Как выглядит вселенная: 26 картинок, которые раскроют факты о космосе и Вселенной

Есть ли что-нибудь за пределами наблюдаемой Вселенной?

Вопрос о том, что находится за пределами Вселенной представители рода человеческого задавали себе не одно столетие. Но приблизительное понимание того, что представляет собой наш космический дом, появилось (по меркам той же Вселенной) совсем недавно. Сегодня мы знаем, что Вселенная родилась около 14 миллиардов лет назад в результате Большого взрыва и с тех пор расширяется с ускорением, параллельно остывая. Кажется, это противоречит здравому смыслу, но чтобы понять удивительные законы космоса и то, как они работают, умнейшие из нас трудились не одно поколение. Но знания, накопленные за эти годы, увы, по-прежнему не позволяют собрать головоломку воедино. Да, мы знаем, как выглядит наблюдаемая Вселенная – с помощью мощнейших телескопов ученые наносят на карту не только звезды, но миллиарды галактик и их скопления, заглядывая все дальше и дальше в прошлое, вплоть до Большого взрыва. Но могут ли они узнать, находится ли что-то за пределами нашей Вселенной? Есть ли что-нибудь там, куда не только невозможно отправить самые мощные инструменты, но и попросту заглянуть?

Перед вами цветной рентген-снимок Вселенной в ее самый обычный день: ускорение и распад материи, нагретой до сверхвысоких температур, обжигающий газ, ненасытные черные дыры и взрывы звезд.

Что мы знаем о Вселенной?

Чтобы ответить на вопрос о том, что находится за пределами вселенной, сначала нужно точно определить, что мы подразумеваем под «вселенной». Если вы воспринимаете это буквально как все вещи, которые могут существовать во всем пространстве и времени, то за пределами вселенной не может быть ничего. Даже если вы представляете, что вселенная имеет некоторый конечный размер, и представляете что-то вне этого объема, тогда все, что находится снаружи, также должно быть включено во вселенную.

Даже если вселенная представляет собой бесформенную, безымянную пустоту – абсолютное ничего – это все равно является чем-то и входит в список «всего существующего» — и, следовательно, по определению является частью вселенной. Если вселенная бесконечна по размеру, то беспокоиться об этой головоломке действительно не нужно. Вселенная, будучи всем, что есть, бесконечно велика и не имеет края, поэтому нет ничего «внешнего», о котором можно было бы говорить.

Часть наблюдаемой Вселенной, доступной для изучения современными астрономическими методами, называется Метагалактикой; она расширяется по мере совершенствования приборов.

С другой стороны, конечно, есть внешняя сторона нашего наблюдаемого участка Вселенной. Космос стар и свет распространяется быстро. Таким образом, за всю историю вселенной мы не получали свет от каждой отдельной галактики. В настоящее время ширина наблюдаемой Вселенной составляет около 90 миллиардов световых лет. И, по-видимому, за этой границей находятся миллиарды других случайных звезд и галактик.
Но есть ли что-то помимо этого?

Читайте также: Можно ли разгадать тайну расширения Вселенной?

Границы Вселенной

Космологи не уверены, является ли Вселенная бесконечно большой или просто чрезвычайно большой. Чтобы измерить Вселенную, астрономы вместо этого смотрят на ее кривизну. Геометрическая кривая в больших масштабах Вселенной говорит о ее общей форме. Если вселенная идеально геометрически плоская, то она может быть бесконечной. Если она изогнута, как поверхность Земли, то она имеет конечный объем.

Как пишет в статье для Space. com астрофизик Пол Саттер, текущие наблюдения и измерения кривизны Вселенной показывают, что она практически идеально плоская. Можно подумать, будто это означает, что вселенная бесконечна, но все не так просто. Даже в случае плоской вселенной космос не обязательно должен быть бесконечно большим.

«Возьмем, к примеру, поверхность цилиндра. Он геометрически плоский, потому что параллельные линии, нарисованные на поверхности, остаются параллельными (это одно из определений «плоскостности»), и все же он имеет конечный размер. То же самое можно сказать и о Вселенной: она может быть абсолютно плоской, но замкнутой в себе», – Пол Саттер, астрофизик из SUNY Stony Brook и Института Флэтирона в Нью-Йорке.

Перед вами галактика, обнаруженная на краю Вселенной.

Но даже если вселенная конечна, это не обязательно означает, что где-о есть ее край. Возможно, наша трехмерная вселенная встроена в какую-то более крупную многомерную конструкцию. Это совершенно нормально и действительно является частью некоторых экзотических моделей физики. Но в настоящее время у ученых нет абсолютно никакой возможности проверить это.

Это интересно: Почему физики считают, что мы живем в Мультивселенной?

Неправильный вопрос?

Вселенную можно представить как гигантский шар, наполненный звездами, галактиками и всевозможными интересными астрофизическими объектами. То, как эти объекты выглядят снаружи, также несложно представить –вспомните знаменитые фотографии астронавтов из космоса – они часто смотрят на земной шар с безмятежной орбиты наверху. Но эта общая перспектива вряд ли нужна вселенной для существования, ведь она просто есть.

«Когда вы представляете вселенную в виде шара, плавающего посреди пустоты, вы разыгрываете над собой мысленный трюк, которого математика не требует», – пишет Саттер.

Многие физики всерьез рассматривают теорию Мультивселенной, согласно которой существует бесчисленное множество миров.

Вообще, учитывая накопленный массив данных о наблюдаемой Вселенной (и хорошенько поразмыслив), кажется, что вопрос о том, находится ли что-то за ее пределами попросту не имеет смысла. Это все равно, что спрашивать «Какой звук издает фиолетовый цвет?» Откровенно бессмысленный вопрос, потому что в нем мы пытаемся объединить две несвязанные концепции. А как вы думаете, находится ли что-то за пределами Вселенной и не бессмысленный ли это вопрос? Ответ будем ждать в нашем Telegram-чате, а также комментариях к этой статье.

ВселеннаяЗагадки космосаНаучные исследования

Для отправки комментария вы должны или

Где кончается Вселенная? Клуб почемучек

Приветствую всех читателей  в очередном пятничном выпуске “Клуба почемучек“! Сегодня я отвечаю на вопрос Миланы:

Помните, я уже отвечала на вопрос “Где находится Край Света?” . Тогда мы все вместе выяснили, что краев у нашего света нет, ведь планета Земля круглая.  Но ведь Землей наш мир не ограничивается. В холодной пустоте Космоса вращаются тысячи, миллиарды таких Земель как наша. Все они, а еще и звезды, и туманности, и облака космического газа, и даже загадочная “темная материя” составляют нашу Вселенную. А есть ли конец у Вселенной? Или она бесконечна?

Ученые утверждают, что в любой точке нашего мира можно очертить вокруг нее пространство, свойства которого будут точно таким же, как в этой точке.

Для иллюстрации возьмем лист бумаги – это будет наша Вселенная. И нарисуем на ней человечка.
Если человечек нарисован посередине, то в окружности вокруг него будет пространство нашей Вселенной – белая бумага.
А вот если человечек нарисован на краю, то в круге окажется не только бумага, но и часть стола. А это невозможно по разным сложным математическим и физическим рассуждениям.

Значит, таких краев, как у листа бумаги, у Вселенной нет.
И наша Вселенная может выглядеть как бесконечно большой лист бумаги. В какую бы сторону не пошел наш человечек, до края он бы не дошел.

Но то, что он не найдет края еще не значит, что Вселенная бесконечна неограниченно. Возьмем наш лист бумаги и соединим его противоположные концы. У нас получится замкнутая поверхность которая бесконечна по своей длине (на высоту пока не обращаем внимания).

Если человечек пойдет вдоль этой поверхности он будет идти и идти без конца, пока не придет в начальную точку. Для него его Вселенная бесконечна в длину, но она занимает определенный объем нашего трехмерного пространства и ограничена им. Очень интересен вариант такого пространства, моделируемый лентой Мёбиуса – она получается, если полоску бумаги склеить, повернув одну из сторон изнанкой.
Человечек, выйдя из точки на этой ленте, пройдет по ней  и снова вернется в эту точку. Но уже с другой стороны ленты!
Я склеила такую ленту и попросила Катю проследить путь человечка фломастером. Для ребенка это выглядит как настоящее чудо! 😉

Кстати, с разными вариантами бумажных колец есть очень интересные и очень простые фокусы. Их можно посмотреть у меня в блоге.

Но вернемся к нашему миру – полоске бумаги. Если мы склеим края по ширине, а потом мысленно возьмем верх и низ и соединим их, то у нас получится фигура бесконечная и в высоту и в длину.
Математики ее называют “тор”, а мы ребенку можем сказать “бублик”.
Человечек, гуляющий по такому бублику никогда не попадет на край, хотя бублик вовсе не тянется без конца во все стороны, а его площадь очень даже конечна.

И плоскость, и тор, и другие замкнутые фигуры (например, шар) топологически эквивалентны. То есть равнозначны с точки зрения топологии (науки о связях в пространстве). Мы с Катей смоделировали Вселенную-шар, нарисовав нашего человечка на воздушном шарике. Путь человечка вперед по прямой можно проследить, рисуя его ручкой. Мы увидим, что, обойдя шар, человечек вернется в исходную точку, так и не найдя края у своего мира.

И это только три варианта бесконечности. На самом деле их очень много! И ученые до сих пор не могут ничего окончательного сказать о форме нашей Вселенной. Есть научные теории, которые утверждают, что Вселенная – додекаэдр (объемный шестиугольник). Есть даже такие, которые считают Вселенную по форме похожей на пастушеский рожок. А может, она тор?

Чтобы узнать достоверно, какой же формы Вселенная, ученым надо продолжать астрономические наблюдения и исследования. Например, очень важным параметром для определения формы нашего пространства является его плотность.  В зависимости от того, какое значение она примет, мы можем узнать, плоская ли наша Вселенная как лист бумаги, или имеет кривизну как шар, или бублик.
К сожалению, даже последние эксперименты по измерению плотности материи не дают четкого ответа. Но результат их очень близок к тому, при котором наша Вселенная окажется бесконечной плоскостью. Как-то скучно выходит. Я лично за бублик;)

В любом случае физически мы никогда бы не могли достигнуть края Вселенной, если бы даже такой существовал. Ведь Вселенная еще и расширяется. И как бы мы не спешили бежать, ехать или лететь по ней, она всегда увеличивается быстрее, чем мы достигнем крайней точки.

Надеюсь, Милана, вашим детям будет хоть немного понятнее, что такое бесконечность Вселенной  🙂

Википедия: ru.wikipedia.org/wiki/Вселенная
Вселенная имеет смысл! vokrugsveta.ru/vs/article/7620/
Геометрия Вселенной znanie-sila.ru/golden/issue_47.html
Какую форму имеет наша Вселенная? wsyachina.narod.ru/astronomy/configuration_universe.html
Какова форма Вселенной unnatural.ru/universe-shape

В следующем выпуске “Клуба почемучек” читайте ответ на вопрос Юлии “Чем отличаются зебра и лошадь?“

Как выглядела молодая Вселенная?

Когда астрономы используют телескоп, чтобы заглянуть вдаль, они также оглядываются назад во времени.

Свету требуется время, чтобы путешествовать в пространстве. Свету от Луны 1,3 секунды, когда мы видим его на Земле. Самые далекие галактики, которые когда-либо наблюдались (космическим телескопом НАСА «Хаббл»), находятся на расстоянии более 13 миллиардов световых лет. Это означает, что обнаруженный Хабблом свет покинул эти галактики более 13 миллиардов лет назад. Это также означает, что с помощью мощных телескопов мы можем заглянуть в прошлое и наблюдать, как разворачивается история Вселенной.

Первые галактики

Неизвестная эра: первые галактики Авторы и права: НАСА, ЕКА, CSA и Дэни Плейер (STScI). Получите полную инфографику Неизвестной эры в галерее ресурсов

Однако даже с помощью Хаббла и других мощных телескопов самые ранние эры Вселенной после Большого взрыва остаются невидимыми и неизвестными. Самые ранние галактики находятся так далеко, что их свет растянулся в результате расширения Вселенной до длинных волн, называемых инфракрасными. Космический телескоп НАСА имени Джеймса Уэбба был разработан с использованием усовершенствованной технологии для обнаружения инфракрасного света с разрешением на уровне Хаббла и раскрытия подсказок о том, как ранние звезды, газ и пыль впервые объединились, чтобы сформировать галактики.

Оценки того, когда образовались первые галактики, довольно широкие, но мы знаем, что это произошло в течение первых 400 миллионов лет после Большого взрыва; эта отметка в 400 миллионов лет находится так далеко, как только может видеть Хаббл. Было создано множество моделей, чтобы объяснить, какая эпоха породила самые ранние галактики, и благодаря Уэббу астрономы получили возможность точно определить период времени и изучить этих прародителей.

В дополнение к возможности видеть дальше, чем Хаббл, Уэбб способен обнаруживать больше галактик в этот ранний период в целом. Эта расширенная выборка ранних галактик дает астрономам лучшее представление о том, как галактики выглядели и развивались, когда они только появились.

Космические загадки

Космическая реионизация Авторы и права: НАСА, ЕКА, CSA и Джойс Канг (STScI).
Получите полную инфографику о космической реионизации в галерее ресурсов

Многое еще предстоит понять о периоде ранней истории Вселенной, известном как эпоха реионизации. Это последовало за периодом темноты, когда свет был захвачен густым туманом, прежде чем газообразный водород был повторно ионизирован, что позволило свету свободно путешествовать по расширяющемуся пространству Вселенной.

Происхождение энергии, вызвавшей реионизацию, является астрономической загадкой, для решения которой астрономы будут использовать Уэбба. Были ли это звезды в ранних галактиках? Горячий газ вокруг черных дыр? Или какой-то более экзотический источник, такой как разлагающаяся темная материя? Ответы прольют свет на происхождение всего, включая нас.

По мнению астрономов, Вселенная сразу после Большого взрыва должна была состоять из водорода, гелия и небольшого количества лития. Но звезды, которые мы видим сегодня, также содержат более тяжелые элементы — элементы, созданные внутри звезд. Хотя увидеть первые звезды может быть невозможно, Уэбб может обнаружить ранние поколения звезд, которые объединились, чтобы сформировать первые галактики, и изучить их химический состав.

Уэбб может показать нам, образовались ли первые галактики вдоль нитей темной материи, как ожидалось. Затем астрономы надеются использовать распределение галактик, наблюдаемое Уэббом, чтобы составить карту общей структуры темной материи во Вселенной.

Последнее обновление:
15 октября 2021 г.

Ключевые слова:
Космология
Возраст/размер Вселенной

КосмологияГалактикиТуманностиЗвездыЭкзопланетыСолнечная системаWebb Mission

Из чего состоит Вселенная?

Наука и исследования

16.12.2003
206311 просмотров
493 лайков

Считается, что Вселенная состоит из трех типов вещества: обычной материи, «темной материи» и «темной энергии».

Нормальная материя состоит из атомов, из которых состоят звезды, планеты, люди и любой другой видимый объект во Вселенной.

Как ни унизительно это звучит, нормальная материя почти наверняка составляет наименьшую часть Вселенной, где-то между 1% и 10%.

В популярной в настоящее время модели Вселенной считается, что 70% составляют темная энергия, 25% темная материя и 5% нормальная материя. Но рентгеновская обсерватория ЕКА, XMM-Newton, вернула новые данные об этом содержании. XMM-Newton обнаружил загадочные различия между сегодняшними скоплениями галактик и теми, что были во Вселенной около семи миллиардов лет назад.

Некоторые ученые интерпретируют это как означающее, что «темная энергия», которая, по мнению большинства астрономов, сейчас доминирует во Вселенной, просто не существует.

Скопления галактик излучают много рентгеновского излучения, поскольку содержат большое количество высокотемпературного газа. Измеряя количество рентгеновских лучей от скопления, астрономы могут определить как температуру газа скопления, так и массу скопления.

XMM-Ньютон

Теоретически, во Вселенной с высокой плотностью материи скопления галактик будут продолжать расти и поэтому в среднем сейчас должны содержать больше массы, чем в прошлом.

Большинство астрономов считают, что мы живем во Вселенной с низкой плотностью, в которой загадочная субстанция, известная как «темная энергия», составляет 70% ее содержания и, следовательно, пронизывает все.