В какой мы живем вселенной: Вселенная, в которой мы живем — ПРЕОБРАЖЕНИЯ ГОСПОДНЯ

В какой Вселенной мы живем? Из архива журнала ЮТ :: Класс!ная физика

Пять веков Вселенной: в каком мы живем и что это значит?

Каждое живое существо на нашей планете рождается, взрослеет, становится старше и в конечном итоге умирает. Все эти законы действуют и за пределами Земли – звезды, солнечные системы и галактики тоже со временем погибают. Разница существует лишь во времени – то, что для нас с вами кажется вечностью, по меркам Вселенной полная ерунда. Но что на счет самой Вселенной? Как известно, она родилась после Большого взрыва 13,8 миллиардов лет назад, но что происходит с ней сейчас? Каков жизненный цикл самой Вселенной и почему исследователи выделяют пять этапов ее развития?

В жизненном цикле Вселенной существует 5 эпох. Прямо сейчас мы находимся во второй эре.

Содержание

• 1 Пять веков Вселенной
• 2 Первобытная эра
• 3 Звездная эра
• 4 Эра дегенерации
• 5 Эра черных дыр
• 6 Темная эра

Пять веков Вселенной

Астрономы считают, что пять этапов эволюции являются удобным способом представления невероятно долгой жизни Вселенной. Согласитесь, во времена, когда нам известно всего 5% о видимой Вселенной (остальные 95% занимает таинственная темная материя, существование которой только предстоит доказать), судить об ее эволюции довольно сложно. Тем не менее, исследователи пытаются понять прошлое и настоящее Вселенной, объединив достижения науки и человеческой мысли двух последних столетий.

Если вам посчастливилось оказаться под ясным небом в темном месте безлунной ночью, то при взгляде вверх вас ждет великолепный космический пейзаж. С помощью обычного бинокля можно увидеть умопомрачительное небесное полотно из звезд и пятен света, которые накладываются друг на друга. Свет от этих звезд достигает нашей планеты преодолевая огромные космические расстояния и пробивается к нашим глазам через пространство–время. Такова Вселенная космологической эпохи, в которой мы живем. Она называется звездная эрой, но есть еще четыре других.

Изображение составлено исследователями Принстонского университета, основываясь на снимках, полученных космическими телескопами NASA

Чтобы всегда быть в куре последних новостей из мира популярной науки и высоких технологий, подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Существует множество способов рассмотреть и обсудить прошлое, настоящее и будущее Вселенной, но один из них больше других привлек внимание астрономов. Первая книга о пяти веках Вселенной была опубликована в 1999 году, под названием «Пять веков Вселенной: внутри физики вечности». (последние обновления внесены в 2013 году). Авторы книги Фред Адамс и Грегори Лафлин дали название каждому из пяти веков:

• Первобытная эра
• Звездная эра
• Дегенеративная эра
• Эра Черных Дыр
• Темная эра

Необходимо отметить, что далеко не все ученые являются сторонниками этой теории. Тем не менее, многие астрономы находят разделение на пять этапов полезным способом обсуждения столь необычайно большого количества времени.

Первобытная эра

Первобытная эпоха Вселенной началась спустя секунду после Большого взрыва. Во время первого, очень маленького отрезка времени, пространства-времени и законов физики, как полагают исследователи, еще не существовало. Этот странный, непостижимый интервал называется планковской эпохой, считается, что она длилась 1044 секунды. Важно принимать во внимание и то, что многие предположения о планковской эпохе, основаны на гибриде общей теории относительности и квантовых теорий, называемой теорией квантовой гравитации.

На изображении все пять эпох Вселенной обозначены разными цветами

В первую секунду после Большого взрыва началась инфляция – невероятно быстрое расширение Вселенной. Через несколько минут плазма начала остывать, и субатомные частицы начали образовываться и склеиваться. Через 20 минут после Большого Взрыва – в сверхгорячей, термоядерной Вселенной – начали формироваться атомы. Охлаждение шло быстрыми темпами, пока во вселенной не осталось 75% водорода и 25% гелия, что похоже на то, что происходит сегодня на Солнце. Примерно через 380 000 лет после Большого Взрыва Вселенная остыла настолько, что начали формироваться первые устойчивые атомы и появилось космическое фоновое микроволновое излучение, которое астрономы называют реликтовым излучением.

Читайте также: Ученые приблизились к пониманию того, почему существует Вселенная

Звездная эра

Мы с вами живем в звездную эпоху – в это время большая часть материи, существующей во Вселенной, принимает форму звезд и галактик. Первые звезды во Вселенной – недавно мы рассказывали вам о ее обнаружении – были огромными и закончили свою жизнь в виде вспышек сверхновых, что привело к образованию множества других, более мелких звезд. Движимые силой гравитации, они сближались друг с другом образовывая галактики.

У звезд и галактик, как и у нас с вами, свой срок жизни

Одна из аксиом звездной эры состоит в том, что чем больше звезда, тем быстрее она сжигает свою энергию, а затем умирает, как правило, всего за пару миллионов лет. Более мелкие звезды, потребляющие энергию медленнее, дольше остаются активными. Ученые предсказывают, что наша галактика Млечный Путь, например, столкнется и объединится с соседней галактикой Андромеды примерно через 4 миллиарда лет, чтобы сформировать новую. Кстати, наша Солнечная система может пережить это слияние, но возможно, Солнце погибнет гораздо раньше.

Эра дегенерации

Следом идет эра дегенерации (вырождения), которая начнется примерно через 1 квинтиллион лет после Большого Взрыва и продлится до 1 дуодециллиона после него. В этой период во Вселенной будут доминировать все видимые сегодня остатки звезд. На самом деле на космических просторах полно тусклых источников света: белые карлики, коричневые карлики и нейтронные звезды. Эти звезды гораздо холоднее и излучают меньше света. Таким образом, в эпоху дегенерации Вселенная будет лишена света в видимом спектре.

Тусклые остатки когда-то ярких звезд будут преобладать во Вселенной в эру дегенерации

В течение этой эры маленькие коричневые карлики будут удерживать большую часть доступного водорода, а черные дыры будут расти, расти и расти, питаясь остатками звезд. Когда водорода вокруг будет не достаточно, Вселенная со временем станет тусклее и холоднее. Затем протоны, существовавшие с самого начала Вселенной, начнут погибать, растворяя материю. В результате во Вселенной в основном останутся субатомные частицы, излучение Хокинга и черные дыры.

Излучение Хокинга – гипотетический процесс излучения черной дырой разнообразных элементарных частиц, преимущественно фотонов; назван в честь британского физика-теоретика Стивена Хокинга.

Эра черных дыр

В течение значительного периода времени черные дыры будут доминировать во Вселенной, втягивая в себя остатки массы и энергии. Однако в конце концов они испарятся, хотя и очень медленно.

К концу этого периода останутся фотоны, электроны, позитроны и нейтрино.

Авторы книги полагают, как пишет Big Think, что когда черные дыры наконец испарятся, возникнет небольшая вспышка света – единственная оставшаяся энергия во Вселенной. В этот момент Вселенная будет почти историей, содержащей только низкоэнергетические, очень слабые субатомные частицы и фотоны.

Темная эра

В конечном итоге электроны и позитроны, дрейфующие через пространство будут сталкиваться друг с другом, иногда образуя при этом атомы прозитрония. Эти структуры являются нестабильными, однако и их составные частицы в конечном итоге будут уничтожены. Дальнейшее уничтожение других низкоэнергетических частиц будет продолжаться, хотя и очень медленно. Но этой ночью взгляните в ночное небо, полное звезд и ни о чем не беспокойтесь – они еще очень долго никуда не денутся, а наше понимание Вселенной и времени в будущем может измениться.

ВСЕЛЕННАЯ, В КОТОРОЙ МЫ ЖИВЕМ . Путешествия в космос

Человек довольно отчетливо представил себе и место, занимаемое нашей планетой в бесконечной Вселенной.

Наша Земля является одной из планет солнечной системы. В центре этой системы находится раскаленное Солнце. Температура его поверхности достигает 6000°, масса — в 333 432 раза больше массы земного шара. Попробуем представить себе в масштабе модель этой системы Земля — Солнце. Землю обозначим при этом крохотным кружочком диаметром всего 5 миллиметров.

Приготовьтесь к тому, что нам не хватит листа бумаги для того, чтобы изобразить эту величественную модель. Не хватит и стола и площади комнаты. Ибо центр Солнца придется отнести от Земли на целых 59 метров и обозначить его кружком диаметром чуть больше полуметра.

В гигантской окружности, которую мы можем теперь провести, заключены орбиты двух внутренних планет — Меркурия и Венеры. Чтобы обозначить первую, надо будет нарисовать кружок диаметром меньше 2 миллиметров на расстоянии приблизительно 23 метров от кружка, обозначающего Солнце, — это и будет Меркурий; второй кружок нарисуем на расстоянии 43 метров от Солнца — это будет Венера.

Для того чтобы на нашем плане изобразить всю солнечную систему, провести орбиту крайней известной нам планеты — Плутона, не хватит уже территории, занимаемой стадионом «Динамо». Ведь кружок, изображающий эту планету, придется отнести от центра системы на 2 километра 330 метров! Описанная этим радиусом окружность и обозначит известные нам сегодня границы солнечной системы. Наша модель займет площадь около 17 кв. километров!

Попробуйте с верхнего ряда трибуны стадиона «Динамо» рассмотреть гривенник, лежащий в центре футбольного поля. Это, конечно, невозможно. Так же невозможно, поднявшись над нашей моделью на расстояние, достаточное для того, чтобы можно было сразу всю ее окинуть взглядом, увидеть хотя бы один из нарисованных кружков — планет, так они мелки по сравнению с площадью, занимаемой их орбитами.

Если бы мы захотели теперь еще расширить модель так, чтобы можно было нанести на ней, соблюдая масштаб, положение ближайших к нашему Солнцу звезд, нам не хватило бы территории всего материка Евразии. Ведь ближайшая соседка нашего Солнца в космических пространствах — эта скромная звездочка, видимая только на небе Южного полушария, которая так и называется Проксима, что значит «Ближайшая», — находится от нас на расстоянии в 40 тыс. миллиардов километров. Луч света, пролетающий за секунду 300 тыс. километров, идет к нам от нее в продолжение 4,27 года.

Уменьшим нашу модель в миллион раз так, чтобы орбита Плутона сжалась до размера, чуть меньшего, чем тот 5-миллиметрового диаметра кружок, которым мы вначале обозначили Землю. Конечно, на таком плане нельзя уже будет рассмотреть кружков-планет и в самый лучший микроскоп. Даже Солнце будет на нем изображаться точкой величиной в долю микрона. Может быть, теперь удастся нам в наших земных условиях обозначить на планете место ближайшей звезды в пространстве. Да, удастся. Но, чтобы сделать это, надо иметь лист бумаги в несколько километров величиной. Ибо даже в этом масштабе Проксиму придется отметить точкой, находящейся на расстоянии 31 километра от солнечной системы!

Такова масштабная модель межзвездных пространств: Солнце, изображенное в виде пылинки, видимой лишь в микроскоп, десятки километров космических пространств, и снова такое же Солнце-пылинка. И это — ближайшие соседи! И не просто ближайшие соседи в космосе, а ближайшие соседи в звездной системе.

Как удалось в настоящее время установить астрономам, наше Солнце является членом колоссальной звездной системы, состоящей примерно из 150 млрд. звезд, называемой Галактикой. Звезды нашей Галактики мы видим в ясные ночи, скопление слабых звезд Галактики образует тот Млечный Путь, что широкой белой лентой лежит на небе. Он охватывает нашу Землю кругом. Значит, мы находимся не на самой окраине нашего звездного города.

^{Художник Н. И. Гришин}

^{Шаг за шагом завоевывал человек атмосферу, все выше и выше проникая в ее заоблачные дали чуткими органами своих приборов. На высоту лишь немногим больше 20 км поднимаются современные самолеты. Но и эта скромная на наш сегодняшний взгляд высота превосходит более чем в два раза высочайшие горные вершины и области, в которые осмеливаются залетать самые могучие птицы. На 22 км над поверхностью Земли поднимались стратостаты, до высоты в 36,5 км — радиозонды и до 40 км — шары-зонды. На этой высоте обычно догорают метеоры.}

^{Во много раз подняли «потолок», достигнутый человеком, ракеты. Одноступенчатая ракета «Викинг» со взлетным весом в 7,5 тонны 24 мая 1954 года достигла рекордной высоты — 254 км. Ее полет длился 10 минут, а максимальная развитая ею скорость составляла 8880 км в час. Почти удвоил этот рекорд полет составной двухступенчатой ракеты, достигнувшей высоты 480 км. Где-то, в пределах уже разведанных ракетами высот скоро будет создан искусственный спутник Земли.}

Величина этого города колоссальна. Если бы мы захотели нанести его очертания на плане, на котором мы изобразили Солнце и Проксиму, у нас бы ничего не вышло: диаметр нашего звездного города равен примерно 85 тыс. световых лет. Солнце находится на расстоянии примерно 23 тыс. световых лет от его центра. В общем потоке бесчисленных звезд летит Солнце вокруг центра Галактики со скоростью около 250 километров в секунду. Полный оборот оно делает примерно за 180 млн. лет. Снова всей территории нашего материка не хватит для того, чтобы даже в таком уменьшенном масштабе мы могли начертать область, которую уже объял человек силой своего разума.

Но и это еще не крайние границы известной нам части бесконечной Вселенной. Астрономы нашли в ее черных глубинах огромное количество галактик, подобных нашей. До некоторых из них удалось даже измерить расстояние. Оно оказалось колоссальным: сотни тысяч и миллионы лет идет к нам свет от соседних нам звездных систем.

Так что же — подавить своим величием, необъятностью, беспредельностью должна наше воображение, наш разум эта открытая уже нами Вселенная?

Нет!

Наоборот, уверенность в безграничных возможностях человеческой мысли, уверенность в познаваемости любых явлений природы рождает в нас эта величественная картина уже постигнутого нами.

Всего 300 с небольшим лет тому назад Галилео Галилей впервые направил на небо свой телескоп. Он с трудом мог разглядеть в него самую общую картину ближайших «окрестностей» нашей Земли. А сегодня мы уже готовимся к дерзкой попытке отправиться туда, на разведку этих «окрестностей». Надо ли добавить, что завоевание ближайших планет не будет последним шалом человечества на этом пути?! И не так ли мы присматриваемся сейчас к звездам, как 300 лет назад Галилей к планетам?!

^{Такой выглядит Земля с высоты нескольких сотен км.}

Мы живем в особой части Вселенной?

Фрейзер Кейн, Universe Today

Обсерватория ESO Ла Силья на севере Чили. Предоставлено: Изток Бонина / ESO

Мы уже говорили о том, что вы живете в центре вселенной. Я не собираюсь говорить, что вся вселенная вращается вокруг тебя… но мы оба знаем, что это так. Значит ли это, что в том месте, где мы живем, есть что-то особенное?

Это разумный ход мыслей, и именно так зародилась современная наука. Первые астрономы предполагали, что Солнце, Луна, планеты и звезды вращаются вокруг Земли. Что Земля была особенным и уникальным местом, отличным от остальной вселенной.

Но когда астрономы начали ломать голову над природой законов физики, они поняли, что Земля не такая особенная, как они думали. На самом деле законы природы, управляющие силами на Земле, одинаковы во всей Вселенной. Когда Исаак Ньютон распутывал законы гравитации здесь, на Земле, он понял, что должны быть те же самые силы, которые заставили Луну вращаться вокруг Земли, а планеты вращаться вокруг Солнца.

Что свет от солнца — это то же явление, что и свет от других звезд.

Когда астрономы рассматривают Вселенную в самых больших масштабах, они предполагают, что она однородна и изотропна. Технические слова, я знаю, вот что они означают.

Когда астрономы говорят, что Вселенная однородна, это означает, что наблюдатели в любой части Вселенной будут видеть примерно то же самое, что и наблюдатели в любой другой части. Могут быть локальные различия, такие как наша в основном безвредная планета Земля, вращающаяся вокруг будущего курса межзвездного обхода. Или планета-пустыня с двумя солнцами, или болотистый мир в системе Дагоба.

В самых мелких масштабах они будут другими. Но по мере того, как вы переходите к все большему и большему масштабу, все это просто планеты, звезды, галактики, скопления галактик и черные дыры. И если вы расфокусируете глаза, все выглядит примерно так же.

Изотропность означает, что Вселенная выглядит одинаково во всех направлениях. Если бы вы парили в одиночестве в космической пустоте, вы могли бы посмотреть влево, вправо, вверх, вниз на край наблюдаемой Вселенной и увидеть галактики, скопления галактик и, в конечном счете, космическое микроволновое фоновое излучение во всех направлениях. Все направления выглядят одинаково.

Это известно как космологический принцип, и это одна из основ астрономии, потому что это означает, что у нас есть шанс понять физические законы Вселенной.

Вид на Омегу Центавра с телескопа Хаббл. Авторы и права: НАСА / ЕКА / Команда Hubble SM4 ERO

Если бы Вселенная не была однородной и изотропной, то это означало бы, что физические законы, как мы их понимаем, невозможно понять. Прямо за космологическим горизонтом сила гравитации может действовать в обратном направлении, скорость света может быть меньше скорости ходьбы, а единороги могут быть реальными.

Это может быть правдой, но мы должны предположить, что это не так. И наши текущие наблюдения, по крайней мере, за сферой в 13,8 миллиарда световых лет вокруг нас во всех направлениях подтверждают это.

Хотя мы не живем в каком-то особом месте во Вселенной, мы живем в особое время во Вселенной. В далеком будущем, через миллиарды или даже триллионы лет, галактики будут улетать от нас так быстро, что их свет никогда не достигнет нас. Космическое фоновое микроволновое излучение будет смещено в красную сторону настолько, что его будет совершенно невозможно обнаружить.

Астрономы будущего не будут знать, что за Млечным Путем когда-либо существовала более великая космология. Доказательства Большого Взрыва и продолжающегося расширения Вселенной будут потеряны навсегда.

Если бы мы не жили так, как живем сейчас, через миллиарды лет от начала Вселенной, мы бы никогда не узнали правды.

Мы не можем чувствовать себя особенными в отношении нашего места во Вселенной, вероятно, оно одинаково, куда бы вы ни пошли. Но мы можем чувствовать себя особенными в отношении нашего времени во Вселенной. Астрономы будущего никогда не будут понимать космологию и историю космоса так, как это делаем мы сейчас.

Узнать больше

Почему галактики удаляются быстрее скорости света?

Источник:
Universe Today

Цитата :
Мы живем в особой части Вселенной? (2016, 4 апреля)
получено 18 октября 2022 г.
с https://phys.org/news/2016-04-special-universe.html

Этот документ защищен авторским правом. Помимо любой добросовестной сделки с целью частного изучения или исследования, никакие
часть может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в ознакомительных целях.

Живем ли мы в мультивселенной? : ScienceAlert

(Виктор Де Шванберг/Science Photo Library/Getty Images)

Насколько нам сейчас известно, существует единственный расширяющийся сгусток пространства-времени, испещренный триллионами галактик, — это наша Вселенная. Если есть и другие, у нас нет убедительных доказательств их существования.

Тем не менее, у теорий космологии, квантовой физики и самой философии науки есть несколько проблем, которые можно было бы решить, если бы наш сгусток «всего» не был, ну, всем.

Это не означает, что должны существовать другие вселенные . Но что, если они это сделают?

Что такое вселенная?

На этот вопрос должен быть простой ответ. Но разные области науки будут иметь немного разные взгляды на то, что такое вселенная.

Космологи могли бы сказать, что это описывает общую массу материи (и пространство между ними), которая медленно расширялась из высококонцентрированного объема за последние 13,77 миллиардов лет, становясь все более беспорядочной с возрастом.

Теперь он простирается на 93 миллиарда световых лет от края до края, по крайней мере, исходя из всего видимого (и невидимого) материала, который мы можем каким-то образом обнаружить. За этим пределом есть либо вещи, которые мы не можем видеть, бесконечное пространство небытия, либо — в маловероятном сценарии, когда все пространство изгибается вокруг самого себя — обратный путь обратно к началу через гиперсферическую вселенную.

Однако, если мы говорим о квантовой физике, вселенная может относиться ко всем полям и их частицам, а также к их совокупному влиянию друг на друга. Как правило, Вселенная (по крайней мере, как наша) — это закрытая система, а это означает, что она не может внезапно потерять или получить значительную сумму энергии.

С философской точки зрения вселенная может быть дискретным набором фундаментальных законов, управляющих поведением всего, что мы наблюдаем. Вселенная будет определяться своими собственными правилами, которые определяют ее уникальную скорость для света, сообщают частицам, как их толкать или тянуть, или как пространство должно расширяться.

Что такое мультивселенная в космологии?

Столетие астрономических наблюдений многое рассказало нам о возрасте, размере и эволюции галактик, звезд, материи и четырех измерений, которые мы суммируем как пространство-время.

Одно мы знаем с большой уверенностью: все, что мы видим сейчас, расширяется с ускорением. Это логически подразумевает, что Вселенная, по крайней мере та, в которой мы живем, раньше была намного меньше.

(NASA/JPL)

Теоретически мы можем сжать всю материю Вселенной до точки, где концентрация энергии превращает атомы в суп из более простых частиц, а силы объединяются до тех пор, пока мы не сможем их различить. Любые меньше, чем это? Большой пожимает плечами.

Если мы придерживаемся так называемой циклической модели космологии, родительская вселенная каким-то образом предшествовала нашей. Он может быть даже очень похож на этот, только работает в обратном направлении по сравнению с нашим, сжимаясь со временем в концентрированную точку только для того, чтобы по какой-то причине вернуться обратно. Разыгрывая вечность, мы могли бы представить себе, как соответствующие вселенные скачут вперед и назад в бесконечном эффекте йо-йо, растущем и разрушающемся.

Или, если мы придерживаемся так называемой конформной циклической модели, вселенные расширяются в течение триллионов за триллионами лет, пока их холодные точечные частицы не рассредоточятся настолько, что для всех математических целей все выглядит и действует как совершенно новая вселенная. .

Если вам это не нравится, есть шанс, что наша Вселенная — это белая дыра — гипотетическая задняя часть черной дыры из другой вселенной. Что логически может означать, что все черные дыры в нашей Вселенной могут быть родителями, отщипывая новые вселенные, как космические амебы.

Что такое мультивселенная в квантовой физике?

В начале прошлого века физики нашли теории, которые описывали материю как крошечные объекты, рассказывающие только половину истории. Другая половина заключалась в том, что материя вела себя так, как будто она также обладала характеристиками волны.

Что именно означает эта двойная природа реальности, до сих пор остается предметом споров, но с математической точки зрения эта волна описывает взлет и падение азартной игры. Вероятность, как вы видите, встроена в тот самый механизм, из которого состоят механизмы вселенной, подобной нашей.

Конечно, это не наш повседневный опыт в виде огромных коллекций атомов. Когда мы отправляем ведро молекул, называемое ракетой, на Луну, когда она пролетает более 300 000 километров, мы не бросаем кости. Классическая старая физика так же надежна, как завтрашний восход солнца.

Но чем ближе мы приближаем область пространства или времени, тем больше нам нужно учитывать возможный диапазон измерений, которые мы можем найти.

Эта случайность не является результатом чего-то, чего мы не знаем, а потому, что сама Вселенная еще не приняла решения. В квантовой механике также нет ничего, объясняющего этот переход, поэтому нам остается только догадываться, что все это значит.

В своей докторской диссертации 1957 года американский физик Хью Эверетт предположил, что диапазон возможностей так же реален, как и одна другая, представляя настоящие реальности — отдельные вселенные, если хотите — такие же, как та, с которой мы все знакомы.

Что отличает любую вселенную в этой интерпретации многих миров, так это то, как каждая волна коррелирует с определенным измерением других волн, явление, которое мы называем запутанностью.

Что означает «мы» и почему «мы» переживаем один запутанный набор волн над другим, неясно, и в некотором смысле представляет собой еще более серьезную проблему, требующую решения.

Что такое мультивселенная в философии?

Одно из самых фундаментальных исходных предположений науки состоит в том, что, несмотря на то, что говорит вам ваша мать, вы не особенный. Ни любой другой человек, ни наша планета, ни, в более широком смысле, наша Вселенная.

Хотя время от времени происходят редкие события, мы не отвечаем на Большие Вопросы словами «так уж получилось».

Так почему же наша Вселенная, кажется, обладает правильным перетягиванием каната сил, которые позволяют не просто частицам появляться, но и застывать в течение достаточно долгого времени в атомы, которые могут подвергаться сложным химическим процессам, чтобы произвести мыслящие умы, подобные нашему?

С философской точки зрения, антропный принцип (или принципы, поскольку есть много разных способов изложить эту идею) предполагает, что мы можем иметь его наоборот. Без этих условий не возникло бы и мысли об удивительном повороте событий.

Если бы хоть одна вселенная «просто так случилась» ранним весенним утром, это было бы одно большое совпадение. Слишком большой на самом деле.

Но если бы существовали бесконечные вселенные с бесконечными комбинациями сил, толкающих и притягивающих, некоторые из них неизбежно породили бы умы, которые просто могли бы спросить: «Являемся ли мы частью мультивселенной?»

Откроем ли мы когда-нибудь другие вселенные?

Учитывая, что само определение вселенной опирается на своего рода физический забор, отделяющий влияющие факторы, трудно представить, как мы могли бы когда-либо наблюдать существование брата или сестры для нашей вселенной. Если бы мы это сделали, мы могли бы в любом случае рассматривать его как расширение нашей собственной Вселенной.

Тем не менее, могут быть некоторые читы, которые могут дать нам представление.

Любой эксперимент по его обнаружению должен полагаться на то, что в этом «заборе» есть несколько отверстий, которые позволяют частицам или энергии просачиваться либо внутрь нас, либо от них. Или, в случае вселенных, существовавших в нашем прошлом, монументальные события, оставившие достаточно шрамов, которые не могло стереть даже перерождение.

На данный момент у нас все еще нет веских причин думать, что наша капля всего не уникальна. Учитывая, что мы все еще изучаем, как работает наша собственная Вселенная, нынешние пробелы в физике все еще могут быть заполнены без необходимости воображать реальность, отличную от нашей.

Однако в бесчисленных других версиях этой статьи, разбросанных по мультивселенной, вопрос о том, одиноки ли мы, может иметь другой ответ.

Все пояснения определяются специалистами по проверке фактов как правильные и актуальные на момент публикации. Текст и изображения могут быть изменены, удалены или добавлены по решению редакции для обеспечения актуальности информации.

Что мы на самом деле знаем о Вселенной?

Практически с любой точки зрения существование довольно странное и странное. Но когда вы доберетесь до фундаментальной физики всего этого, все станет еще более странным! Хотя многим может показаться, что в сфере науки все четко и упорядоченно. Но так ли это на самом деле?

На протяжении тысячелетий ученые и философы вели бесконечные споры о том, упорядочены жизнь и космос или нет. Науки не были застрахованы от этих споров, и многие важные открытия были сделаны либо той, либо другой школой мысли.

Информация о движении планет, гравитации, атомной теории, относительности, квантовой механике и крупномасштабной структуре Вселенной иногда использовалась для придания веса идеям порядка и хаоса.

В настоящее время в этом вопросе много неясностей, и будущие открытия могут помочь разрешить его. Но в то же время полезно подвести итоги тому, что мы узнали, и что это может рассказать нам о жизни, какой мы ее знаем.

Панорамный вид на Млечный Путь.          Источник: ESOS. Brunier/Wikimedia Commons

Что такое Вселенная?

Слово «Вселенная» происходит от латинского «Universum», которое использовалось римскими авторами для обозначения космоса, каким они его знали. Сюда входили Земля и вся жизнь, а также Луна, Солнце, планеты, о которых они знали (Меркурий, Венера, Марс, Юпитер, Сатурн) и звезды.

Термин «космос», с другой стороны, происходит от греческого слова космос , что означает «порядок» или «мир». Другие слова, обычно используемые для определения всего известного существования, включают «природу» (от германского слова natur ) и английское слово «все» (не требующее пояснений).

Сегодня слово Вселенная используется учеными для обозначения всей существующей материи и пространства. Сюда входят Солнечная система, Млечный Путь, все известные галактики и надстройки. С точки зрения современной науки и астрофизики, это также включает в себя все время, пространство, материю, энергию и фундаментальные силы, которые их связывают.

Космология, с другой стороны, используется для описания изучения Вселенной (или космоса) и связывающих ее сил. Благодаря тысячелетнему изучению, то, что мы знаем о физической Вселенной, выросло как на дрожжах. И все же, есть еще так много, что мы не понимаем.

Чтобы понять, где мы находимся сегодня, мы должны сначала оглянуться назад. ..

История космологии

Люди изучают природу существования практически с тех пор, как они научились ходить прямо и говорить. Однако большая часть того, что мы знаем об изучении космоса, восходит лишь к существованию письменных источников.

К счастью, многие из этих записей происходят из устных преданий, предшествовавших письменности, поэтому общее представление о том, во что верили наши предки, существует. То, что мы знаем, указывает на то, что самые ранние описания сотворения Вселенной носили символический и метафорический характер.

Насколько мы можем судить, у каждой существовавшей культуры была своя собственная версия истории сотворения. Во многих временах вся жизнь начиналась с одного события, когда Бог или боги были ответственны за создание мира, небес и всего, что между ними. Большинство историй сотворения мира либо включали, либо завершались рождением человечества.

Археологические данные свидетельствуют о том, что еще в 8000 г. до н.э. люди отслеживали небесные события, такие как движение Луны, для создания календарей. Ко 2-му тысячелетию до нашей эры астрономия начала формироваться как область исследования.

Некоторые из самых ранних зарегистрированных наблюдений за небом приписываются древним вавилонянам. Они продолжали формировать космологические и астрологические традиции культур Ближнего Востока и Средиземноморья на тысячи лет вперед.

Впечатление художника от «Стрелы времени». Источник: NASA/GSFC

Понятие конечного времени иногда восходит к этому периоду и, возможно, к зороастрийской религии. В основе этого лежит вера в то, что Вселенная была создана, представляет собой развертывание божественного плана и имеет конец.

Более поздние доктрины утверждали, что время началось с творения, или самосотворения, и закончится триумфом порядка над хаосом и версией Судного Дня, когда все творение воссоединится с Творцом. Эти концепции, вероятно, были переданы в иудаизм примерно в 6 веке до нашей эры с персидским завоеванием Вавилона.

Представление о времени как о линейной последовательности на протяжении тысячелетий использовалось в западной космологии и существует до сих пор (например, в теориях «Большого взрыва» и «Стрелы времени»).

Между В 8 веке до н.э. и в 6 веке н.э. (период, который часто называют «классической древностью») концепция о том, что Вселенной управляют физические законы, начала набирать все большее распространение. Как в Индии, так и в Греции в то время ученые начали предлагать объяснения природных явлений, подчеркивая причину и следствие.

Рождение атома

К V веку до нашей эры греческий философ Эмпедокл предположил, что Вселенная состоит из четырех элементов: земли, воздуха, воды и огня. Примерно в то же время в Китае возникла аналогичная система, состоящая из пяти элементов земли, воды, огня, дерева и металла.

Эта идея стала влиятельной, но вскоре ей противостоял греческий философ Левкипп, который теоретизировал идею о том, что Вселенная состоит из неделимых частиц, известных как «атомос» (по-гречески «неразделимый»).

Эту концепцию популяризировал его ученик Демокрит (460–370 гг. до н. э.), который утверждал, что атомы неразрушимы, вечны и определяют свойства всей материи.

Греческий философ Эпикур (341–270 гг. до н. э.) уточнял и развивал эту идею. По этой причине он стал ассоциироваться со школой философии, которую он вдохновил (эпикурейство).

Индийский философ Канада, который, как считается, жил между 6 и 2 веками до нашей эры, предложил аналогичную идею. В его философии вся материя состоит из «параману» — неделимых и неразрушимых частиц. Он также предположил, что свет и тепло представляют собой одно и то же вещество в разной форме.

Частицы Стандартной модели физики элементарных частиц. Источник: Даниэль Домингес/ЦЕРН

Индийский философ Диньяна (480–540 гг. н.э.), который был одним из буддийских основателей индийской логической школы, пошел еще дальше, предположив, что вся материя состоит из энергии.

Эти теории были в значительной степени забыты на Западе, но остались популярными среди исламских и азиатских ученых, которые перевели их на арабский и другие языки. Примерно к 14 веку интерес к «атомизму» возродился на Западе благодаря переводу классических произведений обратно на латынь.

Место Земли в Солнечной системе

Между 2-м тысячелетием до н.э. и 2-м веком н.э. астрономия и астрология продолжали развиваться и развиваться. В это время астрономы следили за правильным движением планет и движением созвездий по Зодиаку.

В это же время греческие астрономы сформулировали геоцентрическую модель Вселенной, в которой Солнце, планеты и звезды вращаются вокруг Земли.

Самые популярные

Эти традиции были обобщены в математическом и астрономическом трактате II века н.э., Альмагест , написанном греко-египетским астрономом Клавдием Птолемеем (он же Птолемей).

Этот трактат и содержащаяся в нем космологическая модель будут считаться каноном многими средневековыми европейскими и исламскими учеными и останутся авторитетным источником по астрономии более тысячи лет.

В Средние века (ок. 5-15 вв. н.э.) индийские, персидские и арабские ученые поддерживали и расширяли классические астрономические традиции. В то же время они дополнили их, предложив некоторые революционные идеи — вроде вращения Земли.

Некоторые ученые пошли еще дальше и предложили гелиоцентрические модели Вселенной — например, индийский астроном Арьябхата (476–550 гг. н. э.), персидские астрономы Альбумасар (787–886 гг. н. э.) и Аль-Сиджзи (945–1020 гг. н. э.).

Возможно, их работы были вдохновлены более ранними работами Аристарха Самосского (310–230 гг. до н. э.), Селевка Селевкианского (190–150 гг. до н. э.) и некоторых философов-пифагорейцев 4–5 веков до н. э.

«Фигура небесных тел». Источник: Бартоломеу Велью/BNF 9.0060

К 16 веку Николай Коперник опубликовал полную модель гелиоцентрической Вселенной. Первоначально он предложил эту модель в 40-страничной рукописи под названием Commentariolus («Маленький комментарий»), которая была опубликована в 1514 году. Они постулировали, что:

1. Не существует единого центра всех небесных сфер или сфер.
2. Центр Земли является центром не Вселенной, а только гравитации и лунной сферы.
3. Все сферы окружают Солнце, которое находится как бы в середине их всех, так что центр вселенной находится рядом с Солнцем.
4. Отношение расстояния Земли от Солнца к высоте небосвода настолько меньше отношения радиуса Земли к ее расстоянию от Солнца, что расстояние между Землей и Солнцем незаметно по сравнению с высотой небосвода.
5. Любое движение, возникающее на небосводе, связано не с ним, а с Землей. Соответственно, Земля вместе с окружающими ее элементами совершает полный оборот на своих неподвижных полюсах в суточном движении, в то время как небосвод и высшее небо остаются неизменными.
6. То, что кажется нам движением Солнца, обусловлено не его движением, а движением Земли и нашей сферы, с которой мы вращаемся вокруг Солнца, как [мы обращались бы с] любой другой планетой. Таким образом, Земля совершает более одного движения.
7. То, что проявляется в планетах как [чередование] обратного и прямого движения, обусловлено не их движением, а движением Земли. Таким образом, одного только движения Земли достаточно [для объяснения] столь многих кажущихся неровностей в небе .

Коперник расширил эти идеи в своем magnum opus – De Revolutionibus orbium coelestium ( Об обращениях небесных сфер ) – , который он закончил в 1532 году. Однако, опасаясь преследований, Коперник не позволил ему публиковаться незадолго до его смерти (в 1534 г.).

В этой работе Коперник повторяет свои семь основных аргументов и приводит подробные расчеты в их поддержку. Его идеи впоследствии вдохновили итальянского астронома, математика и изобретателя Галилео Галилея (1564–1642).

Галилей использовал созданный им телескоп, свое понимание физики и математики и строгое применение научного метода для уточнения наблюдений и расчетов Коперника.

Наблюдения Галилея за Луной, Солнцем и Юпитером оказали большое влияние и помогли выявить недостатки геоцентрической модели. Его наблюдения Луны, например, выявили изрытую и покрытую кратерами поверхность, в то время как его наблюдения Солнца выявили солнечные пятна.

Сравнение геоцентрической и гелиоцентрической моделей. Источник: history.ucsb.edu

Он также был ответственен за открытие крупнейших спутников Юпитера — Ио, Европы, Ганимеда и Каллисто, которые позже будут названы «Галилеевыми спутниками» в его честь.

Эти открытия противоречили давним представлениям о том, что небеса представляют собой идеальные сферы (в соответствии с христианской теологией) и что ни у одной планеты, кроме Земли, нет спутников.

Его наблюдения за планетами показали, что их внешний вид и положение на небе соответствовали теории о том, что они вращаются вокруг Солнца.

Он поделился своими наблюдениями в таких трактатах, как Sidereus Nuncius ( The Starry Messenger ) и On the Spots Observed in the Sun, , оба из которых были опубликованы в 1610 году.

Но это был его трактат 1632 года, Dialogo sopra i due massimi sistemi del mondo ( Диалог о двух главных мировых системах) , где выступал за гелиоцентрическую модель Вселенной.

Иоганн Кеплер (1571-1630) усовершенствовал модель с помощью своих законов движения планет, которые продемонстрировали, что орбиты планет были эллиптическими, а не идеальными кругами (как утверждали Галилей и предыдущие астрономы).

Это эффективно разрешило «Великий спор» о природе Солнечной системы и сделало гелиоцентризм научным консенсусом с конца 17 века.

От Солнечной системы к Млечному Пути

Еще одним революционным открытием, сделанным в 17 и 18 веках, стало осознание того, что наша Солнечная система не уникальна. Благодаря изобретению телескопа наше представление о Млечном Пути резко изменилось.

Вместо того, чтобы быть гигантским облаком в форме полосы (как считалось ранее), астрономы начали понимать, что туманная структура, которую они наблюдали в ночном небе в течение тысячелетий, на самом деле была миллиардами далеких звезд.

Карта Млечного Пути. Источник: NASA/JPL-Caltech/R. Hurt (SSC/Caltech)

Конечно, идея была не совсем новой. В XIII веке персидский астроном и эрудит Насир ад-Дин ат-Туси (1201–1274) в своей книге Тадхкира :

«Млечный Путь, т. е. Галактика, состоит из очень большое количество мелких, плотно сгруппированных звезд, которые из-за своей концентрации и малости кажутся мутными пятнами. Из-за этого по цвету его уподобляли молоку».

Однако только во время научной революции (ок. 16-18 вв.) астрономы смогли непосредственно наблюдать это. В «Звездном вестнике» Галилей описал проведенное им наблюдение за «туманными звездами», которые содержались в звездном каталоге Альмагеста.

Эти наблюдения привели его к выводу, что «туманные» участки полосы Млечного Пути на самом деле представляют собой «скопление бесчисленных звезд, сгруппированных в скопления». Это открытие еще больше укрепило доводы в пользу гелиоцентризма, поскольку показало, что Вселенная намного больше, чем считалось ранее.

В 1755 году немецкий философ Иммануил Кант предположил, что Млечный Путь представляет собой массивное скопление звезд, удерживаемых вместе силой взаимного притяжения. Далее он предсказал, что эти звезды (вместе с Солнечной системой) были частью сплющенного диска, который вращался вокруг общего центра — так же, как планеты вокруг Солнца.

В 1785 году астроном Уильям Гершель попытался составить первую карту Млечного Пути. Его оценки ее размера и формы были искажены тем фактом, что большая часть нашей галактики закрыта пылью и газом, но его попытка была показателем достигнутого прогресса.

К 19 веку улучшенная оптика и телескопы позволили астрономам составить карту ночного неба, что привело многих к выводу, что наша Солнечная система была всего лишь одной из миллиардов в Млечном Пути.

К 20 веку они пришли к выводу, что Млечный Путь был всего лишь одним из миллиардов во Вселенной. Но по одному…

Ньютон и Эйнштейн революционизируют все

В конце 17-го века человеческое понимание Вселенной снова революционизируется благодаря работе британского эрудита сэра Исаака Ньютона (1642/43 – 1727). Используя теорию движения Кеплера, он разработал теорию гравитации (также известную как Универсальная Гравитация).

Ньютон Уильяма Блейка (1795 г.). Источник: Архив Уильяма Блейка

Это было резюмировано в его основной работе Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica («Математические принципы натуральной философии»), которая была опубликована в 1687 году и содержала три закона движения Ньютона. Эти законы гласили, что:

1. При рассмотрении в инерциальной системе отсчета объект либо остается в покое, либо продолжает двигаться с постоянной скоростью, если на него не действует внешняя сила.
2. Сумма векторов внешних сил (F), действующих на объект, равна произведению массы (m) этого объекта на вектор ускорения (a) объекта. В математической форме это выражается как F=ma
3. Когда одно тело действует с силой на второе тело, второе тело одновременно действует на первое тело с силой, равной по величине и противоположной по направлению.

Эти законы описывают, как объекты воздействуют друг на друга и как в результате возникает движение. Благодаря своей работе Ньютон смог рассчитать массу планет, определить, что Земля не является идеальной сферой, и как взаимодействие Земли с Солнцем и Луной влияет на океанские приливы.

Эти и другие подробные расчеты оказали огромное влияние на науку и легли в основу классической физики (также известной как ньютоновская физика), которая останется общепринятым каноном в течение следующих 200 лет.

Ситуация изменилась в начале 20 века, когда молодой физик-теоретик по имени Альберт Эйнштейн начал публиковать серию статей, в которых обсуждались его теории специальной и общей теории относительности.

Эти теории отчасти явились результатом попыток разрешить несоответствия между ньютоновской физикой и недавно открытыми законами электромагнетизма, которые лучше всего описываются уравнениями Максвелла и законом силы Лоренца).

Эйнштейн обратился к этому несоответствию в одной из статей, которую он написал в 1905 году, когда работал в патентном бюро в Берне, Швейцария. Эта статья под названием « К электродинамике движущихся тел » стала основой специальной теории относительности (СТО). Это означало, что скорость света (которая уже была определена) была суммой его скорости 9от 0059 до среды плюс скорость из этой среды.

Это привело ко всевозможным теоретическим осложнениям, и все эксперименты, пытавшиеся разрешить их, дали нулевые результаты. Вместо этого Эйнштейн заявил, что скорость света одинакова во всех инерциальных системах отсчета, и эта теория избавила от необходимости в посредниках или посторонних объяснениях.

В качестве теории СТО не только упростила математические расчеты и разрешила проблемы между электромагнетизмом и физикой, но также хорошо согласовывалась со скоростью света и объясняла аберрации, возникающие в экспериментах.

Между 1907 и 1911 годами Эйнштейн начал применять свою теорию СТО к гравитационным полям — еще одной области, в которой ньютоновская физика столкнулась с трудностями. К 1911 году эти усилия увенчались публикацией « О влиянии гравитации на распространение света ».

Эта статья заложила основу общей теории относительности (ОТО). В нем Эйнштейн предсказал, что время относительно наблюдателя и зависит от его положения в гравитационном поле, и что гравитационная масса идентична инертной массе (он же принцип эквивалентности).

Еще одна вещь, предсказанная Эйнштейном в этой статье, заключалась в том, что два наблюдателя, находящиеся на разных расстояниях от гравитирующей массы, будут по-разному воспринимать течение времени (также известное как гравитационное замедление времени). Эти теории остаются устоявшейся частью современной физики.

Вселенная темна

Теории Эйнштейна, получившие широкое признание, имели множество последствий для науки. В частности, его уравнения поля для теории относительности также предсказывали существование черных дыр и Вселенной, которая находилась либо в состоянии постоянного расширения, либо в состоянии сжатия.

В 1915 году, через несколько месяцев после того, как ОТО получила широкую огласку, немецкий физик и астроном Карл Шварцшильд нашел решение уравнений поля Эйнштейна, которое дало начало теории черных дыр за десятилетия до того, как они были обнаружены.

Это решение, также известное как радиус Шварцшильда, описывает, как масса сферы может стать настолько сжатой, что скорость убегания от поверхности будет равна скорости света. «Радиус» в этом случае относится к размеру, ниже которого гравитационное притяжение между частицами тела должно вызвать необратимый гравитационный коллапс.

В 1931 году индийско-американский астрофизик Субрахманьян Чандрасекар расширил эту теорию, используя СТО для расчета того, насколько массивным должно стать тело, прежде чем оно разрушится само на себя — позже названный пределом Чандрасекара.

К 1939 году открытие нейтронных звезд подтвердило теорию Чандрасекара, показав, что белые карлики с массой ниже этого предела действительно коллапсируют. Получившийся объект (нейтронная звезда) в результате получился сверхплотным и обладал невероятно мощным магнитным полем.

Исходя из этого, такие физики, как Роберт Оппенгеймер, утверждали, что белый карлик достаточной массы будет продолжать коллапсировать и образовывать черную дыру. Хотя это был совершенно другой предел массы (известный как предел Толмена-Оппенгеймера-Волкова), он согласовывался с теорией Чандрасекара.

К 1960-м и 1970-м годам астрофизики провели множество испытаний ОТО с использованием черных дыр и крупномасштабных структур (таких как галактики и скопления галактик). Это время стало известно как «Золотой век общей теории относительности» (1960 — 1975), так как это позволило проверить теорию Эйнштейна, как никогда раньше.

Тем не менее, астрофизики заметили в этих испытаниях нечто особенно пугающее. Изучая галактики и большие концентрации материи во Вселенной, они обнаружили, что наблюдаемые гравитационные эффекты этих объектов не согласуются с их видимой массой.

Это привело научное сообщество к выводу, что в галактиках есть много массы, которую они не могут видеть. Это породило теорию темной материи, загадочной массы, которая не взаимодействует с «нормальной материей» (также известной как видимая или барионная материя) посредством электромагнитной силы.

Это означает, что он не поглощает, не отражает и не излучает свет, поэтому его чрезвычайно трудно обнаружить. Он взаимодействует с материей только через свою гравитационную силу. Считается, что темная материя перевешивает видимую материю примерно в шесть раз, составляя около 27% Вселенной. Также считается, что это оказало глубокое влияние на его эволюцию.

Вселенная расширяется

Другим следствием ОТО было предсказание, что Вселенная находится либо в постоянном состоянии расширения, либо в состоянии сжатия. К 1927 декабря 1929 года бельгийский физик (и католический священник) Жорж Леметр и американский астроном Эдвин Хаббл подтвердили, что это было первое.

В то время Эйнштейн все еще искал способ рационализировать идею статической Вселенной. С этой целью он предложил «Космологическую постоянную», которая представляла собой еще не обнаруженную силу, которая «сдерживала гравитацию», чтобы обеспечить равномерное распределение материи в космосе во времени.

Используя измерения красного смещения других галактик, Хаббл доказал, что Эйнштейн ошибался. Эти измерения показали, что свет, исходящий от этих галактик, имел укороченную длину волны, т. е. был смещен в красную часть спектра, что указывало на то, что промежуточное пространство расширялось.

Наблюдения Хаббла также показали, что наиболее удаленные от нас галактики удаляются быстрее. Это явление стало известно как закон Хаббла, а скорость, с которой это происходило, стала известна как постоянная Хаббла.

В 1931 году Жорж Леметр использовал явления, открытые им совместно, чтобы сформулировать идею о том, что Вселенная имеет начало. Независимо подтвердив, что Вселенная расширяется, он предположил, что чем дальше в прошлое заглядываешь, тем меньше она становится.

В какой-то момент в прошлом, рассуждал он, вся масса Вселенной должна была быть сосредоточена в одной точке. Эти открытия вызвали дискуссию между физиками, которые разделились на две школы мысли.

Большинство по-прежнему выступало за то, чтобы Вселенная находилась в стационарном состоянии (т. е. в соответствии с теорией стационарного состояния), где материя постоянно создается по мере расширения Вселенной, что обеспечивает однородность во времени.

С другой стороны, были те, кто считал, что Вселенная постепенно расширяется, и в результате плотность материи медленно уменьшается. Эта идея стала известна как «Теория большого взрыва», прозвище, которое шутливо присвоили сторонники теории стационарного состояния.

Спустя несколько десятилетий появилось множество доказательств, подтверждающих интерпретацию Большого Взрыва. Это включало открытие и подтверждение космического микроволнового фона (CMB) в 1965 году, которое было предсказано теорией Большого взрыва.

Реликтовое излучение — это в основном «реликтовое излучение», оставшееся от Большого взрыва, которое с тех пор расширяется со скоростью света. Измерив расстояние реликтового излучения, которое составляет около 13,8 миллиардов лет во всех направлениях, ученые смогли установить ограничения на возраст Вселенной.

К 1990-м годам усовершенствование наземных телескопов и появление космических телескопов привели к новым поразительным открытиям. Ученые считали, что гравитация в конечном итоге заставит расширение Вселенной замедлиться. Однако теперь астрономы заметили, что за последние четыре миллиарда лет космическое расширение фактически ускорилось.

Это породило теорию Темной Энергии, таинственной силы, которая каким-то образом работает против гравитации и раздвигает космос дальше друг от друга. Теоретики придумали разные объяснения темной материи. Некоторые предположили, что «космологическая постоянная» Эйнштейна могла быть правильной с самого начала. Другие предположили, что теория гравитации Эйнштейна неверна и нужна новая теория, включающая какое-то поле, создающее это космическое ускорение.

Одна из ведущих космологических теорий сегодня описывается лямбда-холодной темной материей (λCDM). В настоящее время это самая простая модель, которая объясняет большинство наблюдаемых свойств Вселенной. В нем говорится, что большая часть Вселенной состоит из темной энергии, темной материи и обычной материи, а также упоминается как стандартная модель космологии Большого взрыва. Предполагается, что общая теория относительности является правильной теорией гравитации в космологических масштабах и объясняет многие свойства космоса, в том числе космический микроволновый фон и ускорение расширения Вселенной.

Модель Вселенной Lambda CDM. Источник: Alex Mittelmann/Coldcreation

Так чего же мы не знаем?

Ответ на этот вопрос: очень много! Однако, чтобы ответить на него эффективно, нам нужно взглянуть на то, как ученые изучают Вселенную сверху донизу, и отметить, где лежат пробелы.

Во-первых, ученые понимают, как материя, время и пространство ведут себя в самых больших масштабах. Лучше всего это резюмирует ОТО, которая точно описывает, как масса и гравитация связаны и влияют на пространство-время.

Однако с 1960-х годов астрофизики пришли к выводу, что существует огромное количество массы, которую они не могут видеть. Хотя теоретически это имеет смысл, попытки найти темную материю до сих пор не дали никаких убедительных результатов.

Таким образом, хотя вы могли бы сказать, что мы знаем, сколько материи находится снаружи, мы не можем окончательно объяснить ее большую часть. Точно так же мы знаем, что Вселенная находится в состоянии расширения с конца 1920-х годов. Однако мы не знаем, почему именно.

Скорость, с которой Вселенная расширяется, можно объяснить присутствием темной энергии. Но, как и в случае с темной материей, исследованиям еще предстоит определить, что это такое на самом деле.

А вот и размеры самой Вселенной. С открытием реликтового излучения астрономы и космологи смогли проследить эволюцию космоса и смогли точно оценить его возраст. Текущая оценка такова, что космосу 13,799 ± 0,021 миллиарда лет.

Но насколько он велик? Это остается загадкой. Основываясь на скорости космического расширения, астрофизики подсчитали, что «наблюдаемая» Вселенная представляет собой сферу размером около 93 миллиарда световых лет в поперечнике. Однако помимо этого Вселенная, вероятно, простирается намного дальше и может быть даже бесконечной.

С другой стороны, ученые установили, что существуют четыре фундаментальные силы (также известные как фундаментальные взаимодействия), которые управляют всеми взаимодействиями материи и энергии во Вселенной.

Эти силы состоят из гравитационной силы (которая связана с искривлением пространства-времени и описывается ОТО) и трех дискретных областей квантовой механики, известных под общим названием Квантовая теория поля (КТП).

Эти поля включают слабое ядерное взаимодействие, сильное ядерное взаимодействие и электромагнетизм, которые имеют дело с субатомными частицами и их взаимодействиями, как описано в Стандартной модели физики элементарных частиц.

Другой способ взглянуть на это — сгруппировать эти взаимодействия в систему из трех категорий: гравитация, электрослабые взаимодействия и сильные взаимодействия. Эти последние две категории подразделяются на слабые ядерные и электромагнитные взаимодействия, а также на основные и остаточные ядерные взаимодействия.

В то время как гравитация связывает планеты, звезды, галактики и скопления галактик вместе (т.е. на макроуровне), электрослабые силы связывают атомы и молекулы, а сильные силы связывают адроны и атомные ядра.

Вот в чем проблема. Ученые понимают, как работает гравитация в самых больших масштабах, но не в самых маленьких. Это отличает его от всех других известных сил во Вселенной, которым соответствует субатомная молекула.

Для электричества и магнетизма существуют электроны и фотоны. Для слабых и сильных ядерных взаимодействий существуют бозоны, глюоны и мезоны. Однако в настоящее время не существует такого понятия, как «гравитон», по крайней мере, за пределами гипотетического.

И до сих пор все попытки найти убедительную теорию квантовой гравитации — ака. Теория Всего (ToE) — потерпели неудачу. Для решения этой проблемы было предложено несколько теорий, главными из которых являются теория струн и петлевая квантовая гравитация, но ни одна из них еще не была окончательно доказана.

Чем все это закончится?

Ладно, вот в чем дело… этого мы тоже не знаем. Конечно, представление о том, что Вселенная имела начало, естественным образом порождает идею о том, что у нее будет возможный конец. Если Вселенная действительно начиналась как крошечная точка в пространстве-времени, которая внезапно начала расширяться, означает ли это, что она будет продолжать расширяться вечно?

Или, как предполагалось ранее, он перестанет расширяться и начнет сжиматься, в конечном итоге снова уменьшаясь в крошечную сферическую массу? Этот вопрос не утихает с тех пор, как космологи начали спорить о том, как возникла Вселенная — Большой взрыв или стационарное состояние?

До наблюдений, показавших ускоренное расширение Вселенной, большинство космологов придерживались двоякого мнения по этому поводу. Они были известны как сценарии «Большой кризис» и «Большое замораживание».

В первом случае Вселенная будет расширяться до тех пор, пока не иссякнет энергия, а затем начнет коллапсировать сама в себя. Если предположить, что Вселенная достигнет точки, в которой плотность ее массы превышает ее критическую плотность, Вселенная начнет сжиматься.

И наоборот, если плотность Вселенной равна или ниже критической плотности, Вселенная будет продолжать расширяться, пока не прекратится звездообразование. В конце концов, все звезды достигнут конца своей жизни и станут мертвыми оболочками или черными дырами.

В конце концов, черные дыры столкнутся и образуют все большие и большие черные дыры. Это в конечном итоге привело бы к «тепловой смерти» во Вселенной, где было бы поглощено последнее электромагнитное излучение. Сами черные дыры в конечном итоге исчезнут после того, как сбросят остатки своего излучения Хокинга.

С 1990-х годов наблюдения, которые привели к теории темной энергии, стимулировали новые дискуссии о судьбе Вселенной. В настоящее время предполагается, что по мере того, как пространство продолжает расширяться, все большая и большая часть наблюдаемой Вселенной будет выходить за пределы реликтового излучения и становиться невидимой для наблюдателей.

Между тем реликтовое излучение будет продолжать смещаться в красную сторону, пока не станет видимым только в радиодиапазоне. В конце концов, он полностью исчезнет, ​​и астрономы не увидят ничего, кроме черноты за краем видимого.

Другой вариант — сценарий «Большого разрыва», когда продолжающееся расширение в конечном итоге приведет к разрыву на части всех галактик, звезд, планет и даже самих атомов, что приведет к гибели всей материи.

Большой хруст, большая заморозка или большой разрыв? На данном этапе мы просто не знаем. То же самое верно и в отношении теорий о том, как зародилась Вселенная — был ли это Большой взрыв или скорее Большой отскок?

То же самое относится и к нашим попыткам объединить гравитацию с другими фундаментальными силами. Сейчас лучшее, что у нас есть, — это теории, которые имеют определенную логическую последовательность, но остаются недоказанными.

— 

Как сказал Сократ: «Я знаю только одно: я ничего не знаю». Говорят, что это знание сделало Сократа мудрейшим человеком во всей стране. В том же отношении понимание Вселенной человечеством странно парадоксально.

Мы знаем, что он расширяется, просто не знаем, как именно. Мы знаем, сколько там массы, но мы просто не можем видеть большую ее часть. Мы знаем, как работает гравитация, но не знаем, как она соотносится с другими силами. Мы не знаем, как это началось и чем закончится, но у нас есть несколько теорий, которые согласуются с наблюдаемыми свидетельствами.

Итак, хотя мы многого не знаем о Вселенной, у нас, по крайней мере, есть довольно хорошее представление о том, чего мы не знаем. Это дает нам преимущество перед предыдущими поколениями человечества, которые не только не знали о Вселенной в целом, но и были невежественны или невежественны.

Мы также находимся на этапе нашего технологического развития, когда мы можем видеть больше Вселенной, чем когда-либо прежде, будь то в самом большом или самом маленьком масштабе. При помощи инструментов нового поколения, суперкомпьютеров и ускорителей частиц ученые раздвигают границы того, что мы можем видеть.

Единственный способ преодолеть невежество — понять, в чем заключается наше невежество, а затем обратиться к нему. В этом отношении человечество готово многому научиться в ближайшем будущем!

Дополнительная литература:

• НАСА — Большой взрыв
• ЦЕРН — Стандартная модель
• Википедия — Теория всего
  
• Гиперфизика — общая теория относительности
• Космос — теория относительности Эйнштейна
• Кембриджский университет – Дэвид Тонг: специальная теория относительности
• Стэнфордская энциклопедия философии — Квантовая теория поля
• Marxist.org — Справочный архив Альберта Эйнштейна: Специальная и общая теория

For You

наука

Новое исследование доказывает, что все еще должно быть начало «прыгающих» вселенных, которые проходят через циклы расширения и сжатия.