Где край вселенной: Что находится на краю Вселенной?

Что находится на краю Вселенной?

В 2019 году это обычная эмоция — желать по четыре-пять раз на дню отправиться не то, чтобы в космос, но на самый край света, как можно дальше, чтобы избавиться от дурного наваждения или плохой погоды, задерживающегося поезда или тесных брюк, таких заурядных на Земле вещей. Но что будет ждать вас на этой космологической границе? Что это вообще такое — край света, край Вселенной — что мы там увидим? Это граница или бесконечность вообще?

Край Вселенной?

Давайте спросим у ученых.

Содержание

• 1 Что находится на краю света
• 2 Поверхность последнего рассеяния
• 3 Вселенная не плоская
• 4 У вселенной нет границ

Что находится на краю света

Шон Кэрролл, профессор физики Калифорнийского технологического института

«Насколько мы знаем, у Вселенной нет границ. У наблюдаемой Вселенной есть край — предел того, что мы можем увидеть. Это связано с тем, что свет движется с конечной скоростью (один световой год в год), поэтому, когда мы смотрим на далекие вещи, мы вглядываемся назад во времени. В самом конце мы видим, что происходило почти 14 миллиардов лет, остаточное излучение Большого Взрыва. Это космический микроволновый фон, который окружает нас со всех стороны. Но это не физическая «граница», если уж так посудить.

Поскольку мы можем видеть лишь настолько далеко, мы не знаем, на что похожи вещи за пределами нашей наблюдаемой Вселенной. Та вселенная, которую мы видим, довольно однородна в больших масштабах и, возможно, так будет продолжаться буквально всегда. В качестве альтернативы вселенная могла бы свернуться в сферу или тор. Если это так, вселенная будет ограничена по общему размеру, но все равно не будет иметь границы, точно так же, как круг не имеет начала или конца.

Также возможно, что вселенная неоднородна за пределами того, что мы можем видеть, и что условия сильно отличаются от места к месту. Эту возможность представляет космологическая мультивселенная. Мы не знаем, существует ли мультивселенная в принципе, но поскольку не видим ни то, ни другое, разумно было бы сохранять непредвзятость».

Джо Данкли, профессор физики и астрофизических наук в Принстонском университете

«Да все то же самое!

Окей, на самом деле мы не считаем, что у вселенной есть граница или край. Мы думаем, что она либо продолжается бесконечно во всех направлениях, либо оборачивается вокруг себя, так что она не является бесконечно большой, но все равно не имеет краев. Представьте поверхность пончика: у нее нет границ. Может быть, вся вселенная такая (но в трех измерениях — у поверхности пончика всего два измерения). Это значит, что вы можете отправиться на космическом корабле в любом направлении, и если будете путешествовать достаточно долго, вернетесь туда, откуда начали. Нет края.

Но есть также то, что мы называем наблюдаемой вселенной, которая является частью пространства, которую мы можем реально видеть. Край этого места находится там, откуда свету не хватило времени, чтобы добраться до нас с начала существования вселенной. Мы можем увидеть только такой край, а за ним, вероятно, будет все то же самое, что мы видим вокруг: сверхскопления галактик, в каждой из которых миллиарды звезд и планет».

Поверхность последнего рассеяния

Джесси Шелтон, доцент кафедры физики и астрономии Университета Иллинойса в Урбана-Шампейн

«Все зависит от того, что вы подразумеваете под краем вселенной. Поскольку скорость света ограничена, чем дальше и дальше в космос мы смотрим, тем дальше и дальше назад во времени мы заглядываем — даже когда смотрим на соседнюю галактику Андромеду, мы видим не то, что происходит сейчас, а что происходило два с половиной миллиона лет назад, когда звезды Андромеды излучали свет, попавший в наши телескопы только сейчас. Самый старый свет, который мы можем увидеть, пришел из самых дальних глубин, поэтому, в некотором смысле, край вселенной — это самый древний свет, который нас достиг. В нашей вселенной это космический микроволновый фон — едва заметное, продолжительное послесвечение Большого Взрыва, которое отмечает момент, когда Вселенная остыла достаточно, чтобы позволить сформироваться атомам. Это называется поверхностью последнего рассеяния, поскольку отмечает место, где фотоны перестали прыгать между электронами в горячей, ионизированной плазме и начали вытекать через прозрачное пространство, на миллиарды световых лет в нашу сторону. Таким образом, можно сказать, что край вселенной — это поверхность последнего рассеяния.

Что находится на краю вселенной прямо сейчас? Ну, мы не знаем — и не можем узнать, нам пришлось бы ждать, пока свет, испущенный там сейчас и идущий к нам, пролетит много миллиардов лет в будущем, но поскольку вселенная расширяется все быстрее и быстрее, мы вряд ли увидим новый край вселенной. Можем лишь догадываться. На крупных масштабах наша вселенная выглядит по большей части одинаковой, куда ни глянь. Велики шансы, что если бы вы оказались на краю наблюдаемой вселенной сегодня, вы увидели бы вселенную, которая плюс-минус похожа на нашу собственную: галактики, больше и малые, во всех направлениях. Я думаю, что край вселенной сейчас это попросту еще больше вселенной: больше галактик, больше планет, больше живых существ, задающихся таким же вопросом».

Вселенная не плоская

Майкл Троксель, доцент физики в Университете Дьюка

«Несмотря на то, что Вселенная, вероятно, бесконечна в размерах, на самом деле существует не один практический «край».

Мы думаем, что Вселенная на самом деле бесконечно — и у нее нет границ. Если бы Вселенная была «плоской» (как лист бумаги), как показали наши тесты с точностью до процента, или «открытой» (как седло), то она действительно бесконечна. Если она «закрыта», как баскетбольный мяч, то она не бесконечна. Однако, если вы зайдете достаточно далеко в одном направлении, вы в конечном итоге окажетесь там, откуда начали: представьте, что вы движетесь на поверхности шара. Как однажды сказал хоббит по имени Бильбо: «Убегает дорога вперед и вперед…». Снова и снова.

Подписывайтесь на наш канал в Яндекс Дзен. Там можно найти много всего интересного, чего нет даже на нашем сайте.

У Вселенной есть «край» для нас — даже два. Это связано с частью общей теории относительности, которая гласит, что все вещи (включая свет) во Вселенной имеют ограничение скорости — 299 792 458 м/с — и этот предел скорости сохраняется всюду. Наши измерения также говорят нам, что Вселенная расширяется во всех направлениях, причем расширяется все быстрее и быстрее. Это значит, что когда мы наблюдаем объект, который очень далеко от нас, свету от этого объекта нужно время, чтобы добраться до нас (расстояние, деленное на скорость света). Хитрость заключается в том, что поскольку пространство расширяется, пока свет идет к нам, расстояние, которое должен пройти свет, также увеличивается с течением времени на пути к нам.

Итак, первое, что вы могли бы спросить: на каком самом дальнем расстоянии мы могли бы наблюдать свет от объекта, если бы он был испущен в самом начале существования Вселенной (которой около 13,7 миллиарда лет). Оказывается, это расстояние — 47 миллиардов световых лет (световой год примерно в 63 241 раз больше расстояния между Землей и Солнцем), и называется космологическим горизонтом. Можно поставить вопрос несколько иначе. Если бы мы отправили сообщение со скоростью света, на каком расстоянии мы могли бы его получить? Это еще интереснее, потому что скорость расширения Вселенной в будущем возрастает.

Оказывается, что даже если это послание будет лететь вечно, оно сможет добраться только до тех, кто находится сейчас на расстоянии 16 миллиардов световых лет от нас. Это называется «горизонт космических событий». Однако самая дальняя планета, которую мы могли наблюдать, находится в 25 тысячах световых лет, поэтому мы все равно могли бы поприветствовать всех, кто живет в этой Вселенной на сегодняшний момент. А вот самое дальнее расстояние, на котором наши нынешние телескопы могли бы различить галактику, составляет около 13,3 миллиарда световых лет, поэтому мы не видим, что находится на краю вселенной. Никто не знает, что находится на обоих краях».

Эбигейл Вирегг, доцент Института космологической физики им. Кавила при Чикагском университете

«Используя телескопы на Земле, мы смотрим на свет, исходящий из отдаленных мест Вселенной. Чем дальше находится источник света, тем больше времени требуется, чтобы этот свет попал сюда. Поэтому, когда вы смотрите на отдаленные места, вы смотрите на то, на что были похожи эти места, когда был рожден увиденный вами свет — а не на то, как эти места выглядят сегодня. Вы можете продолжать смотреть дальше и дальше, что будет соответствовать продвижению дальше и дальше назад во времени, пока не увидите нечто, что существовало спустя несколько тысячелетий после Большого Взрыва. До этого вселенная была настолько горячей и плотной (задолго до того, как появились звезды и галактики!), что любой свет во вселенной ни за что не мог зацепиться, его нельзя увидеть современными телескопами. Это и есть край «наблюдаемой вселенной» — горизонт — потому что за ним ничего не разглядеть. Время идет, этот горизонт меняется. Если бы вы могли посмотреть на Вселенную с другой планеты, вы вероятно увидели бы то же самое, что видим мы на Земле: ваш собственный горизонт, ограниченный временем, которое прошло с момента Большого Взрыва, скоростью света и расширением вселенной.

Космический корабль SpaceShip будет вмешать до 100 пассажиров, но до конца Вселенной он точно не долетит.

Как выглядит то место, которое соответствует земному горизонту? Мы не знаем, потому что можем увидеть это место таким, каким оно было сразу после Большого Взрыва, а не каким оно стало сегодня. Но все измерения показывают, что вся видимая вселенная, включая край наблюдаемой вселенной, выглядит примерно одинаково, так же, как и наша локальная вселенная сегодня: со звездами, галактиками, скоплениями галактик и огромным пустым пространством.

Мы также думаем, что вселенная намного больше той части вселенной, которую мы сегодня можем увидеть с Земли, и что у самой вселенной нет «края» как такового. Это просто расширяющееся пространство-время».

У вселенной нет границ

Артур Косовский, профессор физики Питтсбургского университета

«Одним из самых фундаментальных свойств вселенной является ее возраст, который, согласно различным измерениям, мы сегодня определяем как 13,7 миллиарда лет. Поскольку мы также знаем, что свет распространяется с постоянной скоростью, это означает, что луч света, который появился в ранние времени, прошел к сегодняшнему дню определенное расстояние (назовем это «расстоянием до горизонта» или «расстоянием Хаббла»). Поскольку ничто не может двигаться быстрее скорости света, расстояние Хаббла будет самым дальним расстоянием, которое мы когда-либо сможем наблюдать в принципе (если не обнаружим какой-либо способ обойти теорию относительности).

Чтобы не пропустить ничего интересного из мира высоких технологий, подписывайтесь на наш новостной канал в Telegram. Там вы узнаете много нового.

У нас есть источник света, идущий к нам почти с расстояния Хаббла: космическое микроволновое фоновое излучение. Мы знаем, что у вселенной не существует «края» на расстоянии до источника микроволнового излучения, которое находится почти на целой дистанции Хаббла от нас. Поэтому мы обычно предполагаем, что вселенная намного больше, чем нам собственный наблюдаемый объем Хаббла, и что настоящий край, который может существовать, находится намного дальше, чем мы когда-либо могли наблюдать. Возможно, это неверно: возможно, край вселенной находится сразу за дистанцией Хаббла от нас, а за ним — морские чудища. Но поскольку вся наблюдаемая нами вселенная везде относительно одинакова и однородна, такой поворот был бы очень странным.

Боюсь, у нас никогда не будет хорошего ответа на этот вопрос. У Вселенной может вообще не быть края, а если он и есть, то будет достаточно далеко, чтобы мы его никогда не увидели. Нам остается постигать лишь ту часть Вселенной, которую мы действительно можем наблюдать».

А у вас есть предположения, что находится на краю Вселенной? Расскажите в нашем чате в Телеграме.

Astronomy (США): где находится край Вселенной?

Материалы ИноСМИ содержат оценки исключительно зарубежных СМИ и не отражают позицию редакции ИноСМИ

Человеческие знания постоянно пополняются, естественно увеличиваются и возможности людей по изучению Вселенной. И вот, настал момент, когда наука, кажется, уткнулась в предел возможностей изучения видимой части Вселенной. Однако ученые все еще мечтают заглянуть за ее край. Осуществимо ли это?

Эрик Бетц (Eric Betz)

Когда Галилео Галилей в 1610 году направил в небеса свой первый телескоп, он обнаружил «скопления бесчисленных звезд», спрятавшиеся в полосе света под названием Млечный Путь. В тот день космическое пространство увеличилось многократно. Спустя примерно три столетия пределы космоса снова раздвинулись, когда астрономы построили достаточно мощные телескопы, показавшие, что Млечный Путь — это всего одна из многих «островных вселенных». Вскоре они узнали, что Вселенная тоже расширяется, а галактики отдаляются друг от друга с постоянно увеличивающейся скоростью.

Потом появились еще более крупные телескопы, показавшие, что видимая Вселенная простирается в поперечнике на невероятное расстояние в 92 миллиарда световых лет, и что в ней имеется примерно два триллиона галактик. Тем не менее, ученые до сих пор хотят узнать, каковы размеры Вселенной за пределами видимости.

«Вселенная всегда была немного больше того, что мы можем видеть», — говорит астроном и специалист по истории астрономии Вирджиния Тримбл (Virginia Trimble), работающая в Калифорнийском университете в Ирвайне.

Если построить более крупные телескопы, это уже не поможет заглянуть дальше в космос. «Телескопы наблюдают только наблюдаемое. Нельзя вернуться во времени дальше возраста Вселенной, — объясняет лауреат Нобелевской премии космолог Джон Матер (John Mather) из Центра космических полетов им. Годдарда, также являющийся главным научным сотрудником космического телескопа „Джеймс Уэбб».  — Поэтому у нас есть жесткие ограничения. Мы уже заглянули на максимально возможное расстояние». На краю мы увидели остаточное свечение от Большого взрыва — так называемое реликтовое микроволновое фоновое излучение. Но и это не какой-то там магический край Вселенной. Космос тянется дальше. И мы можем никогда не узнать, насколько далеко.

В последние десятилетия космологи для разрешения этой загадки сначала пытаются определить форму Вселенной, как в свое время древнегреческий математик Эратосфен вычислил размеры Земли при помощи простой тригонометрии. Теоретически наша Вселенная может иметь одну из трех возможных форм, каждая из которых зависит от кривизны космического пространства. Это седловидная форма (отрицательная кривизна), сферическая форма (положительная кривизна) и плоская форма (без какой-либо кривизны).

Мало кто поддерживает гипотезу о седловидной форме, а вот сферическое космическое пространство кажется вполне логичным нам, землянам. Земля круглая, как Солнце и планеты. Сферическая Вселенная позволяет лететь в космос в любом направлении, а в итоге вы все равно окажетесь на линии старта подобно Магеллану, совершившему кругосветное плавание. Эйнштейн называл такую модель «конечной, но неограниченной Вселенной».

Но с конца 1980-х годов началось строительство орбитальных обсерваторий для изучения реликтового излучения, и эти обсерватории стали выполнять все более точные измерения. Они показали, что у космоса вообще нет никакой кривизны. Он плоский в тех пределах, в которых астрономы могут производить свои измерения. Если это сфера, то сфера настолько огромная, что даже во всей наблюдаемой Вселенной невозможно зафиксировать никакую кривизну.

«Вселенная плоская, как бесконечный лист бумаги, — говорит Матер. — Соответственно, мы можем лететь бесконечно далеко в любом направлении, а Вселенная все равно будет более или менее неизменной». Добраться до края такой бесконечной Вселенной невозможно. Мы будем просто открывать все новые и новые галактики.

Большую часть астрономов это вполне устраивает. Плоская Вселенная согласуется и с наблюдениями, и с теорией. Поэтому данная идея находится сейчас в самом центре современной космологии.

Проблема в том, что в отличие от сферической Вселенной, плоская Вселенная может быть бесконечной. А может и не быть, и установить разницу невозможно. «Что надо искать, если вы хотите понять, бесконечна ли Вселенная?— говорит Тримбл. — Никто этого не знает».

Поэтому ученые надеются, что ответ даст теория. Речь идет о модели, способной представить косвенные доказательства первого или второго. Например, Стандартная модель в физике помогла предсказать существование многочисленных частиц, таких как бозон Хиггса, причем задолго до того, как они были открыты. Физики исходили из того, что такие частицы существуют.

«Если у вас есть хорошее описание всего того, что вы наблюдали, и оно предсказывает нечто, тогда вы начинаете рассчитывать на то, что так оно и есть, — говорит Тримбл. — Большинство ученых считает, что наука работает именно так».

Где край у Вселенной? Астроном отвечает на наивные вопросы о космосе | Наука | Общество

Всё не так, как кажется

Александр Власенко, АиФ. ru: Почему Луна у горизонта выглядит гораздо крупнее, чем высоко в небе?

Александр Иванов: Этот вопрос часто задают обыватели, ведь Луна завораживает даже далёких от астрономии людей. Особенно всех впечатляет её восхождение из-за горизонта, которое кажется каким-то таинством. В такие моменты диск естественного спутника Земли действительно выглядит гораздо крупнее, но это никак не связано с реальными физическими процессами. Угловые размеры Луны в любой точке её движения по небесной сфере остаются одинаковыми. Иллюзия увеличения возникает из-за особенностей работы человеческого мозга, который пытается сравнить Луну с наземными объектами, как бы привязать её к ним. Стоит только Луне подняться выше и всё таинство исчезает. Но если её со всех сторон окружают облака, то опять возникает тот же самый интересный эффект. Здесь наш мозг опять пытается что-то к чему-то привязать. Кстати, тоже самое можно наблюдать и в случае с Солнцем. 

— Почему кольца есть только у Сатурна?

— Так думают большинство обывателей и это, в общем-то, нормально для далёких от астрономии людей. Но на самом деле не всё так просто. Ещё в 50-х годах прошлого века советский ученый Всехсвятский сделал предположение о наличии метеорных облаков вокруг всех планет-гигантов. И когда американская космическая станция «Пионер» впервые долетела до Юпитера, то она действительно обнаружила у него кольца. Просто они состоят из такого вещества, которое плохо отражает свет. По этой же причине мы не полностью видим и кольца Сатурна. На самом деле они простираются в космос чуть ли не на миллион с лишним километров дальше, чем мы можем рассмотреть с Земли. Подобные образования зафиксировали также у Урана и Нептуна. Но сейчас я вас удивлю ещё больше, сказав, что свой ободок имеется даже у Земли. Это тоненькое, пылеобразное, незаметное колечко, но оно есть. Все кольца состоят из вещества кометного и метеорного происхождения, которое удерживается на орбитах планет благодаря гравитации. Точно так же и наше Солнце удерживает вокруг себя огромный запас комет, метеоритов и астероидов. 

Планета Сатурн. Фото: Commons.wikimedia.org/ Kevin Gill

Предел запредельного 

— Можно ли долететь до края Вселенной?

— Этот вопрос довольно простой с одной стороны, и довольно сложный — с другой. Краем Вселенной называют наиболее удалённую от нас область, которую можно увидеть с помощью самых больших из существующих телескопов. Сегодня этот край определяется как 15 миллиардов световых лет, но это ещё не значит, что Вселенная там и заканчивается. Просто-напросто дальше мы пока не можем заглянуть. Остаётся ждать ввода в строй новых мощных телескопов. Но в любом случае долететь до самой удалённой от нас части Вселенной невозможно, даже если двигаться со скоростью света. Даже триста тысяч километров в секунду в масштабах космоса — это очень мало. Свет от Солнца до Земли идёт восемь минут и если его выключить, то мы узнаем об этом только через восемь минут. То есть мы, по сути, видим изображение Солнца в прошлом. Кстати, именно поэтому Вселенную иногда называют машиной времени. От другой ближайшей к нам звезды — Проксимы Центавра — свет идёт уже почти четыре года. От ближайшей к нам крупной галактики Андромеды он идёт два миллиона лет. А от края Вселенной — 15 миллиардов лет. Нет ни одного космонавта, который бы мог столько прожить. Я уже не говорю о том, что космические корабли сегодня летают гораздо медленнее скорости света. 

Солнце. Фото: pixabay.com

— Почему Солнце зимой не греет?

— Это ошибочное мнение, что Солнце зимой не греет Землю. С этим тесно переплетается распространённое заблуждение о причинах смены времён года. Часто школьники, студенты и даже очень образованные люди начинают объяснять, что наступление зимы или лета связано с расстоянием нашей планеты от Солнца. Но ведь в нашем полушарии сейчас зима, а в противоположном — лето. Смена времён года связана только с углом наклона земной оси к Солнцу, который периодически изменяется. В летний период лучи падают на земную поверхность в нашей части света под почти прямым углом и тем самым хорошо её нагревает. А зимой Солнце стоит у нас низко над горизонтом, и угол падения света получается более наклонным. Лучи достигают поверхности по касательной, то есть они как бы скользят по ней и поэтому меньше греют.

— Как потухнет Солнце? 

— Каждую секунду на Солнце сгорает 300 тысяч тонн вещества. Нам кажется, что это очень много, но на самом деле — мелочь с учётом общей массы нашей звезды. По теории она существует уже пять миллиардов лет и должна прожить как минимум ещё столько же, пройдя целую цепочку эволюционных преобразований. Но этот процесс будет идти не так, как у гигантских светил. Когда они гибнут, возникает яркая вспышка сверхновой звезды. А у Солнца будет происходить медленный процесс расширения его оболочки, в результате чего оно превратится в красный гигант. Потом эта оболочка будет сброшена и образуется красивая туманность, которую, возможно, будут наблюдать какие-нибудь далекие астрономы. То есть потихоньку Солнце сойдет на нет, и от него останется только огарок в виде коричневого или белого карлика. 

Млечный путь. Фото: Commons.wikimedia.org/ ESO/H.H. Heyer

Найдёт тот, кто умеет ждать

— Найдет ли человечество жизнь за пределами Земли?

— Всё начиналось с поиска разума во Вселенной, а не просто какой-нибудь жизни. В СССР была целая лаборатория, занимавшаяся астробиологией. Там на полном серьезе исследовали возможность жизни на Венере, на Марсе. Мы начали слать сигналы и «стучаться» во все стороны, а ответа так пока и не получили. Но это ещё ничего не значит, просто мы мало ждали. Допустим, разумная жизнь есть в пятидесяти световых годах от Земли. По меркам космоса это близко, вот только сигнал туда и обратно будет идти целых сто лет. При таком расстоянии невозможно получить ответ сразу как по сотовому телефону. Если мы послали сигнал в 1960-х годах, то ответ будет не раньше 2060-х. А если разумные существа живут в ста световых годах от нас, то ответ от них может прийти минимум через двести лет. И это без учёта того, что возможны проблемы с прохождением сигнала и нужно время на его расшифровку. В целом поиск жизни во Вселенной не лишён смысла, и здесь я люблю приводить пример одного процента. Суть в том, что даже при такой низкой вероятности только в нашей галактике могут быть сотни тысяч и даже миллионы потенциально обитаемых планет. А ведь по прикидкам во Вселенной триллион галактик. Хотя совсем не обязательно искать так далеко. До сих пор не исключена вероятность существования внеземной жизни даже в Солнечной системе. Например, на спутнике Юпитера Европе под толстым слоем льда есть океан с подходящими для жизни условиями. Простые формы жизни могут существовать в атмосфере Юпитера и Венеры. Я хочу напомнить, что в своё время с внешней стороны космической станции «Мир» была обнаружена плесень. И не важно, как она туда попала. Главное, это доказывает, что жизнь возможна даже в адских условиях открытого космоса. 

— Как, глядя на небо, отличить звезду от планеты?

— Некоторые планеты Солнечной системы определить довольно просто. Венеру отличает то, что она очень ярко светится на утреннем и на вечернем небе. Она сразу бросается в глаза. Также очень яркий Юпитер. Но отличить большинство планет Солнечной системы на небе от звёзд для обывателя сложно. Тут нужно либо хорошо знать созвездия, либо проводить наблюдения как минимум в течение месяца. Дело в том, что звёзды все восходят и заходят одновременно. А вот планеты движутся среди звёзд, они потихонечку смещаются относительно них. При долгом наблюдении можно заметить, что планеты выписывают восьмёрки. Это проекция их движения вокруг Солнца. К слову не имеет ничего общего с действительностью мнение о том, что планеты и звёзды как-то по-разному дрожат или «играют» на небе. Эти визуальные эффекты связаны только со свойствами земной атмосферы.

Планета Земля. Фото: pixabay.com

Переменчивый космос

— Земля вращается вокруг Солнца. А Солнце стоит на месте?

— Земля вращается вокруг Солнца со скоростью 30 километров в секунду и делает один полный оборот за 365 дней. Но и сама наша звезда не стоит на месте. Она вместе с восьмью удерживаемыми ею планетами Солнечной системы и миллионами астероидов движется вокруг центра нашей галактики Млечный путь со скоростью 250 километров в секунду. При такой огромной скорости на один полный оборот Солнца вокруг центра Млечного пути уходит почти миллион лет. И даже Млечный путь в общем облаке с Туманностью Андромеды и рядом других галактик вращается вокруг определённого центра масс. А вся эта группировка в свою очередь движется в метагалактике. Всё вокруг чего-то вращается, а связано это с гравитацией, которая является определяющей силой во Вселенной. 

— Почему Плутон лишили звания планеты?

— Этот драматичный вопрос имеет простой ответ. В 2006 году Плутон лишили звания планеты не из-за его размеров, как многие думают. Дело всё в том, что по правилам Международного астрономического союза на орбитальной траектории движения планеты не должно находиться других объектов. Их нет ни у Земли, ни у Венеры, ни у Юпитера. Меркурий очень маленький, но на его орбите всё чисто, не «болтается» ничего лишнего и поэтому он — планета. А по орбите Плутона движется множество других объектов. Их размеры особой роли не играют, главное, что они там есть. Но зато Плутон стал родоначальником целого нового класса карликовых планет. В честь него такие космические объекты называют плутонидами. 

— Можно ли полететь на самую большую планету Солнечной системы — Юпитер?

— Полёты к планетам-гигантам — Юпитеру, Сатурну, Урану и Нептуну в принципе возможны, но вот высадиться на них человек никогда не сможет из-за их физических свойств. Даже при наличии очень продвинутого космического корабля это всё равно, что попытаться сесть на Солнце. В атмосферах этих планет бушуют ураганы огромной силы со скоростью ветра несколько тысяч километров в час. Например, на Юпитере уже как минимум четыреста лет существует гигантский торнадо, в котором могли бы поместиться три Земли. Другим препятствием является невероятное давление в атмосферах планет-гигантов. Любой аппарат в таких условиях просто сплющит. И тем более в такой газовой среде невозможно достичь какой-то тверди. До ядра мы не доберемся, потому что давление там просто запредельное.

Что находится на краю Вселенной?

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

НА КРАЮ СВЕТА

Шон Кэрролл, профессор физики

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

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

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

Джо Данкли, профессор физики и астрофизических наук

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

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

ПОВЕРХНОСТЬ ПОСЛЕДНЕГО РАССЕЯНИЯ

Джесси Шелтон, доцент физики и астрономии

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

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

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

Майкл Троксель, доцент физики

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

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

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

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

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

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

Эбигейл Вирегг, доцент космологической физики

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

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

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

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

Где находится край Вселенной?

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Где находится край Вселенной?

Когда Галилео Галилей в 1610 году направил в небеса свой первый телескоп, он обнаружил «скопления бесчисленных звезд», спрятавшиеся в полосе света под названием Млечный Путь. В тот день космическое пространство увеличилось многократно. Спустя примерно три столетия пределы космоса снова раздвинулись, когда астрономы построили достаточно мощные телескопы, показавшие, что Млечный Путь — это всего одна из многих «островных вселенных». Вскоре они узнали, что Вселенная тоже расширяется, а галактики отдаляются друг от друга с постоянно увеличивающейся скоростью.

Потом появились еще более крупные телескопы, показавшие, что видимая Вселенная простирается в поперечнике на невероятное расстояние в 92 миллиарда световых лет, и что в ней имеется примерно два триллиона галактик. Тем не менее, ученые до сих пор хотят узнать, каковы размеры Вселенной за пределами видимости.

«Вселенная всегда была немного больше того, что мы можем видеть», — говорит астроном и специалист по истории астрономии Вирджиния Тримбл (Virginia Trimble), работающая в Калифорнийском университете в Ирвайне.

Если построить более крупные телескопы, это уже не поможет заглянуть дальше в космос. «Телескопы наблюдают только наблюдаемое. Нельзя вернуться во времени дальше возраста Вселенной, — объясняет лауреат Нобелевской премии космолог Джон Матер (John Mather) из Центра космических полетов им. Годдарда, также являющийся главным научным сотрудником космического телескопа „Джеймс Уэбб». — Поэтому у нас есть жесткие ограничения. Мы уже заглянули на максимально возможное расстояние». На краю мы увидели остаточное свечение от Большого взрыва — так называемое реликтовое микроволновое фоновое излучение. Но и это не какой-то там магический край Вселенной. Космос тянется дальше. И мы можем никогда не узнать, насколько далеко.

В последние десятилетия космологи для разрешения этой загадки сначала пытаются определить форму Вселенной, как в свое время древнегреческий математик Эратосфен вычислил размеры Земли при помощи простой тригонометрии. Теоретически наша Вселенная может иметь одну из трех возможных форм, каждая из которых зависит от кривизны космического пространства. Это седловидная форма (отрицательная кривизна), сферическая форма (положительная кривизна) и плоская форма (без какой-либо кривизны).

Мало кто поддерживает гипотезу о седловидной форме, а вот сферическое космическое пространство кажется вполне логичным нам, землянам. Земля круглая, как Солнце и планеты. Сферическая Вселенная позволяет лететь в космос в любом направлении, а в итоге вы все равно окажетесь на линии старта подобно Магеллану, совершившему кругосветное плавание. Эйнштейн называл такую модель «конечной, но неограниченной Вселенной».

Но с конца 1980-х годов началось строительство орбитальных обсерваторий для изучения реликтового излучения, и эти обсерватории стали выполнять все более точные измерения. Они показали, что у космоса вообще нет никакой кривизны. Он плоский в тех пределах, в которых астрономы могут производить свои измерения. Если это сфера, то сфера настолько огромная, что даже во всей наблюдаемой Вселенной невозможно зафиксировать никакую кривизну.

«Вселенная плоская, как бесконечный лист бумаги, — говорит Матер. — Соответственно, мы можем лететь бесконечно далеко в любом направлении, а Вселенная все равно будет более или менее неизменной». Добраться до края такой бесконечной Вселенной невозможно. Мы будем просто открывать все новые и новые галактики.

Большую часть астрономов это вполне устраивает. Плоская Вселенная согласуется и с наблюдениями, и с теорией. Поэтому данная идея находится сейчас в самом центре современной космологии.

Проблема в том, что в отличие от сферической Вселенной, плоская Вселенная может быть бесконечной. А может и не быть, и установить разницу невозможно. «Что надо искать, если вы хотите понять, бесконечна ли Вселенная?— говорит Тримбл. — Никто этого не знает».

Поэтому ученые надеются, что ответ даст теория. Речь идет о модели, способной представить косвенные доказательства первого или второго. Например, Стандартная модель в физике помогла предсказать существование многочисленных частиц, таких как бозон Хиггса, причем задолго до того, как они были открыты. Физики исходили из того, что такие частицы существуют.

«Если у вас есть хорошее описание всего того, что вы наблюдали, и оно предсказывает нечто, тогда вы начинаете рассчитывать на то, что так оно и есть, — говорит Тримбл. — Большинство ученых считает, что наука работает именно так».

Оригинал публикации: Where is the edge of the universe?

космос, вселенная, наука

Подписывайтесь на наш канал:
«78 & 078 Развлечения и Размышления Харькова»
Telegram.

• Читать ещё…

Как взвесить галактику?

Что было до Большого взрыва?

О границах Вселенной

Джордано Бруно сожгли за веру в экзопланеты

Мы всегда мечтали о других мирах

Вероятнее всего мы последняя разумная цивилизация во вселенной

• Главная

  • О проекте
  • Правила сайта
  • Для рекламодателей

• Новости

  • Городские события
  • Культурные события
  • MICE события
  • Спортивные события

• Связь

  • Email
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • Instagram

• Пользователи

  • Войти
  • 78. com.ua
  • gold.kh.ua
  • yurist.kharkov.ua
  • gun-club.online

Размышления Большого Города Харьков © 2022

Что будет, когда мы достигнем конца Вселенной?

Наши самые глубокие исследования галактик могут выявить объекты, удаленные на десятки миллиардов световых лет, но есть… [+] больше галактик в пределах наблюдаемой Вселенной, которые нам еще предстоит обнаружить между самыми далекими галактиками и космическим микроволновым фоном, в том числе самые первые звезды и галактики из всех. Поскольку Вселенная продолжает расширяться, космические границы будут отступать на все большие расстояния.

Цифровой обзор неба Слоана (SDSS)

Вселенная, какой мы ее знаем, началась около 13,8 миллиардов лет назад с началом горячего Большого взрыва. С тех самых пор наш космос расширялся, охлаждался и притягивался в соответствии с законами физики. По мере развития Вселенной мы прошли ряд важных вех, которые привели к Вселенной, которую мы наблюдаем и в которой живем сегодня. Спустя 13,8 миллиарда лет на одном из миров во внешнем рукаве неописуемой галактики на окраине нашего местного сверхскопления появились люди.

Удивительно, как нам удалось собрать воедино всю нашу космическую историю, от того, что вызвало Большой Взрыв, до наших дней. Но это приводит к одному захватывающему вопросу, над которым человечество давно задалось: какова наша окончательная судьба? Что будет, когда мы достигнем конца Вселенной? После бесчисленных поколений поисков мы как никогда близки к ответу.

Если ничего не поможет, мы можем быть уверены, что эволюция Солнца приведет к гибели всего живого на… [+] Земле. Задолго до того, как мы достигнем стадии красного гиганта, звездная эволюция приведет к значительному увеличению светимости Солнца, чтобы вскипятить земные океаны, что, несомненно, уничтожит человечество, если не всю жизнь на Земле. Точная скорость увеличения размера Солнца, а также подробности его поэтапной потери массы до сих пор точно не известны.

Oliverbeatson из Wikimedia Commons / общественное достояние

В локальном масштабе наша планета вращается вокруг Солнца как один из компонентов нашей Солнечной системы. Но в долгосрочных масштабах все становится захватывающим относительно быстро. Солнце, прожигая ядерное топливо в своем ядре, медленно нагревается и становится более ярким: за 4,5 миллиарда лет существования нашей Солнечной системы Солнце увеличило свою выходную мощность примерно на 20-25%.

Еще через один или два миллиарда лет температура Солнца повысится настолько, что Земля нагреется настолько сильно, что океаны нашей планеты закипят. Это фактически положит конец всей жизни на Земле (по крайней мере, в том виде, в каком мы ее знаем) в то время, положив конец всем жизням, которыми продолжают наслаждаться наши выжившие потомки и наши эволюционные родственники. Но гибель нашей планеты, скорее всего, останется незамеченной для космоса.

Когда Солнце станет настоящим красным гигантом, сама Земля может быть проглочена или поглощена, но… [+] определенно поджарится, как никогда прежде. Внешние слои Солнца увеличатся более чем в 100 раз по сравнению с нынешним диаметром, но точные детали его эволюции и то, как эти изменения повлияют на орбиты планет, по-прежнему содержат большие неопределенности.

Wikimedia Commons/Fsgregs

Конечно, есть над чем подумать. По мере старения Вселенной скорость звездообразования продолжает стремительно падать. Количество новых звезд, которые мы формируем прямо сейчас, составляет всего несколько процентов (возможно, 3-5%) от того, что было на пике, около 11 миллиардов лет назад. Звездообразование достигло максимума примерно через 3 миллиарда лет после Большого взрыва и с тех пор падает. Насколько нам известно, большинство звезд, которые когда-либо будут существовать во Вселенной, уже созданы.

И хотя галактики будут продолжать расти за счет поступления новой материи из межгалактической среды и объединения и слияния друг с другом, большинство структур, которые мы когда-либо сформируем, уже сформированы. Наша Местная группа галактик может в конечном итоге слиться в одну гигантскую эллиптическую галактику — Милкдромеду, которая в основном сформируется через 4–7 миллиардов лет, когда Млечный Путь и Андромеда столкнутся — более крупные структуры на самом деле не становятся больше. .

Серия кадров, показывающих слияние Млечного Пути и Андромеды и то, как небо будет выглядеть иначе… [+] с Земли, как это происходит. Это слияние произойдет примерно через 4 миллиарда лет в будущем, когда произойдет огромный всплеск звездообразования, который приведет к появлению красно-мертвой, свободной от газа эллиптической галактики: Милкдромеда. Один большой эллипс — это конечная судьба всей местной группы. Несмотря на огромные масштабы и количество задействованных звезд, только примерно 1 из 100 миллиардов звезд столкнутся или сольются во время этого события.

НАСА; З. Левай и Р. ван дер Марел, STScI; Т. Халлас; и A. Mellinger

Да, Местная группа — относительно небольшая картошка в космических масштабах. С двумя или тремя (если вы включаете Треугольник) большими галактиками наряду с, возможно, 60 маленькими, Местная группа примечательна только тем, что это наш дом. В действительности группы и скопления галактик, масса которых в десятки, сотни и даже тысячи раз превышает массу нашей Местной группы, распространены во Вселенной. Скопление Девы, находящееся всего в 50-60 миллионах световых лет от нас, примерно в 1000 раз массивнее нашей Местной группы.

Долгое время мы не знали, связаны ли мы гравитацией с еще более крупной структурой, включающей Скопление Девы; иногда предполагалось, что мы есть, и это называлось Местным сверхскоплением. По иронии судьбы, хотя у нас теперь есть название для этой более крупной структуры — Ланиакея — оказывается, что такой вещи, как эта структура в масштабе «сверхскопления», не существует. Причина связана с судьбой всей Вселенной.

Сверхскопление Ланиакея, содержащее Млечный Путь (красная точка), является домом для нашей Местной группы и так далее… [+] многое другое. Наше местоположение находится на окраине скопления Девы (большое белое скопление возле Млечного Пути). Несмотря на обманчивый вид изображения, это не настоящая структура, поскольку темная энергия разъединит большинство этих скоплений, фрагментируя их с течением времени.

Tully, R. B., Courtois, H., Hoffman, Y & Pomarède, D. Nature 513, 71–73 (2014)

Если бы вы обратились к астрофизику в 1960-х, вскоре после открытия Большого взрыва как источник нашего космического происхождения, вы могли бы задать им простой вопрос: «Какова будет судьба нашей Вселенной?» В контексте Большого взрыва и общей теории относительности Эйнштейна существует простая и прямая связь между тремя вещами: скоростью расширения Вселенной, общим количеством и типом вещества внутри нее и нашей судьбой.

Вы можете представить это как космическую гонку между двумя игроками: начальное расширение и совокупное гравитационное воздействие всего во Вселенной. Большой взрыв — это стартовая пушка, и как только эта пушка выстрелит – как сказали бы вам астрофизики – возможны три исхода.

1. Повторное свертывание . Расширение начинается быстро, но материи и энергии достаточно, чтобы гравитация успешно его преодолела. Расширение замедляется, Вселенная достигает максимального размера и снова коллапсирует, заканчиваясь Большим сжатием.
2. Расширение навсегда . Расширение начинается быстро, и не хватает материи и энергии, чтобы преодолеть это начальное расширение. Скорость расширения падает, но никогда не достигает нуля; Вселенная расширяется навсегда и заканчивается Большой Заморозкой.
3. Чемодан «Златовласка» . Прямо на границе между бесконечным расширением и повторным коллапсом, это критический случай. Еще один протон во Вселенной привел бы к реколлапсу, но его нет. Расширение стремится к нулю, но никогда не обращается вспять.

Ограничения на темную энергию из трех независимых источников: сверхновых, реликтового излучения и БАО (которые являются… [+] особенностью крупномасштабной структуры Вселенной. Обратите внимание, что даже без сверхновых нам понадобилась бы темная энергия, и что только 1/6 обнаруженного вещества может быть нормальной материей, остальное должно быть темной материей.Этот график от 2011 года предлагает некоторое пространство для маневра относительно того, какими могут быть скорость расширения и плотность различных компонентов.

Проект космологии сверхновой, Аманулла и др., Ap.J. (2010)

На протяжении десятилетий большой задачей научной области космологии — которая сама является поддисциплиной астрофизики — было измерение следующих величин: насколько быстро Вселенная расширяется сегодня и как скорость расширения менялась на протяжении истории Вселенной. Об общей теории относительности часто говорят, что «материя говорит пространству, как искривляться; искривленное пространство говорит материи, как двигаться».

Что ж, для расширяющейся Вселенной расширение говорит свету, как смещаться в красную сторону, а свет с красным смещением раскрывает историю расширения Вселенной. Из-за связи между пространством-временем и материей/энергией измерение того, как Вселенная расширялась за свою историю, может точно показать, из чего состоит Вселенная: какие существуют в ней различные типы энергии и как они заставляют Вселенную расширяться. .

Относительная важность различных компонентов энергии во Вселенной в разное время в прошлом…. [+] Обратите внимание, что, когда в будущем темная энергия достигнет числа, близкого к 100%, плотность энергии Вселенной (и, следовательно, , скорость расширения) будет асимптотой к константе, но будет продолжать падать, пока материя остается во Вселенной.

E. Siegel

Что примечательно в последние три десятилетия или около того, так это то, что мы смогли собрать достаточно наблюдений с достаточно высокой точностью, чтобы то, что когда-то было вопросом для философов и теологов – представить, что произойдет, когда мы достигаем конца Вселенной — теперь дан научный ответ. Из трех судеб, которые мы когда-то воображали, мы теперь знаем нечто замечательное: все они неверны. Вместо этого Вселенная удивила нас, когда пришел ответ на вопросы о том, из чего она сделана и какова ее судьба.

Над нами не властны материя, излучение или кривизна пространства. Вместо этого величайшим компонентом нашей Вселенной является темная энергия, которая не только заставит нашу Вселенную продолжать расширяться, но и приведет к неограниченному увеличению скорости этих удаляющихся галактик. Наша Вселенная не просто расширяется, а ускоряется: эти галактики будут удаляться все быстрее и быстрее, пока их не оттолкнет так далеко, что мы никогда не сможем до них добраться.

Ускоряется или замедляется расширение Вселенной, зависит не только от энергии… [+] плотности Вселенной (ρ), но и от давления (p) различных компонентов энергии. Для чего-то вроде темной энергии, где давление велико и отрицательно, Вселенная со временем ускоряется, а не замедляется. Сначала на это указывали результаты сверхновых, но с тех пор это было подтверждено крупномасштабными структурными измерениями, космическим микроволновым фоном и другими независимыми методами измерения Вселенной.

NASA & ESA / E. Siegel

Что это означает для судьбы нашей Вселенной? С одной стороны, есть много вещей, которые мы уже знаем. Мы знаем, что расширение ускоряется уже около 6 миллиардов лет, и что темная энергия доминировала во Вселенной на протяжении всей истории планеты Земля. Мы знаем, что самые большие структуры, которые связаны друг с другом сегодня — галактики, группы галактик и скопления галактик — являются самыми большими структурами, которые когда-либо сформируются; потенциальные структуры в более крупных масштабах разлетаются на части из-за этого ускоренного расширения.

И хотя все, что мы видим, согласуется с тем, что темная энергия является космологической константой, с одинаковой плотностью энергии повсюду в пространстве и во времени, мы не можем быть в этом уверены. Темная энергия все еще может развиваться, приводя к Вселенной, которая может либо снова сжаться в Большом Сжатии, либо расшириться навсегда, либо ускориться в своем ускорении и в конечном итоге разорвать даже ткань пространства на части в катастрофическом Большом Разрыве.

Различные способы развития темной энергии в будущем. Оставаться постоянной или увеличиваться в… [+] силе (в Большой Разрыв) потенциально может омолодить Вселенную, в то время как изменение знака может привести к Большому Сжатию. В любом из этих двух сценариев время может быть цикличным, а если ни один из них не сбывается, время может быть либо конечным, либо бесконечным по продолжительности до прошлого.

NASA/CXC/M.Weiss

Сейчас критическое время для космологии, поскольку новое поколение космических и наземных обсерваторий должно помочь нам найти ответы на эти животрепещущие вопросы. Будет ли наша Вселенная продолжать расширяться и ускоряться вечно? Действительно ли темная энергия постоянна как в пространстве, так и во времени? Или темная энергия эволюционирует каким-то образом? Оно гладкое или неоднородное? И что это значит для судьбы Вселенной?

Астрофизик доктор Кэти Мак, которая делает карьеру, пытаясь ответить на этот главный вопрос (и у нее выходит новая книга именно по этой теме), прочитает публичную лекцию в особом формате, похожем на интервью. Среда, 6 мая, в 19:00 по восточному / 16:00 по тихоокеанскому времени, предоставлено Институтом периметра. Вы можете посмотреть ее в прямом эфире или в любое время после завершения лекции, просто нажав на встроенное видео ниже.

Если темная энергия действительно постоянна, то мы уже знаем, чем закончится наша Вселенная. Он будет расширяться навсегда; галактики внутри групп и скоплений сольются вместе, образуя гигантскую сверхгалактику; отдельные сверхгалактики будут разгоняться друг от друга; все звезды умрут или будут затянуты в сверхмассивные черные дыры; и тогда звездные трупы будут выброшены, а черные дыры распадутся. На это могут уйти гуголы лет, но в конце концов Вселенная станет холодной, мертвой и пустой.

Но это не единственная возможность, так как доктор Кэти Мак поможет нам исследовать. Присоединяйтесь к нам, когда речь идет в режиме реального времени, для феерии живого блога (ниже) или возвращайтесь в любое время после ее окончания, чтобы посмотреть выступление полностью с полным живым блогом, представленным ниже. Это и твоя Вселенная тоже. Разве ты не хочешь знать, чем закончилась история?

Живой блог начинается в 18:50 по восточному/15:50 по тихоокеанскому времени; все временные метки ниже указаны по тихоокеанскому времени

15:50 : Добро пожаловать всем, мы готовимся к началу живого выступления! Когда вы думаете о далеком будущем Вселенной, вы, вероятно, думаете о Земле, о Солнце и о том, что наша Солнечная система заканчивает свою жизнь. Вы, вероятно, думаете о звездной смерти, образовании планетарной туманности и белого карлика, а также о поглощении Меркурия, Венеры и, возможно, даже Земли.

Этот огненный вихрь, известный в просторечии как Туманность Глаз Саурона, на самом деле является планетарной туманностью… [+] известной как ESO 456-67. Различные газы и непрозрачность превращаются в это потрясающее многоволновое изображение, которое смотрит прямо на вас со всей галактики.

ЕКА/Хаббл и НАСА / Благодарность: Жан-Кристоф Ламбри

Удивительно, что можно рассматривать то, что обычно рассматривается как «малый» космический масштаб. Но как насчет более крупных?

15:53 ​​ : Если мы посмотрим в более крупном масштабе, мы обнаружим, что галактики сливаются вместе и испускают вспышки звездообразования. Мы обнаружим, что отдельные галактики будут терять и, в конце концов, исчерпают газ, и что звездообразование будет опускаться все ниже и ниже, в конечном итоге образуя всего несколько редких звезд каждые несколько тысячелетий в каждой галактике.

В ядре гигантского скопления галактик Abell 2029 находится галактика IC 1101. 5,5 миллионов световых лет… [+] в поперечнике, более 100 триллионов звезд и масса почти в квадриллион солнц, это самая большая известная галактика из всех. Каким бы массивным и впечатляющим ни было это скопление галактик, Вселенной, к сожалению, трудно создать что-то значительно большее.

Оцифрованный обзор неба 2, НАСА

Это медленная смерть даже для самых больших связанных структур во Вселенной: массивных галактик и массивных галактических скоплений.

Но в более крупных масштабах эти огромные сооружения ускользают друг от друга.

15:56 : Это потому, что расширение Вселенной не просто неумолимо, но есть особый тип энергии, который, кажется, присущ самому пространству: темная энергия. Сначала мы думали, что нет причин для того, чтобы эта «космологическая постоянная» была отлична от нуля, и что если она отлична от нуля, то нет причин быть положительной. И тем не менее, когда пришли наблюдения, они указывали именно на это.

Все ожидаемые судьбы Вселенной (три верхние иллюстрации) соответствуют Вселенной, в которой… [+] материя и энергия вместе борются с начальной скоростью расширения. В наблюдаемой нами Вселенной космическое ускорение вызвано каким-то типом темной энергии, который до сих пор остается необъяснимым. Все эти Вселенные управляются уравнениями Фридмана, которые связывают расширение Вселенной с различными типами материи и энергии, присутствующими в ней. Здесь есть очевидная проблема тонкой настройки, но может быть основная физическая причина.

E. Siegel / Beyond the Galaxy

Тогда возникает новый вопрос: действительно ли темная энергия постоянна? Действительно ли это будет оставаться постоянным во веки веков?

Или усилится? Будет ли он ослабевать и распадаться до нуля? Будет ли это обратный знак?

Одинаково ли оно везде в пространстве и в любое время во времени? Или он варьируется?

И что это значит для нашей конечной судьбы?

Хотя плотности энергии материи, излучения и темной энергии хорошо известны, в уравнении состояния темной энергии все еще есть много места для маневра. Это может быть константа, но она также может увеличиваться или уменьшаться в силе с течением времени.

Quantum Stories

15:59 : Прежде чем начать лекцию, отмечу, что этого никто не знает, но также и то, что, несмотря на все возможности, о которых говорится в литературе, нет хороших, убедительных теоретических причина того, что темная энергия может быть чем угодно  90 114, отличным от 90 115, кроме постоянной как в пространстве, так и во времени.

Более того, нет никаких убедительных наблюдательных доказательств, не основанных ни на одном из разработанных нами странных способов смотреть на Вселенную, что Вселенная расширяется каким-либо иным образом, кроме как за счет темной энергии в качестве космологической постоянной. Когда я был аспирантом, темная энергия была известна с 30-процентной неопределенностью как константа; сейчас этот показатель снизился примерно до 7%, а с такими телескопами, как Euclid, WFIRST и LSST, он должен снизиться примерно до 1-2%. Это десятилетие действительно является последним шансом для появления нестандартной темной энергии!

16:00 : И вот, наконец, как раз вовремя, мы видим, как выглядит первая публичная лекция Института Периметра после COVID-19!

16:02 : И аудитория выглядит хорошо: почти 500 человек онлайн смотрят прямо сейчас. Хорошая работа, Институт Периметра!

Формат ad hoc работает!

Институт периметра

16:05 : Для тех из вас, кто ожидает организованной, напряженной лекции, я могу заверить вас, что Кэти Мак очень хороша в этом, но перейти на новый формат чрезвычайно сложно. Конец Вселенной — тема новой книги Кэти, и вы можете сделать предзаказ на нее уже сейчас, а выйдет она всего через 3 коротких месяца: 4 августа.

16:08 : Есть много вещей, которые нужно учитывать, когда дело доходит до самого конца, потому что чрезвычайно длинные временные рамки (намного больше, чем нынешний возраст Вселенной) не являются вещами в нашем опыте. Это приводит к вопросам, которые вы, возможно, никогда не зададите, потому что они не имеют отношения к нашей Вселенной.

Например:

• Останутся ли атомы стабильными или все они распадутся?
• Все ли разлагается или у нас навсегда останутся постройки?
• Будет ли в какой-то момент новый переход?
• Будет ли омоложение или циклическое явление?
• Или все будет продолжаться по этому «ванильному» сценарию, с постоянной темной энергией и «тепловой смертью», к которой мы асимптотически приближаемся?

Данные о сверхновых из выборки, использованной Нильсеном, Гуффати и Саркаром, не могут различать в 5-сигма… [+] пустую Вселенную (зеленый) и стандартную, ускоряющуюся Вселенную (фиолетовый), но другие источники информации имеют значение также. Изображение предоставлено: Нед Райт, на основе последних данных Betoule et al. (2014).

Учебник Неда Райта по космологии

16:11 : Вы должны оценить, каким сюрпризом было открытие (о котором упоминает Кэти). Вселенная, если бы она была просто «материей и излучением», с одной стороны, и «расширением», с другой стороны, борющимися друг с другом, реальная кривая, которую мы видим, никогда не была бы возможна.

Должен быть какой-то новый ингредиент, и тут на помощь приходит темная энергия.

16:14 : Многие недовольны идеей тепловой смерти Вселенной, но это довольно интересно. Около 2 поколений назад существовало предубеждение, что Вселенная должна закончиться Большим Сжатием: в сценарии повторного коллапса. Для этого не было никакой физической причины; это просто «казалось естественным» большинству людей. Конформная циклическая космология Пенроуза является одной из современных версий такого сценария, но у нее нет доказательств, которые вы хотели бы поддержать.

Если бы вы только измерили красное смещение далекой галактики и использовали эту информацию, чтобы сделать вывод о ее положении и… [+] расстоянии от вас, вы бы увидели искаженное изображение, полное существ, похожих на пальцы, которые, казалось бы, указывали к вам (слева). Они известны как искажения красного смещения в пространстве, и их можно вычесть, если у нас есть отдельный индикатор расстояния, который позволяет нам скорректировать наше представление, чтобы оно соответствовало тому, что мы наблюдали бы, если бы проводили измерения в «реальном пространстве» ( справа) в отличие от пространства с красным смещением.

М.У. SubbaRao et al., New J. Phys. 10 (2008) 125015; IOPscience

На самом деле, это огромная проблема для альтернатив тепловой смерти: у них большие проблемы с попыткой воспроизвести то, что мы уже наблюдали. Идея Пенроуза, в частности, терпит неудачу, потому что она не может воспроизвести крупномасштабную структуру Вселенной, которую мы наблюдаем во Вселенной.

16:16: Может ли сегодня конец Вселенной? Или прямо сейчас? Это переход распада в вакууме, и он вполне возможен. Если бы это произошло, мы бы перешли в состояние с более низкой энергией, чем сейчас. Это было бы похоже на квантовое туннелирование из состояния, в котором мы находимся, в еще более низкое, близкое к нулю энергетическое состояние. Тот факт, что темная энергия существует, говорит нам о том, что это возможно.

Скалярное поле φ в ложном вакууме. Заметим, что энергия E выше, чем в истинном вакууме или… [+] основном состоянии, но существует барьер, препятствующий классическому скатыванию поля в истинный вакуум. Обратите также внимание на то, что состояние с наименьшей энергией (истинный вакуум) может иметь конечное, положительное, ненулевое значение. Известно, что нулевая энергия многих квантовых систем больше нуля.

Пользователь Wikimedia Commons Stannered

Итак, начнем, и это многое изменит. Фундаментальные константы, массы, свойства атомов и т. д. Если бы мы совершили этот переход, даже в одной области пространства, он распространился бы наружу со скоростью света и вызвал бы этот разрушительный переход везде, где он был затронут.

Как только он доберется до нас, это будет конец. Увлекательно, но совершенно пугающе.

16:20 : Зачем нам беспокоиться о распаде вакуума? Ну, во-первых, мы можем находиться в метастабильном состоянии, а во-вторых, сам бозон Хиггса может принять конфигурацию с более низкой энергией. Помните, что бозон Хиггса имеет определенную массу, и его связь со всеми другими частицами определяет их массы покоя.

При восстановлении симметрии (желтый шарик вверху) все симметрично, и нет… [+] предпочтительного состояния. Когда симметрия нарушается при более низких энергиях (синий шар, дно), той же свободы всех направлений больше нет. В случае нарушения электрослабой симметрии это заставляет поле Хиггса взаимодействовать с частицами Стандартной модели, придавая им массу.

Физ. Today 66, 12, 28 (2013)

Но теперь мы переходим в более низкое энергетическое состояние, и бозон Хиггса может приобретать другую массу, и связи меняются. И, как говорит Кэти, «все кончено». Но квантовое туннелирование, даже если мы не можем перейти напрямую из ложного вакуума, который мы сейчас занимаем, в истинный вакуум, мы можем туда попасть, даже если не можем этого сделать классически. И это, по сути, положило бы конец Вселенной, какой мы ее знаем.

16:22 : Тем из вас, кто ищет иллюстрацию квантового туннелирования, может понравиться эта анимация.

Когда квантовая частица приближается к барьеру, она чаще всего взаимодействует с ним. Но есть… [+] конечная вероятность не только отражения от барьера, но и туннелирования сквозь него. Однако если бы вы постоянно измеряли положение частицы, в том числе при ее взаимодействии с барьером, этот туннельный эффект можно было бы полностью подавить с помощью квантового эффекта Зенона.

Yuvalr / Wikimedia Commons

Или, возможно, вам нужен пример, который включает в себя реальные фотоны, некоторые из которых отражаются, а некоторые на самом деле туннелируют через барьер.

Выпустив импульс света в полупрозрачную/полуотражающую тонкую среду, исследователи могут… [+] измерить время, необходимое этим фотонам для туннелирования через барьер на другую сторону. Хотя сам шаг туннелирования может быть мгновенным, движущиеся частицы все же ограничены скоростью света.

Дж. Лян, Л. Чжу и Л. В. Ван, Свет: наука и приложения, том 7, 42 (2018) вакуум, который пытается загнать нас в ложный вакуум, получит только около 3% наблюдаемой Вселенной, даже если это произойдет прямо сейчас! Это драматично и маловероятно, но даже если это произойдет, даже тогда, вряд ли оно нас «застанет».

16:28 : Даже сегодня можно было бы получить Большой Сжатие, если бы тёмная энергия каким-то образом эволюционировала таким образом, чтобы изменить свой знак. Это означало бы, что расширение достигнет некоторого максимума, и далекие галактики перестанут удаляться и развернутся, чтобы начать сжиматься.

По мере того, как ткань Вселенной расширяется, длины волн любого присутствующего излучения будут растягиваться… [+] также. Это относится как к гравитационным волнам, так и к электромагнитным волнам; у любой формы излучения длина волны растягивается (и теряет энергию) по мере расширения Вселенной. По мере того, как мы удаляемся во времени, должно появляться излучение с более короткими длинами волн, большей энергией и более высокими температурами.

E. Siegel / Beyond The Galaxy

Это ужасно, так как повторное сжатие заставит Вселенную снова нагреться, поскольку синему смещению противоположно «красное смещение». В конце концов, нас бы сварили, так как наши атомы ионизировались бы, и электроны не могли бы оставаться связанными со своими атомными ядрами.

Это ужасный сценарий, как говорит Кэти, но приятно то, что для того, чтобы это произошло в нашем будущем, потребуется, по крайней мере, текущий возраст Вселенной вдобавок к тому, сколько лет уже существует.

16:32 : Одна из вещей, о которых говорит Кэти, это ее спортивная история, и я думаю, что это важно для всех, даже если вы не склонны к спорту: жизненно важно быть разносторонним человеком. У вас впереди целая жизнь, как бы вы ни решили ее провести, и если вы будете тратить 100 % своего времени на работу – даже если вы любите свою работу – это не принесет вам удовлетворения во всех сферах вашей жизни.

Подружитесь. Займитесь теми делами, которые вам интересны. Используйте свое тело. Используйте свой разум способами, к которым вы не привыкли. Учиться. Выйдите за пределы своей области (областей) знаний. И получить опыт в вещах, в которых вы не очень хороши; смириться с «неудачей» как вехой на пути к успеху. То, что каждый из нас делает со своей жизнью, не будет выглядеть точно так же, как выглядит любой другой. Но делайте это любым способом. Сделайте это частью вашего путешествия. Наградой является не только хорошо прожитая жизнь, но и способ общаться с другими людьми, которые не любят вашу работу так сильно или так же, как вы. (Кстати, это все, кроме вас.)

16:36 : Мне нравится то, что Кэти говорит о том, как она взаимодействует с людьми в Твиттере или на публичной арене. Как она не бьет. Как она пытается быть милой и полезной. Как она пытается быть хорошим источником точной информации. Как быть позитивным и хорошим образцом для подражания. Мне нравится, как она не пытается отказаться от этой ответственности, даже когда для нее нет никакой пользы, кроме как просто делать добро в мире.

Герой Советского Союза Валентина Терешкова, первая в мире женщина-космонавт, летчик СССР… [+] Космонавт вручает значок американскому астронавту Нилу Армстронгу в память о его посещении Центра подготовки космонавтов имени Гагарина в Звездном городке.

Архив РИА Новости, изображение #501531 / Юрий Абрамочкин / CC-BY-SA 3.0

16:39 : Ученые обычно не получают славы или почестей, которые присуждаются людям, занятым, возможно, менее героическими занятиями, но это не значит, что ученые не могут быть послами лучшего мира, который мы хотим создать и в котором жить. Мне нравится эта идея.

16:42 : Итак, космическая инфляция, которая меня очень волнует (и является предметом моего в следующей книге), на самом деле возник в «неправильном» воплощении. Теперь это называется «старой» инфляцией, потому что она правильно сделала:

• объяснила загадки, которые мы хотели решить, которые мы идентифицировали как пробелы в горячем Большом взрыве,
• может сделать новые предсказания для некоторых эффектов, которые отличаются от горячего Большого взрыва с бесконечной температурой и бесконечной плотностью,

и это здорово. Но единственное, что ему нужно было сделать, это «воспроизвести все успехи горячего Большого взрыва», и он потерпел неудачу в большом: дать нам Вселенную, которая везде имела одинаковую температуру и плотность энергии. К сожалению, он не мог этого сделать, но это не означало, что это был тупик.

Вместо этого было достаточно многообещающе, что в течение следующих года или двух пара независимых команд нашла способ сохранить успехи инфляции и решить проблему, которую она не могла решить. Эта первая успешная модель была названа «новой инфляцией», и она по-прежнему актуальна и сегодня.

16:45 : Для еще большего уровня детализации вы можете рассматривать надувание пространства как горшок с водой, находящейся в точке кипения, а области, где надувание заканчивается, как пузырьки в этой воде. В старой инфляции из-за того, как инфляция заканчивается, энергия скапливается в стенках пузыря, при этом первоначальная идея заключалась в том, что стенки пузыря будут плескаться вместе и создавать нашу однородную Вселенную.

Но оказывается, что в старой инфляции пузыри не сталкиваются, так что получить однородную Вселенную невозможно. Но в новой инфляции способ, которым они решили эту проблему, заключался в том, чтобы придумать другой способ положить конец инфляции, который направляет энергию (равномерно, повсюду) внутрь пузырей. В этом, с технической точки зрения, разница между фазовым переходом первого и второго рода, и это было открытием новой инфляции.

Снаружи черной дыры вся падающая материя будет излучать свет и всегда видна, в то время как… [+] ничто из-за горизонта событий не может выйти наружу. Но если бы вы были тем, кто упал в черную дыру, то, что вы увидели бы, было бы интересным и нелогичным, и мы знаем, как это выглядело бы на самом деле.

Эндрю Гамильтон, JILA, Университет Колорадо

16:48 : Что происходит с материей, когда она падает внутрь черной дыры? Мы можем наблюдать его только снаружи, поэтому меняются только три вещи (согласно Эйнштейну) — это его масса, его электрический заряд и его вращение (или угловой момент).

Но закодирована ли на его поверхности информация? Сжимаются ли вещи до сингулярности? Создают ли вещи новую Вселенную на внутреннем горизонте?

Это забавные теоретические вопросы для изучения, но не существует известного способа найти доказательства для проверки любой из этих идей. Как только вы пересечете этот горизонт событий, все, что у вас останется, это то, что вы можете наблюдать снаружи.

Анимированный взгляд на то, как пространство-время реагирует на движение массы через него, помогает продемонстрировать, как именно,… [+] качественно, это не просто лист ткани. Вместо этого само трехмерное пространство искривляется наличием и свойствами материи и энергии во Вселенной. Несколько масс на орбите друг вокруг друга вызовут излучение гравитационных волн.

LucasVB

16:50 : Между прочим, выше моя любимая визуализация того, как масса, движущаяся в пространстве, «искривляет» пространство, через которое она движется. Это довольно хороший материал; если вы обычно представляете пространство как серию линий сетки в 3D, гравитационный источник (или масса) в основном притягивает все эти линии к себе, что заставляет пространство искривляться. Если объект движется через это пространство, он «течет» к массе, а в случае с черной дырой он просто имеет чрезвычайно большое количество массы в очень маленьком объеме пространства.

16:53 : Разве пространство и время не фундаментальны? Я думаю, что здесь нужно отметить очень важную вещь (Кэти слишком любезна, чтобы сказать): есть разница между тем, что модно (что является этой идеей), и тем, что хорошо мотивировано данными, экспериментом или даже логической последовательностью теория.

Прямо сейчас есть много модных вещей, которые модны, потому что люди предпочитают работать над ними, но я могу возразить, что эта область была бы столь же здоровой или, возможно, даже более здоровой, если бы большое количество людей не работая над ними. Каждый волен выбирать, над чем работать, в зависимости от того, куда его ведет его интеллектуальное любопытство, но в отсутствие конкретного прогресса, связанного с физическим измеримым или наблюдаемым, на все эти занятия следует смотреть хотя бы с небольшой долей скептицизма. соли.

16:55 : «Я надеюсь, что если кого-то действительно интересует эта тема, я действительно надеюсь, что они рассмотрят возможность взять эту книгу, потому что это труд любви, но также [. ..] потому что это действительно написано для всех. Это не написано для специалистов, но даже если у вас есть много знаний по физике, вы можете чему-то научиться, читая ее, потому что я кое-чему научился, когда ее писал». -Последние мысли Кэти Мак.

Спасибо за участие в этом живом блоге и спасибо за то, что выслушали несколько отличных мыслей о конце Вселенной и обо всем, что с этого момента и до тех пор, как бы это ни обернулось.

Конец Вселенной

Этот гостевой пост был написан Дэнни Бейкером, студентом бакалавриата Университета Коннектикута, для задания на курсе «Основы современной астрофизики» осенью 2021 года, который вел профессор Кара Баттерсби. В рамках курса студентам было поручено написать краткое изложение темы в астрономии в стиле астробитов. Дэнни специализируется на компьютерных науках, специализируясь как на астрофизике, так и на математике. Он надеется объединить все три области, чтобы сделать новаторские открытия о Вселенной.

Безбрежность Вселенной — это то, что многим людям трудно понять. Вообразить это в сочетании с огромным количеством времени, которое оно имеет и будет продолжать терпеть, может быть почти ошеломляющим. Как вы вообще начинаете понимать эти понятия? Когда вы все равно стремитесь понять его, вы почти сразу же сталкиваетесь с довольно серьезными вопросами: как может быть бесконечное пространство? Как была создана Вселенная? И что более важно (хотя бы ради этого Астробита): чем это закончится? Хотя конец Вселенной, какой мы ее знаем, все еще очень неясен, есть четыре теории, которые стремятся приблизить нас к пониманию этой вышеупомянутой непостижимой концепции: тепловая смерть, Большое сжатие, Большой разрыв и вакуумный распад.

Путь к пониманию судьбы Вселенной начинается с Альберта Эйнштейна. Эйнштейн считал, что гравитация будет работать против общепринятой идеи статической Вселенной, которая была широко распространена в его время. Он думал, что сила гравитации заставит вещи сжиматься. Однако этого не произошло. Эйнштейн пришел к выводу, что должна существовать какая-то отталкивающая сила, противодействующая этому, что он назвал космологической постоянной. Однако в 1929 году Эдвин Хаббл обнаружил, что красное смещение галактики пропорционально ее расстоянию. Применяя концепции общей теории относительности, это рассматривалось как расширяющаяся ткань пространства и времени. Эта новая информация подразумевала расширяющуюся Вселенную, и поэтому Эйнштейн отказался от своей работы с космологической постоянной — хотя это не последнее, что мы услышим об этом.

Теперь, когда мы знаем, что Вселенная расширяется, мы начинаем понимать, как может закончиться Вселенная. При таком расширении галактики удаляются друг от друга все дальше. По прошествии миллиардов лет все начнет остывать. Под этим я подразумеваю, что звезды выгорают, а «ингредиенты», необходимые для образования новых звезд, рассеиваются до такой степени, что звездообразование прекращается. Все огни гаснут, и ночное небо темнеет (и дневное небо, если уж на то пошло). Во Вселенной больше ничего не происходит, когда она приближается к «минимальной температуре и максимальной энтропии». Достигнуто стабильное состояние низкой рассеянной энергии. Конечно, это означает, что у систем не будет достаточно энергии для выполнения механической работы. Этот сценарий называется тепловая смерть .

Тепловая смерть, хотя и безобидная и унылая, — не единственный способ, с помощью которого расширяющаяся Вселенная может достичь своего конца. Давайте перенесем наше исследование в 1998 год, когда телескоп «Хаббл» обнаружил, что раньше Вселенная ускорялась медленнее. Это новое понимание было достигнуто путем наблюдения за яркостью далеких и старых сверхновых. Итак, сейчас Вселенная расширяется с большей скоростью. Хорошо… но как ? Если гравитация притягивает, что заставляет вещи отталкиваться? Не только это, но и то, как вещи отталкиваются все быстрее и быстрее? Ответ: темная энергия. Считается, что темная энергия составляет около 70% Вселенной и теоретически является неотъемлемым свойством пустого пространства. Эти новые данные фактически предполагают, что идея космологической постоянной Эйнштейна была очень близка! К сожалению для этого обсуждения, о темной энергии все еще очень мало известно, поскольку ее нельзя наблюдать напрямую. Математика, доказывающая его существование, подразумевает, что по мере того, как пространство расширяется за счет сил темной энергии, становится больше пустого пространства, что еще больше способствует распространению галактик. Эффекты темной энергии накапливаются на этих обширных пространствах пустоты, заставляя Вселенную расширяться все быстрее и быстрее. Теория, поддерживаемая этим явлением, предполагает, что если плотность темной энергии станет достаточно большой, это ускорение будет продолжать увеличиваться до тех пор, пока солнечные системы, планеты, атомы и даже кварки не будут разорваны на части темной энергией. По мере того как Вселенная расширяется, в пустом пространстве появляется все больше и больше энергии, пока буквально не порвется сама ткань пространства-времени. Это известно как Большой разрыв .

Однако есть еще одно предсказание, прямо противоположное Большому Разрыву. Большое сжатие произойдет, если во Вселенной будет достаточно коллективной материи, чтобы сила гравитации могла остановить расширение и стянуть все обратно в одну точку. Галактики будут сталкиваться и уничтожать планеты и звезды. Это сжатие вызовет экстремальную плотность и температуру. Для уточнения, коллективное дело относится к делу и 9.0115 темная материя. Темная материя — это тип материи, о существовании которой мы знаем, но знаем очень мало. Вместо того, чтобы наблюдать за ним напрямую, мы можем в основном просто наблюдать эффекты его существования; мы знаем, что она существует, потому что одной гравитации материи недостаточно, чтобы удерживать галактики вместе. Обратите внимание, что единственное отношение, которое она имеет к темной энергии, заключается в том, что мы не можем видеть их обоих. Интересно, что есть одна теория, согласно которой, когда вся материя во Вселенной схлопнется в одну точку, она мгновенно взорвется и расширится, перезапустив все обратно в космос. Теория фактически предполагает, что может произойти еще один Большой взрыв, ведущий к бесконечному циклу экстремального расширения и сжатия, называемому 9.0114 Большой отскок . Итак, есть некоторая надежда на то, что вселенная не может быть полностью обречена.

Четвертое и последнее предсказание конца Вселенной называется распадом вакуума . Первое, что вам нужно знать об этом сценарии, это то, что вакуум в данном контексте означает не пустое пространство, а состояние с наименьшей потенциальной энергией. Для начала рассмотрим поле Хиггса. Это энергетическое поле, которое отвечает за придание массы нашей Вселенной. Это происходит, когда частица взаимодействует с полем. Он приобретает массу, но взамен теряет способность путешествовать со скоростью света. Основная идея распада вакуума состоит в том, что считается, что поле Хиггса находится в стабильное состояние потенциальной энергии, но не наиболее стабильное состояние. Как вы можете видеть на Рисунке 1, поле Хиггса может быть в падении справа, что является минимумом, но не самым низким в целом. Там она находится в долине, но тем не менее обладает большей потенциальной энергией, чем в левом падении. Чем ниже потенциальная энергия, тем более устойчивым и, следовательно, более благоприятным является состояние. Итак, поле Хиггса хочет, чтобы поле находилось в нижней долине, но как оно может туда попасть? Либо должно произойти событие с такой энергией, чтобы оно могло перебросить поле через холм и в нижнюю долину, либо поле может квантово туннелировать. Последнее может произойти в соответствии с принципом неопределенности Гейзенберга; Частица бозона Хиггса может спонтанно перемещаться из одного провала в другой. Если это произойдет, то будет создан небольшой «пузырь» более благоприятного энергетического состояния. Хотя есть шанс, что он может схлопнуться обратно в себя, оставив вселенную неизменной, поскольку он более благоприятен, он также может расширяться и расти. Это может продолжаться до тех пор, пока не достигнет скорости света. С этим сдвигом в энергетическом состоянии правила вселенной, физики и даже химии будут полностью переписаны. Взаимодействия между полями и частицами будут неузнаваемы. Когда этот вакуумный пузырь расширяется, он уничтожает все на своем пути. Предупреждения не будет; мы просто перестанем существовать… 

Рис. 1: Приблизительное представление энергетических состояний поля Хиггса. Чем ниже потенциальная энергия (ось ординат), тем более благоприятным является состояние. Поле Хиггса стабильно, когда оно находится в долине. Взято из видео: Как вакуумный распад уничтожит Вселенную, PBS Space Time

Хотя все эти четыре описанных события имеют совершенно разные процессы, есть одна общая тема: конец Вселенной неизбежен. В конце концов, второй закон термодинамики подкрепляет эту идею, говоря нам, что состояние Вселенной будет стремиться к энтропии. Да, все эти судьбы все еще обсуждаются, но по мере того, как мы продвигаемся вперед в науке и открываем больше знаний о вселенной, в которой мы живем, эти возможности, которые мы представляем, становятся все более и более точными. Хотя они приближают нас к ответу на наши вопросы о ошеломляющей природе Вселенной, я считаю, что тот факт, что мы точно не знаем, чем она закончится, является свидетельством ее красоты и сложности. Вселенная с ее бесконечными просторами и возрастом хранит так много секретов, которые постоянно бросают вызов нашим исследованиям и раздвигают границы науки до, казалось бы, невозможных пределов.

Astrobite edited by Lina Kimmig

Featured image credit: https://www.skyatnightmagazine.com/space-science/expansion-universe/

• About the Author

About Guest

This пост был написан приглашенным автором. Если вы хотите написать гостевой пост для Astrobites, свяжитесь с нами.

Четыре пути, по которым может закончиться наша Вселенная, согласно науке

Существуют сотни известных космических событий, которые могут уничтожить жизнь на нашей планете. Солнечные вспышки высокой энергии, катаклизмы, гамма-всплески, близлежащая сверхновая и так далее и тому подобное. Тем не менее, шансы на то, что Земля пострадает от глобальной катастрофы, заканчивающейся жизнью, на самом деле довольно невелики.

Но мы знаем, что грядет . По данным астрономов, светимость Солнца увеличивается примерно на 6% каждый миллиард лет. Хотя 6 % могут показаться 90 114 90 115 не такими уж большими, этого достаточно, чтобы сделать нашу планету негостеприимной для жизни в том виде, в каком мы ее знаем, через 1,1 миллиарда лет.

Конец всего остального, однако, предсказать немного сложнее, но это не остановило ученых от спекуляций и теоретизирования.

Примечательно, что окончательная судьба Вселенной зависит от трех вещей: общей формы Вселенной, ее плотности и количества существующей темной энергии. Первые два сценария основаны на том, что Вселенная существует в «плоской» или «открытой» системе (системе с отрицательным искривлением, похожей на поверхность седла).

Большой разрыв

Наша Вселенная расширяется. Это происходит из-за таинственной формы энергии, известной как «темная энергия». Мы не знаем, что это такое, но с каждым годом эта темная энергия увеличивает скорость расширения.

Одна из теорий нашего конечного конца основана на предположении, что это расширение будет продолжаться бесконечно — до тех пор, пока галактики, звезды, планеты и материя (даже субатомные строительные блоки, из которых состоит вся материя) больше не смогут держаться вместе. В этот момент они разрываются.

Эта теория называется (сюрприз!) Большой разрыв.

Произойдет ли это на самом деле, зависит от критической плотности (граничного значения между открытыми моделями, которые расширяются навсегда, и закрытыми моделями, которые повторно схлопываются),

Согласно Роберту Колдуэллу, физику-теоретику из Дартмутского колледжа, если Большой разрыв победит Несмотря на все апокалиптические сценарии, изложенные в этой статье, это событие произойдет примерно через 22 миллиарда лет, когда Солнце уже перешло из звезды главной последовательности в красного гиганта (в результате испепелив Землю), а затем в белый карлик.

Если Земля уцелеет (спойлер: нет), планета взорвется примерно за 30 минут до финала.

Большая заморозка

Другим популярным сценарием конца Вселенной, основанным на расшифровке истинной природы темной энергии, является Большая заморозка (также называемая Тепловая смерть или Большой холод).

В этом сценарии Вселенная продолжает расширяться с постоянно увеличивающейся скоростью. Когда это происходит, тепло рассеивается по всему пространству, а галактики, звезды и планеты отдаляются все дальше и дальше друг от друга. В очень отдаленном будущем разумные цивилизации будут смотреть в небо и думать, что они одни. Все будет так далеко, что свет далеких звезд и галактик никогда не сможет их достичь.

В конце концов, планеты, звезды и галактики будут разнесены так далеко друг от друга, что звезды в конечном итоге потеряют доступ к сырью, необходимому для звездообразования. Таким образом, свет неизбежно погаснет навсегда.

Становится все холоднее и холоднее, пока температура во Вселенной не достигнет абсолютного нуля. При абсолютном нуле все движения останавливаются. Ничто не может существовать в таком месте, так как там буквально нет энергии. Вообще. В любом месте.

Это точка, в которой Вселенная достигнет состояния максимальной энтропии. Вместо огненных колыбелей галактики станут гробами, наполненными остатками мертвых звезд.

Многие ученые (астрономы и физики) считают, что это один из наиболее вероятных сценариев.

Большое сжатие

Большое сжатие считается прямым следствием Большого взрыва. В этой модели расширение вселенной не продолжается вечно.

По прошествии неопределенного времени (возможно, триллионов лет), если бы средней плотности Вселенной было достаточно, чтобы остановить расширение, Вселенная начала бы процесс коллапса сама по себе. В конце концов, все существующее вещество и частицы будут стянуты вместе в сверхплотное состояние (возможно, даже в сингулярность, подобную черной дыре).

Такое событие могло уже произойти раньше. Некоторые ученые предполагают, что Вселенная, которую мы видим, является результатом циклического повторения Большого Взрыва, когда произошло первое космологическое событие после коллапса предыдущей Вселенной. Это то, что называется конформной циклической космологией.

В отличие от первых двух сценариев, эта модель основана на «закрытой» геометрии Вселенной (подобной поверхности сферы). Подобное событие было бы подобно одному дыханию: Вселенная «выдохнула бы» Большой Взрыв и «вдохнула бы» Большой Сжатие.

Это также может произойти, если мы увидим изменение текущего эффекта расширения темной энергии.

Подобно этой теории (и Большому Взрыву) есть Большой Отскок. Здесь предлагается своего рода симметрия: Вселенная находится в непрерывном цикле расширения, а затем схлопывания самой себя. По сути, мы могли бы быть одной из многих итераций Вселенной. Возможно, еще более жуткой является мысль о том, что, возможно, каждый раз, когда Вселенная перезагружается, она разыгрывается одним и тем же образом. Возможно, вы 9версии googleplex, существовавшие ранее.

В конце концов, вселенная может быть похожа на мифического феникса: его смерть на самом деле является огненным возрождением.

The Big Slurp

Эта теория всплыла на поверхность всего несколько лет назад, после того как стало известно об истинной природе бозона Хиггса, частицы, которая играет роль в придании массы элементарным частицам.

Нажмите, чтобы просмотреть полную инфографику

В этой модели, если частица бозона Хиггса имеет определенную массу, это может указывать на то, что вакуум нашей Вселенной может быть нестабильным по своей природе, возможно, существующим в постоянном «метастабильном» состоянии — что-то это обсуждалось много раз ранее. 0003

Если бы это было так, наша вселенная могла бы пережить катастрофическое событие, когда в нашей появится «пузырь» из другой альтернативной вселенной. Если этот пузырь существует в более низком энергетическом состоянии, чем наш пузырь. Вселенная может быть полностью уничтожена.

По сути, это привело бы к распаду всех протонов всей материи  в нашей Вселенной. По доверенности, как и мы. Если это не звучит достаточно неприятно, подобное событие метастабильности вакуума может произойти практически в любой момент в любой точке нашей Вселенной. Пузырь может лопнуть и начать расширяться со скоростью света, пока не поглотит нас целиком.

По правде говоря, ни один из этих сценариев не звучит очень весело.

Поделиться этой статьей

Спросите Доктора Вселенная: Где заканчивается Вселенная?

Новости  > 

Семья

Вс, 29 мая 2022 г.

Вселенная огромна и содержит множество галактик, в том числе галактику NGC 5866, которая находится в 44 миллионах световых лет от Земли и имеет диаметр примерно 60 000 световых лет — немногим более половины диаметра нашей собственной галактики Млечный Путь. (НАСА)

• Твиттер
• Электронная почта
• Реддит
• СМС

Университет штата Вашингтон

Вселенная огромна и содержит множество галактик, в том числе галактику NGC 5866, которая находится в 44 миллионах световых лет от Земли и имеет диаметр примерно 60 000 световых лет — немногим более половины диаметра нашей собственной галактики Млечный Путь. (НАСА)

Университет штата Вашингтон

Доктор Вселенная: Где заканчивается Вселенная? – Oriah, Pullman

Дорогой Oriah,

Когда вы смотрите на ночное небо, вам может казаться, что вселенная – это большое покрывало из звезд над вами. Но в отличие от одеяла, у вселенной нет углов и краев. Вселенная продолжает развиваться далеко за пределами того, что могут видеть люди. Насколько известно людям, оно никогда не останавливается.

Когда я увидел ваш вопрос, я пошел прямо к моему другу Майклу Аллену, чтобы узнать больше. Он является старшим преподавателем физики и астрономии в Университете штата Вашингтон.

Вселенная больше, чем самая большая вещь, которую вы когда-либо видели. Это больше, чем самое большое, что мы можем себе представить. Он настолько большой, что даже на ваш вопрос есть более одного очень большого ответа.

Аллен объяснил, что вселенную можно представить как резиновую ленту. Если вы посмотрите на плоскую поверхность резиновой ленты, то увидите, что у нее нет ни начала, ни конца. Он продолжает крутиться по кругу.

Представьте, что вы нарисовали точки на этой резинке. Если потянуть за резинку, что произойдет? Резинка растягивается, и точки раздвигаются дальше друг от друга.

Вселенная такая. Расстояние между всеми его галактиками, планетами и звездами все время растягивается, как точки на резинке. Он никогда не заканчивается, но он также постоянно расширяется.

Ученые не считают, что существует настоящий край Вселенной. Но есть конец тому, что люди могут видеть во Вселенной. Это называется краем наблюдаемой Вселенной. Это самое дальнее, что мы можем видеть, основываясь на том, как мы получаем информацию от света.

Все, что вы видите, зависит от отражения света от объектов. Свет отражается от предметов вокруг вас, и ваш глаз поглощает его. Когда вы смотрите на свою руку, вы видите свою руку именно в этот момент.

Но когда вы смотрите на звезду, вы на самом деле видите эту звезду в прошлом. Это потому, что свет должен путешествовать очень долго, чтобы достичь ваших глаз. Чем дальше звезда, тем больше времени требуется.

Свету ближайшей звезды, Солнца, требуется восемь минут, чтобы добраться до наших глаз на Земле. Свет от ближайшей к нам звезды, Проксимы Центавра, доходит до нас примерно за четыре года!

Свет движется очень быстро — около 186 000 миль в секунду — но Вселенная очень большая. Итак, самый дальний край наблюдаемой Вселенной — это самый старый свет, который мы можем видеть — около 13,8 миллиардов лет в прошлом.

Но этот край — это то, что мы можем видеть с Земли. Земля не центр вселенной. Это всего лишь одно место. Край наблюдаемой Вселенной зависит от того, где вы находитесь. Если бы мы были где-то еще во Вселенной, у нас было бы другое представление.

Где бы вы ни находились, вы можете считать себя своего рода путешественником во времени. Когда вы смотрите на звезды, вы смотрите на прошлое.

С уважением,

Доктор Вселенная

The Spokesman-Review Newspaper

Местная журналистика необходима.

Пожертвуйте прямо в серию форумов сообщества The Spokesman-Review Northwest Passages, которая помогает компенсировать расходы на несколько должностей репортеров и редакторов в газете, используя простые варианты, указанные ниже. Подарки, обработанные в этой системе, не облагаются налогом, но в основном используются для удовлетворения местных финансовых потребностей, необходимых для получения национальных фондов долевых грантов.

Подпишитесь сейчас, чтобы получать оповещения о последних новостях на свой почтовый ящик

Получайте последние новости, доставляемые на ваш почтовый ящик, как только они появляются.

Зарегистрироваться

Главные новости в семье

Функции

• Gone Wild: участник Symphony высаживает полевые цветы с многолетниками в красочный пейзаж…

• Dad Daze: Birth Daze — у нас с Майло выходные в честь дня рождения…

• Мисс Маннерс 9/14 …

• Спросите у врачей 9/17…

Самые читаемые истории

• Безмолвные свидетели: Свидетели Иеговы десятилетиями скрывали сексуальное насилие над детьми в штате Вашингтон, утверждается в иске

• Республиканцы надеются, что Смайли баллотируется в Сенат, но, вероятно, столкнутся с тяжелой битвой против давнего сенатора Мюррея.

  

• «Сити» соглашается устроиться в костюме Дамера

• 8-летний ребенок положил свою рукописную книгу на полку в библиотеке — теперь у нее многолетний список ожидания

SponsoredContent

Уход за сердцем на всю жизнь

Промерзнуть до костей во время рыбалки в январе — приемлемый компромисс для занятия любимым делом.

5 способов уничтожить вселенную

Все когда-нибудь должно закончиться, но включает ли это саму вселенную? И если да, то как? И когда? Может быть трудно представить катастрофу, достаточно большую, чтобы затронуть все существование, но физики ожидают, что все это когда-то закончится — и это может произойти раньше, чем мы думаем. Вот некоторые из ведущих гипотез о том, как и когда Вселенная может закончиться.

Чтобы понять, как космос может прийти к концу, физики обращаются к истокам. Около 13,8 миллиардов лет назад пространство и время вырвались из невероятно плотной сингулярности, и это событие стало известно как Большой взрыв. С этой точки Вселенная быстро расширялась, материя охлаждалась и конденсировалась в галактики и все содержащиеся в них звезды и планеты.

Но Вселенная все еще расширяется, и делает это с ускорением благодаря таинственной силе, которую ученые называют «темной энергией». Как следует из этого названия, мы очень мало знаем о том, как работает эта сила или почему она отталкивает все от всего остального, но она имеет довольно серьезные последствия для окончательной судьбы Вселенной. Как это происходит, зависит от того, как вы настроите числа в моделях.

Большая заморозка

Схема Большого Взрыва, который будет продолжать расширяться вечно в модели Big Freeze

Depositphotos

Согласно нашим лучшим моделям эволюции Вселенной, наиболее вероятным сценарием является то, что называется Большой заморозкой. Если темная энергия будет вечно ускорять расширение Вселенной — а расчеты предполагают, что так оно и будет, — то космос ждет медленная смерть, которая растянется на гугол-лет. Это непостижимое число — это единица, за которой следуют 100 нулей.

Если бы вы могли просмотреть участок неба в ускоренной перемотке на миллиарды лет, звезды начали бы краснеть, а затем полностью исчезли бы. Это потому, что расширяющаяся Вселенная будет растягивать длину волны их света все дальше и дальше к красному концу спектра, прежде чем сделать их полностью невидимыми для глаза.

Конечно, даже если бы вы их не видели, далекие звезды и галактики все равно существовали бы — по крайней мере, в течение нескольких триллионов лет. Но через некоторое время расширение будет разбавлять пыль и газ, плавающие в космосе, до тех пор, пока в какой-то одной области их не станет достаточно, чтобы подпитывать рождение новых звезд. Поскольку звезды больше не рождаются, они в конечном итоге становятся исчезающими, а затем вымершими видами, поскольку последние из них вымирают.

Так начинается «Эра вырождения» Вселенной, примерно через 100 триллионов лет. К этому моменту существуют только белые карлики, нейтронные звезды и черные дыры, но и они исчезнут: белые карлики и некоторые нейтронные звезды медленно остынут, превратившись в невидимых инертных черных карликов, а другие нейтронные звезды превратятся в черные дыры.

К 10 тредециллиону года (единица с 43 нулями) не останется ничего, кроме черных дыр. И даже они не вечны — как и предсказывал Стивен Хокинг, черные дыры медленно испускают излучение, пока в конце концов не испарятся.

Примерно через 1 гугол-год, когда исчезнут и все черные дыры, Вселенная вступит в свой последний век – Темную эру. Свет и материя — далекие воспоминания, а оставшиеся свободные частицы будут жить самым одиноким из возможных существований, редко имея шанс промчаться в пределах светового года друг от друга, не говоря уже о взаимодействии. И больше ничего никогда не случится, навеки.

Большой разрыв

Аналогичный сценарий приводит к гораздо более драматичной смерти, но гораздо раньше. В этой модели темная энергия не просто ускоряет расширение Вселенной в постоянном темпе, она ускоряется экспоненциально, в конечном итоге разрывая на части саму ткань реальности — финал, называемый Большим разрывом.

Существует физический предел расстояния в космосе, которое мы когда-либо могли видеть, даже если бы у вас был самый мощный телескоп. Этот предел продиктован скоростью света — в определенный момент объекты находятся слишком далеко, чтобы их свет успел достичь Земли. Эта область называется наблюдаемой Вселенной.

В модели Большого разрыва экспоненциально ускоряющееся расширение выталкивает все больше и больше объектов за эту границу, а это означает, что наблюдаемая Вселенная постоянно сжимается. Любые два объекта, которые находятся дальше друг от друга, чем позволяет эта граница, больше не могут влиять друг на друга посредством фундаментальных сил, таких как гравитация или электромагнетизм.

По мере того, как это расстояние будет уменьшаться, крупномасштабные структуры Вселенной начнут рушиться — по мере уменьшения влияния гравитации она не сможет удерживать скопления галактик вместе, и они начнут растворяться. В конце концов то же самое произойдет и с самими галактиками, и звезды будут дрейфовать сами по себе. Позже космический горизонт событий сожмется за пределы масштаба отдельной звездной системы, а это означает, что планеты больше не будут привязаны к своим орбитам вокруг звезд.

В последние несколько минут существования этот горизонт событий сожмется меньше, чем масштаб молекул, разрушив силы, которые удерживают материю вместе, уничтожив звезды, планеты и все, что на них. И, наконец, сами эти свободные атомы будут разорваны на части частица за частицей. Последняя жертва — сама ткань пространства-времени.

Ученые, предложившие эту модель, предсказывают, что, если это произойдет, Вселенной останется жить около 22 миллиардов лет. К счастью, другие ученые считают, что этот сценарий включает в себя нереалистичные параметры, поэтому вероятность его реализации меньше, чем у некоторых других идей в этом списке.

Большой кризис

Диаграмма, на которой сравниваются возможные траектории расширения Вселенной либо в сторону модели Большого Замораживания/Разрыва (красный), либо в сторону Большого Сжатия (желтый)

Depositphotos

Возможно, Вселенная закончится совершенно противоположным образом — вместо того, чтобы навсегда превратиться в небытие, она изменит курс и схлопнется сама с собой в так называемом Большом сжатии.

В космическом перетягивании каната между гравитацией, пытающейся собрать все воедино, и темной энергией, пытающейся раздвинуть ее на части, ученые обычно делают ставки в пользу темной энергии, что в конечном итоге приводит к Большому Замораживанию или Большому Разрыву. Но мы не можем полностью исключить гравитацию из бега.

Если плотность материи во Вселенной достаточно высока, ее гравитация может преодолеть расширение и вместо этого вызвать фазу сжатия. Все начнет двигаться ко всему остальному, когда Вселенная снова сожмется. Как и в нашей текущей фазе расширения, никто из живущих в то время не будет затронут напрямую — по крайней мере, до самого конца.

Скопления галактик начнут сливаться, затем сами галактики, и, наконец, отдельные звезды будут сталкиваться более регулярно. Но настоящая беда начинается с космического микроволнового фона — фонового излучения Вселенной, оставшегося после Большого взрыва. По мере того как его фотоны смещаются в сторону синего конца спектра, это излучение нагревается, пока в конце концов не станет горячее звезд. Это означает, что звезды больше не могут излучать свое тепло наружу и будут становиться все горячее и горячее, пока не испарятся.

В последние несколько минут температура Вселенной станет настолько высокой, что сами атомы развалятся. Не то чтобы им пришлось долго беспокоиться об этом, поскольку их засосет в черные дыры, которые занимают все большую часть сжимающейся Вселенной.

В конце концов, все содержимое вселенной будет смято в невероятно маленькое пространство — сингулярность, подобная обратному Большому Взрыву.

Разные ученые дают разные оценки того, когда может начаться эта фаза сжатия. Это может быть еще через миллиарды лет. Или, согласно недавнему исследованию, это может произойти довольно скоро, с космической точки зрения, поскольку вселенная изменит курс примерно через 100 миллионов лет. В этой модели фаза сжатия займет около миллиарда лет, прежде чем мы вернемся к этой сингулярности.

Большой скачок

Но это может быть еще не конец. Вариант вышеприведенной гипотезы предполагает, что за несколько мгновений до того, как Вселенная схлопнется в бесконечно плотную сингулярность, ее спасут квантовые процессы, и она снова изменит курс, начав новый период расширения, который фактически станет еще одним Большим взрывом для совершенно новой Вселенной. Эта модель известна как Big Bounce.

Хотя это может показаться слишком удобным, сторонники этой идеи говорят, что в мире квантовой физики есть некий прецедент — в конце концов, когда Вселенная сжимается до сингулярности, она становится настолько маленькой, что квантовые правила берут верх над квантовой физикой. крупномасштабная классическая физика, с которой мы знакомы.

В этот момент может произойти квантовое туннелирование, когда частицы могут преодолевать барьеры, через которые, по общему мнению, у них не должно хватить энергии. Это приводит к таким процессам, как радиоактивный распад, и, согласно недавнему исследованию, также может позволить сжимающейся Вселенной «избежать» участи полного коллапса и снова начать расширяться.

Любопытно, что теория Большого отскока связана с другой теорией, называемой петлевой квантовой гравитацией, которая была создана как способ объяснить гравитацию с точки зрения квантовой механики.

Забавный вывод из гипотезы Большого отскока состоит в том, что мы можем оказаться в центре бесконечной цепочки создания и разрушения вселенных.

Большой глоток

В модели Big Slurp пузырь распада ложного вакуума расширялся бы через космос, поглощая все

Depositphotos

Последний сценарий конца света в этом списке, пожалуй, самый тревожный, потому что он уже может обрушиться на нас, и мы не узнаем, пока он не ударит. Это называется ложным распадом вакуума или, в просторечии, Большим Хлюпом.

Закон физики гласит, что система естественным образом пытается стать стабильной. Для этого он переходит из состояния с высокой энергией в состояние с более низкой энергией, пока не стабилизируется в самом низком из возможных энергетических состояний. Для квантовых полей это известно как его вакуумное состояние.

Считается, что все известные квантовые поля находятся в стабильных вакуумных состояниях, кроме одного: поля Хиггса. Кажется, что он находится в состоянии ложного вакуума, а это означает, что в настоящее время он кажется стабильным, но, по прогнозам, не находится в состоянии с самой низкой энергией.

Но это может измениться без предупреждения. Буквально в любую секунду поле Хиггса может внезапно перейти в более низкое энергетическое состояние, уничтожив при этом огромный кусок (если не всю) Вселенной.

Все, что требуется, — это чтобы одна крошечная точка в пространстве коллапсировала в это более низкое энергетическое состояние, в результате чего пузырь распада вакуума расширился бы наружу со скоростью света. Двигаясь так быстро, мы даже не могли его увидеть, пока стена этого пузыря не врезалась в Землю.

Что произойдет, когда мы окажемся внутри этого пузыря? Никто не уверен, но это, вероятно, перепишет законы природы. Есть шанс, что жизнь возможна при новой физике, но вселенная может быть настолько совершенно другой, что мы даже не можем себе этого представить. В худшем случае вся материя будет уничтожена.

Если есть и хорошие новости, так это то, что в этой идее много неопределенности. Некоторые модели предсказывают, что распад ложного вакуума вряд ли произойдет в ближайшие миллиарды лет или вообще невозможен. Другие предполагают, что это должно было произойти к настоящему времени, указывая на то, что наша нынешняя Вселенная на самом деле может быть странной новой физикой внутри пузыря.

Поле Хиггса также может быть более стабильным, чем мы предполагаем. В конце концов, это было подтверждено относительно недавно открытием бозона Хиггса, так что еще многое предстоит узнать в ходе дальнейших исследований.

А может быть, ложный вакуумный пузырь только что поглотил Солнце и будет здесь через восемь минут.

Чем закончится Вселенная? Ученые ищут ответ на самой большой карте галактики

На этой неделе астрофизики представили самую большую карту Вселенной.

Зафиксировав положение 7,5 миллионов галактик, карта стала крупнее и детальнее, чем все ее предшественники вместе взятые. И далеко не полный. Используя сверхточный спектроскопический прибор Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI), команда ежемесячно добавляет координаты миллиона галактик с планами до 2026 года. Окончательный атлас будет охватывать треть неба и включать 35 миллионов галактик до 10. миллиардов световых лет от нас.

Конечно, эта конкретная карта не будет иметь большого практического значения для исследователей космоса. Даже при скорости света нам потребовались бы от десятков тысяч до миллионов лет, чтобы добраться до наших ближайших галактических соседей. В отсутствие удобной сети межгалактических червоточин мы, вероятно, застрянем в нашей родной галактике в обозримом будущем. Но у карты другое предназначение.

«У этого проекта есть конкретная научная цель: очень точно измерить ускоряющееся расширение Вселенной», — сказал Жюльен Гай из Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли.0114 Проводной . Измеряя расширение с течением времени, ученые надеются пролить свет на темную энергию — таинственную силу, которая, кажется, разрывает Вселенную на части — и предсказать окончательную судьбу космоса.

Космологическая картография

Для обнаружения галактик DESI использует набор из 5000 волоконно-оптических кабелей, расположенных с точностью до 10 микрон, что меньше толщины человеческого волоса. Это точное позиционирование позволяет прибору одновременно поглощать фотоны 5000 далеких галактик, подробно записывать их спектры и определять, насколько свет растянулся до более красных участков спектра во время своего путешествия к Земле. Это «красное смещение» вызвано расширением Вселенной и указывает, насколько далеко находится галактика — чем краснее свет, тем дальше галактика — таким образом, добавляя третье измерение к картам галактик.

3D-сканирование Вселенной DESI. Каждая цветная точка представляет собой галактику. Под действием гравитации эти галактики сбиваются в «космическую паутину» из скоплений, нитей и пустот. Изображение предоставлено: Д. Шлегель/Лаборатория Беркли с использованием данных DESI

. В то время как предыдущие попытки, такие как Sloan Digital Sky Survey, были медленными и утомительными, когда ученые вручную просверливали отверстия и перемещали датчики, DESI быстр и автоматизирован, до такой степени, что его операторы утомляются. в любую смену. Но эти сдвиги огромны, каждый добавляет на карту около 100 000 галактик.

Масштабы огромны. Отдельные галактики, каждая из которых состоит из сотен миллиардов звезд, сведены к точкам света, текущим огромными нитями, скоплениями и пустотами. «[Это] самые большие структуры во Вселенной. Но в них вы найдете отпечаток очень ранней Вселенной и историю ее расширения с тех пор», — сказал Гай в своем заявлении.

Именно сравнивая начальные условия Вселенной сразу после Большого взрыва с ее расширением с тех пор, команда надеется лучше понять, как темная энергия менялась с течением времени.

Глубокая тайна 

В 1990-х годах исследования под руководством Сола Перлмуттера из Национальной лаборатории Лоуренса Беркли и Брайана Шмидта из Австралийского национального университета пытались измерить расширение Вселенной. Предполагалось, что материя Вселенной, включая звезды, планеты, пыль, газ и темную материю, будет тормозить ее расширение. Подобно мячу, подброшенному в воздух, гравитация замедлила бы вселенную.

Если вы можете измерить скорость расширения Вселенной, вы сможете предсказать ее будущую траекторию. Остановится ли он под действием собственной материи и изменит курс, взорвавшись с большим хрустом? Будет ли он расширяться вечно, в конце концов разорвавшись на части? Или он приблизится к равновесию, когда скорость расширения близка к нулю?

Команды собрали свет от сверхновых с известной светимостью — в астрофизике они называются стандартными свечами — для измерения скорости расширения. Их результаты, мягко говоря, удивили. Вместо замедления они обнаружили, что расширение со временем ускоряется. Какая-то гигантская сила противодействовала гравитации, и ученые не имели ни малейшего понятия, что это было.

Космолог Майкл Тернер назвал эту силу «темной энергией» и назвал ее «самой глубокой загадкой во всей науке». Теперь начинается гонка за тем, чтобы лучше понять темную энергию, составив более точную историю эволюции Вселенной.

Как заканчивается Вселенная

Если расширение продолжится, Вселенная никогда не закончится. В течение невообразимых эпох, каждый из которых на несколько порядков превышает нынешний возраст Вселенной, расширение разорвет галактики, погасит звезды и разорвет материю на ее элементарные составляющие.