Какво е отвъд Вселената? Този въпрос е твърде сложен за човешкото разбиране. Това се дължи на факта, че на първо място е необходимо да се определят неговите граници, а това далеч не е лесно.
Общоприетият отговор взема предвид само наблюдаваната Вселена. Според него размерите се определят от скоростта на светлината, тъй като е възможно да се види само светлината, която се излъчва или отразява от обектите в космоса. Невъзможно е да се погледне по-далеч от най-далечната светлина, която пътува през цялото съществуване на Вселената.
Пространството продължава да се разширява, но все още е ограничено. Неговият размер понякога се нарича обем или сфера на Хъбъл. Човекът във Вселената вероятно никога няма да може да знае какво има отвъд нейните граници. Така че за цялото изследване това е единственото пространство, с което някога ще трябва да се взаимодейства. Поне в близко бъдеще.
Величие
Всеки знае, че Вселената е голяма. На колко милиона светлинни години се простира?
Астрономите внимателно изучават космическото микровълново фоново лъчение - последващото сияние от Големия взрив. Те търсят връзки между случващото се от едната страна на небето и това, което се случва от другата. И досега няма доказателства, че има нещо общо. Това означава, че за 13,8 милиарда години в която и да е посока Вселената не се повтаря. Това е колко време трябва на светлината, за да достигне поне до видимия ръб на това пространство.
Все още сме загрижени за въпроса какво се крие отвъд видимата Вселена. Астрономите признават, че космосът е безкраен. „Материята“ в него (енергия, галактики и т.н.) е разпределена точно по същия начин, както в наблюдаваната Вселена. Ако това наистина е така, тогава се появяват различни аномалии на това, което е на ръба.
Отвъд обема на Хъбъл има не само повече различни планети. Там можете да намерите всичко, което може да съществува. Ако отидете достатъчно далеч, може дори да намерите друга слънчева система със Земя, идентична във всяко отношение, освен че сте имали каша вместо бъркани яйца за закуска. Или изобщо нямаше закуска. Или да речем, че сте станали рано и сте обрали банка.
Всъщност космолозите смятат, че ако отидете достатъчно далеч, можете да намерите друга сфера на Хъбъл, която е напълно идентична с нашата. Повечето учени смятат, че вселената, която познаваме, има граници. Това, което е отвъд тях, остава най-голямата загадка.
Космологичен принцип
Тази концепция означава, че независимо от местоположението и посоката на наблюдателя, всеки вижда една и съща картина на Вселената. Разбира се, това не важи за проучвания в по-малък мащаб. Тази хомогенност на пространството се дължи на равенството на всички негови точки. Това явление може да бъде открито само в мащаба на галактически клъстер.
Нещо подобно на тази концепция е предложено за първи път от сър Исак Нютон през 1687 г. И впоследствие, през 20 век, това се потвърждава от наблюденията на други учени. Логично, ако всичко е възникнало от една точка на Големия взрив и след това се е разширило във Вселената, то ще остане доста хомогенно.
Разстоянието, на което човек може да наблюдава космологичния принцип, за да открие това очевидно равномерно разпределение на материята, е приблизително 300 милиона светлинни години от Земята.
Всичко обаче се промени през 1973 г. Тогава беше открита аномалия, която наруши космологичния принцип.
Голям привличащ
Огромна концентрация на маса е открита на разстояние от 250 милиона светлинни години, близо до съзвездията Хидра и Кентавър. Теглото му е толкова голямо, че може да се сравни с десетки хиляди маси на Млечния път. Тази аномалия се счита за галактически свръхкуп.
Този обект беше наречен Великият атрактор. Неговата гравитационна сила е толкова силна, че засяга други галактики и техните клъстери в продължение на няколкостотин светлинни години. Дълго време това остава една от най-големите мистерии в космоса.
През 1990 г. беше открито, че движението на колосални клъстери от галактики, наречено Големият атрактор, се стреми към друга област на пространството - отвъд ръба на Вселената. Засега този процес може да се наблюдава, въпреки че самата аномалия е в „зоната на избягване“.
Тъмна енергия
Според закона на Хъбъл всички галактики трябва да се отдалечават равномерно една от друга, запазвайки космологичния принцип. През 2008 г. обаче се появи ново откритие.
Сондата Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) откри голяма група клъстери, които се движеха в една и съща посока със скорост до 600 мили в секунда. Всички те се насочваха към малка част от небето между съзвездията Кентавър и Велус.
Няма очевидна причина за това и тъй като беше необясним феномен, беше наречена "тъмна енергия". Причинява се от нещо извън видимата вселена. В момента има само предположения за неговата природа.
Ако клъстерите от галактики са привлечени към колосална черна дупка, тогава тяхното движение трябва да се ускори. Тъмната енергия показва постоянната скорост на космическите тела в продължение на милиарди светлинни години.
Един от възможни причинина този процес - масивни структури, които са извън Вселената. Те имат огромно гравитационно влияние. В рамките на наблюдаваната Вселена няма гигантски структури с достатъчно гравитационно тегло, които да причинят това явление. Но това не означава, че те не могат да съществуват извън наблюдавания регион.
Това би означавало, че структурата на Вселената не е хомогенна. Що се отнася до самите структури, те могат да бъдат буквално всичко, от агрегати от материя до енергия в мащаб, който едва ли може да си представите. Възможно е дори те да са насочващи гравитационни сили от други вселени.
Безкрайни мехурчета
Не е съвсем правилно да се говори за нещо извън сферата на Хъбъл, тъй като тя все още има идентична структура с Метагалактиката. „Неизвестното“ има същите физически закони на Вселената и константи. Има версия, че Големият взрив е причинил появата на мехурчета в структурата на космоса.
Веднага след него, преди да започне раздуването на Вселената, възниква нещо като „космическа пяна“, съществуваща като струпване на „мехурчета“. Един от обектите на това вещество внезапно се разшири, като в крайна сметка се превърна в известната днес Вселена.
Но какво излезе от другите балони? Александър Кашлински, ръководител на екипа на НАСА, организацията, открила „тъмната енергия“, каза: „Ако се отдалечите достатъчно, можете да видите структура, която е извън балона, извън Вселената. Тези структури трябва да създават движение."
Така "тъмната енергия" се възприема като първото доказателство за съществуването на друга Вселена или дори "Мултивселена".
Всеки балон е област, която е спряла да се разтяга заедно с останалото пространство. Тя формира своя собствена Вселена със свои специални закони.
В този сценарий пространството е безкрайно и всеки балон също няма граници. Дори и да е възможно да се наруши границата на един от тях, пространството между тях все още се разширява. С течение на времето ще бъде невъзможно да се стигне до следващия балон. Това явление все още остава едно от най-големите тайнипространство.
Черна дупка
Теорията, предложена от физика Лий Смолин, предполага, че всеки такъв космически обектв структурата на Метагалактиката предизвиква образуването на нещо ново. Човек трябва само да си представи колко черни дупки има във Вселената. Всеки има физически закони, които са различни от тези на предшественика си. Подобна хипотеза е очертана за първи път през 1992 г. в книгата „Животът на Космоса“.
Звездите по света, които попадат в черни дупки, се компресират до невероятно екстремни плътности. При такива условия това пространство експлодира и се разширява в своя собствена нова Вселена, различна от оригинала. Точката, в която времето спира в черна дупка, е началото на Големия взрив на нова Метагалактика.
Екстремните условия вътре в колабиралата черна дупка водят до малки, произволни промени в основните физически сили и параметри в дъщерната вселена. Всеки от тях има характеристики и показатели, които са различни от техните родители.
Съществуването на звезди е предпоставка за образуването на живот. Това се дължи на факта, че въглеродът и др сложни молекули, осигуряващи живот, се създават в тях. Следователно формирането на съществата и Вселената изисква същите условия.
Критика на космическия естествен подбор като научна хипотезасе крие в липсата на преки доказателства на този етап. Но трябва да се има предвид, че от гледна точка на вярванията не е по-лошо от предложените научни алтернативи. Няма доказателства какво се крие отвъд Вселената, било то Мултивселената, струнната теория или цикличното пространство.
Много паралелни вселени
Тази идея изглежда е нещо, което няма голямо значение за съвременната теоретична физика. Но идеята за съществуването на Мултивселена отдавна се счита за научна възможност, въпреки че все още предизвиква активен дебат и разрушителен дебат сред физиците. Тази опция напълно унищожава идеята колко вселени има в космоса.
Важно е да се има предвид, че Мултивселената не е теория, а по-скоро следствие от съвременното разбиране на теоретичната физика. Това разграничение е критично. Никой не махна с ръка и не каза: "Нека има Мултивселена!" Тази идея е извлечена от съвременни учения като квантовата механика и теорията на струните.
Мултивселена и квантова физика
Много хора са запознати с мисловния експеримент „Котката на Шрьодингер“. Нейната същност се състои в това, че Ервин Шрьодингер, австрийски физик-теоретик, посочи несъвършенствата на квантовата механика.
Ученият предлага да си представим животно, което е поставено в затворена кутия. Ако го отворите, можете да разберете едно от двете състояния на котката. Но докато кутията е затворена, животното е или живо, или мъртво. Това доказва, че няма държава, която да съчетава живота и смъртта.
Всичко това изглежда невъзможно просто защото човешкото възприятие не може да го проумее.
Но това е напълно възможно според странните правила на квантовата механика. Пространството на всички възможности в него е огромно. Математически, квантово механичното състояние е сумата (или суперпозицията) на всички възможни състояния. В случая с котката на Шрьодингер експериментът е суперпозиция на „мъртви“ и „живи“ позиции.
Но как може това да се тълкува така, че да има някакво практическо значение? Популярен начин е да мислите за всички тези възможности по такъв начин, че единственото "обективно вярно" състояние на котката да е наблюдаваното. Човек обаче може също да се съгласи, че тези възможности са верни и всички те съществуват в различни вселени.
Теория на струните
Това е най-обещаващата възможност за обединение квантова механикаи гравитацията. Това е трудно, защото гравитацията е толкова неописуема в малки мащаби, колкото са атомите и субатомните частици в квантовата механика.
Но теорията на струните, която казва, че всички фундаментални частици са направени от мономерни елементи, описва всички известни сили на природата наведнъж. Те включват гравитация, електромагнетизъм и ядрени сили.
Въпреки това за математическа теорияНеобходими са поне десет низа физически измервания. Можем да наблюдаваме само четири измерения: височина, ширина, дълбочина и време. Следователно допълнителните измерения са скрити от нас.
Да може да използва теорията, за да обясни физични явления, тези допълнителни изследвания са „плътни“ и твърде малки в малък мащаб.
Проблемът или характеристиката на теорията на струните е, че има много начини за извършване на компактификация. Всяко от тях води до вселена с различни физически закони, като различни маси на електрони и гравитационни константи. Има обаче и сериозни възражения срещу методологията на уплътняването. Следователно проблемът не е напълно решен.
Но очевидният въпрос е: в коя от тези възможности живеем? Теорията на струните не предоставя механизъм за определяне на това. Това го прави безполезен, защото не е възможно да се тества напълно. Но изследването на ръба на Вселената превърна тази грешка в функция.
Последици от Големия взрив
По време на най-ранната структура на Вселената е имало период на ускорено разширяване, наречен инфлация. Първоначално това обяснява защо сферата на Хъбъл е почти еднаква по температура. Въпреки това, инфлацията също прогнозира спектър от температурни колебания около това равновесие, което по-късно беше потвърдено от няколко космически кораба.
Въпреки че точните детайли на теорията все още се обсъждат горещо, инфлацията е широко приета от физиците. Въпреки това, следствие от тази теория е, че трябва да има други обекти във Вселената, които все още се ускоряват. Поради квантовите флуктуации в пространство-времето, някои части от него никога няма да достигнат крайното състояние. Това означава, че пространството ще се разширява завинаги.
Този механизъм генерира безкраен брой вселени. Комбинирайки този сценарий със струнната теория, има възможност всеки да има различна компактификация допълнителни размерии следователно има различни физически закони на Вселената.
Според доктрината за Мултивселената, предвидена от теорията на струните и инфлацията, всички Вселени живеят в едно и също физическо пространство и могат да се пресичат. Те неизбежно трябва да се сблъскат, оставяйки следи в космическото небе. Техният характер варира от студени или горещи точки в космическия микровълнов фон до аномални празнини в разпределението на галактиките.
Тъй като сблъсъците с други вселени трябва да се случват в определена посока, всяка намеса се очаква да наруши хомогенността.
Някои учени ги търсят чрез аномалии в космическия микровълнов фон, последващото сияние от Големия взрив. Други са в гравитационни вълни, които се вълнуват през пространство-времето, докато масивни обекти преминават покрай тях. Тези вълни могат директно да докажат съществуването на инфлация, което в крайна сметка укрепва подкрепата за теорията за мултивселената.
Теорията на относителността разглежда пространството и времето като единно образование, така нареченото „пространство-време“, в което времевите координати играят толкова важна роля, колкото и пространствените. Следователно, в самото общ случайние, от гледна точка на теорията на относителността, можем да говорим само за крайността или безкрайността на това конкретно обединено „пространство-време“. Но след това навлизаме в така наречения четириизмерен свят, който има напълно специални геометрични свойства, които се различават най-съществено от геометрични свойствана триизмерния свят, в който живеем.
И безкрайността или крайността на четириизмерното „пространство-време“ все още не казва нищо или почти нищо за пространствената безкрайност на Вселената, която ни интересува.
От друга страна, четириизмерната теория на относителността „пространство-време“ не е просто удобен математически апарат. Той отразява много специфични свойства, зависимости и модели на реалната Вселена. И следователно, когато решаваме проблема за безкрайността на пространството от гледна точка на теорията на относителността, ние сме принудени да вземем предвид свойствата на „пространството-време“. Още през двадесетте години на настоящия век А. Фридман показа, че в рамките на теорията на относителността отделна формулировка на въпроса за пространствената и времева безкрайност на Вселената не винаги е възможна, а само при определени условия. Тези условия са: хомогенност, тоест равномерното разпределение на материята във Вселената, и изотропност, тоест еднакви свойства във всяка посока. Само в случай на хомогенност и изотропия едно „пространство-време” се разделя на „хомогенно пространство” и универсално „световно време”.
Но, както вече отбелязахме, реалната Вселена е много по-сложна от хомогенните и изотропни модели. Това означава, че четириизмерната сфера на теорията на относителността, съответстваща на реалния свят, в който живеем, в общия случай не се разделя на „пространство” и „време”. Следователно, дори ако с увеличаване на точността на наблюденията можем да изчислим средната плътност (и следователно локалната кривина) за нашата Галактика, за клъстер от галактики, за наблюдаваната област на Вселената, това все още няма да е решение към въпроса за пространствения обхват на Вселената като цяло.
Интересно е, между другото, да се отбележи, че някои области на пространството наистина могат да се окажат крайни в смисъл на затваряне. И не само пространството на Метагалактиката, но и всяка област, в която има достатъчно мощни маси, които причиняват силна кривина, например пространството на квазарите. Но, повтаряме, това все още не казва нищо за крайността или безкрайността на Вселената като цяло. Освен това крайността или безкрайността на пространството зависи не само от неговата кривина, но и от някои други свойства.
По този начин, когато текущо състояние обща теорияотносителност и астрономически наблюденияне можем да получим достатъчно пълен отговор на въпроса за пространствената безкрайност на Вселената.
Казват, че известният композитор и пианист Ф. Лист снабдил едно от произведенията си за пиано със следните инструкции за изпълнителя: „бързо“, „още по-бързо“, „колкото е възможно по-бързо“, „още по-бързо“...
Тази история неволно идва на ум във връзка с изследването на въпроса за безкрайността на Вселената. Още от казаното по-горе става ясно, че този проблем е изключително сложен.
И въпреки това е дори неизмеримо по-сложно...
Да се обясни означава да се сведе до това, което е известно. Подобна техника се използва в почти всеки научни изследвания. И когато се опитваме да разрешим въпроса за геометричните свойства на Вселената, ние също се стремим да намалим тези свойства до познати понятия.
Свойствата на Вселената са, така да се каже, „измерени“ спрямо съществуващите в нея в моментаабстрактни математически понятия за безкрайност. Но дали тези идеи са достатъчни, за да опишат Вселената като цяло? Проблемът е, че те са разработени до голяма степен независимо, а понякога и напълно независимо от проблемите на изучаването на Вселената и във всеки случай въз основа на изследването на ограничен регион от пространството.
Така решението на въпроса за реалната безкрайност на Вселената се превръща в своеобразна лотария, при която вероятността за печалба, т.е. случайно съвпадение, е поне достатъчна голям бройсвойства на реалната Вселена с един от формално получените стандарти за безкрайност е много незначителен.
В основата на съвременните физични представи за Вселената стои т.нар специална теорияотносителност. Според тази теория пространствените и времеви връзки между различните среди около нас реални обектине са абсолютни. Техният характер зависи изцяло от състоянието на движение на дадена система. Така в движеща се система темпото на времето се забавя и всички мащаби на дължината, т.е. размерите на разширените обекти са намалени. И това намаление е толкова по-силно, колкото по-висока е скоростта на движение. Докато се приближаваме до скоростта на светлината, която е максималната възможна скороств природата всички линейни мащаби намаляват неограничено.
Но ако поне някои геометрични свойства на пространството зависят от естеството на движението на референтната система, тоест те са относителни, ние имаме право да зададем въпроса: не са ли относителни и понятията крайност и безкрайност? В крайна сметка те са най-тясно свързани с геометрията.
IN последните годиниИзвестният съветски космолог А. Л. Зелмапов изучава този любопитен проблем. Той успя да открие факт, който на пръв поглед беше абсолютно удивителен. Оказа се, че пространството, което е крайно във фиксирана отправна система, в същото време може да бъде безкрайно спрямо подвижна координатна система.
Може би това заключение няма да изглежда толкова изненадващо, ако си спомним за намаляването на мащабите в движещите се системи.
Популярното представяне на сложни проблеми на съвременната теоретична физика е силно усложнено от факта, че в повечето случаи те не позволяват визуални обяснения и аналогии. Въпреки това, сега ще се опитаме да дадем една аналогия, но докато я използваме, ще се опитаме да не забравяме, че тя е много приблизителна.
Представете си, че космически кораб се втурва покрай Земята със скорост, да речем, равна на две трети от скоростта на светлината - 200 000 км/сек. Тогава, според формулите на теорията на относителността, трябва да се наблюдава намаляване на всички мащаби наполовина. Това означава, че от гледна точка на астронавтите на кораба всички сегменти на Земята ще станат наполовина по-дълги.
Сега си представете, че имаме, макар и много дълга, но все пак крайна права линия, и я измерваме с помощта на някаква единица за дължина, например метър. За наблюдател, намиращ се в космически кораб, бързайки със скорост, близка до скоростта на светлината, нашият референтен метър ще се свие до точка. И тъй като дори на крайна права има безброй точки, то за наблюдател в кораб нашата права ще стане безкрайно дълга. Приблизително същото ще се случи и по отношение на мащаба на площите и обемите. Следователно крайните региони на пространството могат да станат безкрайни в подвижна отправна система.
Още веднъж повтаряме - това в никакъв случай не е доказателство, а само доста груба и далеч не пълна аналогия. Но дава някаква представа физическо лицеинтересно явление.
Нека сега си припомним, че в движещите се системи не само намаляват мащабите, но и протичането на времето се забавя. От това следва, че продължителността на съществуване на някакъв обект, крайна по отношение на фиксирана (статична) координатна система, може да се окаже безкрайно дълга в подвижна отправна система.
Така от трудовете на Зелманов следва, че свойствата на „крайността“ и „безкрайността“ на пространството и времето са относителни.
Разбира се, всички тези на пръв поглед доста „екстравагантни” резултати не могат да се разглеждат като установяване на някакви универсални геометрични свойства на реалната Вселена.
Но благодарение на тях може да се направи изключително важен извод. Дори от гледна точка на теорията на относителността концепцията за безкрайността на Вселената е много по-сложна, отколкото се е представяло досега.
Сега има всички основания да се очаква, че ако някога бъде създадена теория, по-обща от теорията на относителността, то в рамките на тази теория въпросът за безкрайността на Вселената ще се окаже още по-сложен.
Едно от основните положения на съвременната физика, нейният крайъгълен камък е изискването за така наречената инвариантност на физическите твърдения по отношение на трансформациите на референтната система.
Инвариантен – означава „непроменлив“. За да си представим по-добре какво означава това, нека вземем някои геометрични инварианти като пример. По този начин окръжностите с центрове в началото на правоъгълната координатна система са инварианти на въртене. При всяко завъртане на координатните оси спрямо началото, такива кръгове се превръщат в себе си. Правите линии, перпендикулярни на оста "OY", са инварианти на трансформациите на преноса на координатната система по оста "OX".
Но в нашия случай ние говорим заза инвариантността в повече в широк смисълдуми: всяко твърдение само тогава има физически смисъл, когато не зависи от избора на отправна система. В този случай референтната система трябва да се разбира не само като координатна система, но и като метод за описание. Без значение как се променя методът на описание, физическото съдържание на изучаваните явления трябва да остане непроменено и инвариантно.
Лесно се вижда, че това състояние има не само чисто физическо, но и фундаментално, философско значение. Той отразява стремежа на науката да изясни реалния, истински ход на явленията и да изключи всички изкривявания, които могат да бъдат въведени в този курс от самия процес на научно изследване.
Както видяхме, от трудовете на А. Л. Зелманов следва, че нито безкрайността в пространството, нито безкрайността във времето отговарят на изискването за инвариантност. Това означава, че понятията за времева и пространствена безкрайност, които използваме в момента, не отразяват напълно реалните свойства на света около нас. Следователно, очевидно, самата формулировка на въпроса за безкрайността на Вселената като цяло (в пространството и времето) със съвременното разбиране за безкрайност е лишена от физически смисъл.
Получихме още едно убедително доказателство, че „теоретичните“ концепции за безкрайността, които науката за Вселената използва досега, са много, много ограничени по природа. Най-общо казано, това можеше да се предположи и преди, тъй като реалният свят винаги е много по-сложен от всеки „модел“ и можем да говорим само за повече или по-малко точно приближение до реалността. Но в този случай беше особено трудно да се прецени, така да се каже, на око колко значим е постигнатият подход.
Сега поне се очертава пътят, който да следваме. Очевидно задачата е преди всичко да се развие самата концепция за безкрайността (математическа и физическа) въз основа на изучаването на реалните свойства на Вселената. С други думи: да „опитаме“ не Вселената към теоретичните идеи за безкрайността, а напротив, тези теоретични идеикъм реалния свят. Само този метод на изследване може да доведе науката до значителен напредък в тази област. Никакви абстрактни логически разсъждения или теоретични заключения не могат да заменят фактите, получени от наблюдения.
Вероятно е необходимо преди всичко да се разработи инвариантна концепция за безкрайността, основана на изследването на реалните свойства на Вселената.
И като цяло, очевидно, няма такъв универсален математически или физически стандарт на безкрайността, който да отразява всички свойства на истинската Вселена. С развитието на знанието броят на познатите ни видове безкрайност сам по себе си ще расте за неопределено време. Следователно най-вероятно въпросът дали Вселената е безкрайна никога няма да получи прост отговор „да“ или „не“.
На пръв поглед може да изглежда, че във връзка с това изучаването на проблема за безкрайността на Вселената като цяло губи всякакъв смисъл. Въпреки това, първо, този проблем в една или друга форма е изправен пред науката определени етапии тя трябва да бъде разрешена, и второ, опитите за разрешаването й водят до цяла поредица от плодотворни открития по пътя.
И накрая, трябва да се подчертае, че проблемът за безкрайността на Вселената е много по-широк от просто въпроса за нейния пространствен обхват. На първо място, можем да говорим не само за безкрайност „в ширина“, но, така да се каже, и „в дълбочина“. С други думи, необходимо е да се получи отговор на въпроса дали пространството е безкрайно делимо, непрекъснато или в него има някакви минимални елементи.
В момента този проблем вече е изправен пред физиците. Сериозно се дискутира въпросът за възможността за т. нар. квантуване на пространството (както и на времето), т.е. избирането на определени „елементарни“ клетки в него, които са изключително малки.
Не трябва да забравяме и безкрайното разнообразие от свойства на Вселената. Все пак Вселената е преди всичко процес. характерни особеностиот които са непрекъснато движение и непрестанни преходи на материята от едно състояние в друго. Следователно безкрайността на Вселената е и безкрайно разнообразие от форми на движение, видове материя, физически процеси, взаимоотношения и взаимодействия и дори свойства на конкретни обекти.
Съществува ли безкрайността?
Във връзка с проблема за безкрайността на Вселената възниква един неочакван на пръв поглед въпрос. Има ли самата концепция за безкрайност някакво истинско значение? Не е ли просто условно? математическа конструкция, на които изобщо нищо не отговаря в реалния свят? Тази гледна точка е поддържана от някои изследователи в миналото и има поддръжници и днес.
Но научните данни сочат, че при изследване на свойствата реален святвъв всеки случай сме изправени пред това, което може да се нарече физическа или практическа безкрайност. Например, срещаме толкова големи (или толкова малки) количества, че от определена гледна точка те не се различават от безкрайността. Тези количества се намират отвъд количествената граница, отвъд която всякакви по-нататъшни промени вече нямат забележим ефект върху същността на разглеждания процес.
Така че безкрайността несъмнено съществува обективно. Освен това, както във физиката, така и в математиката се сблъскваме с концепцията за безкрайност на почти всяка стъпка. Това не е инцидент. И двете науки, особено физиката, въпреки очевидната абстрактност на много положения, в крайна сметка винаги започват от реалността. Това означава, че природата, Вселената, всъщност има някои свойства, които са отразени в концепцията за безкрайност.
Съвкупността от тези свойства може да се нарече истинската безкрайност на Вселената.
Просто нещо сложно. Защо Вселената е безкрайна и къде да търсим извънземни?
Започваме нова рубрика „Просто за сложните неща“, в която ще питаме специалисти по различни областинай-простите, понякога дори по детски наивни въпроси за всичко на света. И нашите събеседници ще търпят нашата настойчивост, говорейки разбираемо и естествено за сложни неща. Днес разговаряме с беларуския фотограф и астроном Виктор Малишчиц, добре познат на нашите читатели от поредица статии за космоса.
Да започнем с най-важното. Къде отидоха извънземните и защо, въпреки всичките ни усилия, все още не сме ги намерили (и те не са намерили нас)?
В опитите си да открие интелигентни форми на живот човечеството използва радиосигнали. Но ние не знаем какъв тип комуникация използват. Може би извънземните не знаят за радиовълните или отдавна са ги изоставили?
Има и други въпроси. В какъв формат да изпратя сигнала? В кои области на пространството? Как можете да увеличите вероятността сигналът да бъде разбран? Много сигнални събития са PR кампании. Например през 1974 г. е изпратен радиосигнал от обсерваторията Аресибо към кълбовидния звезден куп M13. Някои хора казаха, че там има 100 хиляди звезди, поне десет от тях ще имат извънземни! Те просто премълчават, че този клъстер е на 24 хиляди светлинни години. И не забравяйте, че вероятният отговор отнема същата сума.
Част от посланието на Аресибо
По-добре е да се опитате сами да потърсите някои сигнали, отколкото да ги изпратите. Въпреки това нито едното, нито другото все още не са дали резултат.
- Космосът е безграничен, Вселената е безкрайна. Защо учените стигнаха до това заключение?
Предполагаме, че нашият свят има определена структура: има галактики, клъстери от галактики, свръхкупове от галактики и т.н. Но в мащаб от няколкостотин милиона светлинни години нашият свят е хомогенен и, доколкото можем да видим, нищо промени там. Няма признаци, че структурата на Вселената се опитва да се групира по-близо до някакъв център или край. Въз основа на тези наблюдения се прави изводът, че вероятно всичко ще продължи да бъде същото.
Проблемът е, че каквито и телескопи да построим, не можем да видим целия свят. Максимумът, който можем да направим, е да видим тези обекти, които се намират на разстояние от 13,7 милиарда светлинни години от нас (възрастта, на която се оценява нашата Вселена). Светлината от тях вече е достигнала до нас. Но все пак може да има нещо, просто светлинният сигнал не е имал време да достигне оттам.
Така има граница, отвъд която не можем да преминем. Но можем само да гадаем какво стои зад него, екстраполирайки от знанията, които имаме.
Защо хората спряха да ходят на Луната? В крайна сметка днес има много повече за това повече възможностиотколкото преди 50 години. Може би теориите на конспирацията не лъжат?..
Не вярвам в никакви конспиративни теории. Отговорът на въпроса е много прост: изпращането на човек на Луната е много, много скъп проект. През 60-те години геополитическата ситуация беше различна, САЩ и СССР активно участваха в космическата надпревара. Трябваше да се настигне и изпревари съперника, хората искаха това, бяха готови да се откажат от материално богатство, за да бъдат първи.
Днес обществото е станало по-добре нахранено. Ние, разбира се, вече можем да възобновим полетите до Луната, можем дори да летим до Марс. Единственият въпрос е колко ще струва това на данъкоплатците? Искаме да имаме добра работа, комфортна почивка, чисто нов iPhone и всичко останало. Готови ли са хората да се откажат от това?
Освен това днешната технология е достигнала такова ниво, че човек не е нужен; без него е много по-евтино. Човек е тежко парче месо, в което само главата и ръцете му работят нормално, а всичко останало е допълнително бреме, което освен всичко друго се нуждае от куп системи за поддържане на живота. Малък луноход с куп сензори ще тежи много по-малко, няма нужда от кислород и вода и е много по-евтино да го изстреляте до Луната, отколкото човек.
Какъв цвят всъщност са планетите и мъглявините? На снимки те са толкова красиви и цветни, но когато гледаме нощното небе или в космоса през телескоп, не виждаме тази цветна красота.
Понятието цвят е много относително. За човек не е толкова много абсолютна стойност, колко е относително. Как работи човешкото око? Постоянно регулира баланса на бялото. Тук седим в офиса и виждаме жълти крушки, докато листът хартия под тях изглежда бял, а сега всичко извън прозореца е някак синьо. Да излезем през деня навън и там всичко ще изглежда бяло. Това е така, защото очите ни постоянно се настройват, така че фоновото осветление да е сивкаво. Затова е много трудно да се говори за цвят през деня, много зависи от фоновото осветление. Но през нощта, когато няма фоново осветление, окото ни настройва баланса на бялото на определена стойност.
Помните ли, че фоторецепторите в окото включват колбички и пръчици? Именно последните са отговорни за нощното виждане и не разпознават цветовете при слаба светлина. Следователно през телескоп виждаме мъглявината като вид размазана безцветна мъгла. Но за камерата няма значение дали осветлението е слабо или силно, винаги записва цвета.
Знаете ли кой е най-популярният цвят сред мъглявините? Розово! Мъглявините се състоят главно от водород, който свети в червено, малко синьо и виолетово под въздействието на близките звезди - създавайки розов цвят.
Така че пространството е оцветено, ние просто не виждаме тези цветове. Можем да различим само цветовете на най-ярките звезди и планети. Всеки, например, вижда, че Марс не е зелен, а оранжев, Юпитер е жълтеникав, а Венера е бяла. Когато обработват снимките, те се опитват да ги съобразят с тези цветове и да ги коригират. Въпреки че няма строги правила. Често чрез телескопи или космически корабпланетата е снимана в малко по-различни диапазони, а не в стандартния RGB. Следователно цветовете на снимките може да не са винаги естествени.
Телескоп Хъбъл
Мъглявината Розета в палитрата на Хъбъл
Като цяло има два варианта с космически кадри. Според първия се опитват да покажат обектите възможно най-реалистично, снимат в RGB, мъглявините се оказват розови, звездите са с нормален цвят. Като втори пример можем да цитираме такава техника като „палитрата на Хъбъл“ (името се дължи на факта, че снимките от този телескоп са били обработени за първи път по този начин). Елементи като кислород, водород, сяра и някои други светят само в определени диапазони от спектъра. Има специални филтри, които могат да показват например само водород или само сяра. Слагате филтър и се записва само структурата на водорода в мъглявината; слагате друг и виждате само кислород. Това е важно за един астроном, защото можете да проследите разпределението на различни химически елементи. Но как да покажем всичко това на хората? След това, съвсем произволно, те решават да оцветят водородно зелено, сярно червено и кислородно синьо. Резултатът е красива и в същото време информативна картина, която обаче няма много общо с оригинала.
защо големи астероидиоткрит толкова късно? В крайна сметка хората често научават за тях едва когато вече са възможно най-близо до Земята.
Нека да разберем как се откриват астероидите като цяло. Една и съща област от звездното небе се снима няколко пъти. Ако някоя „звезда“ се движи, това означава, че е астероид или нещо подобно. След това трябва да проверите базите данни, да изчислите орбитата и да видите дали обектът ще се сблъска с планетата.
Проблемът е, че опасният за Земята астероид е просто камък с диаметър няколко десетки метра. Много трудно се вижда 20-30 метров блок в пространството. Освен това те са практически черни.
Бих казал, че напротив, трябва да се гордеем, че хората са се научили да откриват астероиди толкова рано. Преди това дори най-ужасните от тях бяха открити едва след като прелетяха.
- Има ли много космически отпадъци в орбита? Колко опасен е той?
много! И най-големият проблем е, че все още не можем да направим нищо с него. Можете само да се опитате да не хвърляте нищо в космоса или да го изхвърлите, така че да изгори в атмосферата. В ниски орбити, където има най-много спътници, включително повредени, земна атмосфераприсъства леко и постепенно забавя движението на отломките. В крайна сметка той пада на Земята и изгаря в атмосферата.
Какво да правим с повече високи орбити? Ако количеството на отломките достигне критична стойност, ще започне лавинообразно образуване на отломки. Представете си, че някаква частица се сблъсква със сателит с невероятна скорост - тя също ще се разпръсне на стотици парчета, които ще се сблъскат с други частици и т.н. В резултат на това планетата ще бъде заобиколена от пашкул от отломки и космосът ще стане неподходящ за изследване. За щастие все още сме далеч от достигането на тази критична стойност.
- Защо хората изпадат в истерия около планетата Нибиру? Вие, като опитен астроном, виждали ли сте го?
Хората обичат да вярват в теории на конспирацията. Това е нашата психология, искаме да вярваме в нереалното. Никой наистина не е виждал тази планета; астрономите не я приемат на сериозно.
- Защо не са измислили изкуствена гравитация? Тя е във всички научнофантастични филми!
Физиката все още не е открита! Теоретично, разбира се, е възможно да се изгради огромен пръстен в космоса, който се върти с определена скорост. Тогава, поради центробежната сила, може да се получи гравитация. Но всичко това е повече фантазия, отколкото реалност. Засега е по-лесно да научите хората да работят при нулева гравитация.
В древни времена човекът е знаел много малко в сравнение с днешното знание и човекът се е стремял към нови знания. Разбира се, хората се интересуваха и къде живеят и какво има извън дома им. След известно време хората започнаха да имат устройства за наблюдение на нощното небе. Тогава човек разбира, че светът е много по-голям, отколкото някога си го е представял и го е свел само до мащаба на планетата. След дълги изследвания на космоса, пред човека се разкриват нови знания, което води до още по-голямо изследване на непознатото. Човек задава въпроса „Има ли край на пространството? или пространството е безкрайно?"
Краят на космоса. Теории
Самият въпрос за безкрайността космическото пространство, разбира се, въпросът е много интересен и измъчва всички астрономи и не само астрономи. Преди много години, когато Вселената започна интензивно да се изучава, много философи се опитаха да отговорят на себе си и на света относно безкрайността на космоса. Но след това всичко се сведе до логически разсъждения и нямаше доказателства, потвърждаващи, че краят на космоса съществува или го отричаше. Също така по това време хората вярваха и вярваха, че Земята е центърът на Вселената, че всички космически звезди и тела се въртят около Земята.
Сега учените също не могат да дадат изчерпателен отговор на този въпрос, защото всичко се свежда до хипотези и няма научни доказателства за това или онова мнение за края на космоса. Дори и с модерните научни постиженияи технологията, човекът не може да отговори на този въпрос. Всичко това се дължи на добре познатата скорост на светлината. Скоростта на светлината е основният помощник в изучаването на космоса, благодарение на който човек може да погледне в небето и да получи информация. Скоростта на светлината е уникална величина, която е неопределима бариера. Разстоянията в космоса са толкова огромни, че не могат да се поберат в главата на човек, а светлината се нуждае от цели години или дори милиони години, за да преодолее такива разстояния. Следователно, колкото по-навътре човек гледа в космоса, толкова по-навътре се вглежда в миналото, защото светлината от там отива толкова дълго, че виждаме какво е било или космическо тялопреди милиони години.
Краят на пространството, границите на видимото
Краят на космоса, разбира се, съществува във визията на човека. Има такава граница в космоса, отвъд която не можем да видим нищо, защото светлината от тези много далечни места все още не е достигнала нашата планета. Учените не виждат нищо там и вероятно това няма да се промени много скоро. Възниква въпросът: „Тази граница краят на космоса ли е?“ На този въпрос е трудно да се отговори, защото нищо не се вижда, но това не означава, че там няма нищо. Може би там започва паралелна Вселена или може би продължение на космоса, което ние все още не виждаме и няма край на космоса. Има и друга версия, че
Знаете ли, че Вселената, която наблюдаваме, има доста определени граници? Свикнали сме да свързваме Вселената с нещо безкрайно и неразбираемо. Въпреки това съвременна наукана въпроса за „безкрайността” на Вселената предлага съвсем различен отговор на такъв „очевиден” въпрос.
Според съвременните концепции размерът на наблюдаваната Вселена е приблизително 45,7 милиарда светлинни години (или 14,6 гигапарсека). Но какво означават тези числа?
Първият въпрос, който идва на ум на обикновен човек– как може Вселената да не е безкрайна? Изглежда, че е безспорно, че контейнерът на всичко, което съществува около нас, не трябва да има граници. Ако тези граници съществуват, какви точно са те?
Да кажем, че някой астронавт достига границите на Вселената. Какво ще види пред себе си? Здрава стена? Противопожарна преграда? И какво стои зад него - празнота? Друга вселена? Но може ли празнотата или друга Вселена да означава, че сме на границата на Вселената? В крайна сметка това не означава, че там няма „нищо“. Пустотата и друга Вселена също са „нещо“. Но Вселената е нещо, което съдържа абсолютно всичко „нещо“.
Стигаме до абсолютно противоречие. Оказва се, че границата на Вселената трябва да скрие от нас нещо, което не трябва да съществува. Или границата на Вселената трябва да огради „всичко“ от „нещо“, но това „нещо“ също трябва да бъде част от „всичко“. Изобщо пълен абсурд. Тогава как учените могат да обявят пределния размер, маса и дори възраст на нашата Вселена? Тези стойности, макар и невъобразимо големи, все още са крайни. Науката спори ли с очевидното? За да разберем това, нека първо проследим как хората са стигнали до нашето съвременно разбиране за Вселената.
Разширяване на границите
От незапомнени времена хората се интересуват от това какъв е светът около тях. Няма нужда да даваме примери за трите стълба и други опити на древните да обяснят Вселената. Като правило, в крайна сметка всичко се свеждаше до факта, че основата на всички неща е земната повърхност. Дори във времената на античността и средновековието, когато астрономите са имали обширни познания за законите на движението на планетите по „стационарния“ небесна сфера, Земята остава център на Вселената.
Естествено, обратно в Древна Гърцияимаше хора, които вярваха, че Земята се върти около Слънцето. Имаше и такива, които говореха за многото светове и безкрайността на Вселената. Но конструктивни обосновки за тези теории възникнаха едва в края на научната революция.
През 16 век полският астроном Николай Коперник прави първия голям пробив в познанието за Вселената. Той категорично доказа, че Земята е само една от планетите, въртящи се около Слънцето. Такава система значително опрости обяснението на такова сложно и сложно движение на планетите в небесната сфера. В случай на неподвижна Земя, астрономите трябваше да измислят всякакви умни теории, за да обяснят това поведение на планетите. От друга страна, ако Земята се приеме като движеща се, тогава обяснението за такива сложни движения идва естествено. Така в астрономията се налага нова парадигма, наречена „хелиоцентризъм“.
Много слънца
Но дори и след това астрономите продължиха да ограничават Вселената до „сферата на неподвижните звезди“. До 19 век те не са били в състояние да оценят разстоянието до звездите. В продължение на няколко века астрономите безуспешно се опитват да открият отклонения в позицията на звездите спрямо орбиталното движение на Земята (годишни паралакси). Уредите от онова време не са позволявали толкова точни измервания.
Накрая, през 1837 г. руско-германският астроном Василий Струве измерва паралакса. Това бележи нова стъпка в разбирането на мащаба на космоса. Сега учените могат спокойно да кажат, че звездите са далечни прилики на Слънцето. И нашето светило вече не е центърът на всичко, а равностоен „жител“ на безкраен звезден куп.
Астрономите се доближиха още повече до разбирането на мащаба на Вселената, защото разстоянията до звездите се оказаха наистина чудовищни. Дори размерът на орбитите на планетите изглеждаше незначителен в сравнение. След това беше необходимо да се разбере как звездите са концентрирани в .
Много млечни пътища
Известният философ Имануел Кант предрича основите на съвременното разбиране за мащабната структура на Вселената още през 1755 г. Той предположи, че Млечният път е огромен въртящ се звезден куп. На свой ред, много от наблюдаваните мъглявини също са по-далечни „млечни пътища“ - галактики. Въпреки това до 20 век астрономите вярваха, че всички мъглявини са източници на звездообразуване и са част от Млечния път.
Ситуацията се промени, когато астрономите се научиха да измерват разстоянията между галактиките с помощта на . Абсолютната яркост на звездите от този тип зависи строго от периода на тяхната променливост. Чрез сравняване на абсолютната им светимост с видимата е възможно да се определи разстоянието до тях с висока точност. Този метод е разработен в началото на 20 век от Einar Hertzschrung и Harlow Scelpi. Благодарение на него съветският астроном Ернст Епик през 1922 г. определя разстоянието до Андромеда, което се оказва с порядък по-голямо от размера на Млечния път.
Едуин Хъбъл продължи инициативата на Epic. Чрез измерване на яркостта на цефеидите в други галактики, той измерва разстоянието до тях и го сравнява с червеното отместване в техните спектри. Така през 1929 г. той разработва своя известен закон. Работата му окончателно опровергава установеното мнение, че Млечният път е ръбът на Вселената. Сега той беше една от многото галактики, които някога го бяха обмисляли неразделна част. Хипотезата на Кант се потвърждава почти два века след нейното развитие.
Впоследствие връзката, открита от Хъбъл между разстоянието на галактика от наблюдател спрямо скоростта на нейното отдалечаване от него, направи възможно да се направи пълна картина на мащабната структура на Вселената. Оказа се, че галактиките са само незначителна част от него. Те се свързаха в клъстери, клъстерите в суперклъстери. На свой ред, свръхкуповете образуват най-големите известни структури във Вселената - нишки и стени. Тези структури, съседни на огромни суперкухини (), съставляват широкомащабната структура на известната в момента Вселена.
Привидна безкрайност
От казаното по-горе следва, че само за няколко века науката постепенно е преминала от геоцентризма към съвременното разбиране за Вселената. Това обаче не дава отговор защо ограничаваме Вселената днес. В крайна сметка досега говорехме само за мащаба на космоса, а не за самата му природа.
Първият, който реши да оправдае безкрайността на Вселената, беше Исак Нютон. Откриване на закона универсална гравитация, той вярваше, че ако пространството беше ограничено, всичките й тела рано или късно ще се слеят в едно цяло. Преди него, ако някой е изразил идеята за безкрайността на Вселената, това е било изключително във философски дух. Без никаква причина научна обосновка. Пример за това е Джордано Бруно. Между другото, подобно на Кант, той беше много векове пред науката. Той е първият, който заявява, че звездите са далечни слънца, а планетите също се въртят около тях.
Изглежда, че самият факт на безкрайността е напълно оправдан и очевиден, но повратните моменти на науката от 20-ти век разклатиха тази „истина“.
Стационарна Вселена
Първата значителна стъпка към разработването на съвременен модел на Вселената е направена от Алберт Айнщайн. Известният физик представя своя модел на стационарна Вселена през 1917 г. Този модел се основава на общата теория на относителността, която той е разработил година по-рано. Според неговия модел Вселената е безкрайна във времето и ограничена в пространството. Но, както беше отбелязано по-рано, според Нютон Вселена с краен размер трябва да се разпадне. За да направи това, Айнщайн въвежда космологична константа, която компенсира гравитационното привличане на отдалечени обекти.
Колкото и парадоксално да звучи, Айнщайн не ограничава самата крайност на Вселената. Според него Вселената е затворена обвивка на хиперсфера. Аналогия е повърхността на обикновена триизмерна сфера, например глобус или Земята. Колкото и пътешественик да пътува по Земята, той никога няма да стигне до нейния край. Това обаче не означава, че Земята е безкрайна. Пътешественикът просто ще се върне на мястото, от което е започнал пътуването си.
На повърхността на хиперсферата
По същия начин космически скитник, прекосяващ Вселената на Айнщайн на звезден кораб, може да се върне обратно на Земята. Само че този път скитникът ще се движи не по двуизмерната повърхност на сфера, а по триизмерната повърхност на хиперсфера. Това означава, че Вселената има краен обем и следователно крайно числозвезди и маса. Вселената обаче няма нито граници, нито център.
Айнщайн стига до тези заключения, свързвайки пространството, времето и гравитацията в известната си теория. Преди него тези понятия се смятаха за отделни, поради което пространството на Вселената беше чисто евклидово. Айнщайн доказа, че самата гравитация е кривина на пространство-времето. Това радикално промени ранните идеи за природата на Вселената, основани на класическата Нютонова механика и Евклидова геометрия.
Разширяваща се Вселена
Дори самият откривател на „новата Вселена“ не е бил чужд на заблудите. Въпреки че Айнщайн ограничава Вселената в пространството, той продължава да я смята за статична. Според неговия модел Вселената е била и си остава вечна, а нейният размер винаги остава същият. През 1922г съветски физикАлександър Фридман значително разшири този модел. Според неговите изчисления Вселената изобщо не е статична. Може да се разширява или свива с времето. Трябва да се отбележи, че Фридман стигна до такъв модел въз основа на същата теория на относителността. Той успя да приложи тази теория по-правилно, заобикаляйки космологичната константа.
Алберт Айнщайн не прие веднага тази „поправка“. Този нов модел дойде на помощ на споменатото по-рано откритие на Хъбъл. Намаляването на галактиките неоспоримо доказа факта за разширяването на Вселената. Така че Айнщайн трябваше да признае грешката си. Сега Вселената има определена възраст, която зависи строго от константата на Хъбъл, която характеризира скоростта на нейното разширяване.
По-нататъшно развитие на космологията
Докато учените се опитваха да разрешат този въпрос, бяха открити много други важни компоненти на Вселената и бяха разработени различни нейни модели. Така през 1948 г. Георгий Гамов въвежда хипотезата за „гореща Вселена“, която по-късно ще се превърне в теория голям взрив. Откритието през 1965 г. потвърждава подозренията му. Сега астрономите можеха да наблюдават светлината, идваща от момента, в който Вселената стана прозрачна.
Тъмната материя, предсказана през 1932 г. от Фриц Цвики, беше потвърдена през 1975 г. Тъмната материя всъщност обяснява самото съществуване на галактиките, галактическите клъстери и самата универсална структура като цяло. Ето как учените научиха, че по-голямата част от масата на Вселената е напълно невидима.
Накрая, през 1998 г., по време на изследване на разстоянието до, беше открито, че Вселената се разширява с ускорена скорост. Тази последна повратна точка в науката роди съвременното ни разбиране за природата на Вселената. Космологичният коефициент, въведен от Айнщайн и опроверган от Фридман, отново намира своето място в модела на Вселената. Наличието на космологичен коефициент (космологична константа) обяснява ускореното му разширяване. За да се обясни наличието на космологична константа, беше въведено понятието - хипотетично поле, съдържащо по-голямата част от масата на Вселената.
Съвременно разбиране за размера на наблюдаваната Вселена
Съвременният модел на Вселената се нарича още ΛCDM модел. Буквата "Λ" означава наличието на космологична константа, която обяснява ускореното разширяване на Вселената. „CDM“ означава, че Вселената е изпълнена със студена тъмна материя. Последните проучвания показват, че константата на Хъбъл е около 71 (km/s)/Mpc, което съответства на възрастта на Вселената от 13,75 милиарда години. Знаейки възрастта на Вселената, можем да оценим размера на нейната наблюдаема област.
Според теорията на относителността информацията за който и да е обект не може да достигне до наблюдател със скорост, по-голяма от скоростта на светлината (299 792 458 m/s). Оказва се, че наблюдателят вижда не просто обект, а неговото минало. Колкото по-далеч е един обект от него, толкова по-далечно изглежда миналото му. Например, гледайки Луната, виждаме такава, каквато е била преди малко повече от секунда, Слънцето - преди повече от осем минути, най-близките звезди - години, галактиките - преди милиони години и т.н. В стационарния модел на Айнщайн Вселената няма възрастова граница, което означава, че нейният наблюдаем регион също не е ограничен от нищо. Наблюдателят, въоръжен с все по-сложни астрономически инструменти, ще наблюдава все по-далечни и древни обекти.
Имаме различна картина с модерен моделВселена. Според нея Вселената има възраст, а оттам и граница на наблюдение. Тоест от раждането на Вселената нито един фотон не би могъл да измине разстояние, по-голямо от 13,75 милиарда светлинни години. Оказва се, че можем да кажем, че наблюдаваната Вселена е ограничена от наблюдателя до сферична област с радиус от 13,75 милиарда светлинни години. Това обаче не е съвсем вярно. Не трябва да забравяме и разширяването на пространството на Вселената. Докато фотонът достигне наблюдателя, обектът, който го е излъчил, вече ще бъде на 45,7 милиарда светлинни години от нас. години. Този размер е хоризонтът на частиците, той е границата на наблюдаваната Вселена.
Зад хоризонта
И така, размерът на наблюдаваната Вселена е разделен на два вида. Видим размер, наричан още радиус на Хъбъл (13,75 милиарда светлинни години). И реалният размер, наречен хоризонт на частиците (45,7 милиарда светлинни години). Важното е, че и двата хоризонта изобщо не характеризират реалния размер на Вселената. Първо, те зависят от позицията на наблюдателя в пространството. Второ, те се променят с времето. В случая на модела ΛCDM, хоризонтът на частиците се разширява със скорост, по-голяма от хоризонта на Хъбъл. Съвременната наука не дава отговор на въпроса дали тази тенденция ще се промени в бъдеще. Но ако приемем, че Вселената продължава да се разширява с ускорение, тогава всички онези обекти, които виждаме сега, рано или късно ще изчезнат от нашето „зрително поле“.
В момента най-далечната светлина, наблюдавана от астрономите, е космическото микровълново фоново лъчение. Надниквайки в него, учените виждат Вселената такава, каквато е била 380 хиляди години след Големия взрив. В този момент Вселената се охлади достатъчно, за да може да излъчва свободни фотони, които днес се засичат с помощта на радиотелескопи. По това време във Вселената не е имало звезди или галактики, а само непрекъснат облак от водород, хелий и незначително количество други елементи. От нередностите, наблюдавани в този облак, впоследствие ще се образуват галактически клъстери. Оказва се, че точно тези обекти, които ще се образуват от нееднородности в космическото микровълново фоново лъчение, са разположени най-близо до хоризонта на частиците.
Истински граници
Дали Вселената има истински, ненаблюдаеми граници все още е въпрос на псевдонаучни спекулации. Така или иначе, всички са съгласни с безкрайността на Вселената, но тълкуват тази безкрайност по напълно различни начини. Някои смятат Вселената за многоизмерна, където нашата „локална“ триизмерна Вселена е само един от нейните слоеве. Други казват, че Вселената е фрактална - което означава, че нашата локална Вселена може да е частица от друга. Не бива да забравяме и различните модели на Мултивселената с нейните затворени, отворени, паралелни вселени, червееви дупки. И има много, много различни версии, чийто брой е ограничен само от човешкото въображение.
Но ако включим студения реализъм или просто се отдръпнем от всички тези хипотези, тогава можем да предположим, че нашата Вселена е безкраен хомогенен контейнер от всички звезди и галактики. Освен това, във всяка много отдалечена точка, било то на милиарди гигапарсеки от нас, всички условия ще бъдат абсолютно еднакви. В този момент хоризонтът на частиците и сферата на Хъбъл ще бъдат абсолютно еднакви, със същото реликтово излъчване на ръба им. Наоколо ще има същите звезди и галактики. Интересното е, че това не противоречи на разширяването на Вселената. В крайна сметка не само Вселената се разширява, но и самото й пространство. Фактът, че в момента на Големия взрив Вселената е възникнала от една точка, означава само, че безкрайно малките (на практика нулеви) измерения, които са били тогава, сега са се превърнали в невъобразимо големи. В бъдеще ще използваме именно тази хипотеза, за да разберем ясно мащаба на наблюдаваната Вселена.
Визуално представяне
Различни източници предоставят различни визуални модели, което позволява на хората да осъзнаят мащаба на Вселената. Не е достатъчно обаче да осъзнаем колко голям е космосът. Важно е да си представим как всъщност се проявяват концепции като хоризонта на Хъбъл и хоризонта на частиците. За да направите това, нека си представим нашия модел стъпка по стъпка.
Да забравим, че съвременната наука не знае за „чуждата“ област на Вселената. Изхвърляйки версиите на мултивселените, фракталната Вселена и другите й „разновидности“, нека си представим, че тя е просто безкрайна. Както беше отбелязано по-рано, това не противоречи на разширяването на неговото пространство. Разбира се, нека вземем предвид, че неговата сфера на Хъбъл и сферата на частиците са съответно 13,75 и 45,7 милиарда светлинни години.
Мащаб на Вселената
Натиснете бутона СТАРТ и открийте един нов, непознат свят!
Първо, нека се опитаме да разберем колко голяма е универсалната скала. Ако сте обикаляли нашата планета, добре можете да си представите колко голяма е Земята за нас. Сега си представете нашата планета като зърно от елда, което се движи в орбита около диня-Слънце с размерите на половин футболно игрище. В този случай орбитата на Нептун ще съответства на размера на малък град, площта ще съответства на Луната, а площта на границата на влиянието на Слънцето ще съответства на Марс. Оказва се, че нашата Слънчева система е също толкова повече от ЗемятаКолко по-голям е Марс от елдата? Но това е само началото.
Сега нека си представим, че тази елда ще бъде нашата система, чийто размер е приблизително равен на един парсек. Тогава Млечният път ще бъде с размерите на два футболни стадиона. Това обаче няма да ни е достатъчно. Млечният път също ще трябва да бъде намален до сантиметър. Донякъде ще прилича на пяна от кафе, обвита във водовъртеж в средата на черното като кафе междугалактическо пространство. На двадесет сантиметра от него има същата спираловидна „троха“ - мъглявината Андромеда. Около тях ще има рояк малки галактики от нашия Местен куп. Видимият размер на нашата Вселена ще бъде 9,2 километра. Достигнахме до разбиране на Универсалните измерения.
Вътре в универсалния балон
За нас обаче не е достатъчно да разберем самия мащаб. Важно е да осъзнаем Вселената в динамика. Нека си представим себе си като гиганти, за които Млечният път има сантиметър диаметър. Както отбелязахме току-що, ще се окажем вътре в топка с радиус 4,57 и диаметър 9,24 километра. Нека си представим, че можем да се носим вътре в тази топка, да пътуваме, покривайки цели мегапарсеки за секунда. Какво ще видим, ако нашата Вселена е безкрайна?
Разбира се, пред нас ще се появят безброй галактики от всякакъв вид. Елипсовидна, спираловидна, неправилна. Някои райони ще гъмжат от тях, други ще са празни. Основна характеристикаще бъде, че визуално всички те ще бъдат неподвижни, докато ние сме неподвижни. Но веднага щом направим крачка, самите галактики ще започнат да се движат. Например, ако можем да виждаме в сантиметър Млечен пътмикроскопичен Слънчева система, тогава можем да наблюдаваме неговото развитие. Отдалечавайки се на 600 метра от нашата галактика, ще видим протозвездата Слънце и протопланетарния диск в момента на формиране. Приближавайки се до нея, ще видим как се появява Земята, възниква животът и се появява човекът. По същия начин ще видим как галактиките се променят и движат, докато се отдалечаваме или приближаваме към тях.
Следователно, колкото повече далечни галактикиЩе надникнем, толкова по-древни ще са те за нас. Така че най-отдалечените галактики ще бъдат разположени на повече от 1300 метра от нас, а на границата на 1380 метра вече ще видим реликтово излъчване. Вярно, това разстояние ще бъде въображаемо за нас. Въпреки това, когато се приближим до космическото микровълново фоново лъчение, ще видим интересна картина. Естествено, ще наблюдаваме как галактиките ще се формират и развиват от първоначалния облак от водород. Когато стигнем до една от тези формирани галактики, ще разберем, че сме изминали не 1,375 километра, а цели 4,57.
Намаляване
В резултат на това ще увеличим още повече размера си. Сега можем да поставим цели празнини и стени в юмрука. Така ще се окажем в един доста малък балон, от който е невъзможно да излезем. Не само, че разстоянието до обектите на ръба на балона ще се увеличи, когато се приближат, но самият ръб ще се измести за неопределено време. Това е целият смисъл на размера на наблюдаваната Вселена.
Колкото и голяма да е Вселената, за един наблюдател тя винаги ще си остане ограничен балон. Наблюдателят винаги ще бъде в центъра на този балон, всъщност той е неговият център. Опитвайки се да стигне до който и да е обект на ръба на балона, наблюдателят ще измести центъра му. Докато се приближавате до обект, този обект ще се движи все по-далеч от ръба на балона и в същото време ще се променя. Например, от безформен водороден облак той ще се превърне в пълноценна галактика или по-нататък в галактически клъстер. Освен това пътят до този обект ще се увеличи, когато се приближите до него, тъй като самото околно пространство ще се промени. След като достигнем този обект, ние ще го преместим само от ръба на балона до неговия център. На ръба на Вселената реликтовото лъчение все още ще трепти.
Ако приемем, че Вселената ще продължи да се разширява с ускорена скорост, тогава ще бъдем в центъра на балон и ще разтърсим времето с милиарди, трилиони и дори повече високи поръчкигодини напред ще забележим още по-интересна картина. Въпреки че нашият балон също ще се увеличи по размер, неговите променящи се компоненти ще се отдалечат от нас още по-бързо, оставяйки ръба на този балон, докато всяка частица от Вселената се скита отделно в своя самотен балон без възможност да взаимодейства с други частици.
Така че съвременната наука не разполага с информация за реалния размер на Вселената и дали тя има граници. Но знаем със сигурност, че наблюдаваната Вселена има видима и истинска граница, наречена съответно радиус на Хъбъл (13,75 милиарда светлинни години) и радиус на частиците (45,7 милиарда светлинни години). Тези граници зависят изцяло от позицията на наблюдателя в пространството и се разширяват с времето. Ако радиусът на Хъбъл се разширява строго със скоростта на светлината, тогава разширяването на хоризонта на частиците се ускорява. Остава отворен въпросът дали неговото ускорение на хоризонта на частиците ще продължи и дали ще бъде заменено от компресия.
