Существует ли край вселенной


Ученые теперь знают, что Вселенная расширяется со все возрастающей скоростью. А если она расширяется, то во что? Другими словами, что находится за пределами Вселенной?

Определение этого «за пределами Вселенной» будет означать, что Вселенная имеет край. И здесь все становится сложнее, потому что ученые не уверены, существует ли такой край.

Существует ли край вселенной

Одна из форм вопроса выглядит так:

«не могли бы мы пойти куда-нибудь, чтобы мы смогли посмотреть» за пределы «Вселенной», например, как заглянуть за край скалы или посмотреть в окно, чтобы увидеть что снаружи здания?»

Ответ на этот вопрос: «вероятно, нет.»

Одна из причин связана с «космологическим принципом», — говорит Роберт Макнис, адъюнкт-профессор физики в университете Лойола в Чикаго. Космологический принцип утверждает, что распределение материи в любой части Вселенной выглядит примерно так же, как и в любой другой части, независимо от того, в каком направлении вы смотрите. С точки зрения ученых Вселенная изотропна.

Космологический принцип отчасти является следствием идеи о том, что законы физики везде одинаковы.


«Существует много местных вариаций — звезд, галактик, кластеров и т. д. — но усредненное по большим кускам пространства, никакое место на самом деле не отличается от другого где-либо еще»

, — сказал Макнис

Подразумевается, что нет «края»; нет места, где Вселенная просто заканчивается, и можно посмотреть в каком-то направлении и увидеть, что за ней находится.

Одной из аналогий, часто используемых для описания этой бескрайней вселенной является поверхность воздушного шара. Муравей на такой поверхности может идти в любом направлении, и это выглядело бы так, как будто поверхность была «неограниченной» — то есть муравей мог бы вернуться туда, где он начал, но не было бы конца пути. Так что даже если поверхность шара состоит из конечного числа квадратных единиц, у него нет края и границ (так можно идти вечно в каком-то одном направлении). Кроме того, нет «центра», поэтому нет предпочтительной точки на сферической поверхности шара.

Вселенная представляет собой трехмерную версию оболочки воздушного шара.


Существует ли край вселенной

Художественная масштабная концепция  наблюдаемой Вселенной. Галактики уступают место крупномасштабной структуре и горячей плотной плазме Большого взрыва на окраинах. Этот «край» является границей только во времени

Но как Вселенная может расширяться, если у нее нет конца или края?

Используем аналогию с воздушным шаром еще раз. Если добавить больше воздуха воздушному шару, то муравей будет наблюдать, как другие вещи на поверхности воздушного шара становятся все дальше. И чем больше становится расстояние между муравьем и каким-то объектом, тем быстрее этот объект будет отдаляться. Но независимо от того, где муравей скитался, скорость, с которой эти объекты отдалялись, будет следовать тем же отношениям — если бы муравей придумал уравнение, описывающее, как быстро удаляются самые дальние объекты, оно бы  работало одинаково в любом месте на поверхности воздушного шара.

Однако воздушные шары при взрыве расширяются в трехмерное пространство. Проблема в том, что это не относится ко Вселенной. По определению, Вселенная содержит все, поэтому нет «снаружи».

Физик Стивен Хокинг часто говорил, что весь вопрос не имеет смысла, потому что если Вселенная возникла из ничего и привела все к существованию, то спрашивать, что лежит за пределами Вселенной, — это как спрашивать, что находится к северу от Северного полюса. 


Д-р Кэти Мак, теоретический астрофизик из Мельбурнского университета в Австралии, говорит, что было бы более полезно думать о Вселенной как о менее плотной, а не о расширяющейся. То есть концентрация материи во Вселенной уменьшается по мере расширения Вселенной, сказала она.

Так происходит потому, что галактики не удаляются друг от друга через пространство — это само пространство становится больше. Таким образом, любые инопланетяне в галактиках, которых видят люди, придут к тому же выводу, что и земляне: все остальное движется во всех направлениях, а местная Галактика находится в покое.

Поскольку пространство расширяется, галактики могут выглядеть так, как будто они движутся быстрее света, не нарушая относительности, которая говорит, что ничто не может идти быстрее света в вакууме. Фактический размер наблюдаемой Вселенной составляет 46 миллиардов световых лет в любом направлении, хотя Вселенная появилась только 13,8 миллиарда лет назад, говорит Мак.

Но это все еще устанавливает ограничение на размер Вселенной, которую люди могут видеть, называемую наблюдаемой Вселенной. Ничего за пределами этого радиуса в 46 миллиардов световых лет не видно землянам, и никогда не будет видно, потому что расстояния между объектами во Вселенной становятся больше со скоростью, которая быстрее, чем световые лучи могут добраться до Земли.


Кроме того, темпы роста были неодинаковыми. В течение короткой доли секунды после Большого взрыва был период ускоренного расширения, называемого инфляцией, в течение которого Вселенная росла гораздо более быстрыми темпами, чем она растет сейчас. По этой причине целые регионы космоса никогда не будут наблюдаться с Земли.

Бесконечный космос?

Между тем, остается открытым вопросом, бесконечна ли Вселенная в космосе с самого начала. Или Вселенная может обернуться вокруг себя в более высокое измерение так же, как ДВУМЕРНАЯ поверхность сферы обертывается вокруг себя в трех измерениях.

Дополнительным фактором является то, возникла ли Вселенная из ничего, через небольшие колебания в вакууме, или, как предложили Хокинг и Джеймс Хартл, время и пространство становятся взаимозаменяемыми близко к началу. Если любой вариант из них имел место, то спрашивать, что было до Вселенной и что находится за ее пределами, не имеет смысла.

Мак сказала, что продолжаются попытки решить вопрос о том, похожа ли Вселенная на сферу, изгибающуюся назад на себя, так что, если вы путешествуете в одном направлении, вы в конечном итоге вернетесь к своей отправной точке.

«Мы ищем повторяющиеся пятна на небе»

, — сказала она.

Это то, что люди ищут, когда ищут доказательства того, что Вселенная конечна. … Наше пространство может быть трехмерным пространством, встроенным в четырехмерное пространство.(Вселенная имеет четыре измерения, с которыми взаимодействуют люди, три пространства и одно время, но это будет означать, что существует дополнительное, четвертое пространственное измерение.)


Если бы астрономы нашли два места на противоположных сторонах неба, которые были точно такими же, это было бы сильным признаком того, что Вселенная изогнута таким образом. Однако нет никаких гарантий этого. В то время как некоторые космологические теории, такие как теория струн, позиционируют более высокие измерения, большинство из них будут «свернутыми» и малыми, тогда как «дополнительное» пространственное измерение изогнутой Вселенной должно быть большим.

Все это означает, что если есть конец Вселенной, люди вполне могут никогда не увидеть его, и есть реальная возможность того, что Вселенная сформирована так, что у нее не может быть границы для начала.

 Jesse Emspak, Live Science

Источник: mindreligion.ru

Всё не так, как кажется

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


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

— Почему кольца есть только у Сатурна?

— Так думают большинство обывателей и это, в общем-то, нормально для далёких от астрономии людей. Но на самом деле не всё так просто. Ещё в 50-х годах прошлого века советский ученый Всехсвятский сделал предположение о наличии метеорных облаков вокруг всех планет-гигантов. И когда американская космическая станция «Пионер» впервые долетела до Юпитера, то она действительно обнаружила у него кольца. Просто они состоят из такого вещества, которое плохо отражает свет.


этой же причине мы не полностью видим и кольца Сатурна. На самом деле они простираются в космос чуть ли не на миллион с лишним километров дальше, чем мы можем рассмотреть с Земли. Подобные образования зафиксировали также у Урана и Нептуна. Но сейчас я вас удивлю ещё больше, сказав, что свой ободок имеется даже у Земли. Это тоненькое, пылеобразное, незаметное колечко, но оно есть. Все кольца состоят из вещества кометного и метеорного происхождения, которое удерживается на орбитах планет благодаря гравитации. Точно так же и наше Солнце удерживает вокруг себя огромный запас комет, метеоритов и астероидов. 

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

Предел запредельного 

— Можно ли долететь до края Вселенной?

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

Солнце. Фото: pixabay.com

— Почему Солнце зимой не греет?

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

— Как потухнет Солнце? 

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


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

Найдёт тот, кто умеет ждать

— Найдет ли человечество жизнь за пределами Земли?

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

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

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

Планета Земля. Фото: pixabay.com

Переменчивый космос

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

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

— Почему Плутон лишили звания планеты?

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

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

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

Источник: aif.ru

Подобные высказывания сродни тем великим идеям, которые кардинально меняют взгляд на наше место в этом мире. Один из таких переворотов в сознании произошел в 1543-м году, когда Николай Коперник показал, что Земля – не центр Вселенной. В 20-е годы XX века Эдвин Хаббл, заметив, что галактики во Вселенной отдаляются друг от друга, дал жизнь идее о том, что наша Вселенная не существовала вечно, а образовалась в результате определенного события – Большого взрыва. Теперь мы на пороге нового открытия. Если пределы Вселенной найдутся, мы столкнемся с новым еще более трудным вопросом: а что там – по ту сторону границ? 

 

Бесконечность Вселенной подразумевает, что она должна быть бесконечна не только в пространстве, но и во времени, а значит, иметь бесчисленное количество звезд. В этом случае наше небо было бы сплошь усеянным светилами и ослепительно ярким круглые сутки. Однако небесная тьма свидетельствует о том, что космос не существовал вечно. По распространенной теории, все началось с Большого взрыва, который дал возможность самому существованию и расширению материи. Уже сама эта концепция опровергает идею вечности Вселенной, а значит, подрывает и веру в ее беспредельность. В то же время теория Большого взрыва создает определенные трудности для астрономов, ищущих границы нашего космического пространства. 

«Дело в том, что путешествия на огромные расстояния занимают световые годы, а, стало быть, ученые всегда получают устаревшие данные. Пространство, проходимое светом в ранней Вселенной, выросло благодаря ее последующему расширению. Ближайшие к нам звезды относительно юны, с отдаленными объектами счет идет уже на тысячи лет, а если посмотреть на другие галактики, то на миллиарды. При этом мы видим далеко не все галактики. 13,7 млрд лет – вот доступный нам максимум», – поясняет Нил Корниш, астрофизик из Монтанского Государственного Университета. Своеобразный барьер для нашего зрения представляет собой реликтовое излучение, образовавшееся примерно через 380 тысяч лет после Большого взрыва, когда Вселенная расширилась и остыла настолько, что появились атомы. Это излучение- что-то вроде детской фотографии космоса, на которой он запечатлен еще до того, как появились звезды. За ним могут существовать как границы, так и бесконечно продолжающаяся Вселенная. Но, невзирая на мощность телескопов, эта область остается невидимой. 

 

Реликтовое излучение мешает ученым вглядеться в самые дальние дали космоса, но в то же время оно несет в себе весьма ценную информацию, заключающуюся в микроволновом фоне. Ученые предполагают: будь Вселенная неограниченных размеров, в ней можно было бы найти волны всех вероятных длин. Однако фактически волновой спектр космоса очень узок: по-настоящему крупных волн аппарат NASA WMAP, предназначенный для изучения реликтового излучения, ни разу не обнаружил. «Вселенная обладает свойствами музыкального инструмента, внутри которого длина волн не может превосходить его длину. Мы поняли, что Вселенная не вибрирует на длинных волнах, что стало подтверждением ее конечности», – говорит Жан Пьер Люмине из Парижской обсерватории во Франции. 

 

Существует ли край вселенной

 

Дело за малым – определить ее границы и форму. Глен Старкманн, физик из Канады, работающий в Кливлендском университете Кейс Вестерн, полагает, что нашел способ определить границы Вселенной, даже если они дальше зоны нашей видимости. Это можно сделать опять-таки с помощью волн. «Звуковые волны, распространившиеся по Вселенной во времена ее молодости, могут поведать многое. От формы Вселенной, как, например, от формы барабана, зависит, какого типа вибрации в ней возникнут», – говорит Глен. Его команда планирует применить спектральный анализ к нашей Вселенной, чтобы на основе издаваемых ею звуков определить ее форму. Правда, эти исследования долгосрочные, и на поиски ответа могут уйти годы. 

 

Впрочем, выяснить, есть ли у Вселенной границы, можно и другим способом. Им сейчас как раз занимается Жанна Левин, теоретик из Кэмбриджского университета. Она объясняет принцип построения Вселенной на примере старой доброй компьютерной игры «Астероиды». Если управляемый игроком космический корабль уйдет вверх, за пределы экрана, он тут же появится снизу. Такой странный маневр становится понятным, если мысленно свернуть экран в трубу, как журнал: получится, что аппарат просто движется по окружности. 
«Так же и мы, живя внутри Вселенной, не можем выбраться наружу. Нам недоступно измерение, с которого мы могли бы взглянуть на нашу трехмерную Вселенную со стороны. Взять, к примеру, бублик – это, кстати, вполне подходящая в данном случае форма для Вселенной – хотя его поверхность четко очерчена, никто из живущих внутри не наткнется на его пределы: им кажется, что никаких границ не существует», – рассказывает Жанна. 

Впрочем, шанс распознать эти пределы все же есть, хоть и мизерный – нужно следить за тем, как ведет себя свет. Представим себе, что Вселенная – это комната, а вы, вооружившись фонарем, стоите в ее центре. Свет от фонаря достигнет стены за вашей спиной, а затем отразится от стены напротив. и вы увидите в ней отражение собственной спины. Те же правила могут работать и в ограниченном космосе. «Световые портреты» могут отражаться от предполагаемых космических стен и таким образом многократно дублироваться, но с некоторыми изменениями. И будь Вселенная чуть больше Земли, свет мгновенно облетел бы ее, и искривленные образы планеты появились бы по всему небосводу. Но космос настолько огромен, что свету понадобятся миллиарды лет, чтобы его облететь и выдать отражение. 

Но вернемся к нашим «баранкам». Жанна Левин со своей теорией о Вселенной в виде бублика нашла поддержку в лице Френка Штайнера из университета Ульма в Германии. Проанализировав данные, полученные с помощью WMAP, этот ученый сделал вывод, что наибольшее совпадение с наблюдающимся реликтовым излучением дает именно Вселенная-пончик. Его команда также попыталась угадать вероятный размер Вселенной – согласно исследованиям, он может достичь 56 миллиардов световых лет в поперечнике. 

 

Жан Пьер Люминэ при всем своем уважении к бублику г-жи Левин все же уверен, что Вселенная представляет собой сферический додекаэдр или, проще говоря, футбольный мяч: двенадцать пятиугольных округлых поверхностей, расположенных симметрично. По сути, теория французского ученого не особо противоречит научным изысканиям Жанны Левин с ее игрой в «Астероиды». Тут работает та же схема – покидая одну из сторон, Вы оказываетесь на противоположной. Например, полетев на какой-нибудь «сверхскоростной» ракете по прямой, можно, в конце концов, вернуться к точке старта. Не отрицает Жан-Пьер и принципа зеркальных отражений. Он уверен, что если бы существовал супермощный телескоп, можно было бы увидеть в разных сторонах космоса одни и те же объекты, только на разных стадиях жизни. Но когда края додекаэдра находятся на расстоянии миллиардов световых лет, слабые отражения на них не могут заметить даже самые наблюдательные астрономы. 

Отметим, и у Люмине с его концепцией футбольного мяча нашелся союзник – математик Джеффри Уикс. Этот ученый утверждает, что волны в космическом микроволновом фоне выглядят точно так же, как они должны выглядеть, возникнув внутри правильной геометрической фигуры с двенадцатью пятиугольными гранями. 

Первое мгновение жизни Вселенной сыграло огромную роль в ее дальнейшей эволюции. Ученые до сих пор строят сложные гипотезы относительно инфляции – очень короткого промежутка времени, намного меньше секунды, за который размер Вселенной увеличился в сотню триллионов раз. Большинство ученых склоняется к тому, что расширение Вселенной продолжается до сих пор. И, казалось бы, теория бесконечности космоса является логичным продолжением идеи инфляции. 

 

Существует ли край вселенной

Однако у Энди Олбрахта, физика-теоретика Калифорнийского университета в Девисе, на этот счет другое мнение: хоть расширение Вселенной продолжается и по сей день, у этого процесса все же есть пределы. Чтобы пояснить свою теорию, Энди подобрал Вселенной метафору мыльного пузыря. Традиционная теория инфляции допускает бесконечное увеличение этого пузыря, но даже детсадовцы знают, что рано или поздно мыльный шар должен лопнуть. Энди считает, что, достигнув своего максимума, инфляция должна остановиться. И этот максимум не так уж велик, как нам кажется. По мнению Олбрахта, Вселенная лишь на 20% больше видимого нами пространства. «Конечно, неимоверно сложно от бесконечности прийти к такому крошечному размеру – всего на каких-то 20% больше! У меня даже началась клаустрофобия», – шутит ученый. Безусловно, умозаключения Олбрахта весьма спорны и требуют фактического подтверждения, а пока большинство астрономов полагает, что инфляция затухнет еще очень нескоро. 

Расширение Вселенной, кстати, является лучшим объяснением движения галактик на видимой нами территории. Правда, некоторые особенности этого галактического перемещения вызывают недоумение. Группа специалистов NASA под руководством астрофизика Александра Кашлинского, изучая микроволновое и рентгеновское излучение, обнаружила, что около восьмисот отдаленных галактических скоплений дружно направляются в одну сторону со скоростью в тысячу километров в секунду, словно их притягивает некий магнит. Это вселенское перемещение было названо «темным потоком». По последним данным, он охватывает уже 1400 галактик. Они устремлены в район, расположенный более чем в трех миллиардах световых лет от Земли. Ученые предполагают, что как раз где-то там, за пределами, недоступными наблюдениям, располагается огромная масса, которая и притягивает материю. Однако по существующей теории, вещество после Большого взрыва, породившего нашу Вселенную, распределилось более-менее равномерно, а значит, и концентраций масс, обладающих столь фантастической силой, быть не может. Тогда что там? 

Ответ на этот вопрос дала физик-теоретик Лаура Мерсини-Хофтан, руководитель группы из университета Северной Каролины. Она всерьез рассматривает существование другой Вселенной, расположенной по соседству с нашей. Ее умозаключения, кажущиеся на первый взгляд невероятными, вполне сочетаются с озвученной Энди Олбрахтом теорией инфляции и «мыльного пузыря», а также с «темным потоком» Александра Кашлинского. Теперь изыскания этих ученых сложись в единую картину как пазлы. Темный поток, наблюдающийся в нашем космическом пространстве, может быть спровоцирован одним из соседних «пузырей» – другой Вселенной. 

«Задавать вопрос о происхождении Вселенной можно тогда, когда у нас есть множественная структура, в которой она сформировалась, – такие места, условия в которых благоприятны для ее зарождения. Другими словами, можно предположить множество Больших взрывов и множество вселенных», – отмечает Хофтан. Для наглядности она сравнивает эти благоприятные места с комнатами в отеле. Вселенная может зародиться лишь в свободном «номере» и существовать там в одиночестве. Однако это не значит, что в «номер» через стенку не сможет вселиться еще один такой космомир. Но если наша Вселенная – комната в отеле, должны ли мы слышать своих соседей? В 2007-м году аппарат WMAP зафиксировал необычную область существенно пониженного фона реликтового излучения, что говорит об отсутствии в ней материи. По словам ученой дамы, единственным объяснением для такой холодной и абсолютной пустоты является то, что там действуют какие-то другие силы, возможно, наличие другой Вселенной, огромная масса которой притягивает соседнюю материю. И хотя эти «чужие» объекты неподвластны нашему зрению, наша соседка все же дает о себе знать посланиями в виде холодного пятна и потока галактических кластеров. 

Конечно, в научном сообществе реакция на выводы о множественных вселенных неоднозначна. Однако ученые, пытающиеся дать характеристику космическому пространству, готовы к свершению новых революций в науке. Наша Вселенная, ранее считавшаяся бесконечной, может перестать быть таковой и занять должное место в пространстве, среди такого количества вселенных, которое невозможно даже представить.

Источник: naked-science.ru

Существует ли край вселенной
Симуляция крупномасштабной структуры Вселенной демонстрирует сложные неповторяющиеся скопления. Но с нашей точки зрения мы можем видеть конечный объём Вселенной. Что лежит за его пределами?

13,8 млрд лет назад известная нам Вселенная началась с Большого взрыва. За это время расширилось пространство, материя испытывала гравитационное притяжение, и в результате мы получили такую Вселенную, какую наблюдаем сегодня. Но пусть она и огромна, у наших наблюдений есть пределы. На определённом расстоянии галактики исчезают, звёзды тускнеют, и никаких сигналов от удалённых частей Вселенной мы не получаем. А что же находится за этим пределом? На этой неделе читатель спрашивает:

Если Вселенная конечна в объёме, где находится её граница? Можно ли к ней приблизиться? Как она будет выглядеть?

Начнём с нашего текущего местоположения, и заглянем так далеко, как сумеем.

Существует ли край вселенной
Видимые нами звёзды и галактики, расположенные поблизости, выглядят так же, как наши. Но чем дальше мы смотрим, тем глубже в прошлое Вселенной заглядываем: там она менее структурирована, моложе, и не так сильно развита

В непосредственной близости от нас Вселенная полна звёзд. Если улететь за 100 000 световых лет, то можно оставить за собой Млечный Путь. За ним простирается море галактик — возможно, два триллиона внутри наблюдаемой Вселенной. Существует огромное количество их разновидностей, форм, размеров и масс. Но разглядывая более удалённые галактики, можно увидеть нечто необычное: чем дальше галактика, тем вероятнее то, что она будет меньше по размеру и по массе, а её звёзды будут тяготеть к голубому цвету сильнее, чем у ближайших галактик.

Существует ли край вселенной
Чем отличаются галактики в разное время истории Вселенной

Это имеет смысл при условии наличия у Вселенной начала: дня рождения. Именно этим и был Большой взрыв, день, когда родилась известная нам Вселенная. Возраст галактики, находящейся относительно недалеко от нашей, совпадает с нашим возрастом. Но рассматривая галактику, находящуюся в миллиардах световых лет от нас, мы видим свет, которому пришлось идти миллиарды лет, прежде чем он достиг наших глаз. Возраст галактики, свету которой потребовалось 13 млрд лет на то, чтобы дойти до нас, должен быть менее миллиарда лет, и заглядывая всё дальше в пространство мы, по сути, заглядываем в прошлое.

Существует ли край вселенной
Композит из ультрафиолетового, видимого и инфракрасного света, полученный проектом Хаббла eXtreme Deep Field — величайшее из выпущенных изображение далёкой Вселенной

Выше приведено изображение проекта Хаббл eXtreme Deep Field (XDF), глубочайшее изображение удалённой Вселенной. На нём видны тысячи галактик, находящиеся на сильно различных расстояниях от нас и друг от друга. Но в простом цвете нельзя увидеть, что с каждой галактикой связан определённый спектр, в котором облака газа поглощают свет совершенно определённых длин волн, благодаря простой физике атома. С расширением Вселенной эта длина растягивается, поэтому более дальние галактики кажутся нам более красными. Эта физика позволяет нам делать предположения о расстоянии до них, и когда мы расставляем эти расстояния, выясняется, что самыми удалёнными галактиками оказываются самые молодые и мелкие.

За галактиками должны находиться первые звёзды, а затем ничего, кроме нейтрального газа — когда у Вселенной не было времени стянуть материю в достаточно плотные для формирования звёзд структуры. Пройдя ещё на несколько миллионов лет назад, мы увидим, что излучение во Вселенной было настолько горячим, что там не могли сформироваться нейтральные атомы, а значит фотоны постоянно отскакивали от заряженных частиц. Когда же нейтральные атомы сформировались, этот свет должен был просто пойти по прямой линии, и идти вечно, поскольку на него не влияет ничего, кроме расширения Вселенной. Открытие этого остаточного свечения — реликтового излучения — более 50 лет назад стало окончательным подтверждением Большого взрыва.

Существует ли край вселенной
Систематическая диаграмма истории Вселенной, описывающая реионизацию. До формирования звёзд и галактик Вселенная была наполнена нейтральными атомами, блокировавшими свет. И хотя большая часть Вселенной подверглась реионизации только спустя 550 млн лет, некоторые более удачливые участки практически реионизировались раньше этого срока.

С нашего сегодняшнего местоположения мы можем посмотреть в любом направлении и увидеть одинаковый ход космической истории. Сегодня, спустя 13,8 млрд лет после Большого взрыва, у нас есть известные нам галактики и звёзды. Раньше галактики были меньше, голубее, моложе и не такие развитые. До того были первые звёзды, а до этого — только нейтральные атомы. До нейтральных атомов была ионизированная плазма, а до неё — свободные протоны и нейтроны, спонтанное возникновение материи и антиматерии, свободные кварки и глюоны, все нестабильные частицы Стандартной Модели, и, наконец, сам момент Большого взрыва. Заглядывать на всё более дальние расстояния — это всё равно, что заглядывать в прошлое.

Существует ли край вселенной
Представление художника в виде логарифмической концепции наблюдаемой Вселенной. За галактиками следует крупномасштабная структура и горячая, плотная плазма Большого взрыва на задворках. Край является границей только во времени.

Хотя это определяет нашу наблюдаемую Вселенную — с теоретической границей Большого взрыва, находящейся в 46,1 млрд световых лет от нашего местоположения — это не будет какой-то реальной границей пространства. Это просто граница во времени; существуют ограничения того, что мы можем увидеть, поскольку скорость света позволила информации путешествовать только 13,8 млрд лет с момента горячего Большого взрыва. Это расстояние больше 13,8 млрд световых лет, поскольку ткань Вселенной расширялась (и продолжает расширяться), но оно всё равно конечно. Но что насчёт времени до Большого взрыва? Что бы вы увидели, если бы как-то попали за одну долю секунды до того, как Вселенная обладала высочайшей из энергий, была плотной, горячей, полной материи, антиматерии и излучения?

Существует ли край вселенной
Инфляция обеспечила горячий Большой взрыв и дала рост наблюдаемой Вселенной, к которой у нас есть доступ. Флуктуации инфляции заронили семена, выросшие в имеющуюся у неё сегодня структуру

Вы бы обнаружили состояние космической инфляции, в котором Вселенная расширялась чрезвычайно быстро, и в котором доминировала энергия, присущая самому пространству. Пространство в это время экспоненциально расширялось, было растянуто до плоского состояния, приобрело одинаковые свойства во всех местах, существовавшие тогда частицы были разбросаны в разные стороны, а флуктуации, присущие квантовым полям, были растянуты по всей Вселенной. Когда инфляция закончилась в том месте, где находимся мы, горячий Большой взрыв наполнил Вселенную материей и излучением, и породил ту часть Вселенной — наблюдаемую Вселенную — которую мы видим сегодня. И вот, 13,8 млрд лет спустя, мы имеем то, что имеем.

Существует ли край вселенной
Наблюдаемая Вселенная может простираться на 46 млрд световых лет во все стороны с нашей точки зрения, но наверняка есть и больше ненаблюдаемых частей Вселенной, возможно, даже бесконечное количество, похожих на ту, в которой находимся мы

Наше расположение ничем особенным не отличается, ни в пространстве, ни во времени. То, что мы можем видеть на 46 млрд световых лет, не придаёт какого-то особого значения этой границе или этому местоположению. Это просто ограничение нашего поля зрения. Если бы мы каким-то образом смогли сделать фотографию всей Вселенной, простирающуюся за наблюдаемую границу, такой, какой она стала через 13,8 млрд лет после Большого взрыва, она бы вся выглядела так, как наша ближайшая часть. В ней была бы великая космическая сеть галактик, скоплений, галактических нитей, космических войдов, простирающихся за пределы относительно небольшого участка, видимого нам. Любой наблюдатель в любом месте увидел бы Вселенную, очень похожую на ту, что мы видим со своей точки зрения.

Существует ли край вселенной
Одно из самых удалённых наблюдений Вселенной демонстрирует расположенные неподалёку звёзды и галактики, но галактики из внешних участков просто выглядят моложе и менее развитыми. С их точки зрения им 13,8 млрд лет от роду, и они более развитые, а мы кажемся им такими, какими были миллиарды лет назад

Отдельные детали отличались бы, как отличаются детали нашей Солнечной системы, Галактики, местной группы и т.п. от деталей другого наблюдателя. Но Вселенная не ограничена в объёме — ограничена только её наблюдаемая нами часть. Причиной тому временная граница — Большой взрыв — отделяющая нас от остальной части. Мы можем приблизиться к ней только при помощи телескопов, заглядывающих в ранние дни Вселенной, и в теории. Пока мы не придумаем, как обхитрить текущее в одну сторону время, это будет нашим единственным подходом к пониманию «границы» Вселенной. Но в космосе никаких границ нет. Насколько мы знаем, некто на краю нашей наблюдаемой Вселенной просто увидел бы нас на краю своей наблюдаемой Вселенной!

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].

ЧаВо: если Вселенная расширяется, почему не расширяемся мы; почему возраст Вселенной не совпадает с радиусом наблюдаемой её части .

Источник: habr.com


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.