Необъятно сложная вселенная как понять

pink hair 1450045 1920 Советы на день

Бесконечна ли Вселенная?

5463456

Не осталось четких или окончательных доказательств того, что Вселенная либо конечна, либо бесконечна, хотя есть некоторые интригующие аргументы и предлагаемые теории с обеих сторон. Однако самое замечательное в этой загадке заключается в том, что из-за природы Вселенной мы, возможно, никогда не сможем по-настоящему узнать ответ!

Когда вы в последний раз смотрели в усыпанное звездами небо за много километров от любого другого источника света? Когда тысячи звезд простираются над вами, рассеивая свой свет за миллионы или миллиарды километров от вас, это просто ошеломляет. Чем дольше вы вглядываетесь, тем больше звезд появляется, чем вы могли бы сосчитать, если бы потратили на это всю ночь! Однако любой, кто имеет смутное представление о нашей галактике и Вселенной, знает, что на самом деле в одном только Млечном Пути есть миллиарды звезд, что намного больше, чем несколько тысяч, которые мы можем видеть с Земли!

За пределами нашей галактики Млечный Путь находится более 150 миллиардов других галактик, каждая со своим огромным количеством звезд. Нашему релятивистскому мозгу практически невозможно понять эти числа, поэтому большинство людей думают о Вселенной как о бесконечно большой и бесконечной пустоте. В большинстве повседневных ситуаций это убеждение не имеет большого значения, но верно ли оно? Бесконечна вселенная или нет?

Сложный вопрос

Вопрос также осложняется представлениями большинства людей о том, что такое вселенная на самом деле и как она образовалась. Многие люди думают о Большом Взрыве, происходящем в совершенно пустой пустоте, вакууме без энергии или материи, когда внезапно началось массивное расширение, извергающее материю и энергию с невообразимой скоростью, что в конечном итоге привело к образованию всех известных нам сегодня скоплений галактик, туманностей, звезд, планет и лун.

В первые мгновения Вселенной после Большого взрыва объем и плотность материи были несколько однородны, но как только началось охлаждение и дифференциация на атомы, области накопления массы и области пустого пространства стали более определенными. Вся энергия и материя начали расширяться, удаляясь со скоростью света от всего остального; точно так же расширялось и пустое пространство между объектами (часто быстрее скорости света).

5728

Иллюстрация расширения вселенной после большого взрыва.

Вот почему мы можем обнаружить свет на расстоянии 46 миллиардов световых лет (в том числе благодаря гравитационному линзированию), хотя наша Вселенная существует в своем нынешнем виде всего 13,8 миллиарда лет.

Это говорит о том, что во Вселенной существует «внешнее», как если бы теоретически можно было выйти наружу и затем наблюдать снаружи системы. Однако у нас нет никаких доказательств того, что такое «внешнее» существует, что является сильным аргументом в пользу теории бесконечной вселенной.

Может ли это быть бесконечным?

Мысль о том, что все сущее «бесконечно», опять же, очень трудна для человеческого ума. Наше существование изначально определяется границами и ограничениями, поэтому “бесконечное” число возможностей немыслимо. Однако если вселенная бесконечна, то существует вероятность (пусть и небольшая), что точно такое же расположение атомов и молекул существует и в других местах. Экстраполируя это дальше, можно было бы также найти место, где те же самые структуры атомов и молекул образовали бы другую Землю, с жизнью, которая развивалась бы таким же образом, а это означало бы, что где-то еще в этой бесконечной вселенной существовал бы другой «ты».

Это может звучать как научная фантастика, но это та область, где должны проводиться дискуссии о «бесконечном». Хотя эти, казалось бы, диковинные мысленные эксперименты кажутся невозможными, у нас нет возможности должным образом опровергнуть их.

В более крупном масштабе, когда мы смотрим на Вселенную, она кажется плоской, почти как лист бумаги, и нет никакой заметной кривизны. Тем не менее мы продолжаем наблюдать «противоположные» стороны Вселенной, надеясь, что сможем распознать закономерности сходства, подобные тому, что наблюдается на нашей планете, где человек в конечном итоге достиг бы своего первоначального местоположения, если бы он шел в одном направлении достаточно долго.

Несмотря на то, что в настоящее время мы не можем увидеть кривизну Вселенной, было высказано предположение, что если бы Вселенная была по крайней мере в 250 раз больше, чем наша наблюдаемая в настоящее время Вселенная, она потенциально все еще могла бы изгибаться назад (где-то за пределами нашей способности видеть). Хотя это сделало бы объем Вселенной в миллиарды раз больше, чем мы видим сейчас, это возможно. Учитывая это теоретическое ограничение, Вселенная все равно будет считаться конечной.

Дискуссии о Большом взрыве, размере и форме Вселенной, потенциале мультивселенных, темной энергии, темной материи и десятках других загадочных тем продолжают увлекать и очаровывать экспертов, которые проводят свою жизнь, глядя на звезды. Ученые и академики любят твердые ответы и измеримые величины, но когда вы говорите о самом большом возможном масштабе (всей Вселенной), такие окончательные ответы часто неуловимы или невозможно когда-либо доказать. В то время как охота за истиной толкает вперед, человеку, возможно, придется смириться с тем, что некоторые тайны не предназначены для того, чтобы быть разгаданными.

Источник

Конечна или бесконечна Вселенная?

Есть два варианта: либо Вселенная конечна и обладает размером, либо бесконечна и тянется вечно. Оба варианта заставляют хорошенько задуматься. Насколько велика наша Вселенная? Все зависит от ответа на вышеуказанные вопросы. Пытались астрономы понять это? Конечно пытались. Можно сказать, они одержимы поиском ответов на эти вопросы, и благодаря их поискам мы строим чувствительные космические телескопы и спутники. Астрономы вглядываются в космический микроволновый фон, реликтовое излучение, оставшееся со времен Большого Взрыва. Каким образом можно проверить эту идею, просто наблюдая за небом?

3 istheunivers

Ученые пытались найти доказательства того, что особенности на одном конце неба связаны с особенностями на другом, вроде того, как края обертки на бутылке соединяются друг с другом. До сих пор не найдено никаких доказательств, что края неба могут быть связаны.

Если говорить по-человечески, это означает, что на протяжении 13,8 миллиарда световых лет во всех направлениях Вселенная не повторяется. Свет проходит туда-сюда-обратно через все 13,8 миллиарда световых лет и только потом покидает Вселенную. Расширение Вселенной отодвинуло границы покидания светом вселенной на 47,5 миллиарда лет. Можно сказать, наша Вселенная 93 миллиарда световых лет в поперечнике. И это минимум. Возможно, это число 100 миллиардов световых лет или даже триллион. Мы не знаем. Возможно, и не узнаем. Также Вселенная вполне может быть бесконечной.

2 istheunivers

Итак, представьте себе. В одном кубометре космоса (просто расставьте руки пошире) есть конечное число частиц, которое может существовать в этом регионе, и у этих частиц может быть конечное число конфигураций с учетом их спина, заряда, положения, скорости и т. д.

Тони Падилья из Numberphile подсчитал, что это число должно быть десять в десятой в семидесятой степени. Это настолько большое число, что его нельзя записать всеми карандашами во Вселенной. Если предположить, конечно, что другие формы жизни не изобрели вечные карандаши или не существует дополнительного измерения, заполненного сплошь карандашами. И все равно, наверное, карандашей не хватит.

В наблюдаемой Вселенной есть только 10^80 частиц. И этого намного меньше, чем возможных конфигураций материи в одном кубометре. Если Вселенная действительно бесконечна, то удаляясь от Земли вы в конце концов найдете место с точным дубликатом нашего кубометра космоса. И чем дальше, тем больше дубликатов.

Подумаешь, скажете вы. Одно облако водорода выглядит так же, как и другое. Но вы должны знать, что проходя по местам, которые будут выглядеть знакомыми все больше и больше, вы в конечном итоге дойдете до места, где найдете себя. А найти копию себя — это, пожалуй, самое странное, что может произойти в бесконечной Вселенной.

4 istheunivers

Ответить на вопрос, конечна или бесконечна Вселенная, крайне важно, потому что любой из ответов будет умопомрачительным. Пока астрономы не знают ответа. Но не теряют надежды.

Источник

Бесконечность Вселенной: как понять и осознать космос

Современная космология возникла в XX веке с развитием Общей Теории Относительности Альберта Эйнштейна. Именно эта наука изучает эволюцию Вселенной в целом. Многие парадоксы классической космологии вызывают интерес: фотометрический парадокс (почему ночью темно?), термодинамический парадокс (почему не наступило тепловое равновесие?), гравитационный парадокс (закон всемирного тяготения не объясняет гравитационное поле, создаваемое бесконечной системой масс).

Но один из главных вопросов, волнующий учёных, звучит так: бесконечна ли Вселенная? Бесконечна ли вселенная с точки зрения математики, физики, философии? Как представить бесконечность космоса? Ответы на эти вопросы помогут взглянуть на будущее человечества под другим углом.

Как доказать бесконечность Вселенной?

Космология Джордано Бруно

Джордано Бруно стал одним из первых, кто попытался ответить на вопрос: бесконечна ли Вселенная с точки зрения философии — и доказать это в своих трактатах: «Пир на пепле», «О бесконечном, Вселенной и мирах». Однако его аргументы пересекались с теологией и основывались на божественном начале:

Эти выводы Бруно приводил с точки зрения философии и теологии, поэтому они имеют не научное, а культурное и историческое значение. Современная же наука хочет ответить на вопрос: бесконечна ли Вселенная с точки зрения математики и философии.

dzhordano bruno a famous monument of giordano bruno on campo di fiori rome italyПамятник Джордано Бруно в Италии

Современная космология. Расширяющаяся Вселенная

На данный момент учёные доказали, что правильная модель Вселенной — расширяющаяся Вселенная, а не стационарная, как считалось столетиями до XX века. Это открытие совершил Эдвин Хаббл на основании эффекта Доплера (красное смещение).

Чтобы наглядно представить эффект Доплера, прислушайтесь к проезжающему мимо вас автомобилю. Когда он приближается, звук его двигателя кажется громче, что соответствует более высокой частоте звуковых волн; когда удаляется, звук двигателя кажется более низким, что соответствует более низкой частоте звуковых волн. Аналогичное происходит со световыми волнами.

Величина красного смещения пропорциональна расстоянию — чем дальше галактика, тем быстрее она удаляется от нас. Все галактики имеют красное смещение. Это означает, что все они удаляются от нас. Следовательно, Вселенная расширяется.

krasnoe smechenie besconechen li cosmos 2Красное смещение: принцип действия

Однако долгое время считалось, что Вселенная стационарна. Главная теория, на которой строится современная космология, — Общая Теория Относительности, — предполагает, что Вселенная стационарна.

Теоретически доказать обратное смог Александр Фридман, что после экспериментально подтвердил своим открытием Эдвин Хаббл.

Модели Фридмана

На основе ОТО Альберта Эйнштейна Александр Фридман сделал два предположения:

Благодаря этим предположениям были созданы модели Вселенной, которые можно разделить на два типа:

Критическая плотность пропорциональна квадрату параметра Хаббла. Если взять значение 15 км/с на миллион световых лет, получится критическая плотность, равная 5×10^30 грамм на кубический сантиметр, или три атома водорода на тысячу литров космического пространства.

modeli fridman besconechen li cosmosСовременные модели Вселенной (космологические теории)

Ускорение расширяющейся Вселенной

Другой способ определения расстояния — эффект Доплера (красное смещение). Результаты должны быть одинаковы, однако расстояние, вычисленное при помощи сверхновых Ia, превышало значение, определённое по методу красного смещения. Единственным объяснением было то, что Вселенная расширяется с ускорением.

На данный момент исследования в области космологии продолжаются. Одни учёные защищают бесконечность времени и пространства вселенной, другие — конечность. Но каким образом можно доказать истинность той или иной точки зрения?

Timeline universe besconechnost cosmosaНаиболее популярная модель нашей Вселенной, включающая темную энергию. Первые 6-7 млрд. лет галактики двигались с замедлением, далее вышли на равномерное, а затем ускоренное движение.

Можно ли доказать бесконечность Вселенной?

Первая попытка: космическое путешествие

Самый простой для понимания и сложный для исполнения способ — космическое путешествие. Для его представления следует сделать ряд допущений:

Если Вселенная бесконечна, то путешественник будет вечно двигаться на космическом корабле по бесконечному пространству. Он никогда не сможет понять, действительно ли бесконечен космос. Даже пройдя огромные расстояния, путешественник не сможет утверждать, что Вселенная не имеет края, ведь он попросту не осознает это. Проблема состоит в понимании бесконечности: трудно представить её теоретически и невозможно на практике — у неё нет аналога.

Вторая попытка: изучение Большого взрыва

bolshoi vzriv 3 besconechnost cosmosaХронология Большого взрыва. Температура указана в кельвинах. Источник: starcatalog.ru.

Третья попытка: измерение плотности вещества

Как было сказано, если плотность вещества меньше или равна некоторому критическому значению, то Вселенная бесконечна. Если больше критического значения, то конечна. По сегодняшним данным наиболее вероятно, что плотность вещества меньше или равна критическому значению, следовательно, Вселенная плоская и бесконечна.

Однако существуют другие формы материи: тёмная материя и и экзотические формы материи, которые мы не можем наблюдать и исследовать. Они могут нарушить баланс, и значение плотности станет выше критического.

Сейчас учёные исследуют Вселенную, чтобы дать ответ на вопрос о её бесконечности. Возможно, этот ответ появится в ближайшее десятилетие, а пока что важно изучать имеющиеся данные.

Что почитать?

Что посмотреть?

Бесконечность Вселенной — FAQ

Это была информация о бесконечности Вселенной, известная на данный момент. Однако осталось несколько интересных вопросов:

Сейчас наиболее вероятно, что Вселенная бесконечна. Это подтверждают недавние исследования. Учёные с точностью до 1% смогли измерить дистанции между галактиками на расстоянии более 6 миллиардов световых лет от Земли, что позволило сделать вывод о модели Вселенной. Астрономы говорят, что их результаты согласуются и подтверждают теорию о плоской бесконечной Вселенной.

Пример с бессмертным космическим путешественником подтверждает, что участнику событий представить бесконечность невозможно, но наблюдатель сможет это сделать. Представьте отрезок, на одном конце которого ноль, а на другом единица, и попробуйте отметить ещё одно число в интервале между нулём и единицей. 0,5? Есть числа меньше. 0, 25? Ещё меньше. Это только рациональные числа. А если постепенно помещать на числовую прямую в этот интервал действительные числа — рациональные и иррациональные? Вы будете перебирать их вечно. Это и есть наглядная демонстрация бесконечности. Аналогичное происходит с бесконечной Вселенной.

Такая модель будет конечной, но неограниченной, как сферическая поверхность. Не будет условной стены или края: Вселенная будет замыкать саму себя. Если мы будем двигаться из определённой точки пространства в определённом направлении, рано или поздно мы вернёмся в эту точку.

Учёные считают, что ускорение расширяющейся Вселенной связано с воздействием на неё тёмной энергии.

Тёмная энергия — особый вид энергии, который невозможно обнаружить с помощью стандартных методов наблюдения. Считается, что тёмная энергия управляет процессами, происходящими во Вселенной. Однако сейчас она мало изучена, поэтому выводы делать рано.

Тёмная материя — особый вид материи, не взаимодействующий с электромагнитным излучением, поэтому названа «тёмной». Единственная сила, с которой взаимодействует тёмная материя, — гравитационная сила. Этот вид материи был обнаружен благодаря воздействию гравитации.

Вселенная расширяется достаточно медленно, вследствие чего гравитационное притяжение между галактиками замедляет его, а затем останавливает. После галактики начинают сближаться друг с другом, и Вселенная сжимается. Расстояние между двумя соседними галактиками сначала равно нулю, затем увеличивается до критического значения, а после снова равно нулю.

Вселенная расширяется настолько быстро, что гравитационное притяжение не может остановить его, лишь немного замедляет. Расстояние между двумя соседними галактиками сначала равно нулю, но в конечном счёте они разлетаются с постоянной скоростью.

Вселенная расширяется, и этой скорости достаточно для того, чтобы предотвратить сжатие. Расстояние между двумя соседними галактиками сначала равно нулю, оно постоянно растёт. В таком случае скорость разлёта галактик уменьшается, но никогда не будет равняться нулю.

Источник

Спросите Итана: может ли Вселенная быть бесконечной?

0f5e043b892ebe2200e55bfed6cdf745
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.

83386cefcd56596caa658a59748ad1c3
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.

e1b98b246e35f881242def0c5777f54c
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.

5ce8d87f12ac0f2cb1e2c31b4a4f325c
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 250 3 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.

9640c67f42fd42548ad8c8761c0bc87b
Наблюдаемая нами Вселенная – 46 млрд световых лет во всех направлениях, но за этим рубежом обязательно есть что-то ещё.

6790ff8a8c6344c1597210baab308c47
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.

79a23984dd396271b1a474b003e298fb
Инфляция подготовила всё для Большого взрыва и породила наблюдаемую Вселенную, но нам доступна для измерений лишь малая часть секунды влияния инфляции на нашу Вселенную

bb0a1a2e8325ae7926715a82f09dbb80
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)

ad486952f06cb8d0fb92096ae5c819b6
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

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.

4d7614bd7b7960a5505967a85444a17a
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

Оцените статью
Добавить комментарий

Adblock
detector