Есть ли граница вселенной и что за ней: Наука: Наука и техника: Lenta.ru

Вселенная бесконечна? Или у нее есть границы?

Наверняка каждый из нас ночью, пытаясь уснуть, пытался понять – бесконечна ли Вселенная на самом деле? И если бесконечна – то как такое возможно? Как так может быть, что пространство нигде не заканчивается? Или у него есть все же определенный предел? И если он есть, то что находится там, за этим пределом?

Как правило, результаты этих размышлений равны нулю. И мозг медленно погружается в сон сквозь  узоры на ковре, висящем на стене. Он превращает их в карусели сияющих в бесконечном пространстве Галактик…😊

Из всех научных вопросов, о которых Вы внезапно можете задуматься, тот, что касается бесконечности Вселенной, несомненно один из самых сложных. И на данный момент на него невозможно ответить однозначно. Ученые предполагают, что обе возможности реальны. И у каждого подхода есть свои сторонники и противники.

Установление истины о том, есть ли у Вселенной какие-то границы, в конечном итоге зависит от выяснения ее формы и размера. И того, какую часть космоса мы, на самом деле, наблюдаем фактически.

Какую форму имеет Вселенная?

Лишь установление истинной формы Вселенной может открыть нам истину о том, какие она имеет размеры на самом деле. Космологи предполагают, что Вселенная, вероятно, может иметь одну из трех возможных форм, которые зависят от кривизны пространства.

По мнению некоторых исследователей, Вселенная может быть плоской. То есть без кривизны. И при этом бесконечной. А еще она может быть открытой, и иметь форму седла (с отрицательной кривизной). И снова бесконечной.

И третий вариант. Самый доступный для понимая нашим ограниченным трехмерным мозгом. Вселенная может быть замкнутой. Она может выглядеть как некая четырехмерная сфера. И быть вполне себе конечной.

Так какая же форма у Вселенной на самом деле? Лауреат Нобелевской премии космолог Джон Мазер из Центра космических полетов имени Годдарда, НАСА, недавно высказал свое мнение по этому поводу. Он утверждает, что наблюдения космического микроволнового фонового излучения (CMB), оставшегося со времени Большого взрыва, подтверждают идею плоской Вселенной.  И что она не имеет какой-либо кривизны (по крайней мере, в пределах наблюдаемого пространства).

«Вселенная плоская, как бесконечный лист бумаги», – заявил Мазер. «Вы сможете продолжать двигать бесконечно долго в любом направлении. И Вселенная везде будет такой же, как и здесь. То есть более или менее однородной».

Геометрия Вселенной определяется параметром плотности Ω в рамках космологических уравнений Фридмана. Автор: NASA / WMAP Science Team

Измерение размеров Вселенной

Текущие расчеты говорят, что наблюдаемая Вселенная простирается на 46,5 миллиарда световых лет во всех направлениях. А ее диаметр составляет 93 миллиарда световых лет в поперечнике.

Почему же так получилось? Ведь возраст Вселенной составляет 13,8 миллиарда лет! Тут есть нюанс. Свету, летящему с самого дальнего края наблюдаемой Вселенной потребовалось 13,8 миллиарда световых лет, чтобы достичь наших глаз. Однако со времени Большого Взрыва Вселенная продолжала расширяться со скоростью, которая, как нам кажется, все время увеличивается. И даже, для самых отдаленных рубежей, уже значительно превышает скорость света. Именно поэтому край наблюдаемой Вселенной переместился очень далеко от нас. И находится уже на расстоянии 46,5 миллиарда световых лет.

По разным оценкам, это огромное пространство включает от 200 миллиардов до 2 триллионов галактик. А в каждой из этих галактик в среднем не менее 100 миллиардов звезд.

Эти гигантские числа просто невозможно осознать. Но как ученые все это рассчитали?

Для этого они используют различные инструменты и методы, называемые «лестницей космических расстояний». Они начинают с расстояний, которые можно измерить напрямую. Например – при отражении радиоволн от близлежащих тел в Солнечной системе. Для этого измеряется время, через которое эти радиоволны возвращаются обратно на Землю. Поскольку скорость распространения радиоволн известна, по времени их задержки вычисляется расстояние, которое они преодолели.

Для расстояний, которые сложнее измерить, например для галактик на границе Вселенной, астрономы используют выводы, основанные на расчетах и ​​данных наблюдений.

Например, они используют метод «измерения параллакса». Он основан на измерении смещения звезды по отношению к объектам на ее фоне. А также информацию о «главной последовательности», которая содержит все наши знания об эволюции звезд. И, соответственно, об их классе светимости. Знание того, как яркость звезды связана с расстоянием до нее, имеет первостепенное значение при определении местоположения очень далеких объектов. То же самое происходит и при анализе красного смещения, который включает в себя измерение изменений длин волн света, исходящего от далеких галактик.

А как насчет ненаблюдаемой Вселенной?

Если Вы заметили, все приведенные выше числа и факты относятся к наблюдаемой части Вселенной. Или той шарообразной части космоса, которую можно каким-то образом увидеть с Земли. Или обнаружить с помощью космических телескопов и зондов. Но как насчет частей Вселенной, которые мы не видим? Ведь некоторые из них могут находиться слишком далеко от нас, чтобы свет, излученный после Большого взрыва, успел достичь Земли!

Исследование, проведенное группой британских ученых, показало, что фактический размер Вселенной может быть как минимум в 250 раз больше того, что мы наблюдаем. Исследователи рассчитали, что замкнутая и конечная Вселенная будет содержать примерно от 250 до 400 объемов наблюдаемой нами ее части.

Другая гипотеза, озвученная такими учеными, как лауреат Нобелевской премии Роджер Пенроуз, заключается в том, что Большой взрыв был лишь одним из эпизодов космической эволюции, которая происходит с нашей Вселенной. И на самом деле могло быть несколько Больших взрывов, за которыми следовали так называемые Большие сжатия. То есть существуют периоды, когда Вселенная перестает расширяться и схлопывается, чтобы потом взорваться снова.

Есть ли у Вселенной край?

И все же. Является ли Вселенная конечной? Или она представляет собой постоянно расширяющийся пузырь, у которого есть «край»? Есть ли место в космосе, куда Вы можете подойти, посмотреть вниз и сказать: «Ага. Вот он, конец Вселенной! Дальше нет ничего!».

Скорее всего, ответ на этот вопрос – нет.

Роберт Макнейс, доцент физики Чикагского университета, утверждает, что Вселенная изотропна. Это означает, что она следует так называемому «космологическому принципу». То есть обладает одинаковыми свойствами, и подчиняется одним и тем же законам физики во всех направлениях.

Если это так, то Вселенная очень похожа на поверхность воздушного шара. Представьте, что Вы муравей, ползущий по воздушному шару. Вы не заметили бы ничего особенного, если бы просто продолжали ползти и ползти вперед. В конце концов Вы, вероятно, вернетесь туда, откуда начали. Однако не поймете этого, если не оставите никаких подсказок. И такое путешествие может продолжаться вечно…

Но если бы кто-то вдохнул в воздушный шар побольше воздуха, пока Вы продолжаете ползти по нему, Вы бы почувствовали, что некоторые части воздушного шара удалились друг от друга. Хм.

Но это не важно. Потому что Вы все равно не найдете никогда край своего воздушного шара.

Подобно муравьям, нам вряд ли удастся добраться до конца Вселенной. Но однажды мы все же, наверное, сможем ответить на один вопрос – действительно ли она бесконечна? Или, все же, имеет какую-то реальную границу?

Внимание! Внимание! У нас эпидемия! Помогите, кто может! Кто может – помогите!

Роботам нужно новое масло!

Конечно помогу! (Нажмите здесь!)

Спасибо, дорогой пришелец! Вы спасли меня!

Общая структура Вселенной

 

 

 

Структура пространства
Вселенной

 

Л. Г. Крейдик,
Диалектическая Академия, Россия-Белоруссия

 

1.  
Общая структура Вселенной

 

 

1.1.
Уровни состояния материи

 

В философии и науке существует два крайних
взгляда на общую структуру Вселенной: существует нижний
предел делимости материи и нет нижнего предела делимости — материя
бесконечно делима. Философия конечной делимости родила немало тупиковых
проблем, и сегодня нет оснований считать ее истиной в
последней инстанции. Необходимо диалектическое решение данной проблемы.

Вселенная есть, прежде всего,
противоречивая сложнейшая система, поэтому к ней нельзя подходить с позиций
формальной логики. Диалектика утверждает: Вселенная бесконечно-небесконечно
делима. Это утверждение носит всеобщий характер и относится не только к
материи. Выясним суть данного противоречия.

В физике преобладает принцип конечной
делимости микроструктур, математика же оперирует главным образом бесконечной
делимостью. Они спокойно сосуществуют, так как их интересы не пересекаются. Эти
же принципы в области одной науки нередко вызывают длительные споры, которые с
большими трудностями решаются в дуалистической форме.

Концепция существования последнего
неделимого состояния материи исключает всякий обмен, без которого это состояние
не может быть фундаментом формирования вышележащих неэлементарных состояний.
Если же мы принимаем каждое состояние материи элементарным
для вышележащих состояний и сложным для нижележащих состояний, тогда естественно
решается проблема взаимосвязи состояний различных уровней материи без всяких
математических комбинаций. При таком подходе нет смысла говорить о движении
материи в вакууме, как чистом математическом небытии, ибо всякое состояние
материи движется в пространстве нижележащих состояний, и когда скорости велики,
т.е. приближаются к волновым скоростям, необходимо учитывать нелинейный
характер покоя-движения и обмена.

Под движением мы понимаем сложный
волновой процесс пространства-времени, ибо в волновых полях, лежащих в основе
всех уровней состояний материи, простого механического перемещения не может
существовать. С этой дилеммой в свое время столкнулась квантовая механика,
пытаясь ее разрешить с помощью соотношения неопределенностей.

Материальные состояния тесно связаны со
спектром идеальных состояний Вселенной. Оба спектра образуют едино-неединый комплекс состояний материально-идеальной
Вселенной. Говоря о Вселенной, имеем в виду весь Космос, т.е. все галактики и
межгалактические объекты вместе с космическим пространством и все расположенное
за их пределами. Таким образом, Космос и Вселенная для нас синонимы. Очевидно,
Вселенная имеет определенную структуру, и галактики образуют определенные Миры
Космического уровня.

 

 

1.2.  
Диалектика нуля и бесконечности

 

Диалектика бесконечной
делимости-неделимости тесно связана с диалектикой нуля и бесконечности.
Условимся Вселенную рассматривать как предельную бесконечность. Такую
бесконечность назовем абсолютной или постоянной бесконечностью и обозначим
символом .

Если в абсолютной бесконечности выделить
произвольный объем ,
ограниченный замкнутой поверхностью, то оставшаяся часть Вселенной будет
представлять относительную или переменную бесконечность:.

Бесконечный ряд переменных
бесконечностей стремится к абсолютной бесконечности, если вложенные друг в
друга произвольные объемы стремятся к нулю:

 

 .       (3.1)

                                                                      

Следовательно, абсолютная бесконечность
замыкается на ноль. В этом смысле ноль и бесконечность — две стороны одной
грани Вселенной.

 

 

 

Рис.3.1 а) Деление в глубь материи; b) Переход через ноль; с) Деление при переходе через ноль -
деление вширь.

 

Рассмотрим бесконечную делимость материи
в глубь при приближении к нулю (рис.3.1а). Геометрически каждую ступень делимой
материи представляем квазисферическим объемом  с множеством нормальных векторов, направленных
внутрь объема в направлении деления. Будем считать, что объем представляет мотатор определенного уровня. В таком случае переход от
одного объема к последующему есть переход от одного уровня мотаторов
к другому, более дисперсному уровню. При таком делении в конечном итоге объем
замкнется на ноль (рис.3.1b), который будет последним кирпичиком деления. В то
же время он им не будет, так как, продолжая деление и дальше, мы по инерции
пройдем через ноль, и теперь объемы деления будут уже возрастать, и нормали
окажутся на внешней стороне объема (рис.3.1с). Подобное деление есть деление
вширь. Таким образом, для нуля мотаторы служат
состояниями обмена, и с этой стороны нет последнего уровня деления. Очевидно,
различные уровни состояния материи характеризуются неодинаковой вероятностью
реализации и, следовательно, устойчивостью.

При переходе через ноль (рис.3.1с)  — объем начнет возрастать и переменная бесконечность
превысит абсолютную на величину данного объема:

 

 .       (3.2)

 

Равенство (3.2) позволяет рассматривать
абсолютную бесконечность как период относительных бесконечностей, т.е. в общем
случае формула переменной бесконечности имеет вид:

 

,  где .        (3.3)

 

Отсюда с точностью до периода имеем:

 

    
или      .       (3.4)

 

Таким образом,  — объем, будучи меньше целого, может быть больше его и мы этого
не знаем. В частности электрон может быть меньше, а может быть больше
бесконечного периода. Логика бесконечности, выражаемая формулами (3.1)-(3.2),
утверждает: и неисчерпаемые свойства Вселенной исчерпаемы.

 

 

1.3.
Размерность пространства

 

Структура уровней материи Вселенной, как
содержаний, неразрывно связана со структурой пространств этих уровней, как форм.
Реальное пространство многомерно, как многомерна структура мотаторных
уровней, но эта многомерность не равна формальной
математической многомерности. В математике оперируют бесконечным трехмерным
пространством, которое описывается обычно с помощью бесконечной прямоугольной
системы координат. На такое субъективное пространство невозможно поставить
перпендикулярную четвертую ось. Реальная же Вселенная состоит из множества
объектов со своими ограниченными пространствами, что и обуславливает объективную физическую многомерность.

В диалектике реальное пространство
описывается материальными и идеальными точками. Идеальная точка нульмерна, материальная — трехмерна.

Идеальные точки могут формировать идеальную
одномерную линию, материальные точки — материальную четырехмерную линию.
Средние точки поперечного сечения материальной линии с координатами

 

      ,       (3.5)

 

определяют идеальную продольную ось
материальной линии.

Мерой элементарного четырехмерного
объема материальной линии называем произведение трехмерного объема материальной
точки ,
образующей эту линию, на длину оси линии  (рис.3.2a):

  

 .       (3. 6)

         

Естественно, данная мера не является
единственной.

Идеальная линия, перемещаясь в
пространстве, формирует идеальную двумерную поверхность, материальная линия,
многократно повторяясь, образует пятимерную материальную поверхность с объемом
равным поперечному произведению (см. (1.29)) объема материальной линии  на линию, вдоль которой имеет место перемещение (рис.3.2b):

 

 

                                           
 ,       (3.7)

 

где  — угол между нормалью к оси четырехмерной линии
и направлением линии .

 

 

 

 

Рис.3.2. Физические объемы

 

Идеальная поверхность, повторяясь в
пространстве, образует идеальный трехмерный объем, материальная поверхность — шестимерный
объем, равный поперечному произведению пятимерной поверхности  на длину линии перемещения (рис. 3.2с):

 

,        (3.8)

 

где  — угол между нормалью к пятимерной поверхности и
направлением линии .

Шестимерное образование, как материальная точка, при
последовательном повторении, подобно ее прародительнице, создает в пространстве
семимерную линию. Система семимерных линий образует восьмимерную поверхность,
которая может порождать девятимерный объем. И все начнется сначала с
образованием последовательности: точка — линия — поверхность — объем с мерами
типа , , , .

 Здесь знак  «» над объемом указывает на противоречивый
потенциально-кинетический характер объема.

Любой объем n-мерного
пространства не только аддитивная величина, но и мультипликативная, определяемая
с точность до множителя   бесконечной
размерности. Сама же размерность величина периодическая с фундаментальным
периодом равным трем.

На практике глубинные составляющие
абсолютного объема опускаются и оперируют мультипликативными дифференциалами:

 

,    ,   ,     ,  или   ,      ,      ,    ,

 

где  — некоторая мера объема;  -нульмерный,  -одномерный,
— двумерный, — трехмерный объем.

Нульмерные объемы — это числа. Числовое поле образует нульмерное пространство, которое неразрывно связано с —мерным материально-идеальным пространством

Нульмерное пространство есть идеальное
квантитативно-квалитативное поле Вселенной, локализованная вне пространства
Вселенной, и в тоже время находящаяся в нем. Надо думать, диалектическое внепространственное количественное поле — один из языков
Вечности, участвующий в соединении прошлого и будущего, смерти и бессмертия. Внепространственное квантитативно-квалитативное числовое
поле и пространственное поле Вселенной вместе с временным пространством-полем
образуют едино-неединую фундаментальную
противоречивую форму ее существования.

Внепространственное количественное поле внутренне многомерно. Эта
особенность количественного поля позволяет адекватно описывать волновые
пространства Вселенной.

Приведем конкретные примеры многомерных
объектов с точки зрения диалектического понимания многомерности.

 В качестве реперной
системы описания многомерных структур возьмем прямоугольную трехмерную систему
координат. Рассмотрим уравнение:

 

,       (3.9)

 

где , ,  -
координаты прямоугольной системы координат,  — первая координата
следующего трехмерного пространства,  — символ невыполнимой
операции сложения, реализующий кинематическое сочленение трехмерного
сферического объема радиуса  c точкой ; причем, ,  и — переменный радиус, значения которого принадлежат
некоторому интервалу квантитативных значений:  (рис. 3.3а). В таком случае выполнимая сумма квадратов
трех переменных описывает шар радиуса  и точку над ним, которая является четвертым
измерением, ибо лежит вне пространства шара.

Пусть  изменяется в интервале , тогда мы имеем
трехмерный шар с восстановленным к нему перпендикуляром длиной , представляющим четвертое измерение для трехмерного
шара (рис.3.3b). Построим теперь пятимерное
образование:

 

,       (3.10)

 

где  и  -
прямоугольные координаты плоского пространства перпендикулярного сферическому
пространству шара, , причем,  и . Этот
объект есть шар с окружностью, центр которой совпадает с центром шара.
Подобного рода пятимерные образования заполняют Вселенную: звезда и орбита ее
планеты, планета и орбита ее спутника (рис.3.3с). Причем пространство  есть
пространство, представленное только круговой орбитой, и его можно считать
линейным.

Семимерный объект типа:

 

 ,       (3.11)

 

где   — плоское линейное
пространство, аналогичное пространству ;  — определяет
шар с двумя окружностями, центры которых находятся в центре шара. В солнечной
системе подобное образование представлено Марсом и двумя орбитами его
спутников.

Структура уравнений описывающих
многомерные объекты состоит из отдельных компонент, связанных между собой
знаками невыполнимого сложения. Каждая из компонент уравнения описывает
подпространство многомерного пространства сложного объекта. В простейшем случае
размерность подпространств , а взаимное расположение подпространств
определяется структурой сложного многомерного объекта.

 

 

Pис.3.3. а) шар и точка; b)
шар и перпендикуляр к нему; с) шар и окружность; d)
шар с двумя окружностями.

Приведенные примеры достаточно ясно
демонстрируют диалектическое понимание многомерности. Структура уравнений
описывающих многомерные объекты состоит из отдельных компонент, связанных между
собой знаками невыполнимого сложения. Каждая из компонент уравнения описывает
подпространство многомерного пространства сложного объекта. В простейшем случае
размерность элементарных подпространств . В общем случае уравнение
подпространства имеет вид:

 

 .       (3.12)

 

Следует отметить, геометрия объекта,
описываемая уравнением (3.12) определяется не только структурой уравнения, но и
алгеброй переменных.

 

 

1.4. Граничные поверхности
пространства

 

Вселенная, с одной стороны, не имеет
границ, и имеет границы, с другой стороны. Бесконечная сторона Вселенной
представлена безграничным пространством, конечная сторона ее объектами.
Например, внутреннее пространство электрона не принадлежит Вселенной — это
внешняя сторона Вселенной и поверхность электрона есть граница Вселенной. В
этом смысле любой электрон представляет собой одно из окончаний Вселенной.
Подобного рода диалектические суждения не есть игра слов. Представим себе в
космическом корабле крупную каплю жидкости в состоянии невесомости. Внутри ее
могут быть пузырьки воздуха. У такой капли есть внешняя сферическая граница и
внутренняя граница, представленная сферическими поверхностями пузырьков
воздуха, внутреннее пространство которых не принадлежит пространству капли. В
этом естественном смысле мы говорим и о Вселенной.

Таким образом, бесконечный ряд мотаторов Вселенной есть одновременно и бесконечный ряд уровней
ее окончаний. В частности атомы и молекулы есть внутренние границы Вселенной.
Внутренние границы вложены друг в друга. Например, внутреннее пространство
любой звезды, планеты и спутника есть внешнее пространство Вселенной, а их
поверхности — границы Вселенной, состоящие из множества микрограниц: молекул, атомов, нуклонов, электронов и других
микроструктур. Иными словами любые объекты во Вселенной есть одновременно
и ее внутренние окончания, тогда как внешней границы у нее нет — она бесконечна.
Однако и здесь есть противоречие: бесконечность замыкается на ноль и, следовательно,
любая идеальная точка космического пространства выражает бесконечную границу
Вселенной.

 

 

 

 

 

 

Краткий курс истории Вселенной — Троицкий вариант — Наука

После нескольких заметок по космологии (см. [1], [2], [3]) было бы полезно совершить беглый экскурс по всей истории Вселенной — от Большого взрыва до наших дней. Впрочем, оставим за кадром то, что было до Большого взрыва, — космологическую инфляцию: там слишком много возможностей, которые заслуживают отдельного курса.

«Скрытая» история Вселенной

Представим себя на картинке (рис. 1), отражающей историю Вселенной. Снизу — шкала времени, не простая, а логарифмическая, причем очень длинная. Здесь отложено 50 с лишним порядков величины. Шкала начинается с 10–35 секунды: масштаб времени, характерный для Большого взрыва — это конец инфляционной стадии Вселенной. Точнее, это значение зависит от варианта инфляции. Здесь и далее мы берем за основу модель Старобинского как самый естественный механизм инфляции и приводим все значения для нее. За это же время ~ 10–35 с инфлатон успел распасться, Вселенная успела нагреться. Правда, прийти в термодинамическое равновесие она еще не успела. И дальше потянулась логарифмическая шкала до наших времен. Вертикальная шкала — это температура Вселенной. Обратите внимание: шкала в электронвольтах, причем 1 эВ ≈ 10 000 К.

Рис. 1

Синяя штриховка сверху обозначает планковскую температуру: 1028 эВ. Выше планковской температуры ничего не может быть нагрето. При планковской температуре плотность излучения такая, что теряется классическое пространство-время, всё становится квантовым. Штриховой красной кривой изображена температура, с которой стартовала Вселенная. Она всего лишь на три с небольшим порядка меньше планковской температуры. Это примерно 1025 эВ. Дальше Вселенная пошла охлаждаться. Кривая показывает темп охлаждения. Это примерно адиабатическое охлаждение из-за расширения Вселенной. Температура падает как 1/√t̄.

Снизу стрелка с надписью «Великая энергетическая пустыня». Почему пустыня? Да потому, что наша физика, которая исследована на ускорителях, физика частиц, не дает никаких предсказаний относительно этой области. Там, может быть, вообще нет никаких новых масштабов, никаких новых явлений; может быть, в этом диапазоне температур не рождается никаких новых частиц. Есть указания на то, что сразу после Большого взрыва была какая-то новая для нас физика. Ее называют «теория Великого объединения». В рамках этой теории в то время рождались лептокварки с массой 1025 эВ, потом они распались. Но это неточно. Это была довольно популярная теория, сейчас она стала не то чтобы маргинальной, но уже не столь горячо обсуждаемой. Может быть, там нет никаких интересных масштабов, а может быть, и есть.

Что касается самой пустыни — на самом деле, там могло много чего интересного происходить. И самое интересное — это нарушение барионной симметрии Вселенной. В начале родилось одинаковое количество кварков и антикварков. Они рождались, взаимодействовали друг с другом, аннигилировали, но потом что-то вызвало перекос между ними. Произошло так называемое нарушение комбинированной четности. Кварков стало на одну миллиардную больше, чем антикварков. Потом всё выгорело, и остались кварки (в конечном счете барионы) с перевесом на одну миллиардную. И это должно было произойти в период Великой энергетической пустыни, а может быть, немного позже. Есть идея, что это произошло во время первого известного нам фазового перехода во Вселенной (обозначен синей пунктирной линией). В тот момент Вселенная изменилась — она заполнилась полем Хиггса. Это простейшее скалярное поле, равномерно заполнившее Вселенную. Благодаря этому полю из-за взаимодействия с ним у частиц появилась масса. Это произошло в момент 10–10 с, одна десятая наносекунды. Бывшие едиными электрослабые взаимодействия в этот момент расщепились на слабые и электромагнитные. Это называется переход Вайнберга — Салама.

А до этого — вроде бы пустыня. Но что, если это не пустыня? Что, если там что-то важное произошло, чего мы пока не знаем и не можем знать, потому что наши ускорители не дотягивают? Может быть, там произошла богатая история? Смотрите, какой огромный интервал по логарифмической шкале. Может быть, в самом начале этого интервала родились какие-то тяжелые частицы, которые потом взаимодействовали, образовывали структуры. Может быть, даже произошла эволюция этих структур. Я прикинул на коленке: скажем, тяжелые частицы родились сразу после Большого взрыва и прожили до электрослабого перехода. Они очень быстро взаимодействовали. Допустим, были тяжелые атомы, и атомные времена были очень маленькими — ничтожные доли секунды. И если их сравнить с современными атомными временами — просто из массы частиц, из размера атомов, — то получается, что могло пройти максимум 300 лет по нашим масштабам, по числу взаимодействий внутри атомов. Триста лет — мало. Помните стихотворение Брюсова? «Быть может, эти электроны — миры, где пять материков, искусства, знанья, войны, троны и память сорока веков». Ничего этого, к сожалению, не было в ранней Вселенной во времена Великой энергетической пустыни.

Что было дальше? Довольно скоро (по логарифмической шкале) произошел еще один фазовый переход во Вселенной (обозначен оранжевой штриховой линией). До этого в ней был газ кварков и глюонов. Затем кварки и глюоны образовали капельки: по три кварка и шуба глюонов. И эти капельки — протоны и нейтроны — мы называем нуклонами. Вселенная опять сильно изменилась. Вместо газа свободно летающих элементарных частиц образовались составные структуры, на которых построен весь наш мир. Всё это произошло примерно через 10 микросекунд после Большого взрыва.

Идем дальше. Следующее важное событие — первичный нуклеосинтез (зеленая штриховка). До этого были только протоны и нейтроны, а в возрасте примерно одна секунда Вселенная остыла настолько, что в ней нейтроны обособились от протонов и частицы начали соединяться в ядра гелия (главным образом), также ядра дейтерия и лития. Образовался первичный химический состав Вселенной. И мы наблюдаем этот состав в межгалактическом газе, на который никак не воздействовали звезды. Он остался таким, каким был после Большого взрыва.

Идем дальше. Важнейший момент — рекомбинация (желто-синяя полоса). Я о нем скажу позже, а сейчас вернемся немного назад. Если посмотреть внимательно, видно, что красная штриховая линия, показывающая температуру, немного изломана. В этот момент у Вселенной изменилось уравнение состояния. До этого оно было релятивистским, то есть в плотности энергии Вселенной доминировали фотоны, нейтрино — частицы, движущиеся со скоростью света. Затем стали доминировать нуклоны, барионы, ядра и темная материя, то есть достаточно холодное вещество. Давление во Вселенной упало. Уравнение состояния изменилось — стало пылевым.

Историю до рекомбинации можно назвать скрытой историей Вселенной, потому что мы не наблюдаем ее напрямую, а реконструируем на основе того, что мы знаем о физике частиц, знаем из реликтового излучения, его неоднородностей. Мы знаем, когда произошел Большой взрыв. Значение 10–35 взято не с потолка. Оно следует из неоднородностей реликтового излучения, которые нам указывают, что инфляция шла при плотности примерно на 11–12 порядков ниже планковской. И, соответственно, температура отличалась от планковской на 3 с небольшим порядка. Это мы знаем из реликтового излучения. А фазовые переходы мы знаем из физики, исследованной на ускорителях.

Дальше началась явная история Вселенной — та, что мы более-менее видим. Конечно, «явная» — сказано слишком смело, потому что есть еще Темные века, где мы пока не видим ничего.

«Явная» история Вселенной

На втором графике (рис. 2) по нижней оси, как прежде, время, но эта шкала гораздо больше растянута — от 105 до 14 млрд лет, то есть до настоящего времени. Вертикальная ось — это масса объектов, которые образовывались в разное время во Вселенной. (Облачками показаны галактики, четырехлучевыми звездами — квазары.)

Рис. 2

Всё начинается с рекомбинации. Плазма превратилась в нейтральный газ, то есть электроны сели на ядра. Что главным образом изменилось? Вселенная стала прозрачной. Нейтральные атомы не поглощают свет, если у света не слишком короткая длина волны. Излучение, связанное с горячим газом, освободилось и полетело напрямую по Вселенной, и мы его видим. В тот момент это излучение было нагрето примерно до 3 000 К. Оно постепенно охлаждалось и сейчас превратилось в радиоволны. Это и есть знаменитое реликтовое излучение.

А дальше наступили Темные века, где мы ничего не видим, причем не только потому, что средства наблюдения слабы, а потому что там нечего видеть. Но тогда происходила очень важная вещь: формировались ямы гравитационного потенциала, формировались и росли неоднородности в пространстве. Первое время это происходило в основном за счет темной материи. Миллионы, десятки миллионов лет комковалась только темная материя, а обычная материя, наша, не могла комковаться, потому что она хорошо взаимодействует сама с собой, она обладала заметной температурой и давлением, и это давление не позволяло ей стекаться в гравитационные ямы, образованные темной материей.

Но всё остывало, и в конце концов обычное вещество все-таки потекло в эти ямы. Это произошло спустя примерно 100 млн лет после Большого взрыва. Выполнился критерий Джинса, когда начинает развиваться сильная нелинейная гравитационная неустойчивость для обычного вещества.

Первыми образовались структуры массой порядка миллиона солнечных масс. (Для более мелких структур еще не выполнился критерий Джинса, там еще мешало давление. Более крупные структуры не успели среагировать. Вселенная расширяется, и чтобы перейти от расширения к сжатию, просто не хватало времени.)

Родились первые звезды, первые скопления звезд (возможно, шаровые скопления). Причем первые звезды были очень массивные. Сейчас не может быть таких звезд, потому что сейчас у вещества звезд низкая теплопроводность за счет тяжелых элементов, а тогда тяжелых элементов не было, они еще не выработались. Самым тяжелым был литий, и его было мало. Поэтому могли быть устойчивыми звезды в сотни раз массивнее Солнца. Эти звезды довольно быстро прогорели, сколлапсировали в первые черные дыры. Тогда же стали появляться и обычные звезды. И звезды поменьше мы видим сейчас, они дожили до наших дней. По химическому составу мы понимаем, какие звезды родились в Темные века.

Прошли еще сотни миллионов лет. Появлялись всё более и более крупные структуры — массой в миллиарды раз больше солнечной. Появились первые галактики. Эти галактики были не похожи на наши. Они оставались небольшими по размеру и массе, и там было очень много молодых ярких звезд. Первые галактики — очень синие, горячие, небольшие и бесформенные.

Примерно тогда же образовались первые сверхмассивные черные дыры. На черную дыру падает вещество — и мы видим квазары. Они видны уже в возрасте где-то 600 млн лет. Причем один из них достиг массы в миллиард солнечных масс. Здесь есть некая интрига, потому что по расхожим представлениям сверхмассивные черные дыры не могут расти быстрее определенного темпа. Предельный темп называется эддингтоновская аккреция. Правда, есть всякие лазейки, позволяющие обойти этот предельный темп. В общем, здесь есть загадка: как они успели так быстро набрать такую массу? Довольно многие ученые сейчас занимаются этим вопросом.

Вещество в Темные века было нейтральным. Первые сотни миллионов лет оно потихоньку начало ионизоваться. Первую ионизацию дали яркие массивные звезды. Очень большую роль, судя по всему, сыграли первые квазары, потому что они очень энергичны, у них очень жесткое ионизирующее излучение. Во Вселенной стали появляться пузыри ионизированного газа (изображены сиреневым). Эти пузыри видны на просвет. Жесткий ультрафиолет далеких квазаров на каком-то красном смещении поглощался, на каком-то свободно проходил, и на просвет виден лес, нейтральные облака выедают щели, а там, где свет проходит, уже видны ионизованные пузыри. Ближе к миллиарду лет они сливаются в единое ионизованное пространство. Но все-таки в нем и по сей день есть нейтральные облака.

Чем дальше, тем крупнее объекты образовывались во Вселенной: массивные галактики (десятки-сотни миллиардов масс Солнца). Спустя два-три миллиарда лет от начала Вселенной начали образовываться скопления галактик. И чуть позже — крупномасштабная структура, которая уже включала объемы вещества порядка 1016 солнечных масс.

На этом, в общем-то, всё и закончилось. Более крупные структуры образовываться не будут, их время вышло, потому что Вселенная расширяется слишком быстро, и что не успело образоваться к настоящему времени, то уже никогда и не сгустится. Образование структур во Вселенной закончилось в первые несколько миллиардов лет.

Галактики сначала были неправильными, потом они подросли, объединились, у них появились диски. Диск всегда появляется в астрофизике, когда есть облако с каким-то моментом вращения, в котором присутствует вязкость. Всегда веществу выгодно сплющиться в диск. Появились спиральные галактики, потом они стали объединяться в эллиптические. При объединении диск разрушается — может быть, не сразу; остаются рукава. Когда галактики скучились вместе, возникают гигантские эллиптические галактики. Они достигают 1015 солнечных масс — в тысячи раз тяжелее нашей Галактики.

Когда образовывались основные звезды? Давно, много миллиардов лет назад. Максимальный темп звездообразования был 10 млрд лет назад. Сейчас он упал в 20–30 раз. Это напрямую видно по количеству ультрафиолета, который излучают галактики. Молодые тяжелые звезды излучают много ультрафиолета.

Данные, из которых видно, что Вселенная менялась, я держал в своих руках. Это открытые данные американской орбитальной гамма-обсерватории «Комптон». У нас была небольшая группа, мы взяли эти данные и переобработали на предмет поиска слабых гамма-всплесков. В этих данных сидело много гамма-всплесков, пропущенных электроникой самого эксперимента. Они, естественно, не вошли в каталоги, но это были вполне нормальные, значимые гамма-всплески, просто слабенькие. Мы перекопали все эти данные и нашли 70% гамма-всплесков сверх тех, что были зарегистрированы и вошли в каталоги. Мы не просто нашли эти слабенькие всплески, а откалибровали вероятность их нахождения. Тогда мы смогли восстановить их функцию светимости и потом взяли дополнительные данные. Пригласили в соавторство руководителей другого эксперимента — межпланетной станции «Улисс», которая долго-долго крутилась в Солнечной системе и всё время регистрировала сильные гамма-всплески. У нее была не очень хорошая чувствительность, но зато поле зрения 4π и постоянная работа, то есть ее не заслоняла Земля, не было колебаний фона — у них была рекордная статистика по сильным всплескам. Мы взяли их сильные всплески, объединили со своими — и увидели, что число гамма-всплесков в современной Вселенной сильно упало — по крайней мере, в десять раз. Излучение гамма-всплесков в зависимости от времени примерно соответствует темпу звездообразования.

Мы получили тривиальный результат, неинтересный. Но даже такой тривиальный результат получить, когда ты сам всё прощупал и подержал в руках, — это, поверьте, очень приятно. Научного толку не очень много, но приятно, когда сходятся концы с концами.

Я рассказал про историю Вселенной, где есть большие белые пятна, два огромных пробела: Великая энергетическая пустыня, где мы не можем ничего реконструировать, и Темные века, где мы не можем ничего увидеть. Правда, буквально недавно, в декабре, запустили телескоп «Джеймс Уэбб», который отодвинет назад границу Темных веков. Но поразительно, сколько мы уже знаем о ранней Вселенной, которая была настолько не похожа на нашу, что это невозможно представить, особенно самое начало: инфляция, Большой взрыв. Лет сорок назад никто не мог подумать, что эту картину можно восстановить. Многие не верят, но если не лезть в бутылку со словами «Ученые всё нафантазировали», разобраться можно: литературы, лекций, видеоматериалов на этот счет предостаточно.

Борис Штерн

Видеозапись лекции: youtu.be/watch?v=kWQCOdAppzA

1. Штерн Б. Космологический ликбез. Что такое Вселенная // ТрВ-Наука № 330 от 1.06.2021.

2. Штерн Б. Что такое Вселенная. Динамика и размножение // ТрВ-Наука № 333 от 17.07.2021.

3. Штерн Б. Первичные черные дыры // ТрВ-Наука № 338 от 21.09.2021.

См.

также:

Пять странных теорий о том, что находится за пределами Вселенной

Автор

Эд Грабьяновски

Комментарии (240)

Физики давно изучают природу Вселенной. Но некоторые делают еще один шаг в неизвестное (и, вероятно, непознаваемое), созерцая то, что лежит за пределами нашей вселенной.

Возможно ли, что помимо существования существует что-то еще? Да. Вот пять теорий о том, чем может быть это «что-то».

Вопрос «вне вселенной» сразу становится сложным, потому что сначала нужно определить вселенную. Один общий ответ называется наблюдаемой вселенной , и она определяется скоростью света. Поскольку мы можем видеть вещи только тогда, когда свет, который они излучают или отражают, достигает нас, мы никогда не сможем видеть дальше, чем самое дальнее расстояние, которое свет может преодолеть за время существования Вселенной. Это означает, что наблюдаемая Вселенная продолжает увеличиваться, но она конечна — это количество иногда называют объемом Хаббла, в честь телескопа, который дал нам самые далекие виды Вселенной. Мы никогда не сможем заглянуть за эту границу, так что во всех смыслах это единственная вселенная, с которой мы когда-либо будем взаимодействовать.

За пределами объема Хаббла. Тем не менее, мы с некоторой уверенностью знаем, что за этой границей существует «больше вселенной». Астрономы считают, что пространство может быть бесконечным, а «вещество» (энергия, галактики и т. д.) распределено почти так же, как и в наблюдаемой Вселенной. Если это так, то это имеет некоторые очень странные последствия для того, что лежит там. За пределами тома Хаббла вы не просто найдете больше разных планет. В конце концов вы найдете все возможное. Прочтите это еще раз и дайте понять. 9188 метров. Это может показаться маловероятным, но ведь бесконечность ужасно бесконечна.

Темный поток. В 2008 году астрономы обнаружили нечто очень странное и неожиданное: все галактические скопления двигались в одном направлении с огромной скоростью, более двух миллионов миль в час. Новые наблюдения 2010 года подтвердили это явление, известное как Темный поток. Движение бросает вызов всем предсказаниям о распределении массы во Вселенной после Большого Взрыва. Одна из возможных причин: массивные структуры за пределами объема Хаббла, оказывающие гравитационное воздействие. Это означало бы, что структура бесконечной вселенной за пределами нашего поля зрения неоднородна. Что касается самих структур, то они могут быть буквально любыми, от скоплений материи и энергии в масштабах, которые мы едва можем себе представить, до причудливых варпов, направляющих гравитационные силы из других вселенных.

Бесконечные пузыри. Говорить о вещах за пределами тома Хаббла может быть немного обманом, поскольку на самом деле это все та же вселенная, только часть ее, которую мы не можем видеть. У него были бы все те же физические законы и константы. В другой версии истории расширение Вселенной после Большого взрыва привело к образованию «пузырей» в структуре пространства. Каждый пузырь — это область, которая перестала растягиваться вместе с остальным пространством и образовала свою вселенную, со своими законами. В этом сценарии пространство бесконечно, и каждый пузырь также бесконечен (потому что вы можете хранить бесконечное количество бесконечностей внутри одной бесконечности). Даже если бы вы каким-то образом смогли преодолеть границу нашего пузыря, пространство между пузырями все равно расширяется, так что вы никогда не доберетесь до следующего пузыря, как бы быстро вы ни двигались.

Нерест черной дыры. Теория, предложенная физиком Ли Смолином, известная как теория плодовитых вселенных, предполагает, что каждая черная дыра в нашей вселенной вызывает образование новой вселенной. Каждая вселенная будет иметь несколько иные физические законы, чем вселенная предшественников. Таким образом, Смолин предполагает своего рода естественный отбор для вселенных, поскольку законы, которые приводят к частому образованию черных дыр, приводят к созданию большего количества вселенных, в то время как вселенные, не образующие черных дыр, «вымирают». С тех пор эта теория была отвергнута (самим Смолиным и другими).

Множество параллельных вселенных. Существует множество теорий о параллельных вселенных, но наиболее распространенная в наши дни связана с эволюцией идей теории струн и включает мембраны, вибрирующие в других измерениях. В этой статье слишком подробно излагать струны или мембранную теорию не входит, но итогом всего этого является то, что эти колеблющиеся мембраны в 11-м измерении представляют собой целые другие вселенные, и когда рябь ударяется друг о друга, они образуют новую вселенная. Эффекты волнистого движения помогают объяснить наблюдаемое распределение материи в нашей Вселенной. Одним из самых странных элементов теории является идея о том, что вся гравитация, с которой мы сталкиваемся в нашей Вселенной, на самом деле просачивается в нее из другой вселенной в другом измерении (что объясняет, почему гравитация здесь кажется такой слабой по сравнению с другими фундаментальными силами).

Источники:

BBC. «Параллельные вселенные» (расшифровка).

Джонсон, Джордж. «Вселенная вселенных». Газета «Нью-Йорк Таймс.

Роуч, Джон. «Новое доказательство того, что неизвестные« структуры »влияют на нашу Вселенную». Национальная география.

Иллюстрации через Shutterstock; фото через НАСА

Сколько еще мы можем узнать о Вселенной?

Как космолог, после лекции я чаще всего слышу следующие вопросы: Что находится за пределами нашей Вселенной? Во что расширяется наша Вселенная? Будет ли наша Вселенная расширяться вечно? Это естественные вопросы. Но здесь возникает еще более глубокий вопрос. По сути, мы действительно хотим знать: есть ли предел нашим знаниям? Существуют ли фундаментальные пределы науки?

Ответ, конечно, в том, что мы не знаем заранее. Мы не узнаем, есть ли предел знаниям, пока не попытаемся преодолеть его. На данный момент у нас нет ни одного признака. Мы можем столкнуться с блокпостами, но они все указывают на то, что они временны. Некоторые люди говорят мне: «Мы никогда не узнаем, как началась Вселенная». «Мы никогда не узнаем, что было до Большого взрыва». Эти заявления демонстрируют удивительное тщеславие, предполагая, что мы можем заранее знать местонахождение всех тех вещей, которые мы не можем знать. Это не только необоснованно, но и история науки до сих пор не продемонстрировала таких ограничений. И в моей собственной области, космологии, наши знания увеличились таким образом, что никто не мог предвидеть даже 50 лет назад.

В ЯСНЫЙ ДЕНЬ ВЫ НЕ МОЖЕТЕ ВИДЕТЬ ВЕЧНО: Самое дальнее, что вы видите, в принципе, составляет 45,3 миллиарда световых лет. Хотя это представляет собой прямое ограничение наших знаний, это не мешает нам понять основные принципы работы природы. наблюдать это. Например, принцип неопределенности Гейзенберга ограничивает то, что мы можем знать о движении частицы в любой момент времени, а скорость света ограничивает то, как далеко мы можем видеть или путешествовать в заданном интервале. Но эти ограничения просто говорят нам то, что мы не можем наблюдать, а не то, чему мы не можем в конечном итоге научиться. Принцип неопределенности не мешает изучению правил квантовой механики, пониманию поведения атомов или открытию того, что так называемые виртуальные частицы, которые мы никогда не можем увидеть напрямую, тем не менее существуют.

Наблюдение, что Вселенная расширяется, подразумевает начало, потому что если мы экстраполируем назад, то в какой-то момент в далеком прошлом все в наблюдаемой нами Вселенной было совмещено в одной точке. В тот момент, который теперь известен как Большой взрыв, законы физики, какими мы их знаем, нарушаются, потому что общая теория относительности, описывающая гравитацию, не может быть успешно интегрирована с квантовой механикой, описывающей физику в микроскопических масштабах. Но большинство ученых не рассматривают это как фундаментальную границу знания, потому что мы ожидаем, что общую теорию относительности придется модифицировать как часть последовательной квантовой теории. Теория струн является одной из основных текущих попыток сделать это.

Если мы посмотрим достаточно далеко в одном направлении, мы увидим затылок.

Учитывая такую ​​теорию, мы могли бы ответить на вопрос, что предшествовало Большому Взрыву. Самый простой возможный ответ, возможно, также и наименее удовлетворительный. Как специальная, так и общая теория относительности связывают пространство и время в единое целое: пространство-время. Если в результате Большого взрыва было создано пространство, то, возможно, и время тоже. В этом случае не было «до». Это просто не будет хорошим вопросом. Однако это не единственный возможный ответ, и нам нужно будет дождаться квантовой теории гравитации и ее экспериментального подтверждения, прежде чем мы будем уверены в своем ответе.

Тогда возникает вопрос, можем ли мы знать, что находится за пределами нашей вселенной в пространстве. Каковы границы нашей Вселенной? Опять же, мы можем рискнуть предположить. Если наше пространство-время возникло спонтанно — что, как я подробно утверждал в своей последней книге, Вселенная из ничего , кажется наиболее вероятной возможностью, — тогда оно, вероятно, имеет нулевую полную энергию: энергия, представленная материей, точно компенсируется энергией представлены гравитационными полями. Проще говоря, что-то может возникнуть из ничего, если это что-то составляет ничто. Прямо сейчас единственная вселенная, в которой мы можем убедиться, что полная энергия равна нулю, — это закрытая вселенная. Такая вселенная конечна, но безгранична. Точно так же, как вы можете вечно перемещаться по поверхности сферы, не сталкиваясь с какими-либо границами, то же самое может быть верно и для нашей вселенной. Если мы посмотрим достаточно далеко в одном направлении, мы увидим затылок.

На практике мы не можем этого сделать, вероятно, потому, что наша видимая вселенная является лишь частью гораздо большего объема. Причина связана с так называемой инфляцией. Большинство вселенных, возникающих спонтанно и обладающих микроскопическими размерами, снова схлопываются за микроскопическое время, а не простоят миллиарды лет. Но в некоторых случаях пустое пространство будет наделено энергией, и это заставит Вселенную расширяться экспоненциально быстро, по крайней мере, в течение короткого периода времени. Мы думаем, что такой период инфляции произошел в самые ранние моменты нашего расширения Большого Взрыва и предотвратил немедленный повторный коллапс Вселенной. В процессе Вселенная увеличилась в размерах и стала настолько огромной, что для всех намерений и целей теперь она казалась бы плоской и бесконечной — как кукурузное поле в Канзасе, которое выглядит бесконечным, несмотря на то, что находится на огромной сфере, которую мы называем Землей. . Вот почему мы не видим своего затылка, когда смотрим в космос, даже несмотря на то, что наша Вселенная может быть замкнутой в самом большом масштабе. В принципе, однако, мы могли бы увидеть все это, если бы подождали достаточно долго, до тех пор, пока инфляция не возобновилась в нашей видимой Вселенной и не происходит в других областях пространства, которые мы не можем наблюдать.

Что касается возможности того, что регионы, которые мы пока не можем наблюдать или, возможно, никогда не наблюдаем, могут раздуваться, наши современные теории предполагают, что это наиболее вероятная возможность. Если мы считаем, что фраза «наша вселенная» относится к той области пространства, с которой мы когда-то могли общаться или с которой мы можем общаться в один прекрасный день, то инфляция обычно создает другие вселенные помимо нашей. Инфляция, возможно, была кратковременной в нашем объеме пространства, но остальная часть пространства экспоненциально расширяется вечно, при этом изолированные регионы, такие как наша, время от времени отделяются от расширения, точно так же, как изолированные участки льда могут образовываться на поверхности быстро движущейся воды, когда температура ниже точки замерзания. Каждая такая вселенная имела начало, привязанное ко времени окончания инфляции в ее пространственном объеме. В этом случае начало нашей Вселенной, возможно, не было началом самого времени — еще одна причина сомневаться в том, что Большой взрыв представляет собой окончательный предел наших знаний. 9НАСА законы физики могут быть разными в каждом из них. Мы стали называть этот набор возможных вселенных «мультивселенной». Идея мультивселенной завоевала популярность в научном сообществе не только потому, что она мотивирована такими явлениями, как инфляция, но и потому, что возможность существования множества разных вселенных, каждая со своими собственными законами физики, могла бы объяснить различные, казалось бы, необъяснимые фундаментальные параметры нашего мира. вселенная. Эти параметры — просто значения, которые случайным образом возникли при рождении нашей Вселенной.

Если другие вселенные и существуют, то они отделены от нашей огромными расстояниями и удаляются со сверхсветовыми относительными скоростями, поэтому мы никогда не сможем обнаружить их напрямую. Тогда является ли Мультивселенная просто метафизикой? Представляет ли таким образом проверка возможного существования мультивселенной фундаментальную границу наших знаний? Ответ: не обязательно. Хотя мы можем никогда не увидеть другую вселенную напрямую, мы все же можем проверить теорию, которая, возможно, создала ее эмпирически — например, наблюдая гравитационные волны, которые порождает инфляция. Это позволило бы нам, в принципе, проверить детальную природу инфляционного процесса, который привел к нашей Вселенной. Эти волны похожи на недавно открытые LIGO гравитационные волны, но отличаются по своему происхождению. Они возникают не в результате катастрофических событий, таких как столкновения массивных черных дыр в далеких галактиках, а в самые ранние моменты Большого взрыва, во время предполагаемого периода инфляции. Если мы сможем обнаружить их напрямую — что мы могли бы сделать в различных экспериментах, которые сейчас ищут сигнатуру, которую они оставили бы в космическом микроволновом фоновом излучении, оставшемся от Большого взрыва, — мы сможем исследовать физику инфляции и затем определите, является ли вечная инфляция следствием этой физики. Таким образом, косвенно мы могли бы проверить, должны ли существовать другие вселенные, даже если мы не можем обнаружить их напрямую.

Короче говоря, мы обнаружили, что даже самые глубокие метафизические вопросы, которые, как нам казалось ранее, никогда не будут решены эмпирически, включая возможное существование других вселенных, на самом деле могут быть доступны, если мы достаточно умны. Никаких ограничений тому, что мы можем узнать, применяя разум в сочетании с экспериментальным наблюдением, пока не известны.

Вселенная без границ привлекательна и побуждает нас продолжать поиски. Но можем ли мы быть уверены, что нашим знаниям никогда не будет предела? Не совсем.

Инфляция накладывает фундаментальные ограничения на знание, особенно на знание прошлого. По сути, он перезагружает вселенную, потенциально уничтожая всю информацию о динамических процессах, которые ему предшествовали. Быстрое расширение пространства при инфляции сильно разбавляет содержимое любого региона. Так что, возможно, он уничтожил следы, например, магнитных монополей — типа частиц, которые, как предполагает теория, в изобилии производились в самой ранней Вселенной. Это было одним из первоначальных достоинств инфляции: она примирила тот факт, что мы никогда не видели таких частиц, с предсказаниями их образования. Но, устранив несоответствие, инфляция стерла аспекты нашего прошлого.

Хуже того, стирание может не закончиться. Очевидно, сейчас мы живем в очередной период инфляции. Измерения разбегания далеких галактик показывают, что расширение нашей Вселенной в настоящее время ускоряется, а не замедляется, как это было бы, если бы доминирующая гравитационная энергия находилась в материи или излучении, а не в пустом пространстве. В настоящее время у нас нет понимания происхождения этой энергии. Каждое из возможных объяснений предполагает фундаментальные ограничения прогресса знаний и даже самого нашего существования.

Энергия пустого пространства может внезапно исчезнуть, если Вселенная претерпит некий фазовый переход, космическую версию конденсации пара в жидкую воду. Если бы это произошло, природа фундаментальных сил могла бы измениться, и все структуры, которые мы видим во Вселенной, начиная с атомов, могли бы стать нестабильными или исчезнуть. Мы бы исчезли вместе со всем остальным.

Но даже если расширение продолжится, будущее все равно довольно мрачное. Примерно через 2 триллиона лет — что может показаться долгим по человеческим меркам, но не таким долгим по космическим масштабам — остальная Вселенная исчезнет из нашего поля зрения. Любые наблюдатели, которые эволюционируют на планетах вокруг звезд в этом далеком будущем, будут представлять, что они живут в одной галактике, окруженной вечным пустым пространством, без каких-либо признаков ускорения или даже каких-либо свидетельств более раннего Большого взрыва. Точно так же, как мы упустили из виду монополии, они будут слепы к истории, которую мы с готовностью видим. (Конечно, у них может быть доступ к наблюдаемым явлениям, к которым у нас еще нет доступа, поэтому мы не должны чувствовать себя слишком высоко.)

В любом случае, мы должны насладиться нашим кратким моментом на солнце и узнать, что мы можем, пока мы можем. Работайте усерднее, выпускники!

Лоуренс М. Краусс — физик-теоретик и космолог, директор проекта «Истоки» и профессор Школы исследования Земли и космоса Университета штата Аризона. Он также является автором бестселлеров, в том числе Вселенная из ничего, и Физика Звездного пути.

Получить информационный бюллетень Nautilus

Самые свежие и популярные статьи доставляются прямо на ваш почтовый ящик!

Что находится за краем наблюдаемой Вселенной?

Всякий раз, когда мы слышим термин ВСЕЛЕННАЯ, , мы испытываем внезапный трепет. Даже если вы не очень взволнованы, но вам интересно узнать об этом больше. Вселенная была такой темой, которая интригует всех — от 10-летнего ребенка до 70-летнего дяди. Все просто хотят знать, что такое Вселенная, насколько она огромна, какие принадлежащие ей вещи нам еще неизвестны и чего мы можем ожидать от нее в будущем.

Когда возникает термин «вселенная», я думаю, у каждого на ум приходит одна мысль: Как огромна вселенная! У него есть начало или конец? Есть ли у него преимущество? Если да, то что находится за краем наблюдаемой Вселенной? Итак, сегодня мы здесь, чтобы ответить на все эти интересные и волнующие вопросы. Итак, давайте погрузимся прямо во вселенную!

Что такое Вселенная?

Говоря простым языком, префикс Uni означает все. Таким образом, Вселенная означает все. Она состоит из пространства, каждой материи, энергии, времени и жизни. Объяснение того, что такое вселенная, иногда может быть сложной задачей! Все, что вы знаете, что существует, является частью вселенной.

Наша Земля, Луна, Солнце, другие планеты и миллиарды звезд вместе образуют галактику. Наша галактика называется Млечный Путь. Хотите верьте, хотите нет, но Вселенная состоит из миллиардов таких огромных галактик. Наша — всего лишь одна из этих миллиардов галактик. Странно заметить, что вы не далеко от космоса.

Вы находитесь примерно в 100 километрах от космоса, где бы вы ни находились. Даже космос ниже тебя! Можно подумать, как это возможно! Но да, это правда. Примерно на 13000 километров ниже у вас есть обратная сторона Земли, и вы снова находитесь в открытом космосе.

По сути, в любой момент мы находимся в космосе. Это потому, что наша Земля является частью всего космоса. Земля — всего лишь крошечная часть этой огромной вселенной, которая имеет поддерживающую жизнь среду, которая заставляет нас чувствовать, что мы находимся в другом мире.

Каков возраст Вселенной?

Века существуют не только для людей или вещей на Земле. Все имеет свой возраст! Вселенная тоже давно живет, поэтому у нее должен быть возраст. Возраст Вселенной почти 13,8 миллиарда лет. Да он такой старый!

Ученые пришли к этому числу, изучив возраст некоторых из самых старых звезд и скорость расширения Вселенной. Они также использовали доплеровский сдвиг света от различных галактик. Но удивительно, что все эти галактики движутся все дальше и дальше, и у ученых нет ответов.

кредит: девять планет

Это означает, что в какой-то момент в далеком будущем галактики будут так далеко, что свет от них не сможет достичь Земли. Это показывает, что Вселенная все еще находится в расширении!

Вчера Вселенная была намного компактнее, чем сегодня. Еще одна вещь, на которую это указывает, это то, что в какой-то момент в далеком прошлом Вселенная была очень компактной.

Вполне возможно, что вся вселенная была всего лишь одним пятном. Помимо всего этого, все только началось с Большого Взрыва. До этого ничего не существовало, даже время! С Большим взрывом возникла вселенная, пространство, время и энергия, и теперь, спустя миллиарды лет, они настолько огромны, что их чудовищность невозможно описать.

Из чего состоит Вселенная?

Большая часть наблюдаемой части Вселенной состоит из водорода, простейшего элемента. Он содержит один электрон и один протон. Наша вселенная состоит из различных космических объектов, таких как галактики, звезды, планеты, луны, кометы, метеоры, метеориты и многие другие.

кредит: science.howstuffworks

Все они состоят из материи. Наш Млечный Путь, по оценкам, состоит из почти 100 миллиардов звезд и насчитывает не менее 100 миллиардов галактик. Это грандиозность Вселенной. Даже это только оценки.

Однако вселенная состоит не только из этих вещей. Они составляют всего 5% всей вселенной. Почти 27% составляет темная материя, а 68% состоит из темной энергии. Оба они мало известны людям.

Есть ли край вселенной?

Наблюдаемая Вселенная – это небольшая часть Вселенной в форме шара, состоящая из материи, которую можно наблюдать с Земли с помощью различных средств. Проще говоря, за пределами видимого нами диапазона есть много Вселенной.

Хотя мы определяем наблюдаемую вселенную, которая определяется как 93 миллиарда световых лет, граница Большого Взрыва, на самом деле в пространстве нет предела или границы. Это просто предел времени. Однако расстояние гораздо больше, чем 13,8 миллиарда лет. Это потому, что Вселенная постоянно расширялась с момента своего образования.

Вы, должно быть, не понимаете, как все это происходит! Объекты не движутся быстрее скорости света, но на самом деле пространство между этими объектами расширяется, что заставляет их разлетаться друг от друга с огромной скоростью.

Сможем ли мы достичь края наблюдаемой Вселенной?

Теоретически мы можем достичь края наблюдаемой Вселенной. Но это возможно в крайне редких случаях. Мы можем достичь края, только если мы:

  • Путешествуем со скоростью, превышающей скорость света – по мнению большинства физиков, это, безусловно, невозможно
  • Преодолеваем пространство-время – используя червоточины, что также невозможно

Что находится за краем вселенной? 9в 23 раза больше наблюдаемой Вселенной. Это огромная часть Вселенной, о которой мы ничего не знаем и, безусловно, упускаем. Поскольку мы не можем его видеть, мы не знаем, что за ним. Но некоторые теории дали разные ответы на этот вопрос!

кредит: средний

  • Первая точка зрения говорит, что за краем Вселенная может быть бесконечным пространством и может состоять из того же космоса, который мы видим в наблюдаемой части. Это логичная точка зрения, поскольку во вселенной нет разделов, поскольку первый раздел будет сформирован по-другому, а следующий будет другим. Это означает, что бесконечность вполне логична. Таким образом, за пределами наблюдаемой Вселенной может быть что угодно и что угодно. Вы можете найти все возможное в бесконечности. Но здесь возникает противоречие. Если в бесконечности есть все, что возможно, логика говорит, что там может быть человек, идентичный вам. Может быть человек, который похож на вас, но немного отличается от вас в каком-то аспекте, например, он может быть ниже или выше вас или толще вас. Каждый случай возможен. Эта идея кажется совершенно непостижимой, но в этом и заключается бесконечность.
  • Другая теория начинается с так называемого темного потока. Астрономы в 2008 году обнаружили, что галактические скопления движутся в одном направлении с очень высокой скоростью. Возможной причиной могут быть массивные структуры за пределами наблюдаемой Вселенной, оказывающие гравитационное притяжение. Эти структуры могут быть чем угодно. Поскольку об этих структурах известно очень мало, их называют темными по своей природе. Но недавние исследования опровергли спорную модель темного потока.
  • Другая точка зрения гласит, что наша Вселенная может быть одной из многих существующих вселенных. Это было названо Мультивселенной. Когда эти вселенные объединяются, гравитация может течь через них, и могут происходить столкновения, которые приводят к возникновению новых новых вселенных.

Что дальше всего могут видеть люди?

В лучшем случае мы можем видеть галактику Андромеды, которая находится на расстоянии около 2,53 миллиона световых лет. Это самый дальний объект, видимый невооруженным глазом. За текущим пределом горизонта событий, то есть на расстоянии 16 миллиардов световых лет от Земли, пространство расширяется намного быстрее, чем скорость света. Таким образом, свет из этих мест никогда не достигнет нас. Любое событие за горизонтом событий не будет нам видно, что бы ни случилось.

С помощью телескопов дальше всего мы наблюдали GN-z11, находящуюся на расстоянии около 32 миллиардов световых лет. Расстояние учитывало и расширение пространства. Расстояние также можно было измерить, потому что свет излучался, когда он находился внутри горизонта событий.

Много дополнительной информации

  • Все о земной информации и эволюции Земли.
  • Что такое геологический пульс Земли? (Полное исследование)
  • Что произойдет, если количество кислорода на Земле удвоится?

Заключение

На настоящий вопрос еще предстоит ответить, бесконечна Вселенная или конечна. Неопределенная природа этой вселенной — вот что прокладывает путь к величайшему волнению в астрономии. Что лежит за краем, нам, конечно, неизвестно и останется неизвестным.

Человечество будет продолжать утолять свою жажду новых сюрпризов и будет продолжать изобретать новые вещи, чтобы узнать больше о Вселенной. Но вселенная, которая есть вселенная, будет чаще находить способы удивлять нас.

Благодарность всем, кто дочитал до конца статьи (что находится за краем обозримой вселенной?) и доверился нам в получении знаний. Мы надеемся, что наш контент поможет вам узнать и узнать что-то новое.

Если вы хотите, чтобы мы писали на вашу любимую тему или вы хотите узнать об определенной теме, вы можете оставить свое мнение и отзыв в разделе комментариев. Если вы найдете в нашей статье что-то интересное, что вас удивило, дайте нам знать, прокомментировав и это. Пока мы не встретимся снова в следующей статье, оставайтесь любопытными!

Часто задаваемые вопросы по теме (За пределами наблюдаемой вселенной)

В- Какие компоненты содержит вселенная?

Ответ: Вселенная содержит три типа компонентов: нормальную материю, темную материю и темную энергию.