Содержание
Насколько велика вся ненаблюдаемая Вселенная?
Вселенная — это огромное, казалось бы, бесконечное чудо существования. За прошедшее столетие мы узнали, что Вселенная простирается за пределы миллиардов звезд нашего Млечного Пути, через десятки миллиардов световых лет, в которых содержится почти триллион галактик.
И все же, это просто наблюдаемая нами Вселенная! Есть веские основания полагать, что Вселенная продолжается и выходит за пределы того, что мы можем видеть; вопрос в том, как далеко она продолжается? Бесконечно? Или это в какой-то момент она заканчивается?
Чтобы помочь нам лучше понять этот вопрос, давайте обратимся к чему-то более знакомому (и меньшему), о котором мы знаем, как измерить размер: к Земле.
С вершины высокой горы, такой как Эверест, вы можете надеяться измерить кривизну Земли, но все ваши усилия будут напрасны. Даже с высоты более 8000 метров искривление Земли совершенно неотличимо от плоскости.
Можно найти изображения, где Земля выглядит изогнутой, когда вы смотрите на воду, и действительно, их нетрудно найти.
Но это из-за искривления Земли?
Нет, это из-за атмосферных искажений. Если бы вы попытались вычислить окружность Земли по фотографии, подобной этой, вы бы получили мир, который был бы меньше, чем даже Луна; Вы не сможете измерить кривизну Земли из любого известного местоположения на поверхности планеты сколь-нибудь точно.
Более того, когда мы говорим о поверхности Земли, сама Земля не совсем гладкая. Некоторые места изогнуты вверх, другие — вниз, и любой небольшой регион, видимый нам, вряд ли будет хорошим представлением всей планеты.
Однако вы можете сказать, какова форма и размер планеты в действительности. Все, что вам нужно сделать, это провести соответствующие измерения и использовать геометрию. Это так же просто, как добраться до трех отдельных мест на Земле и нарисовать треугольник, чтобы соединить эти три точки.
Как вы знаете, на плоском листе бумаги три угла любого треугольника всегда будут составлять 180 °. Но если вы находитесь на поверхности сферы (или, математически, на любой поверхности положительной кривизны), эти углы составят более 180 °.
Зная расстояние между каждой из этих трех точек и меру всех трех углов, вы можете рассчитать, какова окружность Земли.
И, конечно же, чем дальше ваши три точки находятся друг от друга, тем менее важны горы, долины и океаны, и тем важнее общая форма Земли для вашего измерения.
На практике самый первый расчет окружности Земли — датирован третьим веком до нашей эры, — использовал очень похожий метод, опять же полагаясь на простую геометрию. Но только в 20-м веке мы смогли достичь высот, с которых возможно измерить кривизну Земли из космоса, и мы можем сделать это только потому, что можем сойти с двухмерной поверхности Земли и посмотреть на нее издалека.
Но само пространство немного сложнее. Да, это всего лишь геометрическая конструкция (хотя и несколько более сложная), но она имеет внутреннюю кривизну. Согласно правилам Общей теории относительности Эйнштейна, количество искривленного пространства нашей Вселенной напрямую связано с количеством вещества и энергии, которое у нас есть, а также с его глобальным расширением.
Плотные, тяжелые массы, такие как Солнце, вызывают очень большое количество кривизны в очень маленьких пространствах, достаточно значительных, чтобы изгибать звездный свет на достаточно значительные величины. Но это локальная кривизна, точно так же, как горы, долины и океанские волны являются локальной кривизной здесь, на Земле.
Что нас интересует, так это то, что вся Вселенная когда-нибудь снова замыкается в себя, и если да, то насколько она велика. Другими словами, эти локальные источники кривизны — это то, что нам не нужно принимать.
Земля тоже изгибает пространство вокруг себя. Помните, что мы используем два измерения в качестве иллюстрации, но в отличие от измерения кривизны двумерной поверхности Земли, где мы можем взлететь «вверх» и наблюдать планету внизу, нет никакого дополнительного пространственного измерения, через которое можно было бы двигаться назад от кривизны нашего трехмерного пространства. И все пространственные измерения изогнуты.
Поскольку отступить от Вселенной и наблюдать ее издалека не вариант, единственный способ получить хорошую оценку ее кривизны — это исследовать ее в самых больших масштабах, какие только возможны — так же, как мы делали это до космического полета на Земле — и попробовать сделать вывод о ее геометрии.
В принципе, это довольно просто. Точно так же, как любые три точки на поверхности могут помочь нам вычислить кривизну этой поверхности, вы можете сделать то же самое со всей Вселенной! Возьмите любые три точки, которые достаточно далеко друг от друга, измерьте расстояния между этими точками и относительные углы между ними, и вы сможете выяснить не только то, как изогнуто ваше пространство, но и каков радиус кривизны!
Конечно, вы можете представить три возможных случая. Во-первых, когда Вселенная изогнута положительно, как сфера более высокой размерности, во-вторых, когда Вселенная полностью плоская, как сетка более высокого измерения, и где Вселенная изогнута отрицательно, как «седло» более высокой размерности. В контексте общей теории относительности именно кривизна плотности энергии — количество вещества и всех других форм энергии — определяет эту кривизну.
© NASA / WMAP science team / Gary Hinshaw
В реальной жизни у нас нет искусственных объектов достаточно далеко, чтобы общаться с ними на расстоянии, необходимом для измерения кривизны.
Даже если бы мы это сделали, это заняло бы миллиарды лет. Но у нас есть световые сигналы, когда Вселенной было всего 380 000 лет, и они говорят нам, что такое Вселенная на расстоянии 46 миллиардов световых лет.
Флуктуации космического микроволнового фона — остатки большого взрыва — дают нам окно, позволяющее нам увидеть, как изгибается наша Вселенная.
Первые достоверные измерения этого результата были получены в эксперименте BOOMERANG в конце 1990-х годов, когда ученые впервые определили что Вселенная была неотличима от плоской и не была положительно или отрицательно изогнутой.
Это не значит, что она плоская, конечно. Если бы вы вышли на улицу и попытались измерить кривизну Земли прямо сейчас, но только в пределах 5 км от вашего текущего местоположения, вы бы обнаружили, что Земля соответствует плоскости, но она также может быть положительно или отрицательно изогнутой в большем масштабе, чем вы измеряете в настоящее время.
Так же и со Вселенной. Мы смогли измерить, что Вселенная, если она искривлена, имеет гораздо больший радиус кривизны, чем радиус нашей наблюдаемой Вселенной, который составляет около 46 миллиардов световых лет.
Но если бы мы могли сделать это измерение более точным, мы могли бы измерить гораздо меньшую кривизну, чем даже эта. Благодаря спутнику Планка у нас теперь есть колебания температуры по всему небу, измеренные с очень узким разрешением в десятые доли градуса.
И эти данные показывают нам то, что Вселенная не только согласуется с тем, чтобы быть плоской, она действительно, действительно плоская! Если Вселенная изгибается назад и замыкается сама в себе, ее радиус кривизны по меньшей мере в 250 раз больше той части, которую мы наблюдаем!
Это означает, что — даже без спекулятивной физики, такой как космическая инфляция и мультивселенные, — мы знаем, что вся Вселенная простирается на диаметр не менее 23 триллионов световых лет, включая ту часть, которая нам сегодня не видна.
То, что та ее часть, которую мы видим, неотличима от плоской, не означает, что она полностью плоская. Но это значит, что Вселенная намного больше, чем мы когда-либо увидим. Даже принятие этой минимально допустимой оценки для размера Вселенной означает, что самое большее, менее 0,00001% от объема Вселенной в настоящее время или когда-либо будет возможно к наблюдению для нас.
Как только вы добавите наши знания о темной материи и темной энергии и рассмотрите, как Вселенная будет расширяться в будущее, вы поймете, что мы никогда не увидим больше Вселенной, чем можем сейчас.
Так что все, что мы видим — от миллиардов звезд в нашей галактике до сотен миллиардов галактик, освещающих наблюдаемую Вселенную, — это лишь крошечная доля того, что на самом деле существует, за пределами того, что скорость света позволяет нам видеть.
Однако, можно весьма убедительно утверждать, что ненаблюдаемая Вселенная должна быть значительно больше, чем 23 триллиона световых лет в диаметре и размер наблюдаемой Вселенной к ненаблюдаемой соотносится как размер атома к размеру наблюдаемой Вселенной.
Однако самая большая проблема заключается в том, что у нас недостаточно информации для окончательного ответа на вопрос о размере Вселенной.
Мы знаем только, как получить доступ к информации, доступной в нашей наблюдаемой Вселенной: это 46 миллиардов световых лет во всех направлениях.
Ответ на самый большой из всех вопросов, является ли Вселенная конечной или бесконечной, может быть закодирован в самой Вселенной, но мы не можем получить достаточно информации, чтобы узнать ответ.
96. Насколько велика Вселенная?. Твиты о вселенной
96. Насколько велика Вселенная?
Для того чтобы ответить на вопрос, как велика Вселенная, в первую очередь необходимо определить, что мы имеем в виду, говоря слово «Вселенная».
Ключевой факт: Вселенная не существовала всегда. Она была «рождена». Из того, что возникло в колоссальном взрыве 13,7 млрд лет назад, — в Большом взрыве.
Факт рождения Вселенной означает, что мы видим галактики, свет от которых шел к нам не более 13,7 млрд лет. Для более удаленных объектов — свет все еще в пути.
Мы видим объекты — около 100 млрд галактик — расположенные в гигантском «пузыре» пространства, с центром на Земле, известном как «наблюдаемая Вселенная».
Расстояние до края наблюдаемой Вселенной составляет около 42 млрд световых лет, что дает для наблюдаемой Вселенной около 84 млрд световых лет в поперечнике.
Вопрос. Как может граница располагаться в 42 млрд световых лет отсюда, если Вселенной только 13,7 млрд лет? Ответ. На начальной стадии Вселенная расширялась или «раздувалась» быстрее света!
Примечание: скорость света — максимальная скорость только в эйнштейновской специальной теории относительности (1905). В общей теории относительности (1915) пространство может расширяться с любой скоростью.
Наблюдаемая Вселенная ограничена воображаемой границей, называемой «световой горизонт» и отмечающей самый далекий объект, который можно увидеть с помощью телескопа.
Но «космический горизонт» очень сильно похож на горизонт в море. Так же, как мы знаем, что большая часть океана находится за горизонтом, так и большая часть Вселенной — за космическим горизонтом.
Согласно теории «инфляции»[27], фактически может быть бесконечное количество областей Вселенной за пределами горизонта. Вселенная бесконечна!
IV.
Насколько пусто пространство?
IV. Насколько пусто пространство?
На последних нескольких страницах нас увело в сторону эзотерики — мы слишком много рассуждали о природе пространства и обо всем таком прочем, а теперь пора перейти к более конкретным разговорам. Так вот, давайте договоримся: если вы
21. Насколько велика Луна и как далеко она находится?
21. Насколько велика Луна и как далеко она находится?
Луна — наш ближайший космический сосед. Это также наш единственный естественный спутник и единственное небесное тело, на котором побывали люди.Среднее расстояние Земля — Луна (центр — центр) составляет 384 400 км. Если
41. Насколько опасны солнечные вспышки?
41. Насколько опасны солнечные вспышки?
Мощная солнечная вспышка может разрушить электрическую инфраструктуру, возвращая нас к эпохе использования пара.
К счастью, такие супервспышки очень редки.Первая из когда-либо наблюдаемых и самая мощная из зарегистрированных
59. Насколько тонки кольца Сатурна?
59. Насколько тонки кольца Сатурна?
Ответ: они невероятно тонкие. Кольца Сатурна, несмотря на протяженность более чем 100 000 км от внутреннего к внешнему краю, могут иметь толщину всего 20 м.Другими словами, если кольца сократить до 1 км в диаметре, они будут тоньше, чем
IV. Насколько пусто пространство?
IV. Насколько пусто пространство?
На последних нескольких страницах нас увело в сторону эзотерики – мы слишком много рассуждали о природе пространства и обо всем таком прочем, а теперь пора перейти к более конкретным разговорам. Так вот, давайте договоримся: если вы
Насколько велика Вселенная?
Вселенная невообразимо огромна.
- Наблюдаемая Вселенная — часть Вселенной, которую мы можем видеть
- Конечный возраст Вселенной и скорость света означают, что существует предел того, насколько далеко мы можем видеть
- Диаметр наблюдаемой Вселенной оценивается в 93 миллиарда световых лет
Вселенная невообразимо огромна. Человеческий мозг просто не способен по-настоящему охватить необъятность космоса. По мере того, как телескопы становились все более совершенными, ученые могут заглянуть в космос дальше, чем когда-либо прежде, и оценить фактический размер Вселенной. Насколько велика вселенная?
Наблюдаемая Вселенная
Компьютерное моделирование всей вселенной, часто называемой космической паутиной, NASA
Вселенная, которую мы можем видеть, называется наблюдаемой вселенной.
Наблюдаемая Вселенная, вероятно, является лишь частью Вселенной, а за ее пределами, вероятно, есть еще больше пространства, заполненного звездами и галактиками. Причина, по которой существует наблюдаемая Вселенная, заключается в том, что Вселенная не существует бесконечное количество времени. Скорее, Вселенная началась в результате Большого взрыва около 13,8 миллиардов лет назад. Конечный возраст Вселенной означает, что объекты за определенной точкой, называемой космическим горизонтом, просто находятся слишком далеко, чтобы их свет достиг наших глаз. Все, что мы можем сейчас увидеть во Вселенной, является частью нашего космического пузыря, называемого наблюдаемой Вселенной.
Космический горизонт
Галактика Водоворот находится на расстоянии почти 30 миллионов световых лет, а это означает, что мы видим ее такой, какой она была 30 миллионов лет назад, НАСА 9.
0010 Какими бы мощными ни становились телескопы, существует физический предел того, насколько далеко мы можем заглянуть во вселенную. Это потому, что Вселенная имеет конечный возраст и конечный предел скорости. Единственная причина, по которой мы можем видеть так далеко в космосе, заключается в том, что свет, излучаемый объектами, распространяется с огромной скоростью. Скорость света — самая быстрая известная вещь во Вселенной, и, насколько известно ученым, законы физики запрещают чему-либо превышать скорость света. Вселенная началась в результате Большого взрыва около 13,8 миллиардов лет назад, и, поскольку скорость света — конечное число, существует предел того, насколько далеко мы можем видеть во Вселенной. Вселенная просто не существовала достаточно долго, чтобы источники света за пределами определенной точки достигли наших глаз. Поскольку один световой год — это расстояние, которое свет проходит за год, было бы разумно предположить, что максимальное расстояние, которое мы можем видеть, составляет около 13,8 миллиардов световых лет, или возраст Вселенной.
Однако на самом деле это не так. Скорее, наблюдаемая Вселенная оценивается примерно в 93 миллиарда световых лет в поперечнике. Это, вероятно, кажется нелогичным, потому что скорость света конечна и является максимальной скоростью Вселенной. Однако интересным аспектом пространства является то, что оно может расширяться быстрее скорости света. Кроме того, когда мы смотрим в пространство, мы видим вещи такими, какими они были, а не такими, какие они есть. Свет от галактики, удаленной от нас на 30 миллионов световых лет, дошел до нас за 30 миллионов лет, поэтому мы видим эту галактику такой, какой она была 30 миллионов лет назад. Поскольку Вселенная сильно расширилась за это время, эта галактика на самом деле находится гораздо дальше от нас, чем мы можем видеть. Мы видим галактику в том положении, в котором она была 30 миллионов лет назад, но она больше не там, где мы ее видим, потому что с тех пор пространство расширилось. Когда астрономы учитывают эту разницу, они получают оценку в 93 миллиарда световых лет для диаметра наблюдаемой Вселенной.
Узнайте больше о Самый большой объект во Вселенной
Эйдан Ремпл в науке
Насколько велика Вселенная?
Вселенная очень, очень большое место. Насколько большой? Ну, трудно по-настоящему понять масштаб всего этого. Найти точный ответ на этот вопрос сложно по нескольким причинам, но одно из ключевых представлений о Вселенной, которое мы имеем, заключается в том, что у нас есть довольно четкое представление о том, насколько велика наблюдаемая Вселенная . Настоящая Вселенная состоит из областей, которые даже невозможно увидеть, и ученые на самом деле не знают, насколько велика эта великая неизвестная область на самом деле.
Лучший способ оценить размеры Вселенной — это измерить пространство световыми годами. Световой год — это расстояние, которое свет может пройти за один год, а свет движется очень быстро — около 186 000 миль в секунду. За один год свет проходит расстояние, эквивалентное шести триллионам миль, так что это хорошая отправная точка для представления необъятной природы космоса.
Когда вы смотрите в ночное небо и видите звезды, вы видите свет, испускаемый звездами в световых годах от нас. Этому свету потребовались годы, десятилетия и даже столетия, чтобы достичь наших глаз на планете Земля. Звезда, от которой исходил этот свет, возможно, уже не существует, учитывая, сколько времени потребовалось этому свету, чтобы достичь нас. Подумайте об этом на секунду. Когда вы смотрите на ночное небо, вы можете буквально видеть призраки звезд, которые перестали существовать сотни лет назад. Эта концепция применима и к нашему собственному Солнцу. Солнцу 93 миллиона миль, поэтому, если вы посмотрите на солнце, вы увидите, как оно выглядело 8 минут назад.
Довольно странно, да?
Галактика Млечный Путь
Итак, теперь, когда мы знаем шкалу, в которой мы измеряем огромное пространство космоса, давайте сделаем еще один шаг. Галактика Млечный Путь — это место, где находится планета Земля и наша Солнечная система. Наша родная галактика имеет диаметр около 100 000 световых лет. В Млечном Пути насчитывается от 200 до 400 миллиардов звезд, подобных нашему Солнцу. Среди этих 200-400 миллиардов звезд на Млечном Пути находится около 100 миллиардов планет.
100 миллиардов миров, подобных тем, что находятся в нашей Солнечной системе. Пусть эта фигура погрузится на секунду. По состоянию на 2018 год на планете Земля проживает около 7,6 миллиарда человек. Единственная планета посреди потенциальной песочницы других миров. Готовы поразить свой ум еще больше?
Ученые говорят, что в наблюдаемой Вселенной приблизительно 100 миллиардов галактик, хотя ожидается, что эта цифра подскочит до 200 миллиардов галактик, как только мы запустим более технологически продвинутые телескопы.