Как понять бесконечность вселенной


Мы видим звездное небо постоянно. Космос кажется загадочным и необъятным, а мы являемся лишь крохотной частью этого огромного мира, загадочного и безмолвного.

Всю жизнь человечество задается разными вопросами. Что находится там, за пределами нашей галактики? Есть ли что-то за границей космоса? Да и существует ли у космоса граница? Даже ученые долгое время размышляют над этими вопросами. Бесконечен ли космос? В этой статье приведена информация, которой на сегодняшний день располагают ученые.

Границы бесконечного

Считается, что наша Солнечная система образовалась в результате Большого взрыва. Он произошел из-за сильного сжатия материи и разорвал ее, разбросав газы в разные стороны. Этот взрыв дал жизнь галактикам и солнечным системам. Раннее считалось, что возраст Млечного Пути составляет 4,5 миллиардов лет. Однако в 2013 году телескоп «Планк» позволил ученым пересчитать возраст Солнечной системы. Теперь он оценивается в 13,82 миллиардов лет.

Самая современная техника не может охватить весь космос. Хотя новейшие аппараты способны поймать свет звезд, удаленных от нашей планеты на 15 миллиардов световых лет! Это могут быть даже те звезды, которые уже умерли, но их свет все еще путешествует по космосу.


Наша Солнечная система — лишь маленькая часть огромной галактики, которая называется Млечный Путь. Сама же Вселенная вмещает тысячи подобных галактик. И бесконечен ли космос — неизвестно…

То, что Вселенная постоянно расширяется, образуя все новые и новые космические тела, является научным фактом. Вероятно, ее внешний вид постоянно меняется, поэтому миллионы лет назад, как уверены некоторые ученые, она выглядела совершенно иначе, чем сегодня. И если Вселенная растет, то она определенно имеет границы? Сколько Вселенных существует за нею? Увы, этого никто не знает.

Расширение космоса

Сегодня ученые утверждают, что космос расширяется очень быстро. Быстрее, чем они считали раннее. Из-за расширения Вселенной экзопланеты и галактики удаляются от нас с разной скоростью. Но при этом скорость ее роста одинакова и равномерна. Просто эти тела находятся от нас на различном расстоянии. Так, альфа Центавра, ближайшая к Солнцу звезда, «убегает» от нашей Земли со скоростью 9 см/с.

Теперь ученые ищут ответ еще на один вопрос. Что заставляет Вселенную расширяться?

Темная материя и темная энергия

Темная материя — это гипотетическое вещество. Она не производит энергию и свет, но занимает 80% пространства. О наличии этого неуловимого вещества в космосе ученые догадывались еще в 50 годах прошлого века. Хотя прямых доказательств ее существования не было, сторонников этой теории с каждым днем становилось все больше. Возможно, в ее составе присутствуют неизвестные нам вещества.


Как появилась теория о темной материи? Дело в том, что галактические скопления давно бы разрушились, если бы их массу составляли только видимые нам материалы. В итоге получается, что большая часть нашего мира представлена неуловимым, неизвестным пока нам веществом.

В 1990 году была обнаружена так называемая темная энергия. Ведь раньше физики думали, что сила притяжения работает на замедление, однажды расширение Вселенной прекратится. Но обе команды, которые взялись за изучение этой теории, неожиданно выявили ускорение расширения. Представьте себе, что вы подбрасываете в воздух яблоко и ждете, когда она упадет, но вместо этого оно начинает удаляться от вас. Это говорит о том, что на расширение влияет некая сила, которая была названа темной энергией.

Сегодня ученые устали спорить о том, бесконечен космос или нет. Они пытаются понять, как выглядела Вселенная до Большого взрыва. Однако этот вопрос не имеет смысла. Ведь время и пространство сами по себе так же бесконечны. Итак, рассмотрим несколько теорий ученых о космосе и его границах.

Бесконечность — это…

Такое понятие, как «бесконечность», является одним из наиболее удивительных и относительных понятий. Издавна оно интересует ученых. В реальном мире, в котором мы живем, все имеет конец, в том числе и жизнь. Поэтому бесконечность манит своей таинственностью и даже некоей мистичностью. Бесконечность трудно представить. Но она существует. Ведь именно с ее помощью решается множество задач, и не только математических.

Бесконечность и ноль


Многие ученые уверены в теории бесконечности. Однако израильский математик Дорон Зельбергер не разделяет их мнение. Он утверждает, что существует огромное число и, если прибавить к нему единицу, конечный результат окажется нулевым. Однако данное число лежит так далеко за пределами человеческого понимания, что его наличие никогда не будет доказано. Именно на этом факте базируется математическая философия под названием «Ультрабесконечность».

Бесконечный космос

Есть ли вероятность того, что при сложении двух одинаковых чисел получится то же число? На первый взгляд это кажется абсолютно невозможным, но если речь идет о Вселенной… Согласно расчетам ученых, при отнимании от бесконечности единицы получается бесконечность. При сложении двух бесконечностей вновь выходит бесконечность. А вот если вычесть бесконечность из бесконечности, вероятнее всего, получится единица.

Древние ученые также задавались вопросом о том, существует ли граница у космоса. Их логика была простой и одновременно гениальной. Их теория выражается в следующем. Представьте себе, что вы достигли края Вселенной. Протянули руку за ее границу. Однако рамки мира раздвинулись. И так бесконечно. Представить это очень трудно. Но еще труднее представить, что же существует за ее границей, если она действительно есть.

Тысячи миров


Эта теория гласит, что космос бесконечен. Вероятно, в нем есть миллионы, миллиарды других галактик, которые вмещают в себя миллиарды других звезд. Ведь, если мыслить обширно, все в нашей жизни начинается снова и снова — фильмы следуют один за другим, жизнь, заканчиваясь в одном человеке, начинается в другом.

В мировой науке на сегодняшний день считается общепринятой концепция о многокомпонентной Вселенной. Но сколько Вселенных существует? Никто из нас этого не знает. В других галактиках могут находиться совсем иные небесные тела. В этих мирах господствуют совершенно другие законы физики. Но как доказать их наличие экспериментальным способом?

Сделать это можно лишь обнаружив взаимодействие между нашей Вселенной и другими. Это взаимодействие происходит через некие кротовые норы. Но как найти их? Одно из последних предположений ученых гласит, что такая нора есть прямо в центре нашей Солнечной системы.

Ученые предполагают, что в том случае, если космос бесконечен, где-то на его просторах находится двойник нашей планеты, а, возможно, и всей Солнечной системы.

Другое измерение

Еще одна теория гласит, что размеры космоса имеют пределы. Все дело в том, что ближайшую галактику (Андромеду) мы видим такой, какой она была миллион лет назад. Еще дальше — значит еще раньше. Расширяется не космос, расширяется пространство. Если мы сможем превысить скорость света, зайдем за границу космоса, то попадем в прошлое состояние Вселенной.


А что же находится за этой пресловутой границей? Возможно, другое измерение, без пространства и времени, которое только может представить наше сознание.

Источник: FB.ru

image
Логарифмическое изображение наблюдаемой Вселенной в представлении художника

13,8 млрд лет назад Вселенная началась с горячего Большого взрыва. С тех пор она расширяется и охлаждается, вплоть до сегодняшнего дня. С нашей точки зрения мы можем наблюдать Вселенную в радиусе 46 млрд лет, благодаря ограничению скорости света и расширению Вселенной. И хотя это расстояние огромно, оно конечно. Но это только та часть, что мы видим. Что находится за её пределами, и возможно ли, что там лежит бесконечность? Адам Стивенс хочет знать:

Что вы думаете по поводу бесконечности вселенной? Многие космологи говорили мне, что бесконечность вселенной не доказана. А как это вообще можно доказать эмпирически?

Во-первых, мы можем узнать больше, чем то, что мы видим в пределах 46 млрд световых лет.


Как понять бесконечность вселенной
Наблюдая находящиеся всё дальше от нас объекты, мы видим их всё глубже погружёнными в прошлое

Чем дальше мы смотрим в любом направлении, тем дальше мы заглядываем в глубины времён. Ближайшая галактика, расположенная в 2,5 млн световых лет от нас, видна нам такой, какой она была 2,5 млн лет назад, поскольку свету на путешествие оттуда до наших глаз с момента его испускания нужно именно столько времени. Более удалённые галактики видны нам такими, какими они были десятки миллионов, сотни миллионов или даже миллиарды лет назад. Заглядывая ещё дальше, мы видим свет Вселенной с тех времён, когда она была моложе. Так что если мы посмотрим на свет, испущенный 13,8 млрд лет назад, на пережиток Большого взрыва, мы увидим реликтовое излучение.

Как понять бесконечность вселенной
Лишь несколько сотен мкK отделяют самые горячие участки от самых холодных, но корреляция флуктуаций по масштабу и силе содержит огромное количество информации о ранней Вселенной

Рисунок флуктуаций чрезвычайно запутан, на разных угловых масштабах он содержит разные средние температуры. Также в нём зашифровано огромное количество информации о Вселенной, включая и поразительный факт: кривизна у пространства, насколько мы можем судить, отсутствует, то есть, оно плоское. Если бы пространство обладало положительной кривизной, как если бы мы жили на поверхности четырёхмерной сферы, мы бы увидели схождение удалённых лучей света. Если бы у него была отрицательная кривизна, как на поверхности четырёхмерного седла, мы бы увидели, как удалённые лучи света расходятся. Вместо этого лучи света двигаются, как двигались, и флуктуации говорят нам об идеальной плоскости.


Как понять бесконечность вселенной
Величина температуры горячих и холодных участков, и их масштабы, говорят нам о кривизне Вселенной. Насколько мы можем судить, она плоская.

Из набора данных по реликтовому излучению и крупномасштабным структурам Вселенной (доступных через изучение барионных акустических осцилляций) мы можем заключить, что если Вселенная конечна и замыкается на себя, она должна быть как минимум в 250 раз больше той части, что мы можем видеть. Поскольку мы живём в трёх измерениях, увеличение радиуса в 250 раз означает увеличение объёма в 2503 раз, или в 15 млн раз больше пространства. Но это всё равно не бесконечный объём. Минимальная оценка размера Вселенной, 11 трлн световых лет во всех направлениях, что ужасно много, но всё равно не бесконечно.

Как понять бесконечность вселенной
Наблюдаемая нами Вселенная – 46 млрд световых лет во всех направлениях, но за этим рубежом обязательно есть что-то ещё.

Есть основания полагать, что она ещё больше. Горячий Большой взрыв может отмечать начало наблюдаемой Вселенной, но не рождение пространства и времени. До Большого взрыва Вселенная переживала период космической инфляции. Вместо того, чтобы быть заполненной материей и излучением, и быть горячей, Вселенная была:


• была заполнена энергией, присущей самому пространству,
• расширялась с экспоненциальной скоростью,
• создавала новое пространство так быстро, что самый малый физический размер, планковская длина, растягивалась до размера наблюдаемой сегодня Вселенной каждые 10-32 с.

Как понять бесконечность вселенной
Инфляция приводит к экспоненциальному росту пространства, из-за чего существовавшее искривлённое пространство может казаться плоским

В нашем регионе Вселенной инфляция действительно закончилась. Но есть несколько вопросов, ответы на которые нам неизвестны, имеющих огромное влияние на размер Вселенной и её конечность или бесконечность.

Как понять бесконечность вселенной
Инфляция подготовила всё для Большого взрыва и породила наблюдаемую Вселенную, но нам доступна для измерений лишь малая часть секунды влияния инфляции на нашу Вселенную

1) Какого размера был участок Вселенной после инфляции, породивший наш горячий Большой взрыв? Наблюдая сегодняшнюю Вселенную и однородность послесвечения Большого взрыва, близость Вселенной к плоскости, флуктуации, растянувшиеся по Вселенной на всех масштабах, и т.д., и т.п., мы можем очень многое узнать.
можем вычислить верхнее ограничение энергетической шкалы, на которой происходила инфляция, как сильно инфляция увеличила Вселенную, нижнее ограничение на длительность инфляции. Но тот кармашек расширявшейся Вселенной, из которого произошла наша часть, мог очень сильно превышать нижний предел! Он может быть в сотни, миллионы, гуголы раз больше, чем то, что мы можем наблюдать – или быть действительно бесконечным. Без возможности наблюдать больше, чем доступно нам сейчас, мы не получим достаточно информации, чтобы ответить на этот вопрос.

Как понять бесконечность вселенной
Инфляция заканчивается (вверху), когда шар спускается в низину. Но инфляционное поле – квантовое (в середине), и растягивается во времени. Во многих участках пространства (пурпурный, красный, голубой) инфляция закончится, а во многих других (зелёный, синий) продолжится, возможно, до бесконечности (внизу)

2) Корректна ли идея «вечной инфляции»? Если вы рассмотрите возможность того, что инфляция – это квантовое поле, тогда в любой момент экспоненциального расширения есть вероятность окончания инфляции, что приведёт к Большому взрыву, и вероятность того, что инфляция продолжится, создавая всё больше пространства. Такие расчёты нам доступны (в рамках определённых допущений), и они ведут к заключению: если нам нужно достаточно инфляции до создания наблюдаемой Вселенной, тогда инфляция всегда будет создавать ещё больше пространства, которое будет продолжать расширяться, в отличие от участков, где она закончится и произойдёт Большой взрыв.
хотя наша наблюдаемая Вселенная могла появиться после окончания инфляции в нашем регионе 13,8 млрд лет назад, есть регионы, где инфляция продолжается – и создаёт всё больше и больше пространства, и порождает всё больше Больших взрывов – по сей день. Эта идея известна, как вечная инфляция, и она является общепринятой в физическом сообществе. Так какого же размера вся ненаблюдаемая Вселенная на сегодняшний день?

Как понять бесконечность вселенной
Хотя инфляция могла закончиться более чем в половине всех участков в любой момент (отмечены красным Х), достаточное количество участков продолжает вечно расширяться, в результате чего инфляция продолжается вечно, при том, что никакие две Вселенные никогда не столкнутся

3) Как долго продолжалась инфляция до того, как она закончилась, и произошёл Большой взрыв? Нам доступна лишь Вселенная, созданная окончанием инфляции и нашим горячим Большим взрывом. Мы знаем, что инфляция должна была продолжаться не менее 10-32 с, но, скорее всего, она шла дольше. Но насколько? Секунды? Годы? Миллиарды лет? Бесконечно? Всегда ли Вселенная была подвержена инфляции? Было ли у инфляции начало? Последовала ли она из предыдущего состояния, длившегося вечно? Или, возможно, пространство и время появились из ничего ограниченное время назад? Есть много возможностей, но в настоящий момент ответ проверить невозможно.

Как понять бесконечность вселенной
Огромное количество отдельных регионов, где произошёл Большой взрыв, разделено участками расширяющегося в бесконечной инфляции пространства. Мы не знаем, как проверить, измерить или получить доступ к тому, что лежит за пределами наблюдаемой Вселенной

Судя по лучшим наблюдениям, мы знаем, что Вселенная гораздо больше наблюдаемой части. Мы подозреваем, что за этими пределами распространяется ещё больше Вселенной, такой же, как наша, с такими же законами физики, типами структур (звёздами, галактиками, скоплениями, нитями, войдами и т.п.), и с такими же шансами на сложную жизнь. Размеры пузыря, в котором инфляция закончилась, должны быть конечными, а в большем, расширяющемся пространстве-времени, должно содержаться экспоненциально огромное количество таких пузырей. Но, пусть вся эта Вселенная, или Мультивселенная, так непредставимо огромна, она может и не быть бесконечной. На самом деле, если инфляция не продолжалась бесконечное время, Вселенная должна быть конечной.

Как понять бесконечность вселенной
Наблюдаемая нами часть Вселенной огромна, но это лишь крохотная часть всего существующего

Но самая большая проблема – у нас есть доступ только к информации, содержащейся внутри наблюдаемой части Вселенной, в этих 46 млрд световых лет во всех направлениях. Ответ на крупнейший из вопросов – конечна или бесконечна Вселенная – может быть закодирован во Вселенной, но мы не можем получить доступ к достаточно большой её части, чтобы узнать это. Пока мы либо не решим этот вопрос, или не придумаем хитроумный способ расширить возможности физики, всё это будет находиться в области возможностей.

Итан Сигель – астрофизик, популяризатор науки, автор блога Starts With A Bang! Написал книги «За пределами галактики» [Beyond The Galaxy], и «Трекнология: наука Звёздного пути» [Treknology].

Источник: habr.com

С чего все началось и могло ли быть иначе?

Вселенная начала расширяться сразу после Большого взрыва. Скорость расширения на раннем этапе ее эволюции — этот процесс называется космологической инфляцией — была значительно больше, чем после окончания инфляции. Так, постепенно Вселенная расширялась и охлаждалась, но лишь с долей начальной скорости. В течение следующих 380 000 лет Вселенная была настолько плотной, что космос представлял собой непрозрачную, сверхгорячую плазму рассеянных частиц. Когда Вселенная охладилась достаточно для того, чтобы образовались первые атомы водорода, она стала прозрачной для прохождения света. Затем излучение вспыхнуло во всех направлениях и Вселенная была на пути к тому, чтобы стать такой, какой мы видим ее сегодня — пустое пространство, которое чередуется со сгустками газа и пыли, звезд, галактик, черных дыр и других форм материи и энергии. В конце концов, согласно некоторым моделям, все сгустки вещества разойдутся так далеко друг от друга, что постепенно исчезнут. Вселенная станет холодным однородным супом из изолированных фотонов. Но что, если Большой Взрыв не был началом всего этого?

Теория Большого взрыва настолько общепринята, что иногда можно забыть о том, что это лишь теория, в которой есть недостатки. Именно по этой причине ученые предлагают самые разные варианты развития событий. Так, выдвигались предположения о том, что Большой взрыв, возможно, был скорее «Большим отскоком» — неким поворотным моментом в продолжающемся цикле сокращения и расширения Вселенной. Еще одно предположение гласит, что Большой взрыв стал точкой отражения, когда зеркальное отображение нашей Вселенной расширяется за «другую сторону», в которой антивещество заменяет материю, а само время течет в обратном направлении. Согласно третьему предположению Большой взрыв — это точка перехода во Вселенной, которая существовала всегда и продолжит расширяться бесконечно. Все эти теории находятся за пределами основной космологии, но все они нашли поддержку среди уважаемых ученых. Растущее количество новых, конкурирующих друг с другом теорий, говорит о том, что, возможно, пришла пора пересмотреть сам факт того, что Большой взрыв знаменует собой начало пространства и времени.

Что, если Большого взрыва на самом деле не было?

В академических кругах не раз высказывалась идея о том, что Большого взрыва… не было. Так, Эрик Лернер, автор одноименной книги, которую он написал еще в 1992 году, представил результаты исследования, согласно которым, как пишет издание Invers, существует несоответствие между теорией Большого взрыва и наблюдаемыми фактическими данными. «Для развития космологии необходимо отказаться от основной гипотезы Большого взрыва», — говорится в заявлении Лернера. «Настоящий кризис в космологии заключается в том, что Большого взрыва никогда не было».

Речь идет о несоответствии доказательств присутствия лития в космосе, о чем астрономам, по словам Лернера, уже давно известно. Сегодня ученые считают, что точное количество гелия, дейтерия и лития было получено в результате реакций синтеза в плотном, очень горячем облаке химических элементов, появившемся после Большого взрыва. Однако Лернер, который провел десятилетия детально наблюдая за такими реакциями говорит, что результаты его и других ученых не совпадают с давними теориями, основанными на наблюдениях более старых звезд. Он обнаружил, что в старых звездах наблюдается менее половины гелия и менее одной десятой лития, чем предсказывает теория нуклеосинтеза Большого взрыва, согласно которой четверть всей массы Вселенной состоит из гелия. Лернер убежден, что ни литий, ни гелий не были созданы до появления первых звезд в нашей галактике.

Однако далеко не все ученые согласны с теорией Лернера. По мнению профессора астрономии из университета Южной Калифорнии Ваэ Перумяна, Лернер редко ссылается на рецензируемые статьи, а многие его аргументы не выдерживают критики. Так, Перумиан считает, что микроволновое космическое фоновое излучение (или реликтовое излучение), которое свидетельствует о радиации, исходящей от Большого взрыва, является опорой космологической теории, которую Лернер не может оспорить. Кроме того, если бы в теории Большого взрыва были настолько серьезные недостатки, Лернер не был бы единственным критиком этой теории.

А как вы думаете, был ли на самом деле Большой взрыв? Поделитесь своим мнением с участниками нашего Telegram-чата и в комментариях к этой статье

Но Лернер не одинок. Лауреат Нобелевской премии космолог Джеймс Пиблз считает, что необходимо прекратить называть самые ранние моменты нашей Вселенной «Большим взрывом». Как передает агентство Франс Пресс, Пиблз полагает, что нет хорошего способа проверить, действительно ли такое событие как Большой взрыв имело место — у космологов есть доказательства быстрого расширения вовне, но нет ничего более дискретного, чем особая точка, которая взорвалась, чтобы создать все во Вселенной. У Пиблза нет альтернативы теории Большого взрыва, при этом он убежден, что без достаточных данных ученые не должны полагать, что эта удобная гипотеза верна. При этом ученый признает, что в отсутствие лучшего способа описания начала Вселенной Большой взрыв прекрасно работает. В своих расчетах Пиблз также придерживается общепринятой теории, хотя она ему очень не нравится.

Большой отскок: может ли Вселенная расширяться бесконечно?

Наиболее распространенная в научных кругах гипотеза Большого отскока берет начало в недовольстве идеей космологической инфляции. Космическое микроволновое фоновое излучение является фундаментальным фактором в каждой модели Вселенной с тех пор, как было впервые обнаружено в 1965 году. Более того, реликтовое излучение является основным источником информации о том, как выглядела ранняя Вселенная и одновременно загадкой для физиков. Дело в том, что реликтовое излучение выглядит одинаково даже в регионах, которые, казалось бы, никогда не могли взаимодействовать друг с другом за всю историю Вселенной.

Согласно гипотезе Большого отскока, Вселенная будет расширяться до тех пор, пока не распадется до одной бесконечно малой точки — это цикл, который длится вечность. В 2007 году Мартин Боджавальд, физик из Пенсильванского университета, основываясь на модели Эйнштейна, выдвинул теорию Петлевой квантовой гравитации — область квантовой физики, описывающая чрезвычайно высокие энергии, которые доминировали в ранней Вселенной.Так, исследователи пришли к выводу, что Вселенная не возникла из ничего и не будет расширяться бесконечно. Однако исследование Божавальда показывает, что гипотетическая предыдущая Вселенная не была в точности такой, как наша. В общем и целом, гипотеза Большого отскока согласуется с картиной Большого взрыва о горячей, плотной вселенной, зародившейся 13,8 миллиардов лет назад, которая начала расширяться и охлаждаться. Но вместо того, чтобы стать началом пространства и времени, большой взрыв оказался моментом перехода Вселенной от более ранней фазы существования, во время которой пространство сокращалось.

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

Однако критики считают, что существует мало доказательств в поддержку этой теории. Так, Питер Войт, математик из Колумбийского университета, написал в своем блоге Not Even Wrong: «Для того, чтобы считаться легитимной теорией, такие заявления должны быть подкреплены доказательствами».

Источник: Hi-News.ru


You May Also Like

About the Author: admind

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.