Есть ли границы у вселенной: Наука: Наука и техника: Lenta.ru |

Содержание

«Есть ли границы Вселенной? Если нет, то почему человек не может представить то, что не имеет конца?» — Яндекс Кью

Есть ли у Вселенной границы? // Смотрим

Профиль

1 декабря 2020, 10:30
1 декабря 2020, 11:30
1 декабря 2020, 12:30
1 декабря 2020, 13:30
1 декабря 2020, 14:30
1 декабря 2020, 15:30
1 декабря 2020, 16:30
1 декабря 2020, 17:30
1 декабря 2020, 18:30
1 декабря 2020, 19:30
1 декабря 2020, 20:30

Недавно была выдвинута новая теория, согласно которой Вселенная имеет границы. Об этом заявили ученые Калининградского Балтийского федерального университета имени И. Канта. Они также заявили, что темной энергии не существует. О Вселенной и есть ли у нее границы – рассказала Катерина Ефремова, популяризатор астрономии, автор научно-популярного паблика «ЗонаЗвезд».

Вселенная
граница
черная дыра

Смотрим всё

Авто-геолокация

Есть ли у Вселенной границы? Наши знания действительно ограничены

На самом деле,

Познание всех вещей,

— все —

От невежества до тонкости,

от Micro знания,

От знания к знанию,

От знания к неизвестному. ..

Есть ли у нашей вселенной границы?

От древнего китайского неба и круга к геоцентрической теории Аристотеля, от геоцентрической к гелиоцентрической теории Коперника, от бесконечной вселенной к теории относительности Эйнштейна (переменное время и пространство), а затем к современной Вселенной Теория Большого Взрыва. ..

Наше познание Вселенной неотделимо от развития науки и техники. Именно прогресс науки и техники способствует углублению процесса человеческого существа от невежества к непрерывному познанию вселенной.

Наша Вселенная круглая или квадратная? Что это за существование? Есть ли у Вселенной границы? Если есть граница, то что за границей? Можем ли мы увидеть край Вселенной?

Большая часть текущего понимания всей вселенной исходит от Телескоп Хаббл, Он сфотографировал нам огромную вселенную, которую мы никогда раньше не видели.

Космический телескоп Хаббла (HST), названный в честь американского астронома Эдвина Хаббла, успешно запущен 24 апреля 1990. Находится над атмосферой Земли. телескоп.
В мае 2019 года ученые космического телескопа Хаббл опубликовали последнюю фотографию Вселенной — «Поле наследия Хаббла» (HLF), которая на сегодняшний день является наиболее полной и исчерпывающей картой Вселенной, сделанной Хабблом за 16 лет 7500 фотографий звездного неба сшиты вместе и содержат около 265 000 галактик, некоторым из которых не менее 13,3 миллиарда лет.

От Столпа Творения, , который находится примерно в 6500 световых годах от нас, до Галактика Соломенной Шляпы , которая находится на расстоянии 29,3 миллиона световых лет от нашей Земли, а затем К 阿普273 ……

, которая находится на расстоянии 300 миллионов световых лет от нашей Земли, к Столпу Творения относится изображение цилиндрического межзвездного газа и пыли в туманности Орла, сделанное космическим телескопом Хаббла. Он был сделан 1 апреля 1995 года и вошел в десятку лучших фотографий, сделанных космическим телескопом Хаббл по версии Space. com.

Галактика Сомбреро также известна как Галактика Сомбреро и Мексиканская Галактика Сомбреро. Это спиральная галактика Sa-Sb, расположенная в созвездии Девы, на расстоянии 29,3 миллиона световых лет от Земли, со светимостью 8,7. Яркое ядро в центре галактики и космическая пыль вблизи ядра, излучающая в окружающее, как поля соломенной шляпы, делают ее похожей на мексиканскую соломенную шляпу.

По случаю 21-й годовщины запуска космического телескопа Хаббла астрономы НАСА объявили о паре взаимодействующих галактик на фото ко дню рождения «Хаббла». Эти две галактики, похожие на красивую розу, называемую «Арп 273», расположены в созвездии Андромеды, примерно в 300 миллионах световых лет от Земли.

Итак, как далеко может видеть телескоп Хаббл? Насколько велика Вселенная, которую мы можем наблюдать? Ты видишь край вселенной? Конечно нет.

Как мы воспринимаем Вселенную?

На самом деле, самое дальнее место, которое мы можем видеть, — это сферическая область радиусом 46,5 миллиардов световых лет, являющаяся центром Земли. Это вселенная, которую мы можем воспринимать.

И за пределами 46,5 миллиардов световых лет мы никогда не увидим и не узнаем, что это такое.

Тогда почему наше зрение ограничено 46,5 миллиардами световых лет? Что представляет собой Вселенная за пределами 46,5 миллиардов световых лет?

Во всей вселенной нет объекта, масса которого может превышать скорость света, и та далекая вселенная, которую мы видим, на самом деле является светом, излучаемым звездами в далекой вселенной.

По прошествии длительного периода времени эти огни путешествуют по глубокой вселенной и, наконец, достигают нашей земли, таким образом, наблюдаемые нами.

Так почему же мы не можем видеть его дальше 46,5 миллиардов световых лет? Здесь мы должны предложить концепцию- Объем Хаббла,

Объем Хаббла также называется Наблюдаемая Вселенная, Это сферическое пространство с центром на наблюдателе.

Объем Хаббла (Объем Хаббла) – это сферическое пространство с наблюдателем в центре, достаточно малое, чтобы наблюдатель мог наблюдать объекты в диапазоне, то есть свет, излучаемый объектами. Достаточно времени, чтобы достичь наблюдатель. Объемный радиус Хаббла составляет примерно 46 миллиардов световых лет.

В этой сфере наблюдатель может наблюдать объекты в пределах этого диапазона, а это значит, что свет, излучаемый объектом, успевает достичь наблюдателя.

Так почему же существует концепция объема Хаббла? Все начинается с Большого Взрыва.

Около 13,82 миллиардов лет назад плотная и горячая сингулярность начала сильно расширяться и взрываться, так родилась Вселенная.

Уникальность Вселенной. С математической точки зрения сингулярность — это бесконечно малая «точка», которой на самом деле не существует. С физической точки зрения сингулярность — это точка, в которой время и пространство бесконечно изгибаются. В космическом смысле сингулярность — это точка, которая существует, но не может быть описана. Сингулярность имеет бесконечную плотность, бесконечно малый объем, бесконечно высокую температуру и кривизну пространства-времени, а также содержит неисчислимую энергию. Все известные законы физики не работают в сингулярности.

Первоначальное космическое пространство не было таким большим, как сейчас, но до сих пор постоянно расширялось.

На самом деле наша Вселенная все еще расширяется, а далекие галактики постепенно удаляются от нас.

В то же время в теории Большого Взрыва наблюдаемая Вселенная включает в себя все галактики и другую материю, которую люди могут наблюдать на Земле сегодня.

Это потому, что после начала расширения Вселенной свет и другие сигналы должны пройти долгое время, прежде чем мы сможем их принять.

Проще говоря, это предельное расстояние, которое мы можем наблюдать сегодня, и все фотоны издалека.

Однако материя и галактики за пределами 46,5 миллиардов световых лет ограничены скоростью света и расширением Вселенной, они никогда не смогут добраться сюда, поэтому наблюдаемая Вселенная представляет собой сферу с центром в наблюдателе.

Если не принимать во внимание реальную форму Вселенной, то каждая точка Вселенной имеет свою собственную наблюдаемую Вселенную.

А как насчет нашей неизвестной вселенной?

Тогда как получается радиус наблюдаемой Вселенной — 46,5 миллиардов световых лет?

Здесь будет упомянуто 宇宙 микроволновое фоновое излучение, Космическое микроволновое фоновое излучение — это тепловое излучение, оставшееся от «большого взрыва» в космологии, и разновидность электромагнитного излучения, которое заполняет всю вселенную.

Космическое микроволновое фоновое излучение (CMB, космическое микроволновое фоновое излучение, также известное как фоновое излучение 3K) — это тепловое излучение, оставшееся от «Большого взрыва» в космологии. В ранней литературе «космический микроволновый фон» назывался «космическим микроволновым фоновым излучением» (CMBR) или «унаследованным излучением», которое представляет собой электромагнитное излучение, заполняющее всю вселенную.

Он родился, когда Вселенной было всего 380 000 лет, поэтому это самый старый свет в нашей Вселенной.

Ученые измерили расстояние, движущееся вместе с , измерив красное смещение фотона космического микроволнового фонового излучения, а вычислили наблюдаемый радиус Вселенной, равный примерно 46,5 миллиардам световых лет.

红移 В области физики и астрономии это относится к явлению уменьшения частоты электромагнитного излучения объекта по какой-либо причине. В диапазоне видимого света это проявляется как спектральная линия, перемещающаяся на определенное расстояние в сторону красного конца, а именно Длина волны становится больше, а частота уменьшается. Явление красного смещения в настоящее время в основном используется для предсказания движения и законов небесных тел.

В космологии совместное расстояние и обычное расстояние — это два очень связанных метода измерения расстояния, используемых для определения расстояния между двумя небесными телами.

Следовательно, вселенная, которую мы можем воспринимать, представляет собой сферическую вселенную с Землей в центре и радиусом 46,5 миллиардов световых лет. Мы до сих пор ничего не знаем о Вселенной за пределами 46,5 миллиардов световых лет.

Конечно, мы должны понимать, что данные, которые мы выдвигаем, являются текущим расстоянием, а не расстоянием в момент освещения.

Например, галактика, которая сейчас находится на расстоянии 46,5 миллиардов световых лет от нас, мы рассчитали с помощью красного смещения и космологической формулы, в то время она находилась всего в 42 миллионах световых лет от нас,

Расширение вселенной происходит в каждом уголке вселенной. Это не скорость Вселенной, поэтому расширение Вселенной намного превышает 13,82 миллиарда световых лет.

Расстояние между космической материей увеличивается, и по мере увеличения расстояния два объекта, находящиеся далеко друг от друга, будут двигаться все быстрее и быстрее.

Следовательно, наше зрение всегда ограничено радиусом 46,5 миллиардов световых лет. Мы никогда не достигнем края Вселенной и даже не увидим, существует ли она.

Познание вселенной только началось

Вселенная состоит из безграничного пространства (вселенная) и бесконечного времени (вселенная) Необъяснимый пространственно-временной комплекс.

И маленькая человеческая солнечная система еще не вылетела. Во Вселенной, которая находится в десятках миллиардов световых лет от нас, люди даже не могут считаться пылью.

Далекая вселенная, которую мы видим, на самом деле является светом, излучаемым звездами далекой вселенной…

На самом деле,

Наши знания о вселенной,

— это все——

32 От незнания к микрознанию,

От микрознания к среднему знанию,

От знания к Дажи,

От Дажи к Неведомому…

Есть похожие статьи:

Путешествие новых открытий. Как наши предки начали свою первую встречу? Сегодняшние заголовки https://www. toutiao.com/i6838042502822363655/
Новое путешествие. Получается, что все на земле произошло от одного предка. Разве это не удивительно? Сегодняшние заголовки https://www.toutiao.com/i6834110823409910276/.
Новое путешествие. Что такое люди? Откуда оно взялось Куда идти? Сегодняшние заголовки https://www.toutiao.com/i6717222137909740045/.
Новое путешествие. Кто опрокинул ящик Пандоры? Сегодняшние заголовки https://www.toutiao.com/i6788442382003077646/.
Путешествие новых открытий. Действительно ли существует эликсир в мире? Что стало с эликсиром в глазах ученых? Сегодняшние заголовки https://www.toutiao.com/i6830745998378140163/.
Путешествие новых открытий. Глядя на жизнь и смерть шести массовых вымираний на земле. Сегодняшние заголовки https://www.toutiao. com/i6820744096789824012/.
Путь новых открытий. Уже запутанный новый вирус короны становится все более и более запутанным. Сегодняшние заголовки https://www.toutiao.com/i6809441543733117444/.
Путь новых открытий. Испытание человеческой природы: Время бедствия. Сегодняшние заголовки
https://www.toutiao.com/i6789909249309803019/.
Путь новых открытий. Какие крупные инфекционные заболевания пережили люди? Сегодняшний заголовок https://www.toutiao.com/i6786522123000087048/.
Путешествие новых открытий. Чудеса всегда рождаются в фотоэлектрическом кремне трансформации жизненного цикла. Сегодняшний заголовок https://www.toutiao.com/i6768259999182357000/.

Путь нового открытия: есть ли у Вселенной границы? Наши знания действительно ограничены

Стивен Хокинг

Эта лекция является интеллектуальной собственностью профессора С.У.Хокинга. Вы не можете воспроизводить, редактировать, переводить, распространять, публиковать или размещать этот документ каким-либо образом без разрешения The Stephen Hawking Estate. Обратите внимание, что в этом документе могут быть неправильные орфографические, пунктуационные и/или грамматические ошибки. Это сделано для того, чтобы синтезатор речи правильно произносил и синхронизировал.

‘В этой лекции я хотел бы обсудить, имеет ли само время начало и будет ли оно иметь конец. Все данные, кажется, указывают на то, что Вселенная не существовала вечно, но что у нее было начало около 15 миллиардов лет назад. Это, пожалуй, самое замечательное открытие современной космологии. Однако сейчас это воспринимается как должное. Мы еще не уверены, будет ли конец Вселенной. Когда я читал лекцию в Японии, меня попросили не упоминать о возможном повторном коллапсе Вселенной, потому что это может повлиять на фондовый рынок. Однако я могу заверить любого, кто нервничает по поводу своих вложений, что продавать пока рановато: даже если Вселенной придет конец, это произойдет не раньше, чем через двадцать миллиардов лет. К тому времени, возможно, вступит в силу торговое соглашение ГАТТ.

Временная шкала Вселенной очень велика по сравнению с человеческой жизнью. Поэтому неудивительно, что до недавнего времени Вселенная считалась по существу статической и неизменной во времени. С другой стороны, должно быть очевидно, что общество развивается в культуре и технологиях. Это указывает на то, что нынешняя фаза человеческой истории не может длиться более нескольких тысяч лет. В противном случае мы были бы более продвинутыми, чем мы есть. Поэтому было естественно полагать, что человеческая раса, а может быть, и вся вселенная имели начало в относительно недавнем прошлом. Однако многие люди были недовольны идеей, что у Вселенной было начало, потому что это, казалось, подразумевало существование сверхъестественного существа, создавшего Вселенную. Они предпочитали верить, что вселенная и человечество существовали вечно. Их объяснение человеческого прогресса заключалось в том, что периодически случались наводнения или другие стихийные бедствия, которые неоднократно отбрасывали человеческий род в первобытное состояние.

Этот спор о том, было ли у Вселенной начало, сохранялся в 19-м и 20-м веках. Он проводился в основном на основе богословия и философии, практически не принимая во внимание данные наблюдений. Это могло быть разумным, учитывая заведомо ненадежный характер космологических наблюдений до недавнего времени. Космолог сэр Артур Эддингтон однажды сказал: «Не волнуйтесь, если ваша теория не согласуется с наблюдениями, потому что они, вероятно, ошибочны». Но если ваша теория не согласуется со вторым законом термодинамики, у нее большие проблемы. На самом деле теория вечного существования Вселенной находится в серьезном противоречии со вторым законом термодинамики. Второй закон гласит, что беспорядок всегда увеличивается со временем. Подобно аргументу о человеческом прогрессе, он указывает на то, что должно было быть начало. В противном случае Вселенная уже была бы в состоянии полного беспорядка, и все было бы при одной и той же температуре. В бесконечной и вечной Вселенной каждый луч зрения заканчивался бы на поверхности звезды. Это означало бы, что ночное небо было бы таким же ярким, как поверхность Солнца. Единственным способом избежать этой проблемы было бы, если бы по какой-то причине звезды не сияли раньше определенного времени.

Во вселенной, которая была бы по существу статична, не было бы никакой динамической причины, по которой звезды должны были внезапно вспыхнуть в какой-то момент. Любое такое «время освещения» должно быть навязано вмешательством извне вселенной. Однако ситуация изменилась, когда стало понятно, что Вселенная не статична, а расширяется. Галактики постоянно удаляются друг от друга. Это означает, что они были ближе друг к другу в прошлом. Можно построить график разделения двух галактик в зависимости от времени. Если бы не было ускорения под действием силы тяжести, график был бы прямой линией. Это снизится до нулевого разделения около двадцати миллиардов лет назад. Можно было бы ожидать, что гравитация заставит галактики ускоряться друг к другу. Это будет означать, что график разделения двух галактик будет изгибаться вниз, ниже прямой линии. Таким образом, время нулевого разделения было бы менее двадцати миллиардов лет назад.

В это время Большой Взрыв, вся материя во вселенной, должна была быть на вершине самой себя. Плотность была бы бесконечной. Это было бы, что называется, сингулярностью. В сингулярности все законы физики были бы нарушены. Это означает, что состояние Вселенной после Большого Взрыва не будет зависеть ни от чего, что могло произойти раньше, потому что детерминистические законы, управляющие Вселенной, при Большом Взрыве нарушатся. Вселенная разовьется после Большого Взрыва, совершенно независимо от того, какой она была раньше. Даже количество материи во Вселенной может отличаться от того, что было до Большого Взрыва, поскольку Закон Сохранения Материи нарушается при Большом Взрыве.

Поскольку события, предшествующие Большому взрыву, не имеют следствий для наблюдений, их можно исключить из теории и сказать, что время началось с Большого взрыва. События, предшествовавшие Большому взрыву, просто не определены, потому что невозможно измерить то, что произошло во время них. Этот вид начала Вселенной и самого времени сильно отличается от тех начал, которые рассматривались ранее. Они должны были быть навязаны вселенной какой-то внешней силой. Нет никакой динамической причины, по которой движение тел в Солнечной системе нельзя экстраполировать назад во времени, далеко за пределы четырех тысяч четвертого года до нашей эры, даты сотворения Вселенной, согласно книге Бытия. Таким образом, потребовалось бы прямое вмешательство Бога, если бы вселенная началась в этот день. Напротив, Большой взрыв — это начало, которого требуют динамические законы, управляющие Вселенной. Следовательно, она присуща Вселенной, а не навязывается ей извне.

Хотя законы науки, казалось, предсказывали, что у Вселенной было начало, они также, казалось, предсказывали, что не могут определить, как Вселенная должна была начаться. Это было явно очень неудовлетворительно. Так что было несколько попыток обойти вывод, что в прошлом существовала сингулярность бесконечной плотности. Одно из предложений состояло в том, чтобы изменить закон всемирного тяготения, чтобы он стал отталкивающим. Это может привести к тому, что график расстояния между двумя галактиками будет представлять собой кривую, которая приближается к нулю, но на самом деле не проходит через него в любое конечное время в прошлом. Вместо этого идея заключалась в том, что по мере того, как галактики расходились, между ними образовывались новые галактики из материи, которая должна была постоянно создаваться. Это была теория устойчивого состояния, предложенная Бонди, Голдом и Хойлом.

Теория стационарного состояния, как сказал бы Карл Поппер, была хорошей научной теорией: она делала определенные предсказания, которые можно было проверить наблюдением и, возможно, опровергнуть. К несчастью для теории, они были фальсифицированы. Первая проблема возникла с Кембриджскими наблюдениями за количеством радиоисточников разной мощности. В среднем можно было бы ожидать, что более слабые источники будут и более удаленными. Поэтому можно было бы ожидать, что их будет больше, чем ярких источников, которые стремятся быть ближе к нам. Однако график зависимости количества радиоисточников от их мощности рос гораздо более резко при малых мощностях источников, чем предсказывала теория стационарного состояния.

Были попытки объяснить этот график подсчета чисел, утверждая, что некоторые из слабых радиоисточников находятся в пределах нашей собственной галактики и поэтому ничего не говорят нам о космологии. Этот аргумент не выдержал дальнейших наблюдений. Но последний гвоздь в гроб теории стационарного состояния был забит с открытием фонового микроволнового излучения в 1965 году. Это излучение одинаково во всех направлениях. Он имеет спектр излучения в тепловом равновесии при температуре на 2 целых 7 градусов выше абсолютного нуля температуры. Кажется, нет никакого способа объяснить это излучение в теории стационарного состояния.

Еще одной попыткой избежать начала времени было предположение, что, возможно, все галактики не встречались в одной точке в прошлом. Хотя в среднем галактики удаляются друг от друга с постоянной скоростью, они также имеют небольшие дополнительные скорости относительно равномерного расширения. Эти так называемые «пекулярные скорости» галактик могут быть направлены в сторону основного расширения. Утверждалось, что, когда вы рисуете положение галактик в прошлом, боковые пекулярные скорости означали бы, что галактики не все встретились бы. Вместо этого могла существовать предыдущая фаза сжатия Вселенной, в которой галактики двигались навстречу друг другу. Боковые скорости могли означать, что галактики не столкнулись, а промчались мимо друг друга, а затем начали расходиться. Не было бы ни сингулярности бесконечной плотности, ни нарушения законов физики. Таким образом, не было бы необходимости, чтобы вселенная и само время имели начало. Действительно, можно было бы предположить, что Вселенная колебалась, хотя это все равно не решило бы проблему со вторым законом термодинамики: можно было бы ожидать, что Вселенная будет становиться более неупорядоченной с каждым колебанием. Поэтому трудно понять, как Вселенная могла колебаться в течение бесконечного времени.

Эта возможность того, что галактики размились, была подтверждена статьей двух русских. Они утверждали, что не будет сингулярностей в решении уравнений общей теории относительности, которое является полностью общим в том смысле, что оно не имеет никакой точной симметрии. Однако их утверждение оказалось ошибочным благодаря ряду теорем Роджера Пенроуза и меня. Они показали, что общая теория относительности предсказывала сингулярности всякий раз, когда в области присутствовало больше определенного количества массы. Первые теоремы были разработаны, чтобы показать, что время подошло к концу внутри черной дыры, образовавшейся в результате коллапса звезды. Однако расширение Вселенной подобно обращению во времени коллапса звезды. Поэтому я хочу показать вам, что данные наблюдений указывают на то, что Вселенная содержит достаточное количество материи, что она подобна обращенному во времени черной дыре и поэтому содержит сингулярность.

Для обсуждения наблюдений в космологии полезно нарисовать диаграмму событий в пространстве и времени, где время движется вверх, а пространственные направления горизонтальны. Чтобы правильно показать эту диаграмму, мне действительно понадобился бы четырехмерный экран. Однако из-за государственных сокращений нам удалось предоставить только двухмерный экран. Поэтому я смогу показать только одно из направлений в пространстве.

Глядя на Вселенную, мы оглядываемся назад во времени, потому что свет должен был покинуть далекие объекты давным-давно, чтобы достичь нас в настоящее время. Это означает, что события, которые мы наблюдаем, лежат на том, что называется нашим световым конусом прошлого. Острие конуса находится в нашем положении в настоящее время. По мере того, как мы возвращаемся во времени на диаграмме, световой конус расширяется на большие расстояния, и его площадь увеличивается. Однако, если на нашем прошлом световом конусе достаточно материи, он будет искривлять лучи света навстречу друг другу. Это будет означать, что по мере возвращения в прошлое площадь нашего прошлого светового конуса будет достигать максимума, а затем начнет уменьшаться. Именно эта фокусировка нашего прошлого светового конуса под действием гравитационного воздействия материи во Вселенной является сигналом того, что Вселенная находится в пределах своего горизонта, подобно обращению времени черной дыры. Если можно определить, что во Вселенной достаточно материи, чтобы сфокусировать наш световой конус прошлого, то можно применить теоремы сингулярности, чтобы показать, что время должно иметь начало.

Как мы можем сказать по наблюдениям, достаточно ли материи на нашем прошлом световом конусе, чтобы его сфокусировать? Мы наблюдаем ряд галактик, но не можем напрямую измерить, сколько материи они содержат. Мы также не можем быть уверены, что каждый луч нашего зрения будет проходить через галактику. Поэтому я приведу другой аргумент, чтобы показать, что во Вселенной достаточно материи, чтобы сфокусировать наш световой конус прошлого. Аргумент основан на спектре микроволнового фонового излучения. Это характерно для излучения, находящегося в тепловом равновесии с веществом при той же температуре. Для достижения такого равновесия необходимо, чтобы излучение многократно рассеивалось на веществе. Например, свет, который мы получаем от Солнца, имеет характерный тепловой спектр. Это не потому, что ядерные реакции, протекающие в центре Солнца, производят излучение с тепловым спектром. Скорее, это происходит потому, что излучение много раз рассеивалось веществом Солнца на пути от центра.

В случае Вселенной тот факт, что микроволновое излучение имеет именно такой тепловой спектр, указывает на то, что оно должно было многократно рассеиваться. Следовательно, Вселенная должна содержать достаточно материи, чтобы сделать ее непрозрачной в любом направлении, куда бы мы ни посмотрели, потому что микроволновый фон одинаков в любом направлении, в котором мы смотрим. Более того, эта непрозрачность должна возникать далеко от нас, потому что мы можем видеть галактики и квазары на больших расстояниях. Таким образом, должно быть много материи на большом расстоянии от нас. Наибольшая непрозрачность в широком диапазоне волн при заданной плотности исходит от ионизированного водорода. Из этого следует, что если материи достаточно, чтобы сделать Вселенную непрозрачной, то также достаточно материи, чтобы сфокусировать световой конус нашего прошлого. Затем можно применить теорему Пенроуза и меня, чтобы показать, что время должно иметь начало.

Фокусировка нашего прошлого светового конуса подразумевает, что время должно иметь начало, если общая теория относительности верна. Но можно задаться вопросом, действительно ли общая теория относительности верна. Это, безусловно, согласуется со всеми проведенными наблюдательными тестами. Однако они проверяют общую теорию относительности только на довольно больших расстояниях. Мы знаем, что общая теория относительности не может быть совершенно правильной на очень малых расстояниях, потому что это классическая теория. Это означает, что он не принимает во внимание принцип неопределенности квантовой механики, который гласит, что объект не может иметь одновременно четко определенного положения и четко определенной скорости: чем точнее измеряется положение, тем менее точно можно измерить скорость и наоборот. Следовательно, чтобы понять стадию очень высокой плотности, когда Вселенная была очень маленькой, нужна квантовая теория гравитации, которая объединит общую теорию относительности с принципом неопределенности.

Многие люди надеялись, что квантовые эффекты каким-то образом сгладят сингулярность бесконечной плотности и позволят Вселенной отскочить и вернуться к предыдущей фазе сжатия. Это было бы похоже на более раннюю идею о том, что галактики пропускают друг друга, но отскок происходит при гораздо большей плотности. Однако я думаю, что это не так: квантовые эффекты не устраняют сингулярность, а позволяют бесконечно продолжать время назад. Но кажется, что квантовые эффекты могут устранить самую неприятную черту сингулярностей в классической общей теории относительности. Дело в том, что классическая теория не позволяет рассчитать, что получится из сингулярности, потому что там нарушатся все законы физики. Это означало бы, что наука не может предсказать, как зародилась Вселенная. Вместо этого нужно было бы обратиться к агентству за пределами вселенной. Возможно, поэтому многие религиозные лидеры были готовы принять теорию Большого взрыва и теоремы сингулярности.

С другой стороны, кажется, что квантовая теория может предсказать, как зародится Вселенная. Квантовая теория вводит новую идею мнимого времени. Воображаемое время может звучать как научная фантастика, и оно было привнесено в «Доктор Кто». Но тем не менее, это подлинно научная концепция. Можно представить это следующим образом. Обычное, реальное время можно представить себе как горизонтальную линию. Слева — прошлое, справа — будущее. Но есть и другой вид времени в вертикальном направлении. Это называется воображаемым временем, потому что это не то время, которое мы обычно переживаем. Но в некотором смысле оно так же реально, как и то, что мы называем реальным временем.

Три направления в пространстве и одно направление воображаемого времени составляют то, что называется евклидовым пространством-временем. Я не думаю, что кто-то может изобразить четырехмерное кривое пространство. Но не так уж сложно визуализировать двухмерную поверхность, такую как седло или поверхность футбольного мяча.

На самом деле Джеймс Хартл из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре и я предположили, что пространство и мнимое время вместе взятые действительно конечны по протяженности, но не имеют границ. Они были бы похожи на поверхность Земли, но с еще двумя измерениями. Поверхность Земли конечна по протяженности, но не имеет границ и краев. Я объехал весь мир и не упал.

Если бы пространство и мнимое время действительно были похожи на поверхность Земли, не было бы никаких сингулярностей в направлении мнимого времени, при которых законы физики нарушались бы. И не было бы никаких границ у воображаемого времени-пространства-времени, как нет границ у поверхности Земли. Это отсутствие границ означает, что законы физики однозначно определят состояние Вселенной в воображаемом времени. Но если известно состояние Вселенной в мнимом времени, можно вычислить состояние Вселенной в реальном времени. Можно было бы ожидать какой-то сингулярности Большого взрыва в реальном времени. Так что реальное время все же имело бы начало. Но не нужно было бы обращаться к чему-то вне вселенной, чтобы определить, как вселенная началась. Вместо этого то, как вселенная возникла при Большом взрыве, будет определяться состоянием вселенной в воображаемом времени. Таким образом, Вселенная была бы полностью автономной системой. Оно не будет определяться ничем за пределами физической вселенной, которую мы наблюдаем.

Условие отсутствия границ — это утверждение о том, что законы физики выполняются везде. Понятно, что в это хотелось бы верить, но это гипотеза. Его нужно проверить, сравнив состояние Вселенной, которое он предсказывает, с наблюдениями того, какова Вселенная на самом деле. Если бы наблюдения противоречили предсказаниям гипотезы отсутствия границ, нам пришлось бы заключить, что гипотеза ложна. Должно быть что-то вне вселенной, чтобы запустить часовой механизм и запустить вселенную. Конечно, даже если наблюдения согласуются с предсказаниями, это не доказывает, что предложение об отсутствии границ верно. Но уверенность в этом возросла бы, особенно потому, что, по-видимому, не существует другого естественного предположения о квантовом состоянии Вселенной.

Предложение об отсутствии границ предсказывает, что Вселенная начнется в одной точке, например, на Северном полюсе Земли. Но эта точка не будет сингулярностью, как Большой Взрыв. Вместо этого это была бы обычная точка пространства и времени, как Северный полюс — обычная точка на Земле, по крайней мере, мне так сказали. Я сам там не был.

Согласно предположению об отсутствии границ, Вселенная плавно расширялась бы из одной точки. По мере своего расширения он заимствовал энергию у гравитационного поля для создания материи. Как мог бы предсказать любой экономист, результатом всех этих заимствований стала инфляция. Вселенная расширялась и заимствовала со все возрастающей скоростью. К счастью, долг гравитационной энергии не придется возвращать до конца Вселенной.

В конце концов, период инфляции закончился бы, и Вселенная перешла бы на стадию более умеренного роста или расширения. Однако инфляция оставила бы свой след во Вселенной. Вселенная была бы почти полностью гладкой, но с очень небольшими неровностями. Этих неровностей так мало, всего одна стотысячная доля, что люди годами тщетно искали их. Но в 1992 году спутник Cosmic Background Explorer, COBE, обнаружил эти неоднородности в микроволновом фоновом излучении. Это был исторический момент. Мы вернулись к происхождению Вселенной. Форма флуктуаций микроволнового фона хорошо согласуется с предсказаниями предложения об отсутствии границ. Эти очень незначительные неровности во Вселенной привели бы к тому, что некоторые регионы расширялись медленнее, чем другие. В конце концов, они бы перестали расширяться и сжались бы сами в себя, образовав звезды и галактики. Таким образом, предложение об отсутствии границ может объяснить всю богатую и разнообразную структуру мира, в котором мы живем. Что предсказывает предположение об отсутствии границ для будущего Вселенной? Поскольку это требует, чтобы Вселенная была конечной в пространстве, а также в мнимом времени, это подразумевает, что Вселенная в конечном итоге снова схлопнется. Однако он не схлопнется снова в течение очень долгого времени, намного дольше тех 15 миллиардов лет, в течение которых он уже расширялся. Итак, вы успеете продать свои государственные облигации, прежде чем конец вселенной будет близок. Во что тогда вы инвестируете, я не знаю.

Изначально я думал, что коллапс будет временем, обратным расширению. Это означало бы, что стрела времени в фазе сжатия указывала бы в другую сторону. Люди становились моложе, поскольку Вселенная становилась меньше. В конце концов, они бы исчезли обратно в утробу.

Однако теперь я понимаю, что ошибался, как показывают эти решения. Коллапс — это не время, противоположное расширению. Расширение начнется с инфляционной фазы, но коллапс, как правило, не закончится антиинфляционной фазой. Более того, небольшие отклонения от однородной плотности будут продолжать расти в фазе сжатия. Вселенная будет становиться все более и более шероховатой и неправильной по мере того, как она будет уменьшаться, а беспорядок будет увеличиваться. Это означает, что стрела времени не повернется вспять. Люди продолжат стареть даже после того, как Вселенная начала сжиматься. Так что нет смысла ждать, пока Вселенная снова рухнет, чтобы вернуться к своей юности.