне не хватало слова, которое бы могло внести ясность в мои рассуждения. Необходимо было придумать термин, обозначающий локальную систему миров, объединённых более-менее общими свойствами пространства. Слово метагалактика по определению не подходило, так как, возможно, есть системы, где энергия и материя приняли иные формы. После многих различных вариантов остановился на слове локсреаль – ЛОКальная Система РЕАЛЬности.

Используя это слово, можно сказать, что каждую ночь мы видим космос нашего родного локсреаля, который находится во Вселенной, возможно, бесконечной. Наш локсреаль один из многих, то есть, возможно, на огромном расстоянии от него существует множество других локсреалей или даже систем локсреалей с другим космосом и другими вариантами изменения материи. Локсреали зависимы от времени, то есть, они рождаются и умирают. И ещё: возможно, мы немного поспешили, назвав Большой взрыв началом Вселенной. Он может быть началом нашего родного локсреаля или даже системы локсреалей, но для объяснения возникновения всей Вселенной теория Большого взрыва не годится, так как очень многого не объясняет.

У меня нет научных данных, подтверждающих мои слова, но искренне убеждён, что реальность намного невероятнее любых гипотез и фантазий. Тем не менее, с помощью фантастики возможно исследовать и показать такие глубины реальности, о которых наука создаёт не менее фантастические гипотезы. А насколько верны догадки учёных и фантастов, покажет время.

4. 04. 2012

Инореальность

На этом рисунке изображены отдельные локсреали (локсреаль – то, что сейчас мы называем всей Вселенной), довы (дов – система локсреалей) и местный инкосм (пространство между локсреалями, довами и, соответственно, внутри довов и полидов) одного из множества разнообразных полидов (полид – система довов). Некоторые локсреали и довы только начинают формироваться, другие уже завершили свою долгую или короткую энергетическую жизнь и развеялись по всему инкосму полида пылью и обломками материи.

Огромные пласты материи образовали причудливые конструкции, возраст которых десятки и сотни миллиардов лет. Хаос изменений в некоторых частях полида создал упорядоченные образования, которые неумолимо он же разрушит через какое-то время. Или создаст из них что-то иное. Среди этих чудовищных и завораживающих сгустков энергии и материи где-то возникла разумная жизнь, способная восхититься удивительными и необъяснимыми изменениями реальности. Восхититься и попытаться выразить своё восхищение в многочисленных произведениях искусства. Кто-то, конечно же, пытается понять окружающую реальность, ищет ответы на вопросы: где начало этого круговорота энергии? Где его предел? В чём смысл существования всего вокруг? Возможно, этот кто-то что-то и поймёт, а возможно, просто убедит себя, что понял всё.

Реальность становится тесной для воображения, и фантазия создаёт инореальность, теоретическую сегодня, завтра. Но что мы узнаем об окружающем нас мире послезавтра?

23 мая 2012 г.

Мир, в котором космос однажды стал другим

Это мироздание огромное количество времени существовало без имени, так как некому было задуматься над вариантами – местный космос был абсолютно безжизненным. Более того, здесь не было локальных источников энергии наподобие звёзд, и только пылевые потоки причудливыми узорами заполняли пространство вселенной.

Но, однажды, сквозь вселенную пролетел мир с замкнутой энергетической системой, не нуждающийся в свете звезды. Этот мир мог стать родным для живых существ и, примерно в середине полёта через пространство мироздания, в нём развилась примитивная жизнь, медленно эволюционировавшая в более сложные организмы.

Когда до выхода за пределы вселенной осталось чуть-чуть времени – по космическим масштабам – в мире жизнь обрела разум.

Разумные существа взглянули на космос и дали имя вселенной, которая, как они считали, была для них родной. Имя было незамысловатым, но полностью соответствовало убеждениям существ – Безграничность.

И наступил тот миг, когда мир стремительно покинул Безграничность. Перед изумлёнными существами предстал иной космос – чужой и непривычный.

Вселенная, сквозь которую пролетел мир существ, ещё очень долго делила небо на две разные части, но теперь она носила другое имя – Та, что была нам родиной.

24 сентября 2011 г.

Инкосмолёт

Инкосм и местный космос локсреалей различны по своим свойствам, а значит, главное отличие инкосмолёта от космолёта – универсальность способа перемещения в пространстве. Двигатель инкосмолёта должен уметь менять режимы работы, чтобы эффективно и безопасно (например, реактивный двигатель может буквально поджечь местный космос, наполненный каким-либо горючим газом и уничтожить близлежащие миры) перемещать корабль в вакууме; в местном космосе, наполненном газом; в местном космосе, наполненном жидкостью и так далее. Так как полёты между локсреалями могут длиться миллионы лет, а местный космос может быть насыщен микрочастицами материи или газом, корпус инкосмолёта должен быть максимально долговечным и прочным. Для этого можно использовать силовые поля разных видов. Один из вариантов: миниатюрные сфероиды силовых полей, с возможностью объединять их в разнообразные конструкции. Корпус из силовых полей позволяет инкосмолёту пролетать сквозь сгустки энергии наподобие звёзд и поддерживать функционирование при достаточном запасе энергии многие миллионы лет, а при возможности, и миллиарды.

17 июня 2012 г.

Здравствуй, новорождённая вселенная!

Он проснулся. Вспомнил, что сегодня произойдёт. Улыбнулся.

* * *

Эта раса существовала очень давно. Так давно, что уже умер от старости их родной мир. Более того, исчерпала энергию система множества миров, где он начал и завершил свой длинный путь в бездне космоса. Но и на этом время не остановилось: настала очередь локсреаля исчезнуть навсегда вместе со всем, чему он так долго и безвозмездно отдавал энергию.

Разумные существа не стали безропотно ждать смерти того, что очень длительное время было для них всей Вселенной, и начали искать новый дом. Их поиски не были бесплодными: на гигантском расстоянии в глубинах инкосма они нашли область, где были все условия для зарождения нового локсреаля.

Остатки энергии старого локсреаля были бережно собраны для путешествия, которое должно было продлиться огромное количество времени и закончится к моменту рождения найденного локсреаля.

* * *

Он стоял на внешней оболочке мини-инкосмолёта и любовался окружающим его хаосом освобождающийся энергии – новый локсреаль начал свою долгую и непредсказуемую жизнь на просторах инкосма, даря надежду настоящему и будущему.

От избытка чувств он, неожиданно для себя, прокричал:

– Здравствуй, новорождённая Вселенная. Здравствуй, новый дом!

16 июня 2012 г.

Что находится за пределами нашей Вселенной?

Согласно теории Большого взрыва, наша Вселенная за долю секунды расширились до огромных масштабов. И продолжила расширяться до сих пор. В первые мгновения жизни Вселенной зародились все основные физические константы (масса и заряд частиц и т п), которые и определяют устройство нашего мира.
Но где была та самая точка, из которой пошел Большой взрыв, и что находится за границами нашей Вселенной — эта теория не объясняет.
Так появилась так называемая теория Мультивселенной. Я ее называю смелой и любопытной попыткой объяснить существование нашего мира, не привлекая идеи о Боге. Причем тут Бог? Ответ на этот вопрос я попытаюсь дать в конце статьи.
Это умозрительная теория, доказать которую сейчас нет никакой возможности. Да и в ближайшие миллионы лет вряд ли получится — слишком глобальный вопрос. Для этого надо иметь возможность взглянуть на нашу Вселенную со стороны. Поэтому теория Мультивселенной — это больше философия, чем физика, хотя в ее фундаменте и лежат данные современной астрофизики. Эту теорию разделял Стивен Хокинг, ей и была посвящена последняя статья этого великого ученого.
Умозрительные теории тоже имеют право на жизнь. Это не фантастика в чистом виде, а экстраполяция современных научных теорий на вопросы, которые лежат вне наших опытных возможностей.
Теория Мультивселенной гласит, что наша Вселенная — лишь одна из многих многих миллионов миров. Новые вселенные создаются ежесекундно.
Если нарисовать это образно, то, представьте, существует некий бесконечный океан энергии. На нем есть волны этой энергии, которые накатывают одна за одной. И вот брызги на гребне каждой из волн — это вселенные.
то творится в других вселенных предсказать невозможно. Согласно представлениям современной физики, в каждой из таких вселенных может быть свой уникальный набор физических параметров.

В подавляющем большинстве из них физически не может быть жизни. В лучшем случае, там будут собираться небольшие звезды со сроком жизни в миллионы лет. И вряд ли есть вещества тяжелее водорода и гелия. По крайней мере, именно такая картина получается, если случайным образом менять константы основных физических величин (заряды, масса микрочастиц, квант энергии и т п).
Теорий Мультивселенной существует много. Все они по-разному объясняют процесс рождения новых вселенных и законов, царящих в них. Стив Хокинг, например, был уверен, что физические законы в других, параллельных вселенных, должны быть такие же, как у нас. То есть, получается, что все вселенные были «запрограммированы», чтобы в них появилась жизнь? Тем логичнее выглядит вопрос из следующей главы.

Бог или случай?
Получается, наша Вселенная имеет уникальный набор физических параметров, за счет которых возможно появление жизни. В науке это утверждение известно под термином Антропный принцип.

И вот тут мы приходим к вопросу, как так идеально все сложилось? И здесь вопросы науки заканчиваются, начинаются вопросы веры. Либо есть Бог, который это запустил, либо случай. Бог в данном случае может быть кем угодно: изначальным законом (как бы ДНК Вселенной), христианским или мусульманским. Но это некий Разум, который запустил процесс именно таким образом.

Второй подход — материалистический, гласит, что набор физических параметров, идеальных для жизни, появился случайно. Просто была возможность попробовать миллиарды триллионов раз. И рано или поздно, согласно теории вероятности, должен был появиться наш мир.

Мне очень сложно поверить в случай. Такова уж человеческая природа — мы во всем склонны видеть закономерности. А наш мир устроен слишком идеально, чтобы это было простым совпадением. А что думаете вы? Случай все-таки сотворил наш мир или был некий закон или разум, который определил нашу Вселенную?

За пределами пространства-времени: Добро пожаловать в фазовое пространство

Аманда Гефтер

Скрывается ли какой-то более глубокий уровень реальности?

(Изображение: Люк Брукс)

Теория реальности за пределами вселенной Эйнштейна обретает форму – и таинственный космический сигнал может вскоре заполнить пробелы

ЭТОГО НЕ БЫЛО, так давно мы думали, что пространство и время существуют абсолютная и неизменная основа вселенной. Затем появился Альберт Эйнштейн, который показал, что разные наблюдатели могут расходиться во мнениях относительно длины объектов и времени событий. Его теория относительности объединила пространство и время в единое целое – пространство-время. Это означало, что наше представление о ткани реальности уже никогда не будет прежним. «Отныне пространство само по себе и время само по себе обречены превращаться в простые тени», — заявил математик Герман Минковский. «Только своего рода союз обоих сохранит независимую реальность».

Но достаточно ли далеко зашла революция Эйнштейна? Физик Ли Смолин из Института теоретической физики «Периметр» в Ватерлоо, Онтарио, Канада, так не думает. Он и трое его коллег стремятся вывести теорию относительности на совершенно новый уровень, и в их поле зрения находится пространство-время. Они говорят, что нам нужно забыть о доме, который Эйнштейн придумал для нас: вместо этого мы живем в месте, называемом фазовым пространством.

Реклама

Если это радикальное утверждение верно, оно может решить тревожный парадокс о черных дырах, который десятилетиями ставил в тупик физиков. Более того, это может направить их на путь к исполнению заветного желания: «теория всего», которая, наконец, объединит общую теорию относительности и квантовую механику.

Так что же такое фазовое пространство? Это любопытный восьмимерный мир, который объединяет наши знакомые четыре измерения пространства и времени и четырехмерный мир, называемый импульсным пространством.

Пространство Импульс не такое уж инопланетное, как может показаться на первый взгляд. Когда вы смотрите на мир вокруг себя, говорит Смолин, вы никогда не наблюдаете пространство или время — вместо этого вы видите энергию и импульс. Например, когда вы смотрите на часы, фотоны отражаются от поверхности и попадают на сетчатку. Определяя энергию и импульс фотонов, ваш мозг реконструирует события в пространстве и времени.

То же самое относится и к физическим экспериментам. Внутри ускорителей частиц физики измеряют энергию и импульс частиц, когда они движутся навстречу друг другу и сталкиваются, а также энергию и импульс вылетающих обломков. Точно так же телескопы измеряют энергию и импульс фотонов, поступающих из дальних уголков Вселенной. «Если исходить из того, что мы наблюдаем, мы живем не в пространстве-времени», — говорит Смолин. «Мы живем в импульсном пространстве».

И точно так же, как пространство-время можно изобразить как систему координат со временем на одной оси и пространством — его три измерения, сжатые в одно — на другой оси, то же самое верно и для импульсного пространства. В этом случае энергия находится на одной оси, а импульс, который, как и пространство, имеет три компонента, — на другой (см. схему).

Существуют простые математические преобразования для перевода измерений в этом импульсном пространстве в измерения в пространстве-времени, и общепринятое мнение состоит в том, что импульсное пространство — это просто математический инструмент. В конце концов, Эйнштейн показал, что пространство-время — это истинная арена реальности, на которой разыгрываются драмы космоса.

Смолин и его коллеги не первые, кто задается вопросом, так ли это. Еще в 1938 году немецкий физик Макс Борн заметил, что некоторые основные уравнения квантовой механики остаются неизменными независимо от того, выражены они в координатах пространства-времени или в координатах импульса. Он задавался вопросом, можно ли использовать эту связь для объединения, казалось бы, несовместимых теорий общей теории относительности, которая имеет дело с пространством-временем, и квантовой механики, частицы которой обладают импульсом и энергией. Возможно, это могло бы дать ключ к долгожданной теории квантовой гравитации.

Идея Борна о том, что пространство-время и импульсное пространство должны быть взаимозаменяемыми, — теория, теперь известная как «Взаимность Борна», — имела замечательное последствие: если пространство-время может быть искривлено массами звезд и галактик, как показала теория Эйнштейна, то должно быть возможно искривить и импульсное пространство.

В то время было неясно, какая физическая сущность может искривлять импульсное пространство, а математика, необходимая для реализации такой идеи, еще даже не была изобретена. Итак, Борн так и не осуществил свою мечту о том, чтобы уравнять пространство-время и пространство-импульс.

Здесь Смолин и его коллеги вступают в историю. Вместе с Лораном Фрейделем из Института периметра, Ежи Ковальски-Гликман из Вроцлавского университета в Польше и Джованни Амелино-Камелия из Римского университета Ла Сапиенца в Италии Смолин исследовал эффекты искривления импульсного пространства.

Квартет взял стандартные математические правила перевода импульсного пространства в пространство-время и применил их к искривленному импульсному пространству. То, что они обнаружили, шокирует: наблюдатели, живущие в искривленном импульсном пространстве, больше не будут соглашаться с измерениями, сделанными в едином пространстве-времени. Это полностью противоречит теории относительности Эйнштейна. Он показал, что, хотя пространство и время относительны, пространство-время одинаково для всех. Однако для наблюдателей в искривленном импульсном пространстве даже пространство-время относительно (см. Диаграмму).

Это несоответствие между измерениями пространства-времени одного наблюдателя и измерениями другого увеличивается с расстоянием или со временем, а это означает, что, хотя пространство-время в непосредственной близости от вас всегда будет четко определено, объекты и события на дальнем расстоянии становятся более нечеткими. «Чем дальше вы находитесь и чем больше энергии задействовано, тем больше кажется, что событие распространяется в пространстве-времени», — говорит Смолин.

Например, если вы находитесь в 10 миллиардах световых лет от сверхновой и энергия ее света составляет около 10 гигаэлектронвольт, то ваше измерение ее местоположения в пространстве-времени будет отличаться от измерения местного наблюдателя на световую секунду. Это может показаться не таким уж большим, но это составляет 300 000 километров. Ни один из вас не ошибется — просто местоположения в пространстве-времени относительны, явление, которое исследователи назвали «относительной локальностью».

Относительная местность сильно ударит по нашему представлению о реальности. Если пространство-время больше не является неизменным фоном вселенной, с которым могут согласиться все наблюдатели, в каком смысле его можно считать истинной тканью реальности?

Относительная локализация наносит огромный удар по нашему пониманию природы реальности

Это вопрос, над которым еще предстоит разобраться, но у относительной локализации есть и свои преимущества. Во-первых, это может пролить свет на упорную загадку, известную как парадокс потери информации черной дырой. В 19В 70-х годах Стивен Хокинг обнаружил, что черные дыры излучают свою массу, в конечном итоге испаряются и полностью исчезают. Это поставило интригующий вопрос: Что происходит со всем, что попало в черную дыру?

Теория относительности не позволяет всему, что падает в черную дыру, вырваться наружу, потому что для этого оно должно двигаться со скоростью, превышающей скорость света — космический предел скорости, который строго соблюдается. Но квантовая механика навязывает свой собственный строгий закон: вещи, а точнее информация, которую они содержат, не могут просто исчезнуть из реальности. Испарение черной дыры поставило физиков между молотом и наковальней.

По словам Смолина, положение спасает относительная локализация. Допустим, вы были достаточно терпеливы, чтобы ждать, пока черная дыра испарится, а этот процесс может занять миллиарды лет. Как только он исчезнет, ​​вы можете спросить, что случилось, скажем, со слоном, который когда-то поддался его гравитационной хватке. Но если вы оглянетесь назад на то время, когда, как вы думали, слон упал в черную дыру, вы обнаружите, что места в пространстве-времени стали настолько нечеткими и неопределенными, что уже невозможно сказать, действительно ли слон упал в черную дыру. или чуть не пропустил. Парадокс потери информации растворяется.

Невозможно сказать, действительно ли слон упал в черную дыру или едва не попал в нее

Остаются большие вопросы. Например, как мы можем узнать, действительно ли импульсное пространство искривлено? Чтобы найти ответ, команда предложила несколько экспериментов.

Одна из идей состоит в том, чтобы посмотреть на свет, приходящий на Землю от далеких гамма-всплесков. Если импульсное пространство искривлено особым образом, который математики называют «неметрическим», то высокоэнергетический фотон в гамма-всплеске должен попасть в наш телескоп немного позже, чем фотон с более низкой энергией из того же всплеска. , несмотря на то, что они испускаются одновременно.

Именно это явление уже наблюдалось, начиная с некоторых необычных наблюдений, сделанных телескопом на Канарских островах в 2005 г. ( New Scientist , 15 августа 2009 г., стр. 29). С тех пор этот эффект был подтвержден космическим гамма-телескопом НАСА «Ферми», который собирал свет от космических взрывов с момента его запуска в 2008 году. энергия — фотоны с высокой энергией прибывают позже, чем фотоны с низкой энергией», — говорит Амелино-Камелия.

Тем не менее, он еще не глотнул шампанского. Неясно, являются ли наблюдаемые задержки истинными сигнатурами искривленного импульсного пространства или же они сводятся к «неизвестным свойствам самих взрывов», как выразился Амелино-Камелия. Расчеты гамма-всплесков идеализируют взрывы как мгновенные, но на самом деле они длятся несколько секунд. Хотя нет очевидных причин так думать, возможно, что всплески происходят таким образом, что они испускают фотоны с более низкой энергией на секунду или две раньше, чем фотоны с более высокой энергией, что объясняет наблюдаемые задержки.

Чтобы отделить свойства взрывов от свойств относительной местности, нам нужна большая выборка гамма-всплесков, происходящих на различных известных расстояниях (arxiv.org/abs/1103.5626). Если задержка является свойством взрыва, то ее длина не будет зависеть от того, насколько далеко от нашего телескопа находится взрыв; если это признак относительной местности, то так и будет. Амелино-Камелия и остальные члены команды Смолина теперь с нетерпением ждут новых данных от Ферми.

Однако на этом вопросы не заканчиваются. Даже если наблюдения Ферми подтвердят, что импульсное пространство искривлено, они все равно не скажут нам, что вызывает искривление. В общей теории относительности именно импульс и энергия в форме массы искажают пространство-время. В мире, в котором импульсное пространство является фундаментальным, могут ли пространство и время как-то отвечать за искривление импульсного пространства?

Работа Шана Маджида, физика-математика из Лондонского университета королевы Марии, может содержать некоторые подсказки. В 1990-х он показал, что искривленное импульсное пространство эквивалентно тому, что известно как некоммутативное пространство-время. В знакомом пространстве-времени координаты коммутируют — то есть, если мы хотим достичь точки с координатами ( x , y ), не имеет значения, делаем ли мы x шагов вправо, а затем y шагов вперёд, или если пройдём у шагов вперед, затем x шагов вправо. Но математики могут построить пространство-время, в котором этот порядок больше не соблюдается, оставив пространство-время с присущей ему нечеткостью.

В каком-то смысле такая нечеткость — это именно то, чего можно ожидать, когда квантовые эффекты возьмут верх. Что отличает квантовую механику от обычной механики, так это принцип неопределенности Гейзенберга: когда вы фиксируете импульс частицы — измеряя его, например, — тогда ее положение становится совершенно неопределенным, и наоборот. Порядок, в котором вы измеряете положение и импульс, определяет их значения; другими словами, эти свойства не коммутируют. Это, говорит Маджид, подразумевает, что искривленное импульсное пространство — это просто квантовое пространство-время в другом обличье.

Более того, Маджид подозревает, что эта взаимосвязь между кривизной и квантовой неопределенностью работает двумя способами: искривление пространства-времени — проявление гравитации в теории относительности Эйнштейна — подразумевает, что импульсное пространство также является квантовым. Модель Смолина и его коллег еще не включает гравитацию, но как только она это сделает, говорит Маджид, наблюдатели также не согласятся с измерениями в импульсном пространстве. Итак, если и пространство-время, и импульсное пространство относительны, то где же находится объективная реальность? Какова истинная ткань реальности?

Если пространство-время Эйнштейна больше не является чем-то, с чем согласны все наблюдатели, является ли оно истинной тканью реальности?

Предчувствие Смолина состоит в том, что мы окажемся в месте, где встречаются пространство-время и импульсное пространство: восьмимерное фазовое пространство, которое представляет все возможные значения положения, времени, энергии и импульса. В теории относительности то, что один наблюдатель рассматривает как пространство, другой рассматривает как время и наоборот, потому что в конечном счете они являются двумя сторонами одной медали — единого пространства-времени. Точно так же в представлении Смолина о квантовой гравитации то, что один наблюдатель видит как пространство-время, другой видит как импульсное пространство, и они объединены в многомерном фазовом пространстве, абсолютном и инвариантном для всех наблюдателей. Когда теория относительности поднимется еще на один уровень, она попрощается и с пространством-временем, и с импульсным пространством, и поприветствует фазовое пространство.

«Давно было очевидно, что разделение между пространством-временем и энергией-импульсом вводит в заблуждение при работе с квантовой гравитацией», — говорит физик Жоао Магейхо из Имперского колледжа Лондона. В обычной физике достаточно легко рассматривать пространство-время и импульсное пространство как отдельные вещи, объясняет он, «но для квантовой гравитации может потребоваться их полное запутывание». Как только мы выясним, как кусочки головоломки пространства-времени и импульсного пространства сочетаются друг с другом, мечта Борна, наконец, осуществится, и истинные леса реальности будут раскрыты.

• Принцип относительной локализации Джованни Амелино-Камелия и др. (arxiv.org/abs/1101.0931)

Еще по этим темам:

• космология

Странное пространство за пределами нашей Солнечной системы

Загрузка

Странное пространство за пределами нашей Солнечной системы

(Изображение предоставлено: NASA/STScI/Aura)

Автор Патчен Барсс, 9 сентября 2020 г.

Таинственный темный вакуум межзвездного пространства, наконец, раскрывается двумя бесстрашными космическими кораблями, которые стали первыми объектами, созданными руками человека, покинувшими нашу Солнечную систему.

T

Чтобы отметить конец неспокойного года, мы возвращаем некоторые из наших любимых историй для сборника BBC Future «Лучшее за 2020 год». Узнайте больше о наших подборках здесь .

Вдали от защитных объятий Солнца край нашей Солнечной системы может показаться холодным, пустым и темным местом. Зияющее пространство между нами и ближайшими звездами долгое время считалось пугающе обширным пространством небытия.

До недавнего времени это было место, куда человечество могло заглянуть только издалека. Астрономы обращали на это лишь мимолетное внимание, предпочитая вместо этого фокусировать свои телескопы на светящихся массах соседних с нами звезд, галактик и туманностей.

Но два космических корабля, построенных и запущенных в 1970-х годах, последние несколько лет передают нам первые снимки этой странной области, которую мы называем межзвездным пространством. Будучи первыми искусственными объектами, покинувшими нашу Солнечную систему, они отправляются на неизведанную территорию, за миллиарды миль от дома. Ни один другой космический корабль не путешествовал так далеко.

И они обнаружили, что за пределами нашей Солнечной системы находится невидимая область хаотической бурлящей активности.

«Когда вы смотрите на разные части электромагнитного спектра, эта область пространства сильно отличается от черноты, которую мы воспринимаем нашими глазами», — говорит Мишель Баннистер, астроном из Кентерберийского университета в Крайстчерче, Новая Зеландия, изучающая внешние пределы Солнечной системы. «Магнитные поля борются, толкают и связывают друг друга. Образ, который у вас должен быть, похож на купель под Ниагарским водопадом».

Взрывы, подобные сверхновой, отбрасывают космические лучи во всех направлениях в межзвездное пространство. (Фото: НАСА/Хаббл) или плазма, разбрызгивающаяся во всех направлениях от Солнца, когда она сталкивается с коктейлем из газа, пыли и космических лучей, который дует между звездными системами, известными как «межзвездная среда».

На протяжении последнего столетия ученые создавали картину того, из чего состоит межзвездная среда, во многом благодаря наблюдениям с помощью радио- и рентгеновских телескопов. Они обнаружили, что он состоит из чрезвычайно рассеянных ионизированных атомов водорода, пыли и космических лучей, перемежающихся плотными молекулярными облаками газа, которые, как считается, являются местом рождения новых звезд.

Но его точная природа за пределами нашей Солнечной системы была в значительной степени загадкой, главным образом потому, что Солнце, все восемь планет и далекий диск обломков, известный как пояс Койпера, заключены в гигантский защитный пузырь, образованный солнечным ветром. , известный как гелиосфера. Когда Солнце и окружающие его планеты мчатся через галактику, этот пузырь ударяется о межзвездную среду, словно невидимый щит, защищающий от большинства вредных космических лучей и другого материала.

Но его спасительные свойства также затрудняют изучение того, что находится за пузырем. Даже определить его размер и форму изнутри сложно.

«Как будто вы находитесь в своем доме и хотите знать, как он выглядит. Вы должны выйти на улицу и посмотреть, чтобы сказать правду», — говорит Елена Проворникова, научный сотрудник Лаборатории прикладной физики Университета Джона Хопкинса. «Единственный способ получить представление — уйти далеко от Солнца, оглянуться назад и сделать снимок из-за пределов гелиосферы».

Это непростая задача. По сравнению со всем Млечным Путем наша Солнечная система выглядит меньше, чем рисовое зернышко, плавающее посреди Тихого океана. И все же внешний край гелиосферы все еще так далек, что космическим кораблям «Вояджер-1» и «Вояджер-2» потребовалось более 40 лет, чтобы достичь его, когда они летели с Земли.

Вам также могут понравиться:

• Что, если наша Вселенная — продолжение?
• Переключатель, спасший миссию на Луну
• Величайшая космическая миссия

«Вояджер-1», который выбрал более прямой маршрут через Солнечную систему, вышел в межзвездное пространство в 2012 году, прежде чем «Вояджер-2» присоединился к нему в 2018 году. В настоящее время они находятся на расстоянии около 13 миллиардов и 11 миллиардов миль от Земли соответственно. все дальше в пространство за пределами нашей Солнечной системы, отправляя обратно больше данных, как они это делают. ( Подробнее о «Вояджере», величайшая космическая миссия .)

Космический корабль «Вояджер» размером с автомобиль был запущен в 1977 году и в настоящее время передает данные из межзвездного пространства (Фото: NASA/JPL-Caltech) подсказки о том, как сформировалась наша Солнечная система и как вообще возможна жизнь на Земле. Далекий от того, чтобы быть четкой границей, самый край нашей Солнечной системы на самом деле кишит бурлящими магнитными полями, сталкивающимися звездными бурями, штормами частиц высокой энергии и вихревым излучением.

Размер и форма гелиосферного пузыря изменяются по мере того, как изменяется излучение Солнца и когда мы проходим через различные области межзвездной среды. Когда солнечный ветер поднимается или опускается, он изменяет внешнее давление на пузырь.

В 2014 году активность Солнца резко возросла, и в космос пронесся ураган солнечного ветра. Взрыв быстро пронесся над Меркурием и Венерой со скоростью около 800 км в секунду (497 миль в секунду). Через два дня и 150 млн км (93,2 миллиона миль), он окутывал Землю. К счастью, магнитное поле нашей планеты защитило нас от ее мощного разрушительного излучения.

Порыв ветра пронесся мимо Марса днем ​​позже и пронесся через пояс астероидов к далеким газовым гигантам – Юпитеру, Сатурну, Урану и, спустя более двух месяцев, к Нептуну, который вращается на расстоянии почти 4,5 миллиарда км (2,8 миллиарда миль) от Солнце.

Спустя более шести месяцев ветер, наконец, достиг точки на расстоянии более 13 миллиардов километров (8,1 миллиарда миль) от Солнца, известной как «завершающий шок». Здесь магнитное поле Солнца, которое приводит в движение солнечный ветер, становится достаточно слабым, чтобы межзвездная среда могла столкнуться с ним.

Порыв солнечного ветра возник из-за завершающего толчка, движущегося со скоростью менее половины своей предыдущей скорости — уровень урагана понизился до тропического шторма. Затем, в конце 2015 года, он обогнал «Вояджер-2» неправильной формы, размер которого примерно с небольшой автомобиль. Всплеск плазмы был обнаружен с помощью сенсорных технологий «Вояджера», которым уже 40 лет и которые питаются от медленно разлагающейся плутониевой батареи.

Зонд передал данные обратно на Землю, которые даже при скорости света достигли нас за 18 часов. Астрономы могли получать информацию с «Вояджера» только благодаря огромному массиву 70-метровых спутниковых тарелок и передовым технологиям, о которых нельзя было и вообразить, не говоря уже о том, чтобы изобрести, когда зонд покинул Землю в 19 году.77.

Солнце производит постоянный шквал частиц высокой энергии, известный как солнечный ветер, который может подниматься и опускаться в зависимости от активности нашей звезды. внутри нашей Солнечной системы. Чуть больше года спустя последние вздохи угасающего ветра достигли «Вояджера-1», который пересек межзвездное пространство в 2012 году. другой на ту же сумму ниже. Всплеск солнечного ветра достиг их в разных регионах в разное время, что дало полезные подсказки о природе гелиопаузы.

Данные показали, что турбулентная граница имеет толщину в миллионы километров. Он охватывает миллиарды квадратных километров по всей поверхности гелиосферы.

Гелиосфера также неожиданно велика, что говорит о том, что межзвездная среда в этой части галактики менее плотная, чем думали люди. Солнце прокладывает себе путь в межзвездном пространстве подобно лодке, движущейся по воде, создавая «луковую волну» и оставляя за собой след, возможно, с хвостом (или хвостами) по форме, похожей на хвосты комет. Оба «Вояджера» вышли через «нос» гелиосферы и поэтому не предоставили никакой информации о хвосте.

« По оценке «Вояджеров», толщина гелиопаузы составляет около одной астрономической единицы (93 миллиона миль, что является средним расстоянием между Землей и Солнцем)», — говорит Проворникова. «Это не совсем поверхность. Это регион со сложными процессами. И мы не знаем, что там происходит».

Солнечные и межзвездные ветры не только создают турбулентное перетягивание каната в пограничной области, но и частицы меняют заряды и импульсы. В результате часть межзвездной среды превращается в солнечный ветер, фактически увеличивая выталкивание пузыря наружу.

И хотя всплеск солнечного ветра может предоставить интересные данные, похоже, он оказывает на удивление малое влияние на общий размер и форму пузыря. Оказывается, то, что происходит за пределами гелиосферы, имеет гораздо большее значение, чем то, что происходит внутри. Солнечный ветер может увеличиваться или уменьшаться с течением времени, не оказывая существенного влияния на пузырь. Но если этот пузырь переместится в область галактики с более плотным или менее плотным межзвездным ветром, то он сожмется или вырастет.

Но многие вопросы остаются без ответа, включая вопрос о том, насколько типичным может быть наш защитный пузырь солнечного ветра.

Солнечная гелиосфера образует длинный хвост, прокладывая себе путь через межзвездную среду в своем путешествии по галактике. Вселенная.

«То, что мы изучаем в нашей собственной системе, расскажет нам об условиях развития жизни в других звездных системах», — говорит она.

Во многом это связано с тем, что, сдерживая межзвездную среду, солнечный ветер также не пропускает опасные для жизни бомбардировки излучением и смертоносными высокоэнергетическими частицами, такими как космические лучи, из дальнего космоса. Космические лучи — это протоны и атомные ядра, летящие в космосе почти со скоростью света. Они могут образовываться при взрывах звезд, коллапсах галактик в черные дыры и других катастрофических космических событиях. Область за пределами нашей Солнечной системы покрыта непрекращающимся дождем этих высокоскоростных субатомных частиц, которые были бы достаточно мощными, чтобы вызвать смертельное радиационное отравление на менее защищенной планете.

«Вояджер» окончательно заявил, что 90% этого излучения отфильтровывается Солнцем, — говорит Джейми Рэнкин, исследователь гелиофизики из Принстонского университета и первый человек, написавший докторскую диссертацию на основе межзвездных данных «Вояджеров». «Если бы нас не защищал солнечный ветер, я не знаю, были бы мы живы».

Три дополнительных зонда НАСА вскоре присоединятся к «Вояджерам» в межзвездном пространстве, хотя два из них уже разрядились и перестали возвращать данные. Эти несколько крошечных уколов на гигантской границе сами по себе будут давать только ограниченную информацию. К счастью, ближе к дому можно провести более масштабное наблюдение.

Международный исследователь границы НАСА (Ibex), крошечный спутник, который вращается вокруг Земли с 2008 года, обнаруживает частицы, называемые «энергетическими нейтральными атомами», которые проходят через межзвездную границу. Ibex создает трехмерные карты взаимодействий, происходящих по всему краю гелиосферы.

Миссия Ibex обнаружила ленту атомов высоких энергий, отраженных от края гелиосферы галактическим магнитным полем (Фото: НАСА)

«Вояджеры» в качестве наземных метеостанций», — говорит Рэнкин. Она использовала данные Voyager, Ibex и других источников для анализа меньших всплесков солнечного ветра, и в настоящее время работает над документом, основанным на гораздо более крупном взрыве, который начался в 2014 году. Уже сейчас данные показывают, что гелиосфера сжималась, когда «Вояджер-1» прошел границу, но снова расширился, когда «Вояджер-2» пересек ее.

«Это довольно динамичная граница, — говорит она. «Удивительно, что это открытие было зафиксировано на 3D-картах Ibex, что позволило нам одновременно отслеживать локальные отклики «Вояджеров»».

Козерог показал, насколько динамичной может быть граница. В первый год своего существования он обнаружил гигантскую ленту энергичных атомов, извивающуюся через границу, которая менялась со временем, причем черты появлялись и исчезали всего на шесть месяцев. Лента оказывается областью носа гелиосферы, где частицы солнечного ветра отскакивают от галактического магнитного поля и отражаются обратно в Солнечную систему.

Когда «Вояджер-2» покинул Солнечную систему, он обнаружил резкий всплеск космических лучей, от которых нас защищает гелиосфера. (Источник: NASA/JPL-Caltech/GSFC) Хотя они покинули гелиосферу, они все еще находятся в пределах досягаемости многих других влияний нашего Солнца. Свет Солнца, например, будет виден невооруженным глазом с других звезд. Гравитация нашей звезды также распространяется далеко за пределы гелиосферы, удерживая на месте далекую разреженную сферу из льда, пыли и космического мусора, известную как Облако Оорта.

Объекты Оорта все еще вращаются вокруг Солнца, несмотря на то, что летают далеко в межзвездном пространстве. В то время как некоторые кометы имеют орбиты, которые достигают облака Оорта, область в 186-930 миллиардов миль (300-1500 миллиардов км) обычно считается слишком далекой для того, чтобы мы могли отправлять собственные зонды.

Эти отдаленные объекты практически не изменились с момента возникновения Солнечной системы и могут содержать ключи ко всему, от того, как формируются планеты, до вероятности возникновения жизни в нашей Вселенной. И с каждой волной новых данных возникают новые загадки и вопросы.

«Вояджер-1» вышел в межзвездное пространство в 2012 г. 100 астрономических единиц от Солнца, но перед ним все еще находится огромное облако Оорта (Фото: НАСА/Лаборатория реактивного движения — Калифорнийский технологический институт) или всей гелиосферы, эффекты которой еще предстоит расшифровать. Кроме того, гелиосфера, похоже, скатывается в межзвездное облако частиц и пыли, оставшихся от древних космических событий, влияние которых на границу — и на тех из нас, кто живет внутри нее, — не было предсказано.

«Он мог изменить размеры гелиосферы, он мог изменить ее форму», — говорит Проворникова. «У него могут быть разные температуры, разные магнитные поля, разная ионизация и все эти разные параметры. Это очень интересно, потому что это область многих открытий, а мы так мало знаем об этом взаимодействии между нашей звездой и местной галактикой».

Что бы ни случилось, два металлических набора размером с автомобиль, прикрепленные болтами к маленьким параболическим тарелкам — бесстрашные зонды «Вояджер» — станут авангардом нашей Солнечной системы, раскрывая все больше и больше информации об этой странной и неизведанной территории по мере нашего продвижения в космосе.

  —

Join one million Future fans by liking us on  Facebook , or follow us on  Twitter  or  Instagram .