Mi van az Univerzumon túl? Ez a kérdés túl bonyolult az emberi megértéshez. Ez annak a ténynek köszönhető, hogy mindenekelőtt meg kell határozni a határait, és ez közel sem egyszerű.

Az általánosan elfogadott válasz csak a megfigyelhető Univerzumot veszi figyelembe. Szerinte a méreteket a fénysebesség határozza meg, mert csak azt a fényt lehet látni, amit a térben lévő tárgyak bocsátanak ki vagy visszavernek. Lehetetlen messzebbre tekinteni a legtávolabbi fénynél, amely az Univerzum létezése során végighalad.

A tér folyamatosan tágul, de még mindig véges. Méretét néha Hubble-térfogatnak vagy gömbnek is nevezik. Az ember az Univerzumban valószínűleg soha nem fogja tudni, mi van a határain túl. Tehát minden felfedezés szempontjából ez az egyetlen tér, amellyel valaha is kapcsolatba kell lépni. Legalábbis a közeljövőben.

Nagyság

Mindenki tudja, hogy az Univerzum nagy. Hány millió fényévre terjed ki?

A csillagászok alaposan tanulmányozzák a kozmikus mikrohullámú háttérsugárzást – az ősrobbanás utófényét. Kapcsolatokat keresnek aközött, hogy mi történik az ég egyik oldalán, és mi történik a másik oldalon. És egyelőre nincs bizonyíték arra, hogy bármi közös lenne. Ez azt jelenti, hogy 13,8 milliárd évig semmilyen irányban nem ismétli önmagát az Univerzum. Ennyi időre van szüksége a fénynek, hogy legalább ennek a térnek a látható szélét elérje.

Még mindig foglalkoztat bennünket az a kérdés, hogy mi van a megfigyelhető Univerzumon túl. A csillagászok elismerik, hogy a tér végtelen. A benne lévő „anyag” (energia, galaxisok stb.) pontosan úgy oszlik el, mint a megfigyelhető Univerzumban. Ha ez valóban így van, akkor a szélén lévők különféle anomáliái jelennek meg.

A Hubble hangerőn túl nem csak több van különböző bolygók. Ott mindent megtalál, ami csak létezhet. Ha elég messzire mész, még egy olyan naprendszert is találhatsz, amelyben a Föld minden tekintetben megegyezik, kivéve, hogy rántotta helyett zabkását fogyasztasz reggelire. Vagy egyáltalán nem volt reggeli. Vagy tegyük fel, hogy korán keltél és kiraboltál egy bankot.

Valójában a kozmológusok úgy vélik, hogy ha elég messzire megy, találhat egy másik Hubble-gömböt, amely teljesen azonos a miénkkel. A legtöbb tudós úgy véli, hogy az általunk ismert univerzumnak vannak határai. Hogy mi van rajtuk, az a legnagyobb rejtély marad.

Kozmológiai elv

Ez a fogalom azt jelenti, hogy a megfigyelő helyétől és irányától függetlenül mindenki ugyanazt a képet látja az Univerzumról. Természetesen ez nem vonatkozik a kisebb méretű tanulmányokra. A térnek ezt a homogenitását minden pontjának egyenlősége okozza. Ez a jelenség csak galaxishalmaz léptékében észlelhető.

Ehhez a koncepcióhoz hasonlót először Sir Isaac Newton javasolt 1687-ben. És ezt követően, a 20. században ezt más tudósok megfigyelései is megerősítették. Logikusan, ha minden az Ősrobbanás egyik pontjából keletkezne, majd az Univerzumba tágulna, akkor meglehetősen homogén maradna.

Az a távolság, amelyen belül megfigyelhető a kozmológiai elv, hogy megtaláljuk ezt a látszólagos egyenletes anyageloszlást, körülbelül 300 millió fényévnyire van a Földtől.

1973-ban azonban minden megváltozott. Aztán felfedeztek egy anomáliát, amely megsértette a kozmológiai elvet.

Nagy attraktor

Hatalmas tömegkoncentrációt fedeztek fel 250 millió fényév távolságban, a Hydra és a Centaurus csillagképek közelében. Súlya olyan nagy, hogy a Tejútrendszer több tízezer tömegéhez lehetne hasonlítani. Ezt az anomáliát galaktikus szuperhalmaznak tekintik.

Ezt a tárgyat Nagy Vonzónak hívták. Gravitációs ereje olyan erős, hogy több száz fényéven keresztül hat más galaxisokra és halmazaikra. Régóta az egyik legnagyobb rejtély maradt az űrben.

1990-ben felfedezték, hogy a hatalmas vonzerőnek nevezett galaxishalmazok mozgása az űr egy másik régiójába – az Univerzum peremén túl – irányul. Eddig ez a folyamat megfigyelhető, bár maga az anomália az „elkerülési zónában” van.

Sötét energia

A Hubble-törvény szerint minden galaxisnak egyenletesen kell távolodnia egymástól, megőrizve a kozmológiai elvet. 2008-ban azonban megjelent egy új felfedezés.

A Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) olyan klaszterek nagy csoportját észlelte, amelyek akár 600 mérföld/másodperc sebességgel mozogtak ugyanabba az irányba. Mindannyian az égbolt egy kis területe felé tartottak, a Centaurus és a Velus csillagképek között.

Ennek nincs nyilvánvaló oka, és mivel megmagyarázhatatlan jelenségről volt szó, "sötét energiának" nevezték. Valami a megfigyelhető univerzumon kívüli okozza. Jelenleg csak találgatások vannak a természetéről.

Ha galaxishalmazokat húzunk egy kolosszális fekete lyuk felé, akkor mozgásuknak fel kell gyorsulnia. A sötét energia a kozmikus testek állandó sebességét jelzi fényévmilliárdokon keresztül.

Az egyik lehetséges okok ennek a folyamatnak - hatalmas struktúrák, amelyek kívül esnek az Univerzumon. Hatalmas gravitációs befolyásuk van. A megfigyelhető Univerzumban nincsenek olyan óriási struktúrák, amelyek elegendő gravitációs súllyal rendelkeznének ahhoz, hogy ezt a jelenséget előidézzék. De ez nem jelenti azt, hogy ne létezhetnének a megfigyelhető régión kívül.

Ez azt jelentené, hogy az Univerzum szerkezete nem homogén. Ami magukat a struktúrákat illeti, ezek szó szerint bármiek lehetnek, az anyaghalmazoktól az energiáig, olyan léptékű, amilyet alig lehet elképzelni. Még az is lehetséges, hogy ezek más Univerzumokból származó gravitációs erőket irányítanak.

Végtelen buborékok

Nem teljesen helyes a Hubble-szférán kívülről beszélni, mivel ennek szerkezete még mindig megegyezik a Metagalaxiséval. Az „ismeretlennek” ugyanazok az Univerzum fizikai törvényei és állandói. Van egy olyan verzió, amely szerint az ősrobbanás okozta a buborékok megjelenését a tér szerkezetében.

Közvetlenül utána, az Univerzum felfújásának kezdete előtt, egyfajta „kozmikus hab” keletkezett, amely „buborékok” halmazaként létezett. Ennek az anyagnak az egyik tárgya hirtelen kitágul, és végül a ma ismert Univerzummá vált.

De mi sült ki a többi buborékból? Alexander Kashlinsky, a NASA csapatának, a „sötét energiát” felfedező szervezetnek a vezetője elmondta: „Ha elég messzire távolodsz, láthatsz egy olyan szerkezetet, amely a buborékon kívül, az Univerzumon kívül található. Ezeknek a struktúráknak mozgást kell létrehozniuk."

Így a „sötét energia” egy másik Univerzum, vagy akár egy „Multiverzum” létezésének első bizonyítéka.

Minden buborék egy olyan terület, amely a tér többi részével együtt megszűnt nyúlni. Saját univerzumot alakított ki saját speciális törvényeivel.

Ebben a forgatókönyvben a tér végtelen, és minden buboréknak sincs határa. Még ha lehetséges is áttörni valamelyik határát, a köztük lévő tér akkor is tágul. Idővel lehetetlen lesz elérni a következő buborékot. Ez a jelenség továbbra is az egyik legnagyobb titkait hely.

Fekete lyuk

A Lee Smolin fizikus által javasolt elmélet azt sugallja, hogy a metagalaxis szerkezetében minden hasonló kozmikus objektum egy új képződését okozza. Csak el kell képzelni, hány fekete lyuk van az Univerzumban. Mindegyiknek vannak fizikai törvényei, amelyek eltérnek elődjeitől. Hasonló hipotézist először 1992-ben vázoltak fel a „Life of the Cosmos” című könyvben.

A fekete lyukakba eső csillagok világszerte hihetetlenül extrém sűrűségűek. Ilyen körülmények között ez a tér felrobban és kitágul saját, az eredetitől eltérő, új Univerzumává. Az a pont, ahol az idő megáll egy fekete lyukban, egy új metagalaxis ősrobbanásának kezdete.

Az összeomlott fekete lyukon belüli szélsőséges körülmények apró, véletlenszerű változásokhoz vezetnek a mögöttes fizikai erőkben és paraméterekben a leányuniverzumban. Mindegyikük jellemzői és mutatói különböznek a szüleiktől.

A csillagok létezése az élet kialakulásának előfeltétele. Ez annak köszönhető, hogy a szén- és egyéb összetett molekulák, életet biztosító, létrejön bennük. Ezért a lények és az Univerzum kialakulásához ugyanazok a feltételek szükségesek.

A kozmikus természetes kiválasztódás mint tudományos hipotézis kritikája a közvetlen bizonyíték hiánya ebben a szakaszban. De szem előtt kell tartani, hogy a hiedelmek szempontjából nem rosszabb, mint a javasolt tudományos alternatívák. Nincs bizonyíték arra, hogy mi van az Univerzumon túl, legyen az Multiverzum, húrelmélet vagy ciklikus tér.

Sok párhuzamos univerzum

Úgy tűnik, hogy ennek az elképzelésnek nincs jelentősége a modern elméleti fizikában. De a Multiverzum létezésének gondolatát régóta tudományos lehetőségnek tekintik, bár még mindig aktív vitát és pusztító vitát vált ki a fizikusok között. Ez az opció teljesen megsemmisíti azt az elképzelést, hogy hány Univerzum van az űrben.

Fontos szem előtt tartani, hogy a Multiverzum nem elmélet, hanem az elméleti fizika modern felfogásának következménye. Ez a megkülönböztetés kritikus. Senki sem intett a kezével, és azt mondta: „Legyen Multiverzum!” Ez az ötlet olyan jelenlegi tanításokból származik, mint a kvantummechanika és a húrelmélet.

Multiverzum és kvantumfizika

Sokan ismerik a „Schrödinger macskája” gondolatkísérletet. Lényege abban rejlik, hogy Erwin Schrödinger osztrák elméleti fizikus rámutatott a kvantummechanika tökéletlenségére.

A tudós azt javasolja, képzeljünk el egy állatot, amelyet egy zárt dobozba helyeztek. Ha kinyitja, megtudhatja a macska két állapotának egyikét. De amíg a doboz zárva van, az állat vagy él, vagy hal. Ez azt bizonyítja, hogy nincs olyan állapot, amely egyesíti az életet és a halált.

Mindez egyszerűen azért tűnik lehetetlennek, mert az emberi felfogás nem képes felfogni.

De a kvantummechanika furcsa szabályai szerint ez teljesen lehetséges. Minden lehetőség tere benne hatalmas. Matematikailag a kvantummechanikai állapot az összes lehetséges állapot összege (vagy szuperpozíciója). Schrödinger macskája esetében a kísérlet „halott” és „élő” pozíciók egymásra épülése.

De hogyan lehet ezt úgy értelmezni, hogy legyen gyakorlati jelentése? Egy népszerű módszer mindezen lehetőségeket úgy gondolni, hogy a macska egyetlen „objektíven igaz” állapota a megfigyelhető állapot. Abban azonban egyetérthetünk, hogy ezek a lehetőségek igazak, és mindegyik különböző Univerzumban létezik.

Húrelmélet

Ez a legígéretesebb lehetőség az összefogásra kvantummechanikaés a gravitáció. Ez azért nehéz, mert a gravitáció kis léptékben éppoly leírhatatlan, mint az atomok és a szubatomi részecskék a kvantummechanikában.

De a húrelmélet, amely azt mondja, hogy minden alapvető részecske monomer elemekből áll, egyszerre írja le a természet összes ismert erejét. Ide tartozik a gravitáció, az elektromágnesesség és a nukleáris erők.

Azonban azért matematikai elmélet a húrokhoz legalább tíz fizikai méretre van szükség. Csak négy dimenziót figyelhetünk meg: magasság, szélesség, mélység és idő. Ezért további dimenziók rejtve vannak előlünk.

Hogy az elméletet magyarázni tudjam fizikai jelenségek, ezek a további vizsgálatok „sűrűek” és túl kicsik kis léptékben.

A húrelmélet problémája vagy jellemzője az, hogy sokféleképpen lehet tömöríteni. Ezek mindegyike egy univerzumot eredményez, amelynek fizikai törvényei eltérőek, például különböző elektrontömegek és gravitációs állandók. A tömörítési módszertan ellen azonban komoly kifogások is vannak. Ezért a probléma nem teljesen megoldott.

De a nyilvánvaló kérdés az: ezek közül a lehetőségek közül melyikben élünk? A húrelmélet nem ad mechanizmust ennek meghatározására. Feleslegessé teszi, mert nem lehet alaposan tesztelni. De az Univerzum peremének feltárása ezt a hibát jellemzővé változtatta.

Az ősrobbanás következményei

Az Univerzum legkorábbi felépítése során volt egy felgyorsult tágulási időszak, amelyet inflációnak neveznek. Kezdetben megmagyarázta, miért szinte egyenletes a Hubble-gömb hőmérséklete. Az infláció azonban az egyensúly körüli hőmérséklet-ingadozások spektrumát is megjósolta, amit később több űrhajó is megerősített.

Bár az elmélet pontos részleteiről még mindig heves viták folynak, az inflációt széles körben elfogadják a fizikusok. Ennek az elméletnek azonban az a következménye, hogy az univerzumban kell lennie más objektumoknak, amelyek még mindig gyorsulnak. A téridő kvantum-ingadozása miatt egyes részei soha nem érik el a végső állapotot. Ez azt jelenti, hogy a tér örökre kitágul.

Ez a mechanizmus végtelen számú univerzumot generál. Ha ezt a forgatókönyvet a húrelmélettel kombináljuk, lehetséges, hogy mindegyiknek más a tömörítése további méretekés ezért az Univerzum különböző fizikai törvényei vannak.

A multiverzum doktrínája szerint, amelyet a húrelmélet és az infláció jósol meg, minden Univerzum ugyanabban a fizikai térben él, és keresztezheti egymást. Elkerülhetetlenül össze kell ütközniük, nyomokat hagyva a kozmikus égbolton. Jellegük a kozmikus mikrohullámú háttér hideg vagy forró pontjaitól a galaxisok eloszlásában lévő rendellenes üregekig terjed.

Mivel a más Univerzumokkal való ütközéseknek egy bizonyos irányban kell történniük, minden interferencia várhatóan megzavarja a homogenitást.

Egyes tudósok a kozmikus mikrohullámú háttér anomáliáin keresztül keresik őket, az Ősrobbanás utófényében. Mások gravitációs hullámokban vannak, amelyek a téridőn át hullámoznak, miközben hatalmas tárgyak haladnak el mellettük. Ezek a hullámok közvetlenül bizonyítják az infláció létezését, ami végső soron a multiverzum elmélet alátámasztását erősíti.

A relativitáselmélet a teret és az időt egyetlen entitásnak, az úgynevezett „téridőnek” tekinti, amelyben az időkoordináta ugyanolyan jelentős szerepet játszik, mint a térbeli koordináták. Ezért a nagyon általános eset mi a relativitáselmélet szempontjából csak ennek a bizonyos egyesült „tér-idő” végességéről vagy végtelenségéről beszélhetünk. Ekkor azonban belépünk az úgynevezett négydimenziós világba, amely egészen különleges geometriai tulajdonságokkal rendelkezik, amelyek a leglényegesebben különböznek geometriai tulajdonságok a háromdimenziós világról, amelyben élünk.

És a négydimenziós „téridő” végtelensége vagy végessége továbbra sem mond semmit, vagy szinte semmit az Univerzum minket érdeklő térbeli végtelenségéről.

Másrészt a négydimenziós „tér-idő” relativitáselmélet nem csupán egy kényelmes matematikai apparátus. A valós Univerzum nagyon specifikus tulajdonságait, függőségeit és mintáit tükrözi. Ezért, amikor a tér végtelenségének problémáját a relativitáselmélet szempontjából megoldjuk, kénytelenek vagyunk figyelembe venni a „téridő” tulajdonságait. A jelen század húszas éveiben A. Friedman kimutatta, hogy a relativitáselmélet keretein belül az Univerzum térbeli és időbeli végtelensége kérdésének külön megfogalmazása nem mindig lehetséges, de csak bizonyos feltételek mellett. Ezek a feltételek a következők: homogenitás, vagyis az anyag egyenletes eloszlása ​​az Univerzumban, és izotrópia, vagyis azonos tulajdonságok bármely irányban. Csak homogenitás és izotrópia esetén válik egyetlen „téridő” „homogén térre” és egyetemes „világidőre”.

De amint azt már megjegyeztük, a valódi Univerzum sokkal összetettebb, mint a homogén és izotróp modellek. Ez azt jelenti, hogy a relativitáselmélet négydimenziós gömbje, amely megfelel annak a valós világnak, amelyben élünk, általános esetben nem válik szét „térre” és „időre”. Ezért még ha a megfigyelések pontosságának növelésével ki tudjuk is számítani az átlagos sűrűséget (és ezzel a lokális görbületet) Galaxisunkra, egy galaxishalmazra, az Univerzum megfigyelhető tartományára, ez még nem lesz megoldás. az Univerzum egészének térbeli kiterjedésének kérdésére.

Érdekes egyébként megjegyezni, hogy a tér egyes régiói valóban végesnek bizonyulhatnak a bezártság értelmében. És nem csak a metagalaxis tere, hanem minden olyan régió is, amelyben kellően erős tömegek vannak, amelyek erős görbületet okoznak, például a kvazárok tere. De ismételjük, ez még mindig nem mond semmit az Univerzum egészének végességéről vagy végtelenségéről. Ráadásul a tér végessége vagy végtelensége nemcsak a görbületétől, hanem néhány egyéb tulajdonságától is függ.

Így mikor jelen állapot általános elmélet relativitáselmélet és csillagászati ​​megfigyelések nem kaphatunk kellően teljes választ az Univerzum térbeli végtelenségének kérdésére.

Azt mondják, a híres zeneszerző és zongoraművész F. Liszt a következő utasításokkal látta el egyik zongoraművét az előadó számára: „gyorsan”, „még gyorsabban”, „a lehető leggyorsabban”, „még gyorsabban”...

Ez a történet önkéntelenül is eszembe jut az Univerzum végtelensége kérdésének vizsgálata kapcsán. Már a fent elmondottakból is teljesen nyilvánvaló, hogy ez a probléma rendkívül összetett.

És mégis mérhetetlenül bonyolultabb...

Magyarázni annyit jelent, mint az ismertre redukálni. Hasonló technikát szinte minden esetben alkalmaznak tudományos kutatás. És amikor megpróbáljuk megoldani az Univerzum geometriai tulajdonságainak kérdését, akkor arra is törekszünk, hogy ezeket a tulajdonságokat ismert fogalmakra redukáljuk.

Az Univerzum tulajdonságait úgymond a benne létezőkhöz mérik Ebben a pillanatban a végtelenség elvont matematikai fogalmai. De vajon ezek az elképzelések elegendőek-e az Univerzum egészének leírásához? Az a baj, hogy nagyrészt függetlenül, sőt olykor teljesen függetlenül az Univerzum tanulmányozásának problémáitól, mindenesetre egy korlátozott térrégió vizsgálatán alapultak.

Így az Univerzum valódi végtelensége kérdésének megoldása egyfajta lottójátékká alakul, amelyben a nyerési valószínűség, azaz a véletlen egybeesés legalábbis elegendő. nagyszámú A valódi Univerzum tulajdonságai a végtelenség egyik formálisan levezetett mércéjével nagyon jelentéktelenek.

Az Univerzumról alkotott modern fizikai elképzelések alapja az ún speciális elmélet relativitás. Ezen elmélet szerint a körülöttünk lévő különféle valós objektumok közötti térbeli és időbeli kapcsolatok nem abszolútak. Jellegük teljes mértékben az adott rendszer mozgásállapotától függ. Így egy mozgó rendszerben az idő üteme lelassul, és minden hosszskálán, pl. a kiterjesztett objektumok mérete csökken. És ez a csökkentés annál erősebb, minél nagyobb a mozgás sebessége. Ahogy közeledünk a fénysebességhez, ami a maximum lehetséges sebesség a természetben minden lineáris skála korlátlanul csökken.

De ha a tér legalább néhány geometriai tulajdonsága függ a vonatkoztatási rendszer mozgásának természetétől, vagyis relatív, akkor jogunk van feltenni a kérdést: vajon nem relatív-e a végesség és a végtelen fogalma is? Hiszen ezek a legszorosabban a geometriához kapcsolódnak.

Az elmúlt években a híres szovjet kozmológus, A. L. Zelmapov ezt a különös problémát tanulmányozta. Sikerült felfedeznie egy olyan tényt, amely első pillantásra teljesen elképesztő volt. Kiderült, hogy a tér, amely egy fix vonatkoztatási keretben véges, ugyanakkor lehet végtelen egy mozgó koordináta-rendszerhez képest.

Talán nem tűnik olyan meglepőnek ez a következtetés, ha emlékezünk a mozgó rendszerek méretarányának csökkentésére.

A modern elméleti fizika összetett kérdéseinek népszerű bemutatását nagymértékben megnehezíti, hogy a legtöbb esetben nem teszik lehetővé vizuális magyarázatokat és analógiákat. Mindazonáltal most megpróbálunk egy hasonlatot adni, de a használat során igyekszünk nem elfelejteni, hogy ez nagyon közelítő.

Képzeljük el, hogy egy űrhajó olyan sebességgel rohan el a Föld mellett, amely mondjuk a fénysebesség kétharmadával – 200 000 km/sec. Ekkor a relativitáselmélet képletei szerint minden skála felére csökkenését kell megfigyelni. Ez azt jelenti, hogy a hajón tartózkodó űrhajósok szemszögéből nézve a Föld összes szegmense fele olyan hosszú lesz.

Most képzeljük el, hogy van egy nagyon hosszú, de mégis véges egyenesünk, és ezt valamilyen hosszmértékegység, például méter segítségével mérjük. ben tartózkodó megfigyelő számára űrhajó, a fénysebességet megközelítő sebességgel rohanva referenciamérőnk pontra zsugorodik. És mivel még egy véges egyenesen is számtalan pont van, akkor egy hajóban lévő megfigyelő számára az egyenesünk végtelenül hosszú lesz. Körülbelül ugyanez történik a területek és mennyiségek léptékével kapcsolatban. Következésképpen a tér véges régiói végtelenné válhatnak egy mozgó vonatkoztatási rendszerben.

Még egyszer megismételjük - ez semmiképpen sem bizonyíték, hanem csak egy meglehetősen durva és messze nem teljes analógia. De némi képet ad a számunkra érdekes jelenség fizikai lényegéről.

Emlékezzünk most arra, hogy a mozgó rendszerekben nemcsak a léptékek csökkennek, hanem az idő áramlása is lelassul. Ebből az következik, hogy valamely, egy rögzített (statikus) koordinátarendszerhez képest véges objektum létezésének időtartama végtelenül hosszúnak bizonyulhat egy mozgó vonatkoztatási rendszerben.

Zelmanov műveiből tehát az következik, hogy a tér és az idő „végessége” és „végtelensége” tulajdonságai relatívak.

Mindezek az első pillantásra meglehetősen „extravagáns” eredmények természetesen nem tekinthetők a valós Univerzum egyes univerzális geometriai tulajdonságainak megállapításának.

De nekik köszönhetően rendkívül fontos következtetést lehet levonni. Az Univerzum végtelenségének fogalma még a relativitáselmélet szempontjából is sokkal összetettebb, mint azt korábban elképzelték.

Most már minden okkal feltételezhető, hogy ha valaha is létrejön egy, a relativitáselméletnél általánosabb elmélet, akkor ennek az elméletnek a keretein belül az Univerzum végtelenségének kérdése még összetettebbnek bizonyul.

A modern fizika egyik fő rendelkezése, sarokköve a fizikai állítások ún. változatlanságának követelménye a vonatkoztatási rendszer transzformációira vonatkozóan.

Invariáns – azt jelenti, hogy „nem változik”. Hogy jobban elképzeljük, mit jelent ez, hozzunk példának néhány geometriai invariánst. Így azok a körök, amelyek középpontja a derékszögű koordinátarendszer origójában van, forgási invariánsok. A koordinátatengelyek origóhoz viszonyított bármilyen elforgatásakor az ilyen körök önmagukká alakulnak. Az „OY” tengelyre merőleges egyenesek az „OX” tengely mentén történő koordinátarendszer transzformációinak invariánsai.

De a mi esetünkben arról beszélünk a változatlanságról a szó tágabb értelmében: bármely állítás csak akkor rendelkezik fizikai jelentése, amikor ez nem függ a referenciarendszer megválasztásától. Ebben az esetben a vonatkoztatási rendszert nemcsak koordinátarendszerként, hanem leírási módszerként is kell érteni. Bárhogyan is változik a leírás módja, a vizsgált jelenségek fizikai tartalmának változatlannak és változatlannak kell maradnia.

Könnyen belátható, hogy ennek az állapotnak nemcsak tisztán fizikai, hanem alapvető filozófiai jelentősége is van. A tudomány azon vágyát tükrözi, hogy tisztázza a jelenségek valódi, valódi lefolyását, és kizárjon minden olyan torzulást, amelyet maga a tudományos kutatás folyamata vezethet be ebbe a kurzusba.

Amint láttuk, A. L. Zelmanov munkáiból az következik, hogy sem a térbeli végtelenség, sem az időbeli végtelenség nem elégíti ki a változatlanság követelményét. Ez azt jelenti, hogy az időbeli és térbeli végtelenség fogalmai, amelyeket jelenleg használunk, nem tükrözik teljes mértékben a minket körülvevő világ valódi tulajdonságait. Ezért úgy tűnik, az Univerzum egészének (térben és időben) végtelenségére vonatkozó kérdésnek a végtelenség modern felfogásával való megfogalmazása nélkülözi a fizikai jelentést.

Újabb meggyőző bizonyítékot kaptunk arra vonatkozóan, hogy a végtelenség „elméleti” fogalmai, amelyeket az Univerzum tudománya eddig használt, nagyon-nagyon korlátozott természetűek. Általánosságban elmondható, hogy ezt már korábban is sejteni lehetett, hiszen a való világ mindig sokkal összetettebb, mint bármely „modell”, és csak a valóság többé-kevésbé pontos közelítéséről beszélhetünk. De ebben az esetben különösen nehéz volt úgymond szemmel felmérni, hogy mennyire jelentős az elért megközelítés.

Most legalább kirajzolódik a követendő út. Úgy tűnik, a feladat mindenekelőtt a végtelen (matematikai és fizikai) fogalmának kidolgozása az Univerzum valós tulajdonságainak tanulmányozása alapján. Más szóval: nem az Univerzumot „próbálni” a végtelenről szóló elméleti elképzelésekre, hanem éppen ellenkezőleg, ezeket elméleti elképzelések a való világba. Csak ez a kutatási módszer vezethet jelentős előrelépéshez a tudományban ezen a területen. Semmilyen elvont logikai érvelés vagy elméleti következtetés nem helyettesítheti a megfigyelésekből nyert tényeket.

Valószínűleg mindenekelőtt a végtelen invariáns fogalmát kell kidolgozni az Univerzum valós tulajdonságainak tanulmányozása alapján.

És általában, úgy tűnik, nincs olyan univerzális matematikai vagy fizikai mérce a végtelennek, amely tükrözné a valós Univerzum összes tulajdonságát. Ahogy a tudás fejlődik, a végtelenség általunk ismert típusainak száma maga is korlátlanul nő. Ezért a legvalószínűbb, hogy arra a kérdésre, hogy az Univerzum végtelen-e, soha nem kapunk egyszerű „igen” vagy „nem” választ.

Első pillantásra úgy tűnhet, hogy ezzel összefüggésben az Univerzum végtelenségének problémájának tanulmányozása általában elveszti értelmét. Azonban először is ez a probléma valamilyen formában a tudomány előtt áll bizonyos szakaszaibanés meg kell oldani, másodszor pedig a megoldási kísérletek gyümölcsöző felfedezések egész sorához vezetnek az út során.

Végül hangsúlyozni kell, hogy az Univerzum végtelenségének problémája sokkal tágabb, mint pusztán térbeli kiterjedésének kérdése. Mindenekelőtt nem csak a végtelenségről beszélhetünk „szélességben”, hanem úgymond „mélységben” is. Vagyis választ kell kapni arra a kérdésre, hogy a tér korlátlanul osztható, folytonos-e, vagy van-e benne néhány minimális elem.

Jelenleg ezzel a problémával már szembesültek a fizikusok. Komolyan vitatják a tér (valamint az idő) úgynevezett kvantálásának lehetőségét, vagyis bizonyos rendkívül kicsiny „elemi” cellák kiválasztását benne.

Nem szabad megfeledkeznünk az Univerzum tulajdonságainak végtelen sokféleségéről sem. Hiszen az Univerzum mindenekelőtt egy folyamat. jellegzetes vonásait amelyek közül az anyag folyamatos mozgása és szüntelen átmenetei egyik állapotból a másikba. Ezért az Univerzum végtelensége a mozgásformák, az anyagfajták, a fizikai folyamatok, a kapcsolatok és kölcsönhatások, sőt az egyes objektumok tulajdonságainak végtelen sokféleségét is jelenti.

Létezik a végtelenség?

Az Univerzum végtelenségének problémájával kapcsolatban első pillantásra váratlan kérdés vetődik fel. Van-e valódi jelentése magának a végtelen fogalmának? Csak nem feltételes? matematikai konstrukció, aminek a való világban semmi sem felel meg? Ezt az álláspontot a múltban egyes kutatók vallották, és ma is vannak támogatói.

De a tudományos adatok azt mutatják, hogy a tulajdonságok tanulmányozása során való Világ mindenesetre azzal állunk szemben, amit fizikainak vagy gyakorlati végtelennek nevezhetünk. Például olyan nagy (vagy olyan kicsi) mennyiségekkel találkozunk, amelyek bizonyos szempontból nem különböznek a végtelentől. Ezek a mennyiségek túllépik azt a mennyiségi határt, amelyen túl a további változtatásoknak már nincs észrevehető hatása a vizsgált folyamat lényegére.

A végtelen tehát kétségtelenül objektíven létezik. Ráadásul mind a fizikában, mind a matematikában szinte minden lépésnél szembesülünk a végtelen fogalmával. Ez nem véletlen. Mindkét tudomány, különösen a fizika, számos rendelkezés látszólagos elvontsága ellenére végül mindig a valóságból indul ki. Ez azt jelenti, hogy a természetnek, az Univerzumnak valójában van néhány olyan tulajdonsága, amely a végtelenség fogalmában tükröződik.

E tulajdonságok összességét az Univerzum valódi végtelenségének nevezhetjük.

Csak valami bonyolult. Miért végtelen az Univerzum, és hol keressünk idegeneket?

Új „Egyszerűen az összetett dolgokról” rovatot indítunk, amelyben szakembereket kérdezünk különböző területeken a legegyszerűbb, néha még gyerekesen naiv kérdéseket a világon mindenről. Beszélgetőpartnereink pedig elviselik az udvariatlanságunkat, érthetően és természetesen beszélnek összetett dolgokról. Ma Viktor Malyshchits fehérorosz fotóssal és csillagászsal beszélgetünk, akit olvasóink az űrről szóló cikksorozatból ismernek.

Kezdjük a legfontosabbal. Hová tűntek az idegenek, és miért nem találtuk meg őket minden erőfeszítésünk ellenére (és ők sem találtak meg minket)?

Az intelligens életformák felderítésére irányuló kísérletek során az emberiség rádiójeleket használ. De nem tudjuk, milyen típusú kommunikációt használnak. Lehet, hogy az idegenek nem tudnak a rádióhullámokról, vagy már rég elhagyták őket?

Vannak más kérdések is. Milyen formátumban küldjem a jelet? A tér mely területein? Hogyan növelheti annak valószínűségét, hogy egy jelet megértenek? Sok jelző esemény PR-kampány. Például 1974-ben rádiójelet küldtek az Arecibo Obszervatóriumból az M13 gömbölyű csillaghalmaz felé. Egyesek azt mondták, hogy 100 ezer csillag van ott, legalább tízben lesznek idegenek! Csak azt hallgatják el, hogy ez a halmaz 24 ezer fényévnyire van tőle. És ne felejtsd el, hogy a valószínű válasz ugyanannyit igényel.

Arecibo üzenetének része

Jobb, ha megpróbálja saját maga keresni néhány jelet, mint elküldeni őket. Azonban sem az egyik, sem a másik nem hozott még eredményt.

- A tér határtalan, az Univerzum végtelen. Miért jutottak a tudósok egyáltalán erre a következtetésre?

Feltételezzük, hogy világunknak van egy bizonyos szerkezete: vannak galaxisok, galaxishalmazok, galaxisok szuperhalmazai stb. De több száz millió fényév skálán világunk homogén, és amennyire látjuk, semmi. ott változik. Semmi jele annak, hogy az Univerzum szerkezete valamilyen középponthoz vagy élhez próbálna közelebb tömörülni. E megfigyelések alapján arra a következtetésre jutunk, hogy valószínűleg minden továbbra is a régiben marad.

Az a baj, hogy akármilyen teleszkópokat építünk is, nem láthatjuk az egész világot. A maximum, amit tehetünk, hogy meglátjuk azokat az objektumokat, amelyek tőlünk 13,7 milliárd fényévnyi távolságra helyezkednek el (ez az életkor, amelyre az Univerzumunkat becsülik). A fény tőlük már elért minket. De még mindig történhet valami, csak a fényjelzésnek nem volt ideje onnan elérni.

Így van egy határ, amelyen túl nem léphetünk át. De csak sejthetjük, mi van mögötte, a rendelkezésünkre álló tudásból extrapolálva.

Miért hagyták abba az emberek a Holdra menést? Hiszen ma már sokkal több van erre több lehetőség mint 50 évvel ezelőtt. Lehet, hogy az összeesküvés-elméletek nem hazudnak?

Nem hiszek semmilyen összeesküvés-elméletben. A kérdésre nagyon egyszerű a válasz: egy embert a Holdra küldeni nagyon-nagyon költséges projekt. Az 1960-as években a geopolitikai helyzet más volt, az USA és a Szovjetunió aktívan részt vett az űrversenyben. Utol kellett érni és megelőzni az ellenfelet, az emberek ezt akarták, készek voltak lemondani az anyagi javakról, hogy elsők legyenek.

Ma a társadalom jóllakottabbá vált. Természetesen most újraindíthatjuk a Holdra tartó repüléseket, sőt, akár a Marsra is repülhetünk. A kérdés csak az: mennyibe kerül ez az adófizetőknek? Azt akarjuk, hogy legyen Jó munka, kényelmes pihenés, vadonatúj iPhone és minden más. Készek az emberek feladni ezt?

Ráadásul a mai technológia olyan szintet ért el, hogy nincs is szükség emberre, sokkal olcsóbb nélküle. Az ember egy nehéz húsdarab, amelyben csak a feje és a karjai működnek rendesen, minden más pedig plusz teher, amihez többek között egy rakás életfenntartó rendszer kell. Egy kis holdjáró egy csomó érzékelővel sokkal kisebb lesz, nincs szüksége oxigénre és vízre, és sokkal olcsóbb a Holdra küldeni, mint egy embert.

Milyen színűek valójában a bolygók és a ködök? A fényképeken olyan szépek és színesek, de ha az éjszakai égboltra vagy a távcsővel az űrbe nézünk, nem látjuk ezt a színes szépséget.

A szín fogalma nagyon relatív. Egy ember számára ez nem olyan sok abszolút érték, mennyi az relatív. Hogyan működik az emberi szem? Folyamatosan állítja a fehéregyensúlyt. Itt ülünk az irodában, és sárga villanykörtéket látunk, miközben az alattuk lévő papírlap fehérnek tűnik, most pedig az ablakon kívül minden kék. Menjünk ki napközben, és ott minden fehérnek fog tűnni. A szemünk ugyanis folyamatosan alkalmazkodik ahhoz, hogy a háttérvilágítás szürkés legyen. Ezért napközben nagyon nehéz színről beszélni, sok múlik a háttérvilágításon. De éjszaka, amikor nincs háttérvilágítás, a szemünk egy adott értékre állítja be a fehéregyensúlyt.

Emlékszel, hogy a szem fotoreceptorai közé kúpok és rudak tartoznak? Ez utóbbiak felelősek az éjszakai látásért, és gyenge fényviszonyok között nem ismerik fel a színeket. Ezért egy teleszkópon keresztül a ködöt egyfajta elmosódott színtelen ködként látjuk. De a kamera számára teljesen mindegy, hogy gyenge vagy erős a megvilágítás, mindig rögzíti a színeket.

Tudja, mi a legnépszerűbb szín a ködök között? Rózsaszín! A ködök főként hidrogénből állnak, amely vörösen, kissé kéken és ibolyán világít a közeli csillagok hatására – rózsaszín színt hozva létre.

Tehát a tér színes, csak nem látjuk ezeket a színeket. Csak a legfényesebb csillagok és bolygók színét tudjuk megkülönböztetni. Mindenki látja például, hogy a Mars nem zöld, hanem narancssárga, a Jupiter sárgás, a Vénusz pedig fehér. A fényképek feldolgozása során megpróbálják ezeket a színeket illeszteni, beállítani. Bár nincsenek szigorú szabályok. Gyakran teleszkópokon keresztül ill űrhajó a bolygót kissé eltérő tartományban fényképezték, és nem szabványos RGB-ben. Ezért előfordulhat, hogy a fényképek színei nem mindig természetesek.

Hubble teleszkóp

A Rozetta-köd a Hubble palettán

Általában két lehetőség van az űrfelvételeknél. Az első szerint a tárgyakat igyekeznek minél valósághűbben megjeleníteni, RGB-ben forgatnak, a ködök rózsaszínűek, a csillagok normál színűek. Második példaként említhetünk egy ilyen technikát, mint a „Hubble paletta” (a név abból a tényből származott, hogy a teleszkópról készült fényképeket először ilyen módon dolgozták fel). Az olyan elemek, mint az oxigén, hidrogén, kén és mások, csak a spektrum bizonyos tartományaiban világítanak. Vannak speciális szűrők, amelyek például csak hidrogént vagy csak ként mutathatnak. Feltesz egy szűrőt, és csak a hidrogén szerkezetét rögzíted a ködben, rátesz egy másikat, és csak az oxigént látod. Ez azért fontos egy csillagász számára, mert nyomon követheti a különböző eloszlását kémiai elemek. De hogyan lehet mindezt megmutatni az embereknek? Aztán pusztán önkényesen úgy döntenek, hogy hidrogénzöldre, kénvörösre és oxigénkékre színezik. Az eredmény egy gyönyörű és egyben informatív kép, aminek azonban nem sok köze van az eredetihez.

Miért nagy aszteroidák ilyen későn fedezték fel? Hiszen az emberek gyakran csak akkor tudnak róluk, amikor már a lehető legközelebb vannak a Földhöz.

Nézzük meg, hogyan fedezik fel általában az aszteroidákat. A csillagos ég ugyanazt a területét többször lefotózzák. Ha bármelyik „csillag” mozog, az azt jelenti, hogy egy aszteroida vagy valami hasonló. Ezután ellenőriznie kell az adatbázisokat, ki kell számítania a pályát, és meg kell néznie, hogy az objektum ütközik-e a bolygóval.

A probléma az, hogy a Földre veszélyes aszteroida csupán egy pár tíz méter átmérőjű szikla. Egy 20-30 méteres tömböt nagyon nehéz látni az űrben. Ráadásul gyakorlatilag feketék.

Éppen ellenkezőleg, büszkének kell lennünk arra, hogy az emberek ilyen korán megtanulták észlelni az aszteroidákat. Korábban a legszörnyűbbeket is csak azután fedezték fel, hogy elrepültek.

- Sok űrszemét van a pályán? Mennyire veszélyes?

Sok! És a legnagyobb probléma az, hogy még nem tudunk mit kezdeni vele. Csak azt próbálhatja meg, hogy ne dobjon ki semmit az űrbe, vagy ne dobja el úgy, hogy az égjen a légkörben. Alacsony pályán, ahol a legtöbb műhold van, beleértve a törötteket is, a Föld légköre kissé jelen van, és fokozatosan lelassítja a törmelék mozgását. Végül a Földre esik, és a légkörben ég.

Mit kell tenni többel magas pályák? Ha a törmelék mennyisége eléri a kritikus értéket, akkor lavinaszerű törmelékképződés kezdődik. Képzeld el, hogy valamilyen részecske hihetetlen sebességgel ütközik egy műholddal – több száz darabra szóródik, amelyek összeütköznek más részecskékkel stb. Ennek eredményeként a bolygót egy törmelék gubó veszi körül, és az űr alkalmatlanná válik kutatás. Szerencsére még messze vagyunk attól, hogy elérjük ezt a kritikus értéket.

- Miért kapnak hisztit az emberek a Nibiru bolygóval kapcsolatban? Tapasztalt csillagászként láttad már?

Az emberek szeretnek hinni az összeesküvés-elméletekben. Ez a mi pszichológiánk, hinni akarunk az irreálisban. Senki sem látta igazán ezt a bolygót, a csillagászok nem veszik komolyan.

- Miért nem találták ki a mesterséges gravitációt? Minden sci-fi filmben szerepel!

A fizikát még nem fedezték fel! Elméletileg persze fel lehet építeni egy hatalmas gyűrűt az űrben, amely bizonyos sebességgel forog. Ekkor a centrifugális erő hatására gravitáció érhető el. De mindez inkább fantázia, mint valóság. Egyelőre könnyebb megtanítani az embereket, hogy nulla gravitáció mellett dolgozzanak.

Az ókorban az ember nagyon keveset tudott a mai tudáshoz képest, és az ember új ismeretekre törekedett. Természetesen az is érdekelte az embereket, hogy hol élnek és mi van az otthonukon kívül. Egy idő után az emberek elkezdtek rendelkezni az éjszakai égbolt megfigyelésére szolgáló eszközökkel. Ekkor az ember megérti, hogy a világ sokkal nagyobb, mint azt valaha elképzelte, és csak a bolygó méretére redukálta. A tér hosszú tanulmányozása után új ismeretek tárulnak fel az ember előtt, ami az ismeretlen még nagyobb felfedezéséhez vezet. Egy személy felteszi a kérdést: „Van a tér vége? vagy a tér végtelen?

A világűr vége. Elméletek

Maga a végtelenség kérdése világűr, persze, a kérdés nagyon érdekes, és minden csillagászt kínoz, és nem csak a csillagászokat. Sok évvel ezelőtt, amikor az Univerzumot intenzíven tanulmányozták, sok filozófus próbált választ adni magának és a világnak a tér végtelenségéről. De aztán minden a logikus érvelésre dőlt el, és semmilyen bizonyíték nem támasztotta alá, hogy a kozmosz vége létezik, vagy tagadta volna. Akkoriban is hitték és hitték az emberek, hogy a Föld az Univerzum középpontja, hogy minden kozmikus csillag és test a Föld körül kering.

A tudósok most sem tudnak átfogó választ adni erre a kérdésre, mert minden hipotézisekre támaszkodik, és nincs tudományos bizonyíték az űr végéről szóló ilyen vagy olyan véleményre. Akár modernnel is tudományos eredményeketés a technológia, az ember nem tud válaszolni erre a kérdésre. Mindez a jól ismert fénysebességnek köszönhető. A fénysebesség a tér tanulmányozásának fő asszisztense, amelynek köszönhetően az ember az égre nézhet és információkat kaphat. A fénysebesség egyedi mennyiség, amely meghatározhatatlan akadály. A távolságok az űrben olyan hatalmasak, hogy nem férnek bele az ember fejébe, és a fénynek egész évekre vagy akár több millió évre van szüksége ahhoz, hogy leküzdje ezeket a távolságokat. Ezért minél messzebbre tekint az ember az űrbe, annál messzebbre tekint a múltba, mert onnan a fény olyan sokáig utazik, hogy látjuk, milyen volt egy kozmikus test évmilliókkal ezelőtt.

A tér vége, a látható határai

A kozmosz vége természetesen az ember látásmódjában létezik. Van egy olyan határ az űrben, amelyen túl nem látunk semmit, mert azokról a nagyon távoli helyekről érkező fény még nem érte el bolygónkat. A tudósok semmit sem látnak ott, és ez valószínűleg nem is fog hamarosan megváltozni. Felmerül a kérdés: „Ez a határ a világűr vége?” Erre a kérdésre nehéz válaszolni, mert semmi sem látszik, de ez nem jelenti azt, hogy nincs ott semmi. Talán ott kezdődik egy párhuzamos Univerzum, vagy talán a tér folytatása, amit még nem látunk, és az űrnek nincs vége. Van egy másik verzió is

Tudtad, hogy az általunk megfigyelt Univerzumnak meglehetősen határozott határai vannak? Megszoktuk, hogy az Univerzumot valami végtelennel és felfoghatatlannal társítsuk. azonban modern tudomány az Univerzum „végtelenségére” vonatkozó kérdésre egészen más választ kínál egy ilyen „nyilvánvaló” kérdésre.

A modern elképzelések szerint a megfigyelhető Univerzum mérete megközelítőleg 45,7 milliárd fényév (vagy 14,6 gigaparszek). De mit jelentenek ezek a számok?

Az első kérdés, ami eszedbe jut egy hétköznapi embernek– hogy lehet, hogy az Univerzum nem végtelen? Úgy tűnik, vitathatatlan, hogy minden körülöttünk létező konténernek ne legyenek határai. Ha ezek a határok léteznek, akkor pontosan mik?

Tegyük fel, hogy valamelyik űrhajós eléri az Univerzum határait. Mit fog látni maga előtt? Szilárd fal? Tűzkorlát? És mi van mögötte – az üresség? Egy másik Univerzum? De jelentheti-e az üresség vagy egy másik Univerzum, hogy az univerzum határán vagyunk? Végül is ez nem azt jelenti, hogy ott „semmi” nincs. Az üresség és egy másik Univerzum is „valami”. De az Univerzum olyan valami, ami abszolút mindent tartalmaz, „valamit”.

Abszolút ellentmondáshoz jutunk. Kiderült, hogy az Univerzum határának el kell rejtenie előlünk valamit, aminek nem kellene léteznie. Vagy az Univerzum határának el kell kerítenie „mindent” a „valamitől”, de ennek a „valaminek” is a „mindennek” kell lennie. Általában teljes abszurdum. Akkor hogyan jelenthetik ki a tudósok Univerzumunk méretét, tömegét és akár korát is? Ezek az értékek, bár elképzelhetetlenül nagyok, mégis végesek. Vitatkozik a tudomány a nyilvánvaló dolgokkal? Ennek megértéséhez először nézzük meg, hogyan jutottak el az emberek az Univerzum modern megértéséhez.

A határok kitágítása

Ősidők óta az embereket érdekli az őket körülvevő világ. Felesleges példákat hozni a három pillérre és a régiek egyéb próbálkozásaira a világegyetem magyarázatára. Általános szabály, hogy végül minden arra a tényre vezethető vissza, hogy minden dolog alapja a föld felszíne. Még az ókorban és a középkorban is, amikor a csillagászok széleskörű ismeretekkel rendelkeztek a bolygó mozgásának törvényeiről az „állóhely” mentén. éggömb, A Föld maradt az Univerzum középpontja.

Természetesen vissza Ókori Görögország voltak, akik azt hitték, hogy a Föld a Nap körül kering. Voltak, akik a sok világról és az Univerzum végtelenségéről beszéltek. De ezeknek az elméleteknek a konstruktív indoklása csak a tudományos forradalom fordulóján merült fel.

A 16. században Nicolaus Kopernikusz lengyel csillagász hozta meg az első jelentős áttörést az Univerzum megismerésében. Határozottan bebizonyította, hogy a Föld csak egy a Nap körül keringő bolygók közül. Egy ilyen rendszer nagyban leegyszerűsítette a bolygók égi szférában történő ilyen összetett és bonyolult mozgásának magyarázatát. Az álló Föld esetében a csillagászoknak mindenféle okos elmélettel kellett megmagyarázniuk a bolygók viselkedését. Másrészt, ha a Földet mozgónak fogadjuk el, akkor az ilyen bonyolult mozgások magyarázata magától értetődő. Így a csillagászatban egy új paradigma, az úgynevezett „héliocentrizmus” honosodott meg.

Sok Nap

A csillagászok azonban még ezután is az Univerzumot az „állócsillagok szférájára” korlátozták. A 19. századig nem tudták megbecsülni a csillagok távolságát. A csillagászok több évszázadon keresztül hiába próbálták kimutatni a csillagok helyzetének eltéréseit a Föld keringési mozgásához képest (éves parallaxisok). Az akkori műszerek ilyen pontos mérést nem tettek lehetővé.

Végül 1837-ben Vaszilij Struve orosz-német csillagász mérte meg a parallaxist. Ez új lépést jelentett a tér léptékének megértésében. A tudósok most nyugodtan mondhatják, hogy a csillagok távoli hasonlóságok a Naphoz. A mi világítótestünk pedig már nem mindennek a központja, hanem egy végtelen csillaghalmaz egyenrangú „lakója”.

A csillagászok még közelebb kerültek az Univerzum léptékének megértéséhez, mert a csillagok távolsága valóban szörnyűségesnek bizonyult. Ehhez képest még a bolygók pályájának mérete is jelentéktelennek tűnt. Ezután meg kellett érteni, hogyan koncentrálódnak a csillagok.

Sok Tejút

A híres filozófus, Immanuel Kant már 1755-ben előre látta az Univerzum nagyméretű szerkezetének modern megértésének alapjait. Feltételezte, hogy a Tejút egy hatalmas forgó csillaghalmaz. A megfigyelt ködök közül sok viszont távolabbi „tejút” – galaxis. Ennek ellenére egészen a 20. századig a csillagászok úgy vélték, hogy minden köd a csillagkeletkezés forrása, és a Tejútrendszer része.

A helyzet megváltozott, amikor a csillagászok megtanulták mérni a galaxisok közötti távolságokat a segítségével. Az ilyen típusú csillagok abszolút fényereje szigorúan függ változékonyságuk periódusától. Abszolút fényességüket a láthatóval összehasonlítva nagy pontossággal meg lehet határozni a távolságukat. Ezt a módszert a 20. század elején Einar Hertzschrung és Harlow Scelpi fejlesztette ki. Neki köszönhetően a szovjet csillagász, Ernst Epic 1922-ben meghatározta az Androméda távolságát, amely nagyságrenddel nagyobbnak bizonyult, mint a Tejútrendszer mérete.

Edwin Hubble folytatta az Epic kezdeményezését. Más galaxisokban a cefeidák fényességének mérésével megmérte távolságukat, és összehasonlította azt a spektrumaik vöröseltolódásával. Így 1929-ben kidolgozta híres törvényét. Munkája végérvényesen megcáfolta azt a kialakult nézetet, hogy a Tejút az univerzum peremét jelenti. Most egyike volt annak a sok galaxisnak, amelyek egykor figyelembe vették őt szerves része. Kant hipotézise csaknem két évszázaddal a kidolgozása után beigazolódott.

Ezt követően a Hubble által felfedezett kapcsolat a galaxisnak a megfigyelőtől való távolsága és a tőle való eltávolítás sebessége között lehetővé tette, hogy teljes képet rajzoljunk az Univerzum nagyméretű szerkezetéről. Kiderült, hogy a galaxisok csak egy jelentéktelen részét képezik. Klaszterekké kapcsolódtak, a klaszterek szuperklaszterekké. A szuperhalmazok alkotják az Univerzum legnagyobb ismert struktúráit – szálakat és falakat. Ezek a hatalmas szuperüregekkel szomszédos struktúrák () alkotják a jelenleg ismert Univerzum nagyméretű szerkezetét.

Látszólagos végtelen

A fentiekből következik, hogy alig néhány évszázad alatt a tudomány fokozatosan átcsapott a geocentrizmusból az Univerzum modern felfogásába. Ez azonban nem ad választ arra, hogy miért korlátozzuk ma az Univerzumot. Hiszen eddig csak a tér léptékéről beszéltünk, nem pedig annak természetéről.

Isaac Newton volt az első, aki úgy döntött, hogy igazolja az Univerzum végtelenségét. A törvény felfedezése egyetemes gravitáció, azt hitte, hogy ha a tér véges lenne, akkor minden teste előbb-utóbb egyetlen egésszé olvadna össze. Előtte, ha valaki kifejezte az Univerzum végtelenségének gondolatát, az kizárólag filozófiai erejű volt. Ok nélkül tudományos indoklás. Példa erre Giordano Bruno. Egyébként Kanthoz hasonlóan ő is sok évszázaddal megelőzte a tudományt. Ő volt az első, aki kijelentette, hogy a csillagok távoli napok, és bolygók is keringenek körülöttük.

Úgy tűnik, maga a végtelen ténye meglehetősen indokolt és nyilvánvaló, de a tudomány 20. századi fordulópontjai megrázták ezt az „igazságot”.

Helyhez kötött Univerzum

Az első jelentős lépést az Univerzum modern modelljének kidolgozása felé Albert Einstein tette meg. A híres fizikus 1917-ben mutatta be az álló Univerzum modelljét. Ez a modell az általa egy évvel korábban kidolgozott általános relativitáselméletre épült. Modellje szerint az Univerzum időben végtelen, térben pedig véges. De amint azt korábban megjegyeztük, Newton szerint egy véges méretű univerzumnak össze kell esnie. Ennek érdekében Einstein bevezetett egy kozmológiai állandót, amely kompenzálja a távoli objektumok gravitációs vonzását.

Bármilyen paradoxon is hangzik, Einstein nem korlátozta az Univerzum végességét. Véleménye szerint az Univerzum egy hiperszféra zárt héja. Az analógia egy közönséges háromdimenziós gömb felülete, például egy földgömb vagy a Föld. Nem számít, mennyit utazik egy utazó a Földön, soha nem éri el annak szélét. Ez azonban nem jelenti azt, hogy a Föld végtelen. Az utazó egyszerűen vissza fog térni arra a helyre, ahonnan elindult.

A hiperszféra felszínén

Ugyanígy visszatérhet a Földre egy űrvándor, aki egy csillaghajón áthalad az Einstein Univerzumán. Csak ezúttal a vándor nem egy gömb kétdimenziós felületén, hanem egy hipergömb háromdimenziós felületén fog mozogni. Ez azt jelenti, hogy az Univerzumnak véges térfogata van, és ezért végső szám csillagok és tömeg. Az Univerzumnak azonban nincs sem határa, sem középpontja.

Einstein a tér, az idő és a gravitáció összekapcsolásával jutott ezekre a következtetésekre híres elméletében. Előtte ezeket a fogalmakat különállónak tekintették, ezért az Univerzum tere tisztán euklideszi volt. Einstein bebizonyította, hogy a gravitáció maga a téridő görbülete. Ez gyökeresen megváltoztatta az Univerzum természetére vonatkozó, a klasszikus newtoni mechanikán és az euklideszi geometrián alapuló korai elképzeléseket.

Táguló Univerzum

Még maga az „új Univerzum” felfedezője sem volt idegen a téveszméktől. Bár Einstein korlátozta az Univerzumot a térben, továbbra is statikusnak tartotta. Modellje szerint az Univerzum örök volt és marad, mérete pedig mindig ugyanaz marad. 1922-ben szovjet fizikus Alexander Friedman jelentősen kibővítette ezt a modellt. Számításai szerint az Univerzum egyáltalán nem statikus. Idővel bővülhet vagy összehúzódhat. Figyelemre méltó, hogy Friedman egy ilyen modellhez ugyanazon a relativitáselmélet alapján jutott el. Ezt az elméletet sikerült helyesebben alkalmaznia, megkerülve a kozmológiai állandót.

Albert Einstein nem fogadta el azonnal ezt a „módosítást”. Ez az új modell a korábban említett Hubble-felfedezést segítette. A galaxisok recessziója vitathatatlanul bebizonyította az Univerzum tágulásának tényét. Einsteinnek tehát be kellett ismernie hibáját. Most az Univerzumnak volt egy bizonyos kora, amely szigorúan a tágulási sebességét jellemző Hubble-állandótól függ.

A kozmológia továbbfejlesztése

Miközben a tudósok megpróbálták megoldani ezt a kérdést, az Univerzum számos más fontos összetevőjét fedezték fel, és különféle modelleket fejlesztettek ki. Így 1948-ban George Gamow bevezette a „forró Univerzum” hipotézist, amely később az ősrobbanás elméletévé vált. Az 1965-ös felfedezés megerősítette a gyanúját. Most a csillagászok megfigyelhették azt a fényt, amely abból a pillanatból jött, amikor az Univerzum átlátszóvá vált.

A Fritz Zwicky által 1932-ben megjósolt sötét anyag 1975-ben megerősítést nyert. A sötét anyag valójában megmagyarázza a galaxisok, galaxishalmazok és magának az univerzális szerkezetnek a létezését. A tudósok így tanulták meg, hogy az Univerzum tömegének nagy része teljesen láthatatlan.

Végül 1998-ban, a távolság tanulmányozása során felfedezték, hogy az Univerzum gyorsuló ütemben tágul. A tudománynak ez a legújabb fordulópontja hozta létre a világegyetem természetének modern megértését. Az Einstein által bevezetett és Friedman által megcáfolt kozmológiai együttható ismét megtalálta a helyét az Univerzum modelljében. Egy kozmológiai együttható (kozmológiai állandó) jelenléte magyarázza a felgyorsult tágulást. A kozmológiai állandó jelenlétének magyarázatára bevezették az Univerzum tömegének legnagyobb részét tartalmazó hipotetikus mező fogalmát.

A megfigyelhető Univerzum méretének modern megértése

Az Univerzum modern modelljét ΛCDM-modellnek is nevezik. A "Λ" betű egy kozmológiai állandó jelenlétét jelenti, ami megmagyarázza az Univerzum felgyorsult tágulását. A "CDM" azt jelenti, hogy az Univerzum tele van hideg sötét anyaggal. A legújabb tanulmányok szerint a Hubble-állandó körülbelül 71 (km/s)/Mpc, ami az Univerzum 13,75 milliárd éves korának felel meg. Az Univerzum korának ismeretében megbecsülhetjük megfigyelhető tartományának méretét.

A relativitáselmélet szerint a fénysebességnél (299 792 458 m/s) nagyobb sebességgel semmilyen tárgyról szóló információ nem juthat el a megfigyelőhöz. Kiderül, hogy a megfigyelő nemcsak egy tárgyat lát, hanem a múltját is. Minél távolabb van tőle egy tárgy, annál távolabbi múltba néz. Például a Holdat nézve olyannak látjuk, amilyen valamivel több mint egy másodperccel ezelőtt volt, a Napot - több mint nyolc perce, a legközelebbi csillagokat - évekkel, galaxisokat - több millió évvel ezelőtt stb. Einstein stacionárius modelljében az Univerzumnak nincs korhatára, ami azt jelenti, hogy a megfigyelhető területét sem korlátozza semmi. Az egyre kifinomultabb csillagászati ​​műszerekkel felvértezett megfigyelő egyre távolabbi és ősibb objektumokat fog megfigyelni.

Nálunk más a képünk modern modell Világegyetem. Eszerint az Univerzumnak van kora, tehát megfigyelési határa. Vagyis az Univerzum születése óta egyetlen foton sem tudott 13,75 milliárd fényévnél nagyobb távolságot megtenni. Kiderült, hogy azt mondhatjuk, hogy a megfigyelhető Univerzum a megfigyelőtől egy 13,75 milliárd fényév sugarú gömbi területre korlátozódik. Ez azonban nem egészen igaz. Nem szabad megfeledkeznünk az Univerzum terének tágulásáról. Mire a foton eléri a megfigyelőt, az azt kibocsátó objektum már 45,7 milliárd fényévnyire lesz tőlünk. évek. Ez a méret a részecskék horizontja, ez a megfigyelhető Univerzum határa.

A horizonton túl

Tehát a megfigyelhető Univerzum mérete két típusra oszlik. Látszólagos méret, más néven Hubble-sugár (13,75 milliárd fényév). És a valós méret, az úgynevezett részecskehorizont (45,7 milliárd fényév). A lényeg az, hogy mindkét horizont egyáltalán nem jellemzi az Univerzum valódi méretét. Először is, a megfigyelő térbeli helyzetétől függenek. Másodszor, idővel változnak. A ΛCDM modell esetében a részecskehorizont a Hubble-horizontnál nagyobb sebességgel tágul. A modern tudomány nem válaszol arra a kérdésre, hogy ez a tendencia változni fog-e a jövőben. De ha feltételezzük, hogy az Univerzum gyorsulással tágul, akkor mindazok a tárgyak, amelyeket most látunk, előbb-utóbb eltűnnek a „látómezőnkből”.

Jelenleg a csillagászok által megfigyelt legtávolabbi fény a kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás. Belepillantva a tudósok úgy látják az Univerzumot, amilyen 380 ezer évvel az Ősrobbanás után volt. Ebben a pillanatban az Univerzum annyira lehűlt, hogy szabad fotonokat tudott kibocsátani, amelyeket ma rádióteleszkópok segítségével észlelnek. Abban az időben az Univerzumban nem voltak csillagok vagy galaxisok, csak egy folytonos hidrogén-, héliumfelhő és jelentéktelen mennyiségű egyéb elem. A felhőben megfigyelt inhomogenitásokból a későbbiekben galaxishalmazok képződnek. Kiderült, hogy a részecskehorizonthoz pontosan azok az objektumok helyezkednek el, amelyek a kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás inhomogenitásaiból jönnek létre.

Igazi határok

Az, hogy az Univerzumnak vannak-e valódi, megfigyelhetetlen határai, még mindig áltudományos spekuláció kérdése. Így vagy úgy, az Univerzum végtelenségében mindenki egyetért, de egészen másképpen értelmezi ezt a végtelent. Egyesek az Univerzumot többdimenziósnak tartják, ahol a mi „lokális” háromdimenziós Univerzumunk csak az egyik rétege. Mások azt mondják, hogy az Univerzum fraktál – ami azt jelenti, hogy a helyi Univerzumunk egy másik részecskéje lehet. Nem szabad megfeledkeznünk a Multiverzum különféle modelljeiről, amelyek zárt, nyitott, párhuzamos univerzumok, féreglyukak. És sok-sok változat létezik, amelyek számának csak az emberi képzelet szab határt.

De ha bekapcsoljuk a hideg realizmust, vagy egyszerűen visszalépünk ezektől a hipotézisektől, akkor feltételezhetjük, hogy Univerzumunk végtelenül homogén konténer az összes csillagból és galaxisból. Ráadásul minden nagyon távoli ponton, legyen szó akár több milliárd gigaparszekről tőlünk, minden feltétel pontosan ugyanaz lesz. Ezen a ponton a részecskehorizont és a Hubble-gömb pontosan ugyanaz lesz, a szélükön ugyanaz a reliktum sugárzás. Ugyanazok a csillagok és galaxisok lesznek a környéken. Érdekes módon ez nem mond ellent az Univerzum tágulásának. Hiszen nem csak az Univerzum tágul, hanem maga a tere. Az a tény, hogy az Ősrobbanás pillanatában az Univerzum egy pontból keletkezett, csak azt jelenti, hogy az akkori végtelenül kicsi (gyakorlatilag nulla) dimenziók mára elképzelhetetlenül nagyokká változtak. A jövőben pontosan ezt a hipotézist fogjuk használni annak érdekében, hogy világosan megértsük a megfigyelhető Univerzum léptékét.

Vizuális ábrázolás

A különféle források mindenféle vizuális modellt kínálnak, amelyek lehetővé teszik az emberek számára, hogy megértsék az Univerzum léptékét. Nem elég azonban felismernünk, mekkora a kozmosz. Fontos elképzelni, hogy az olyan fogalmak, mint a Hubble-horizont és a részecskehorizont valójában hogyan jelennek meg. Ehhez képzeljük el a modellünket lépésről lépésre.

Felejtsük el, hogy a modern tudomány nem tud az Univerzum „idegen” régiójáról. A multiverzumok, a fraktál Univerzum és egyéb „változatai” változatait elvetve képzeljük el, hogy egyszerűen végtelen. Amint azt korábban megjegyeztük, ez nem mond ellent a tér bővítésének. Természetesen figyelembe vesszük, hogy a Hubble-gömb és a részecskegömb 13,75, illetve 45,7 milliárd fényév.

Az Univerzum léptéke

Nyomd meg a START gombot és fedezz fel egy új, ismeretlen világot!
Először is próbáljuk megérteni, milyen nagy az univerzális skála. Ha körbeutazta bolygónkat, akkor jól el tudja képzelni, milyen nagy számunkra a Föld. Most képzeljük el bolygónkat, mint egy hajdinaszemet, amely egy görögdinnye körül kering – akkora Nap, mint egy fél futballpálya. Ebben az esetben a Neptunusz pályája egy kis város méretének felel meg, a terület a Holdé, a Nap befolyása határának területe pedig a Marsnak. Kiderült, hogy a mi Naprendszerünk is olyan több, mint a Föld Mennyivel nagyobb a Mars, mint a hajdina? De ez még csak a kezdet.

Most képzeljük el, hogy ez a hajdina lesz a mi rendszerünk, amelynek mérete körülbelül egy parszek. Akkor a Tejút akkora lesz, mint két futballstadion. Ez azonban nekünk nem lesz elég. A Tejútrendszert is centiméteresre kell csökkenteni. Némileg hasonlít majd a kávéfekete intergalaktikus tér közepén egy örvénybe burkolt kávéhabra. Tőle húsz centiméterre ugyanaz a spirális „morzsa” van - az Androméda-köd. Körülöttük helyi halmazunk kis galaxisainak rajja lesz. Univerzumunk látszólagos mérete 9,2 kilométer lesz. Eljutottunk az Univerzális dimenziók megértéséhez.

Az univerzális buborék belsejében

Nem elég azonban megértenünk magát a léptéket. Fontos az Univerzumot a dinamikában megvalósítani. Képzeljük magunkat óriásoknak, akiknek a Tejút átmérője centiméter. Ahogy az imént megjegyeztük, egy 4,57 sugarú és 9,24 kilométer átmérőjű labdában találjuk magunkat. Képzeljük el, hogy képesek vagyunk ebben a labdában lebegni, utazni, egy másodperc alatt teljes megaparszekusokat beborítani. Mit fogunk látni, ha az Univerzumunk végtelen?

Természetesen számtalan galaxis fog megjelenni előttünk. Elliptikus, spirális, szabálytalan. Egyes területek hemzsegnek tőlük, mások üresek lesznek. fő jellemzője az lesz, hogy vizuálisan mind mozdulatlanok lesznek, míg mi mozdulatlanok vagyunk. De amint teszünk egy lépést, maguk a galaxisok is elkezdenek mozogni. Például, ha képesek vagyunk centiméterben látni Tejút mikroszkopikus Naprendszer, akkor megfigyelhetjük a fejlődését. A galaxisunktól 600 méterrel távolodva a Nap protocsillagát és a protobolygók korongját fogjuk látni a keletkezés pillanatában. Megközelítve látni fogjuk, hogyan jelenik meg a Föld, hogyan keletkezik az élet és megjelenik az ember. Ugyanígy látni fogjuk, hogyan változnak és mozognak a galaxisok, ahogy távolodunk tőlük vagy közeledünk tőlük.

Ezért minél több távoli galaxisok Egyenrangúak leszünk, minél ősibbek lesznek számunkra. A legtávolabbi galaxisok tehát tőlünk 1300 méternél távolabb helyezkednek majd el, és az 1380 méteres fordulóban már reliktum sugárzást fogunk látni. Igaz, ez a távolság képzeletbeli lesz számunkra. Ahogy azonban közelebb kerülünk a kozmikus mikrohullámú háttérsugárzáshoz, érdekes képet fogunk látni. Természetesen meg fogjuk figyelni, hogyan alakulnak ki és fejlődnek ki a galaxisok a kezdeti hidrogénfelhőből. Amikor elérjük a kialakult galaxisok egyikét, megértjük, hogy egyáltalán nem 1,375 kilométert tettünk meg, hanem mind a 4,57 kilométert.

Kicsinyítés

Ennek eredményeként még tovább növeljük a méretünket. Most egész üregeket és falakat helyezhetünk az ökölbe. Így egy meglehetősen kis buborékban találjuk magunkat, amelyből lehetetlen kijutni. Nemcsak a buborék szélén lévő tárgyak távolsága növekszik, ahogy közelednek, hanem maga a szél is korlátlanul eltolódik. Ez az egész lényege a megfigyelhető Univerzum méretének.

Nem számít, milyen nagy az Univerzum, a megfigyelő számára mindig korlátozott buborék marad. A megfigyelő mindig ennek a buboréknak a középpontjában lesz, valójában ő a központja. Ha a megfigyelő a buborék szélén lévő bármely tárgyhoz próbál hozzájutni, a megfigyelő eltolja annak középpontját. Ahogy közeledik egy objektumhoz, ez az objektum egyre távolabb kerül a buborék szélétől, és egyúttal megváltozik. Például egy formátlan hidrogénfelhőből teljes értékű galaxis vagy galaktikus halmaz lesz. Ezenkívül az ehhez az objektumhoz vezető út megnő, ahogy közeledik hozzá, mivel maga a környező tér megváltozik. Miután elértük ezt a tárgyat, csak a buborék szélétől mozgatjuk a közepébe. Az Univerzum peremén a reliktum sugárzás továbbra is villogni fog.

Ha feltételezzük, hogy az Univerzum továbbra is felgyorsult tágulni fog, akkor egy buborék közepén legyünk, és milliárdokkal, billiókkal és még többel rázzuk meg az időt. magas megrendelésekévek előtt még érdekesebb képet fogunk látni. Bár a buborékunk mérete is megnő, változó komponensei még gyorsabban távolodnak el tőlünk, elhagyva ennek a buboréknak a szélét, mígnem az Univerzum minden részecskéje külön-külön vándorol magányos buborékában anélkül, hogy lehetősége lenne más részecskékkel való kölcsönhatásra.

Tehát a modern tudománynak nincs információja az Univerzum valós méretéről és arról, hogy vannak-e határai. Azt azonban biztosan tudjuk, hogy a megfigyelhető univerzumnak van látható és valós határa, amit Hubble-sugárnak (13,75 milliárd fényév), illetve részecskesugárnak (45,7 milliárd fényév) neveznek. Ezek a határok teljes mértékben a megfigyelő térbeli helyzetétől függenek, és idővel bővülnek. Ha a Hubble-sugár szigorúan fénysebességgel tágul, akkor a részecskehorizont tágulása felgyorsul. Nyitott marad a kérdés, hogy a részecskehorizont felgyorsítása tovább folytatódik-e, és felváltja-e kompresszió.