Що знаходиться за межами Всесвіту? Це питання надто складне для людського розуміння. Це пов'язано з тим, що насамперед необхідно визначити її межі, а це далеко не просто.

Загальноприйнята відповідь враховує тільки Всесвіт, що спостерігається. Відповідно до нього розміри визначаються швидкістю світла, тому що можна бачити тільки світло, яке випромінюють або відображають об'єкти в космосі. Неможливо зазирнути далі, ніж найбільш віддалене світло, яке подорожує весь час існування Всесвіту.

Простір продовжує збільшуватись, але все ще звичайно. Його розмір іноді згадується як обсяг чи сфера Хаббла. Людина у Всесвіті, ймовірно, ніколи не зможе дізнатися, що за межами її кордонів. Так що для всіх досліджень це єдиний простір, з яким будь-коли доведеться взаємодіяти. Принаймні найближчим часом.

Велич

Всім відомо, що Всесвіт великий. На скільки мільйонів світлових років вона тягнеться?

Астрономи ретельно вивчають космічне випромінювання мікрохвильового фону – післясвітлення Великого вибуху. Вони шукають зв'язок між тим, що відбувається на одному боці неба, і тим, що на іншому. І поки що немає жодних доказів, що там є щось спільне. Це означає, що протягом 13,8 мільярда років у будь-якому напрямку Всесвіт не повторюється. Стільки потрібно часу світла, щоб він досяг хоча б видимого краю цього простору.

Нас все ще турбує питання, що знаходиться за межею Всесвіту, який можна спостерігати. Астрономи припускають, що космос нескінченний. «Речовина» в ньому (енергія, галактики і т. д.) розподілено таким же чином, як і в Всесвіті, що спостерігається. Якщо це так, тоді з'являються різні аномалії того, що знаходиться на краю.

За межами обсягу Хаббла розташоване не просто більше різних планет. Там можна знайти взагалі все, що може існувати. Якщо просунутися досить далеко, можна навіть знайти іншу сонячну систему із Землею, ідентичною у всіх відносинах, за винятком того, що у вас була на сніданок каша замість яєчні. Або сніданок був відсутній. Або, припустимо, ви встали раніше і пограбували банк.

Насправді космологи вважають, що якщо пройти досить далеко, то можна знайти ще одну сферу Хаббла, яка абсолютно ідентична нашій. Більшість учених вважають, що відомий нам Всесвіт має межі. Що за їхньою межею, залишається найбільшою загадкою.

Космологічний принцип

Це поняття означає, що незалежно від місця та напряму спостерігача, кожен бачить ту саму картину Всесвіту. Вочевидь, це належить до дослідженням меншого масштабу. Така однорідність простору викликана рівноправністю всіх його точок. Виявити це явище можна лише масштабах скупчення галактик.

Щось, схоже на це поняття було вперше запропоновано сером Ісааком Ньютоном в 1687 році. І згодом, у 20 столітті, це було підтверджено спостереженнями інших учених. Логічно, якщо все виникло з однієї точки Великого вибуху, а потім розширилося до Всесвіту, залишатиметься досить однорідним.

Відстань, на якій можна спостерігати за космологічним принципом, щоб знайти цей очевидний рівномірний розподіл матерії, займає приблизно 300 мільйонів світлових років від Землі.

Проте все змінилося 1973 року. Тоді було виявлено аномалію, що порушує космологічний принцип.

Великий атрактор

Величезна концентрація маси виявилася з відривом 250 мільйонів світлових років, поблизу сузір'їв Гідри і Центавра. Її вага настільки велика, що його можна було б порівняти з десятком тисяч мас Чумацьких Шляхів. Ця аномалія вважається галактичним надскопленням.

Цей об'єкт отримав назву "Великий атрактор". Його гравітаційна сила настільки сильна, що впливає інші галактики та його скупчення протягом кількох сотень світлових років. Він довгий час залишався однією з найбільших таємниць космосу.

У 1990 р. було виявлено, що рух колосальних скупчень галактик, що називаються Великим атрактором, прагне іншої області космосу - за край Всесвіту. Поки що за цим процесом можна спостерігати, хоча сама аномалія перебуває у «зоні уникнення».

Темна енергія

Відповідно до Закону Хаббла, все галактики мають рухатися рівномірно друг від друга, зберігаючи космологічний принцип. Проте у 2008 р. з'явилося нове відкриття.

Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) виявив велику групу кластерів, які рухалися в одному напрямку зі швидкістю до 600 миль на секунду. Всі вони тримали шлях до невеликої області неба між сузір'ями Центавру та Вітрила.

Цьому немає жодної очевидної причини, і оскільки це було незрозуміле явище, його назвали «темною енергією». Вона викликана чимось поза межами спостережуваного Всесвіту. Нині є лише припущення про її природу.

Якщо скупчення галактик тягнуться до колосальної чорної дірки, їх рух повинен прискорюватися. Темна енергія вказує на постійну швидкість космічних тіл у мільярди світлових років.

Одна з можливих причинцього процесу - масивні структури, що знаходяться за межами Всесвіту. Вони мають величезний гравітаційний вплив. Усередині Всесвіту, що спостерігається, немає гігантських структур з достатньою гравітаційною тяжкістю, щоб викликати це явище. Але це не означає, що вони не могли існувати за межами області, що спостерігається.

Це означало б, що пристрій Всесвіту не є однорідним. Щодо самих структур, вони можуть бути буквально будь-якими, від агрегатів матерії і до енергії в масштабах, які ледь можна уявити. Можливо навіть, це напрямні гравітаційні сили з інших Всесвітів.

Нескінченні міхури

Говорити про щось за межами сфери Хаббла не зовсім правильно, оскільки це, як і раніше, має ідентичний устрій Метагалактики. «Невідомість» має ті ж фізичні закони Всесвіту та константи. Є версія, що Великий вибух спричинив появу бульбашок у структурі простору.

Відразу після нього, до початку інфляції Всесвіту, виникла свого роду «космічна піна», що існує як скупчення «бульбашок». Один з об'єктів цієї речовини раптово розширився, згодом став Всесвітом, відомим сьогодні.

Але що вийшло з інших міхурів? Олександр Кашлинський – голова команди НАСА, організації, яка виявила «темну енергію», – заявив: «Якщо віддалитися на досить велику відстань, то можна побачити структуру, яка знаходиться поза міхуром, за межами Всесвіту. Ці структури мають спричинити рух».

Таким чином, «темна енергія» сприймається як перше свідчення існування іншого Всесвіту, або навіть «Мультивселенного».

Кожен міхур - це область, яка перестала розтягуватися разом із рештою простору. Вона сформувала свій власний Всесвіт зі своїми особливими законами.

У цьому сценарії простір нескінченний, і кожен міхур також не має меж. Навіть якщо можна порушити рубіж однієї з них, простір між ними все ще розширюється. Згодом буде неможливо дістатися наступного міхура. Таке явище досі залишається однією з найбільших таємниць космосу.

Чорна діра

Теорія, запропонована фізиком Лі Смолін, припускає, що кожен подібний космічний об'єкт у пристрої Метагалактики викликає утворення нового. Варто тільки уявити скільки чорних дірок у Всесвіті. Усередині кожної діють фізичні закони, відмінні від тих, що були у попередника. Подібна гіпотеза була вперше викладена у 1992 році у книзі «Життя Космосу».

Зірки у всьому світі, які потрапляють у чорні дірки, стискаються до надзвичайно екстремальної щільності. У таких умовах цей простір вибухає і розширюється до свого нового Всесвіту, відмінного від оригіналу. Крапка, де час зупиняється всередині чорної дірки, - це початок Великого вибуху нової Метагалактики.

Екстремальні умови всередині зруйнованої чорної діри призводять до невеликих випадкових змін основних фізичних сил та параметрів у дочірньому Всесвіті. У кожного з них є відмінні від батьківської характеристики та показники.

Існування зірок є причиною формування життя. Це пов'язано з тим, що вуглець та інші складні молекули, Що забезпечують життя, створюються саме у них. Тому для формування істот і Всесвіту потрібні ті самі умови.

Критика космічного природного відбору як наукової гіпотези полягає у відсутності прямих доказів на даному етапі. Але слід пам'ятати, що з погляду переконань не гірше, ніж запропоновані наукові альтернативи. Немає підтверджень того, що знаходиться за межами Всесвіту, чи це Мультивсесвіт, теорія струн або циклічний простір.

Безліч паралельних Всесвітів

Ця ідея здається чимось, що мало відноситься до сучасної теоретичної фізики. Але думка про існування Мультіверса вже давно вважається науковою можливістю, хоча все ще викликає активні дискусії та деструктивні суперечки серед фізиків. Цей варіант повністю руйнує уявлення, скільки Всесвітів у космосі.

Важливо пам'ятати, що Мультиверс не теорія, а скоріше наслідок сучасного розуміння теоретичної фізики. Ця відмінність має вирішальне значення. Ніхто не махнув рукою і не сказав: «Хай буде Мультівсесвіт!». Ця ідея була отримана з поточних навчань, таких як квантова механіка та теорія струн.

Мультиверс та квантова фізика

Багатьом відомий уявний експеримент "Кіт Шредінгера". Його суть у тому, що Ервін Шредінгер, австрійський фізик-теоретик, вказував на недосконалість квантової механіки.

Вчений пропонує представити тварину, яку помістили у закриту коробку. Якщо відкрити її, можна дізнатися один із двох станів кота. Але поки що коробка закрита, тварина або жива, або мертва. Це доводить те, що немає стану, що поєднує життя і смерть.

Все це здається неможливим тому, що людське сприйняття не може цього усвідомити.

Але це цілком реально відповідно до дивних правил квантової механіки. Простір всіх можливостей у ній величезний. Математично квантовомеханічний стан є сумою (або суперпозицією) всіх можливих станів. У випадку «Кота Шредінгера», експеримент є суперпозицією «мертвих» і «живих» положень.

Але як це інтерпретувати, щоб воно мало якийсь практичний сенс? Популярний спосіб полягає в тому, щоб думати про всі ці можливості так, що єдиним «об'єктивно істинним» станом кота є спостерігається. Однак можна також погодитися з тим, що ці можливості вірні і всі вони існують у різних Всесвітах.

Теорія струн

Це найперспективніша можливість об'єднати квантову механікута гравітацію. Це важко, тому що сила тяжіння така ж невимовна в невеликих масштабах, як і атоми і субатомні частинки в рамках квантової механіки.

Але теорія струн, у якій говориться, що це фундаментальні частинки складаються з мономерних елементів, описує відразу всі відомі сили природи. До них відносять гравітацію, електромагнетизм та ядерні сили.

Проте для математичної теорії струн потрібно щонайменше десять фізичних вимірів. Ми можемо спостерігати лише чотири виміри: висоту, ширину, глибину та час. Тому додаткові виміри від нас приховані.

Щоб мати можливість використати теорію для пояснення фізичних явищ, ці додаткові дослідження "ущільнені" і занадто малі в невеликих масштабах.

Проблема чи особливість теорії струн у тому, що є багато способів зробити компактифікацію. Кожна з них призводить до створення Всесвіту з різними фізичними законами, такими як відмінні маси електронів та константи сили тяжіння. Однак є серйозні заперечення проти методології компактифікації. Тому проблему не зовсім вирішено.

Але виникає очевидне питання: у якій із цих можливостей ми живемо? Теорія струн не забезпечує механізму визначення цього. Вона робить її марною, оскільки неможливо її досконально протестувати. Але дослідження краю Всесвіту перетворило цю помилку на особливість.

Наслідки Великого вибуху

Під час раннього устрою Всесвіту був період прискореного розширення, званий інфляцією. Спочатку вона пояснювала, чому сфера Хаббла майже однорідна за температурою. Однак інфляція також передбачила спектр флуктуацій температури навколо цієї рівноваги, який був підтверджений декількома космічними апаратами.

Хоча точні деталі теорії все ще палко обговорюються, інфляція широко приймається фізиками. Однак наслідок цієї теорії полягає в тому, що мають бути інші об'єкти у Всесвіті, які ще прискорюються. Через квантові флуктуації простору-часу деякі її частини ніколи не досягнуть кінцевого стану. Це означає, що простір буде вічно розширюватися.

Цей механізм генерує нескінченну кількість Всесвіту. Комбінуючи цей сценарій з теорією струн, є ймовірність, що кожна з них має іншу компактифікацію додаткових розмірів і, отже, має різні фізичні закони Всесвіту.

Згідно з вченням Мультіверс, передбачене теорією струн та інфляцією, всі Всесвіти живуть в тому самому фізичному просторі і можуть перетинатися. Вони неминуче повинні стикатися, залишаючи сліди у космічному небі. Їх характер має широкий спектр - від холодних чи гарячих точок на космічному мікрохвильовому фоні до аномальних пустот у розподіл галактик.

Оскільки зіткнення з іншими Всесвітами має відбуватися у певному напрямку, очікується, що будь-які втручання порушують однорідність.

Деякі вчені шукають їх через аномалії в космічному мікрохвильовому фоні, після Великого Вибуху. Інші в гравітаційних хвилях, які ряблять у просторі-часі у міру проходження масивних об'єктів. Ці хвилі можуть безпосередньо доводити існування інфляції, яка зрештою посилює підтримку теорії Мультівсесвіту.

Теорія відносності розглядає простір і час як єдину освіту, так зване «простір — час», в якому тимчасова координата грає таку ж суттєву роль, як і просторові. Тому в самому загальному випадкуми, з погляду теорії відносності, можемо говорити лише про кінцівку чи нескінченність саме цього об'єднаного «простору — часу». Але тоді ми вступаємо в так званий чотиривимірний світ, який має абсолютно особливі геометричні властивості, що істотно відрізняються від геометричних властивостей того тривимірного світу, в якому ми живемо.

І нескінченність або кінцівка чотиривимірного «простору — часу» ще нічого або майже нічого не говорить про цікаву для нас просторову нескінченність Всесвіту.

З іншого боку, чотиривимірне «простір – час» теорії відносності – це не просто зручний математичний апарат. Воно відбиває цілком певні властивості, залежності та закономірності реального Всесвіту. І тому при вирішенні проблеми нескінченності простору з погляду теорії відносності ми змушені зважати і на властивості «простору — часу». Ще у двадцятих роках поточного століття А. Фрідман показав, що в рамках теорії відносності роздільна постановка питання про просторову та тимчасову нескінченність Всесвіту можлива не завжди, а лише за певних умов. Цими умовами є: однорідність, т. е. рівномірність розподілу матерії у Всесвіті, і ізотропність, т. е. однаковість властивостей у будь-яких напрямах. Тільки у разі однорідності та ізотропності єдиний «простір — час» розщеплюється на «однорідний простір» та універсальний «світовий час».

Але, як ми вже зазначали, реальний Всесвіт значно складніший за однорідні та ізотропні моделі. А це означає, що чотиривимірний мір теорії відносності, що відповідає тому реальному світу, в якому ми живемо, у загальному випадку на «простір» і «час» не розщеплюється. Тому навіть зі збільшенням точності спостережень ми зможемо обчислити середню щільність (отже, і місцеву кривизну) для нашої Галактики, для скупчення галактик, для доступної спостереженням області Всесвіту, — це ще рішенням питання про просторової протяжності Всесвіту загалом.

Цікаво, між іншим, відзначити, що деякі області простору і справді можуть виявитися кінцевими у сенсі замкнутості. І не тільки простір Метагалактики, але і будь-якої області, в якій є досить потужні маси, що викликають сильне викривлення, наприклад, квазарів. Але, повторюємо, це ще нічого не говорить про кінцівку чи нескінченність Всесвіту як цілого. До того ж кінцівка чи нескінченність простору залежить тільки від його кривизни, а й від інших властивостей.

Таким чином, при сучасному станізагальної теорії відносності та астрономічних спостереженьми не можемо отримати достатньо повної відповіді на питання про просторову нескінченність Всесвіту.

Розповідають, що знаменитий композитор і піаніст Ф. Ліст забезпечив один із своїх фортепіанних творів такими вказівками для виконавця: «швидко», «ще швидше», «швидко, як тільки можливо», «ще швидше».

Ця історія мимоволі спадає на думку у зв'язку з вивченням питання про нескінченність Всесвіту. Вже з того, що говорилося вище, цілком очевидно, що ця проблема дуже складна.

І все-таки вона ще незмірно складніша...

Пояснити, отже, звести до відомого. Подібний прийом використовується майже в кожному науковому дослідженні. І коли ми намагаємося вирішити питання про геометричні властивості Всесвіту, ми також прагнемо звести ці властивості до звичних понять.

Властивості Всесвіту хіба що «приміряються» до існуючих у даний моментабстрактним математичним уявленням про нескінченність. Але чи є ці уявлення достатніми для опису Всесвіту загалом? Біда у цьому, що вони розроблялися значною мірою самостійно, інколи ж зовсім незалежно від проблем вивчення Всесвіту, і вже у разі на основі дослідження обмеженої області простору.

Таким чином, вирішення питання про реальну нескінченність Всесвіту перетворюється на свого роду лотерею, в якій ймовірність виграшу, тобто випадкового збігу хоча б достатньо великої кількостівластивостей реального Всесвіту з однією з формально виведених еталонів нескінченності, дуже незначна.

Основу сучасних фізичних уявлень про Всесвіт становить так звана спеціальна теоріявідносності. Відповідно до цієї теорії просторові і тимчасові відносини між різними навколишніми реальними об'єктами є абсолютними. Їх характер цілком залежить стану руху даної системи. Так, у системі, що рухається, темп перебігу часу уповільнюється, а всі масштаби довжин, тобто. розміри протяжних об'єктів скорочуються. І це скорочення тим сильніше, що вища швидкість руху. При наближенні до швидкості світла, що є максимально можливою швидкістюу природі, всі лінійні масштаби зменшуються необмежено.

Але якщо хоча б деякі геометричні властивості простору залежать від характеру руху системи відліку, тобто є відносними, ми маємо право поставити питання: а чи не є відносними також поняття кінцівки та нескінченності? Адже вони тісно пов'язані з геометрією.

В останні роки дослідженням цієї цікавої проблеми займався відомий радянський космолог А. Л. Зельмапов. Йому вдалося виявити факт, на перший погляд, абсолютно вражаючий. Виявилося, що простір, який звичайно в нерухомій системі відліку, в той же час може бути нескінченним щодо системи координат, що рухається.

Можливо, цей висновок не здаватиметься настільки дивним, якщо ми згадаємо про скорочення масштабів у системах, що рухаються.

Популярний виклад складних питань сучасної теоретичної фізики дуже утруднюється тим, що вони здебільшого не допускають наочних пояснень і аналогій. Все ж таки ми спробуємо навести зараз одну аналогію, але користуючись нею, постараємося не забувати, що вона дуже приблизна.

Уявіть собі, що повз Землю проноситься космічний корабель зі швидкістю, що дорівнює, скажімо, двом третинам швидкості світла -200 000 км/сек. Тоді, згідно з формулами теорії відносності, має спостерігатися скорочення всіх масштабів удвічі. Отже, з погляду космонавтів, що є на кораблі, всі відрізки Землі стануть удвічі коротшими.

А тепер уявімо, що у нас є хоч і дуже довга, але все ж таки кінцева пряма лінія, і ми вимірюємо її за допомогою деякої одиниці масштабу довжини, наприклад, метра. Для спостерігача, що знаходиться в космічному кораблі, що мчить зі швидкістю, що наближається до швидкості світла, наш стандартний метр буде стягуватися в крапку. А оскільки точок навіть на кінцевій прямій розташовується безліч, то для спостерігача в кораблі наша пряма стане нескінченно довгою. Приблизно те саме відбудеться і щодо масштабів площ та обсягів. Отже, кінцеві області простору можуть стати в системі відліку, що рухається, нескінченними.

Ще раз повторюємо — це аж ніяк не доказ, а лише досить груба і далеко не повна аналогія. Але вона дає деяке уявлення про фізичну сутність цікавого явища.

Згадаймо тепер, що в системах, що рухаються, не тільки скорочуються масштаби, але і сповільнюється протягом часу. З цього випливає, що тривалість існування деякого об'єкта, кінцева по відношенню до нерухомої (статичної) системі координат, може виявитися нескінченною тривалою в системі відліку, що рухається.

Таким чином, з робіт Зельманова випливає, що властивості «кінцевості» та «нескінченності» простору та часу є відносними.

Вочевидь, всі ці на перший погляд досить «екстравагантні» результати не можна розглядати як встановлення деяких загальних геометричних якостей реального Всесвіту.

Але завдяки ним можна зробити надзвичайно важливий висновок. Навіть з погляду теорії відносності поняття нескінченності Всесвіту значно складніше, ніж це уявлялося раніше.

Тепер є всі підстави очікувати, що якщо будь-коли буде створена теорія загальніша, ніж теорія відносності, то в рамках цієї теорії питання про нескінченність Всесвіту виявиться ще складнішим.

Одним із основних положень сучасної фізики, її наріжним каменем є вимога так званої інваріантності фізичних тверджень щодо перетворень системи відліку.

Інваріантний - означає "не змінюється". Щоб краще уявити, що це означає, наведемо як приклад деякі геометричні інваріанти. Так кола з центрами на початку системи прямокутних координат є інваріантами обертання. При будь-яких поворотах координатних осей щодо початку такі кола переходять в себе. Прямі лінії, перпендикулярні до осі "OY", є інваріантами перетворень перенесення системи координат вздовж ОС "ОХ".

Але в нашому випадку мова йдепро інваріантність у ширшому значенні слова: будь-яке твердження тільки тоді має фізичний сенсколи воно не залежить від вибору системи відліку. У цьому систему відліку слід розуміти як систему координат, а й як спосіб описи. Хоч би як змінювався спосіб опису, фізичний зміст досліджуваних явищ має залишатися незмінним, інваріантним.

Неважко помітити, що ця умова має не тільки суто фізичне, але й принципове, філософське значення. Воно відбиває прагнення науки до з'ясування реального, істинного ходу явищ, а виключення всіх спотворень, які можуть бути внесені до цього процесу самим процесом наукового дослідження.

Як ми бачили, з робіт А. Л. Зельманова випливає, що пі нескінченність у просторі, ні нескінченність у часі вимоги інваріантності не задовольняють. Це означає, що ті поняття тимчасової та просторової нескінченності, якими ми нині користуємося, недостатньо повно відображають реальні властивості навколишнього світу. Тому, мабуть, сама постановка питання про нескінченність Всесвіту загалом (у просторі та в часі) при сучасному розумінні нескінченності позбавлена ​​фізичного сенсу.

Ми отримали ще одне переконливе свідчення того, що «теоретичні» поняття нескінченності, якими користувалася досі наука про Всесвіт, мають дуже обмежений характер. Взагалі кажучи, про це можна було здогадуватися і раніше, оскільки реальний світ завжди значно складніший за будь-яку «модель» і може йтися лише про більш-менш точне наближення до реальності. Але в даному випадку оточити, так би мовити, на око, наскільки досягнуте наближення значно було особливо важко.

Зараз, принаймні, вимальовується шлях, яким треба йти. Мабуть, завдання полягає насамперед у тому, щоб розвивати саме поняття нескінченності (математичне та фізичне) на основі вивчення реальних властивостей Всесвіту. Іншими словами: «приміряти» не Всесвіт до теоретичних уявлень про нескінченність, а навпаки, ці теоретичні уявленнядо реального світу. Тільки такий метод дослідження здатний привести науку до суттєвих успіхів у цій галузі. Ніякі абстрактні логічні міркування та теоретичні висновки не можуть замінити собою фактів, отриманих із спостережень.

Ймовірно, необхідно насамперед на основі вивчення реальних властивостей Всесвіту виробити інваріантне поняття нескінченності.

Та й взагалі, мабуть, не існує такого універсального математичного або фізичного еталона нескінченності, який міг би відобразити всі властивості реального Всесвіту. З розвитком знань число відомих нам типів нескінченності саме зростатиме безмежно. Тому швидше за все на питання про те, чи нескінченний Всесвіт, ніколи не можна буде дати просту відповідь «так» чи «ні».

На перший погляд може здатися, що у зв'язку з цим вивчення проблеми нескінченності Всесвіту взагалі втрачає будь-який сенс. Однак, по-перше, ця проблема в тій чи іншій формі постає перед наукою певних етапахі її доводиться вирішувати, а по-друге, спроби її вирішення призводять до цілої низки попутних плідних відкриттів.

Нарешті, необхідно підкреслити, що проблема нескінченності Всесвіту значно ширша, ніж просто питання її просторової протяжності. Насамперед, може йтися як про нескінченності «вшир», ко, якщо можна сказати, і «вглиб». Іншими словами, необхідно отримати відповідь на питання про те, чи простір є нескінченно поділеним, безперервним, чи в ньому існують деякі мінімальні елементи.

Нині ця проблема вже постала перед фізиками. Всерйоз обговорюється питання можливості так званого квантування простору (і навіть часу), т. е. виділення у ньому деяких «елементарних» осередків, які є гранично малими.

Не можна також забувати про нескінченну різноманітність властивостей Всесвіту. Адже Всесвіт - це насамперед процес. характерними рисамиякого є безперервний рух і безперервні переходи матерії з одного стану в інший. Тому нескінченність Всесвіту - це і нескінченна різноманітність форм руху, видів матерії, фізичних процесів, взаємозв'язків та взаємодій і навіть властивостей конкретних об'єктів.

Чи існує нескінченність?

У зв'язку з проблемою нескінченності Всесвіту виникає здавалося б несподіване питання. Чи має саме поняття нескінченності реальний сенс? Чи не є воно лише умовним математичною побудовою, якому у реальному світі взагалі ніщо не відповідає? Подібної точки зору дотримувалися деякі дослідники у минулому, є у неї прихильники і нині.

Але дані науки свідчать про те, що при вивченні властивостей реального світуми у всякому разі стикаємося з тим, що можна назвати фізичною, чи практичною, нескінченністю. Наприклад, ми зустрічаємося з настільки великими (або настільки малими) величинами, що з певної точки зору вони нічим не відрізняються від нескінченності. Ці величини лежать за тим кількісним межею, за яким будь-які їх подальші зміни вже не надають скільки-небудь помітного впливу на істоту процесу, що розглядається.

Отже, нескінченність безперечно існує об'єктивно. Більше того, як у фізиці, так і в математиці ми стикаємося з поняттям нескінченності майже на кожному кроці. Це не випадковість. Обидві ці науки, особливо фізика, незважаючи на абстрактність багатьох положень, що здається, в кінцевому рахунку, завжди відштовхується від реальної дійсності. Отже, природа, Всесвіт насправді має деякі властивості, які відбиваються у понятті нескінченності.

Сукупність цих властивостей може бути названа реальною нескінченністю Всесвіту.

Просто про складне. Чому Всесвіт нескінченний і де шукати інопланетян?

Ми починаємо нову рубрику «Просто про складне», в рамках якої задаватимемо спеціалістам у різних областяхнайпростіші, часом навіть по-дитячому наївні питання про все у світі. А наші співрозмовники терпітимуть нашу настирливість, дохідливо та невимушено розповідаючи про складні речі. Сьогодні ми розмовляємо з білоруським фотографом та астрономом Віктором Малищицем, добре відомим нашим читачам із циклу статей, присвячених космосу.

Давайте почнемо з найголовнішого. Куди поділися інопланетяни і чому ми, незважаючи на всі старання, досі їх не знайшли (а вони нас)?

У спробах виявити розумні форми життя людство використовує радіосигнали. Але ж ми не знаємо, яким видом зв'язку користуються вони. Може, інопланетяни не знають про радіохвилі чи давно відмовилися від них?

Є й інші питання. У якому форматі надіслати сигнал? Які області космосу? Як збільшити ймовірність того, щоб сигнал був зрозумілим? Багато заходів щодо надсилання сигналів - це піар-акції. Наприклад, в 1974 з обсерваторії Arecibo послали радіосигнал у бік кульового зоряного скупчення М13. Дехто говорив, мовляв, там 100 тис. зірок, як мінімум, хоча б на десяти будуть інопланетяни! Ось тільки мовчать, що до скупчення - 24 тис. світлових років. І не забувайте, що на ймовірну відповідь потрібно стільки ж.

Частина листа Arecibo

Краще намагатися самим шукати якісь сигнали, ніж надсилати. Втім, ні те, ні інше досі не дало жодних результатів.

- Космос – безкрайній, Всесвіт – нескінченний. З чого взагалі вчені дійшли такого висновку?

Ми виходимо з того, що наш світ має певну структуру: є галактики, скупчення галактик, надскоплення галактик і т. д. Але в масштабі кількасот мільйонів світлових років наш світ однорідний, і, наскільки ми можемо бачити, там нічого не змінюється. Немає жодних ознак того, що структура Всесвіту намагається групуватися ближче до якогось центру чи краю. На підставі цих спостережень робиться висновок про те, що, напевно, й надалі все те саме.

Біда в тому, що хоч би які телескопи ми будували, ми не можемо побачити весь світ. Максимум, що ми можемо, це бачити ті об'єкти, які знаходяться від нас на відстані 13,7 млрд світлових років (вік, в який оцінюється наш Всесвіт). Від них до нас уже встигло дійти світло. Але ж і далі може бути щось, просто звідти світловий сигнал не встиг дійти.

Отже, межа, яку ми не можемо пробитися, є. А ось що за нею, ми можемо тільки здогадуватися, екстраполюючи ті знання, які маємо.

Чому люди перестали літати на Місяць? Адже сьогодні для цього набагато більше можливостей, ніж 50 років тому. Може, не брешуть теорії змови?

Ні в які теорії змови я не вірю. Відповідь на питання дуже проста: відправити людину на Місяць - дуже дорогий проект. У 1960-х була інша геополітична обстановка, США та СРСР брали активну участь у космічних перегонах. Треба було наздогнати та перегнати суперника, люди хотіли цього, готові були відмовитися від матеріальних благ, щоби бути першими.

Сьогодні суспільство стало більш ситим. Ми, звичайно, можемо і зараз відновити польоти на Місяць, навіть на Марс можемо полетіти. Тільки питання – в яку суму це постане для платників податків? Ми хочемо мати гарну роботу, комфортний відпочинок, новенький iPhone та все інше. Чи готові люди від цього відмовитись?

До того ж, сьогоднішня техніка досягла такого рівня, що людина не потрібна, набагато дешевше обійтися без неї. Людина - це важкий шматок м'яса, у якого нормально працюють тільки голова і руки, а решта - зайвий вантаж, якому, до всього іншого, потрібна купа систем життєзабезпечення. Маленький місяцехід із купою датчиків важитиме набагато менше, йому не потрібні кисень і вода, і його набагато дешевше запустити до Місяця, ніж людину.

Якого кольору насправді планети та туманності? На фотографіях вони такі красиві і різнокольорові, але коли ми дивимося в нічне небо або в космос через телескоп, то не бачимо цієї квітчастої краси.

Поняття кольору дуже умовне. Для людини це не так абсолютна величина, Скільки відносна. Як працює людське око? Він постійно налаштовує баланс білого. Ось ми сидимо в офісі і бачимо жовті лампочки освітлення, при цьому аркуш паперу під ними виглядає білим, а за вікном зараз все синє. Вийдемо вдень на вулицю, і там все здаватиметься білим. Все тому, що наші очі постійно налаштовуються так, щоб фонове освітлення було сірим. Тому вдень говорити про колір дуже складно, залежить від фонового освітлення. А от уночі, коли жодного фонового освітлення немає, баланс білого наше око ставить на конкретне значення.

Пам'ятаєте, що фоторецептори ока включають колбочки і палички? Саме другі відповідають за нічний зір, і вони не розпізнають кольори за слабкого освітлення. Тому в телескоп ми бачимо туманність як розмиту безбарвну серпанок. А ось для фотоапарата немає жодної різниці, слабке освітлення чи сильне, він завжди фіксує колір.

Знаєте, який найпопулярніший колір серед туманностей? Рожевий! Туманності в основному складаються з водню, який світиться під впливом найближчих зірок червоним, трохи синім та фіолетовим – виходить рожевий колір.

Так що космос кольоровий, просто ми не бачимо ці кольори. Ми можемо розрізнити кольори лише найяскравіших зірок та планет. Всі, наприклад, бачать, що Марс не зелений, а помаранчевий, Юпітер жовтуватий, а Венера біленька. При обробці знімків їх намагаються до цих кольорів та підганяти. Хоча суворих правил немає. Часто через телескопи або космічні апаратипланета фотографується трохи в інших діапазонах, а не у стандартному RGB. Тому на знімках кольору можуть бути не завжди натуральними.

Телескоп "Хаббл"

Туманність Розетка в палітрі „Хаббла“

Взагалі, із космічними кадрами є два варіанти. Відповідно до першого, об'єкти намагаються показати максимально реалістично, знімають у RGB, туманності виходять рожеві, зірки - нормального кольору. Як другий приклад можна навести такий прийом, як «палітра „Хаббла“» (назва виникла через те, що таким способом вперше почали обробляти фотографії саме з цього телескопа). Такі елементи, як кисень, водень, сірка та інші, світяться лише у певних діапазонах спектра. Є спеціальні фільтри, які можуть показати, наприклад, тільки водень або сірку. Ставиш фільтр – фіксується лише структура водню в туманності, ставиш інший – бачиш лише кисень. Для астронома це важливо, тому що можна простежити поширення різних хімічних елементів. Але як усе це показати людям? Тоді суто умовно вирішують розфарбувати водень зеленим кольором, сірку – червоним, а кисень – синім. Виходить красива і при цьому інформативна картинка, яка має мало спільного з оригіналом.

Чому великі астероїдивиявляють так пізно? Адже часто про них дізнаються лише тоді, коли вони максимально наблизилися до Землі.

Давайте розберемося, як взагалі виявляють астероїди. Одна і та сама ділянка зоряного неба фотографується кілька разів. Якщо якась «зірочка» переміщається, це астероїд або щось подібне. Далі потрібно звіритися з базами, вирахувати орбіту і подивитися, чи об'єкт зіткнеться з планетою.

Проблема в тому, що небезпечний для Землі астероїд - це лише валун діаметром в пару десятків метрів. Побачити у космосі 20-30-метрову брилу дуже важко. До того ж, вони практично чорні.

Я сказав би, що, навпаки, треба пишатися тим, що люди так рано навчилися виявляти астероїди. Раніше навіть найстрашніші з них виявляли тільки після того, як вони пролітали мимо.

- Чи не багато на орбіті космічного сміття? Наскільки він небезпечний?

Багато! І найбільше лихо в тому, що ми поки що нічого не можемо з ним зробити. Можна лише намагатися нічого не викидати у космос чи викидати те щоб це згоряло у атмосфері. На низьких орбітах, де є найбільше супутників, зокрема зламаних, земна атмосфера трошки є і поступово гальмує рух сміття. Зрештою, він падає на Землю і згоряє в атмосфері.

Що робити з більш високими орбітами? Якщо кількість сміття досягне критичної величини, то розпочнеться лавиноподібне утворення сміття. Уявіть, що якась частка на неймовірній швидкості зіткнеться з супутником - він теж розлетиться на сотні болванок, які зіткнуться з іншими частинками, і т. д. У результаті планету оточуватиме кокон зі сміття, а космос стане непридатним для дослідження. На щастя, до цієї критичної величини нам ще далеко.

- Звідки у людей істерія щодо планети Нібір? Ви, як досвідчений астроном, бачили її?

Люди люблять вірити у теорії змов. Це наша психологія, нам хочеться вірити у нереальне. Ніхто цю планету по-справжньому не бачив, астрономи її всерйоз не сприймають.

- Чому не вигадали штучну гравітацію? Вона ж є у всіх фантастичних фільмах!

Фізику ще таку не відчинили! Теоретично, звичайно, можна побудувати в космосі величезне кільце, що розкручується на певній швидкості. Тоді за рахунок відцентрової сили можна отримати гравітацію. Але все це скоріше фантастика, аніж реальність. Поки що простіше навчити людей працювати в умовах невагомості.

У давнину людині було відомо дуже мало, щодо знань на сьогодні, і людина прагнула нових знань. Звичайно ж, людей цікавило і те, де вони живуть і що знаходиться за межами їхнього будинку. Через деякий час люди з'являються апарати для спостережень за нічним небом. Тоді людина розуміє, що світ набагато більший, ніж він колись його собі уявляв і зводив його лише до масштабів планети. Після довгих вивчень космосу людині відкриваються нові знання, які ведуть ще більше вивчення невідомого. Людина запитує “Чи є кінець космосу? чи космос нескінченний?”.

Кінець космосу. Теорії

Саме питання про нескінченність космічного просторуЗвичайно, питання дуже цікаве і мучить всіх астрономів і не тільки астрономів. Багато років тому, коли Всесвіт почав інтенсивно вивчатися, багато філософів намагалися дати відповідь собі та світові про нескінченність космосу. Але тоді це все зводилося лише на логічні міркування, а доказів, що підтверджує, що кінець космосу існує, як і заперечення цього, не було. Так само в той час люди вважали і вірили в те, що Земля є центром Всесвіту, що всі космічні зірки та тіла звертаються навколо Землі.

Зараз вчені так само не можуть дати вичерпної відповіді на це питання, тому що все зводиться до гіпотез і немає наукового доказу тієї чи іншої думки про кінець космосу. Навіть за сучасних наукових досягнень і технологій людина не може дати відповіді на це питання. Все це через всі відомої швидкості світла. Швидкість світла є основним помічником у вивченні космосу, завдяки якій людина може дивитися в небо і отримувати інформацію. Швидкість світла – унікальна величина, яка є невизначеним бар'єром. Відстані в космосі настільки величезні, що не вкладаються в людини в голові і світлі, необхідні цілі роки, а то й мільйони років, щоб долати такі відстані. Тому, чим далі людина дивиться в космос, тим далі вона дивиться в минуле, тому що світло від туди йде так довго, що ми бачимо якесь або космічне тіло мільйони років тому.

Кінець космосу, межі видимого

Кінець космосу, звичайно ж, існує у баченні у людини. Є такий рубіж у космосі, за яким нам нічого не видно, бо світло від тих дуже далеких місць ще не дійшло до нашої планети. Вчені там нічого не бачать і, мабуть, дуже не скоро це зміниться. Виникає питання: "Цей кордон і є кінець космосу?". На це питання складно дати відповідь, тому що не видно нічого, але це не означає, що там нічого немає. Можливо, там починається паралельний Всесвіт, а може й продовження космосу, якого ми поки що не бачимо, і ніякого кінця космосу немає. Існує ще версія про те, що

Чи знаєте ви про те, що Всесвіт, який ми спостерігаємо, має досить певні межі? Ми звикли асоціювати Всесвіт із чимось нескінченним та незбагненним. Проте сучасна наукана питання про «нескінченність» Всесвіту пропонує зовсім іншу відповідь на таке «очевидне» питання.

Згідно з сучасними уявленнями, розмір Всесвіту, що спостерігається, становить приблизно 45,7 мільярдів світлових років (або 14,6 гігапарсек). Але що означають ці цифри?

Перше питання, яке спадає на думку звичайній людині- як Всесвіт взагалі не може бути нескінченним? Здавалося б, безперечним є те, що вмістилище всього сущого навколо нас не повинно мати меж. Якщо ці межі і існують, то що вони взагалі являють собою?

Припустимо, якийсь астронавт долетів до меж Всесвіту. Що він побачить перед собою? Жорстку стіну? Вогняний бар'єр? А що за нею – пустка? Інший Всесвіт? Але хіба порожнеча або інший Всесвіт може означати, що ми на межі всесвіту? Адже це не означає, що там «нічого». Порожнеча та інший Всесвіт – це теж «щось». Адже Всесвіт – це те, що містить абсолютно все «щось».

Ми приходимо до абсолютної суперечності. Виходить, кордон Всесвіту має приховувати від нас щось, чого не повинно бути. Або кордон Всесвіту повинен відгороджувати «все» від «чогось», але це «щось» має бути також частиною «всього». Загалом повний абсурд. Тоді як вчені можуть заявляти про граничний розмір, масу і навіть вік нашого Всесвіту? Ці значення хоч і неймовірно великі, але все ж таки кінцеві. Наука сперечається із очевидним? Щоб розібратися з цим, давайте спочатку простежимо, як люди прийшли до сучасного розуму Всесвіту.

Розширюючи межі

Людина з незапам'ятних часів цікавилася тим, що є навколишній світ. Можна не наводити приклади про три кити та інші спроби стародавніх пояснити світобудову. Як правило, зрештою все зводилося до того, що основою всього сущого є земна твердь. Навіть у часи античності та середньовіччя, коли астрономи мали великі пізнання у закономірностях руху планет по «нерухомій» небесній сферіЗемля залишалася центром Всесвіту.

Звичайно, ще в Стародавню Греціюіснували ті, хто вважав, що Земля обертається навколо Сонця. Були ті, хто говорив про безліч світів та нескінченності Всесвіту. Але конструктивні обгрунтування цим теоріям виникли лише межі наукової революції.

У 16 столітті польський астроном Микола Коперник здійснив перший серйозний прорив у пізнанні Всесвіту. Він твердо довів, що Земля є лише однією з планет, що обертаються навколо Сонця. Така система значно спрощувала пояснення настільки складного та заплутаного руху планет небесною сферою. У разі нерухомої Землі астрономам доводилося вигадувати всілякі хитромудрі теорії, що пояснюють таку поведінку планет. З іншого боку, якщо Землю прийняти рухомий, то пояснення настільки хитромудрим рухам приходить, само собою. Так, в астрономії зміцнилася нова парадигма під назвою «геліоцентризм».

Безліч Сонців

Однак навіть після цього астрономи продовжували обмежувати Всесвіт «сферою нерухомих зірок». Аж до 19 століття їм не вдалося оцінити відстань до світил. Декілька століть астрономи безрезультатно намагалися виявити відхилення положення зірок щодо руху Землі по орбіті (річні паралакси). Інструменти тих часів не дозволяли проводити такі точні виміри.

Нарешті, 1837 року російсько-німецький астроном Василь Струве виміряв паралакс. Це ознаменувало новий крок у розумінні масштабів космосу. Тепер вчені могли сміливо говорити про те, що зірки є далекими подобами Сонця. І наше світило відтепер не центр всього, а рівноправний «мешканець» безмежного зоряного скупчення.

Астрономи ще більше наблизилися до розуміння масштабів Всесвіту, адже відстані до зірок виявилися справді жахливими. Навіть розміри орбіт планет здавались порівняно з цим чимось нікчемним. Далі треба було зрозуміти, яким чином зірки зосереджені у .

Безліч Чумацьких Шляхів

Відомий філософ Іммануїл Кант ще в 1755 передбачив основи сучасного розуміння великомасштабної структури Всесвіту. Він висунув гіпотезу про те, що Чумацький Шлях є величезним зоряним скупченням, що обертається. У свою чергу, багато туманностей, що спостерігаються, також є більш віддаленими «млечними шляхами» — галактиками. Незважаючи на це, аж до 20 століття астрономи дотримувалися того, що всі туманності є джерелами зіркоутворення та входять до складу Чумацького Шляху.

Ситуація змінилася, коли астрономи навчилися вимірювати відстані між галактиками з допомогою . Абсолютна світність зірок такого типу лежить у суворій залежності від періоду їхньої змінності. Порівнюючи їхню абсолютну світність із видимою, можна з високою точністю визначити відстань до них. Цей метод був розроблений на початку 20 століття Ейнаром Герцшрунгом та Харлоу Шелпі. Завдяки йому радянський астроном Ернст Епік у 1922 році визначив відстань до Андромеди, яка виявилася на порядок більшою за розмір Чумацького Шляху.

Едвін Хаббл продовжив починання Епіка. Вимірюючи яскравості цефеїд в інших галактиках, він виміряв відстань до них і зіставив його з червоним усуненням у їх спектрах. Так 1929 року він розробив свій знаменитий закон. Його робота остаточно спростувала думку, що зміцнилася, про те, що Чумацький Шлях є краєм Всесвіту. Тепер він був однією з багатьох галактик, які ще колись вважали його складовою. Гіпотеза Канта підтвердилася майже два століття після її розробки.

Надалі, відкритий Хабблом зв'язок відстані галактики від спостерігача щодо швидкості її віддалення від нього, дозволило скласти повноцінну картину великомасштабної структури Всесвіту. Виявилося, галактики були лише її мізерною частиною. Вони зв'язувалися в скупчення, скупчення в скупчення. У свою чергу, надскоплення складаються у найбільші з відомих структур у Всесвіті – нитки та стіни. Ці структури, сусідячи з величезними надпустотами () і становлять великомасштабну структуру, відомої на даний момент, Всесвіту.

Очевидна нескінченність

З вищесказаного випливає те, що за кілька століть наука поетапно перепорхнула від геоцентризму до сучасного розуміння Всесвіту. Однак це не дає відповіді, чому ми обмежуємо Всесвіт у наші дні. Адже досі йшлося лише про масштаби космосу, а не про саму його природу.

Першим, хто зважився довести нескінченність Всесвіту, був Ісаак Ньютон. Відкривши закон всесвітнього тяжіння, Він думав, що будь простір звичайно, всі її тіла рано чи пізно зіллються в єдине ціле. До нього думка про нескінченність Всесвіту, якщо хтось і висловлював, то виключно у філософському ключі. Без жодних на те наукових обґрунтувань. Прикладом цього є Джордано Бруно. До речі, він подібно до Канта, на багато століть випередив науку. Він першим заявив, що зірки є далекими сонцями, і навколо них теж обертаються планети.

Здавалося б, сам факт нескінченності є досить обґрунтованим і очевидним, але переломні тенденції науки 20 століття похитнули цю «істину».

Стаціонарний Всесвіт

Перший суттєвий крок на шляху до розробки сучасної моделі Всесвіту зробив Альберт Ейнштейн. Свою модель стаціонарного Всесвіту знаменитий фізик увів у 1917 році. Ця модель була заснована на загальній теорії відносності, розробленої ним же роком раніше. Відповідно до його моделі, Всесвіт є нескінченним у часі та кінцевим у просторі. Але, як зазначалося раніше, згідно з Ньютоном Всесвіт з кінцевим розміром повинен сколапсуватися. Для цього Ейнштейн увів космологічну постійну, яка компенсувала гравітаційне тяжіння далеких об'єктів.

Як би це парадоксально не звучало, саму кінцівку Всесвіту Ейнштейн нічим не обмежував. На його думку, Всесвіт є замкнутою оболонкою гіперсфери. Аналогією служить поверхня традиційної тривимірної сфери, наприклад – глобуса чи Землі. Скільки б мандрівник не подорожував Землею, він ніколи не досягне її краю. Однак це зовсім не означає, що Земля нескінченна. Мандрівник просто повертатиметься до того місця, звідки почав свій шлях.

На поверхні гіперсфери

Так само космічний мандрівник, долаючи Всесвіт Ейнштейна на зорельоті, може повернутися назад на Землю. Тільки цього разу мандрівник рухатиметься не за двовимірною поверхнею сфери, а за тривимірною поверхнею гіперсфери. Це означає, що Всесвіт має кінцевий об'єм, а отже кінцеве числозірок та масу. Однак ні кордонів, ні якогось центру у Всесвіті не існує.

Таких висновків Ейнштейн дійшов, зв'язавши у своїй знаменитій теорії простір, час і гравітацію. До нього ці поняття вважалися відокремленими, чому і простір Всесвіту був суто евклідовим. Ейнштейн довів, що саме тяжіння є викривленням простору-часу. Це докорінно змінювало ранні уявлення про природу Всесвіту, засновану на класичній ньютонівській механіці та евклідовій геометрії.

Всесвіт, що розширюється.

Навіть сам першовідкривач «нового Всесвіту» не був чужий помилок. Ейнштейн хоч і обмежив Всесвіт у просторі, він продовжував вважати його статичною. Згідно з його моделлю, Всесвіт був і залишається вічним, і його розмір завжди залишається незмінним. У 1922 році радянський фізик Олександр Фрідман суттєво доповнив цю модель. Згідно з його розрахунками, Всесвіт зовсім не статичний. Вона може розширюватися або стискатися з часом. Примітно те, що Фрідман прийшов до такої моделі, ґрунтуючись на тій самій теорії відносності. Він зумів коректніше застосувати цю теорію, минаючи космологічну постійну.

Альберт Ейнштейн не одразу прийняв таку «поправку». На допомогу цієї нової моделі прийшло згадане раніше відкриття Хаббла. Розбігання галактик безперечно доводило факт розширення Всесвіту. Так Ейнштейну довелося визнати свою помилку. Тепер Всесвіт мав певний вік, який суворо залежить від постійної Хаббла, що характеризує швидкість її розширення.

Подальший розвиток космології

У міру того, як вчені намагалися вирішити це питання, було відкрито багато інших найважливіших складових Всесвіту та розроблено різні його моделі. Так у 1948 році Георгій Гамов ввів гіпотезу «про гарячий Всесвіт», яка згодом перетвориться на теорію великого вибуху. Відкриття 1965 року підтвердило його припущення. Тепер астрономи могли спостерігати світло, що дійшло з того моменту, коли Всесвіт став прозорим.

Темна матерія, передбачена в 1932 Фріцом Цвіккі, отримала своє підтвердження в 1975 році. Темна матерія фактично пояснює саме існування галактик, галактичних скупчень і самої Всесвітньої структури загалом. Так вчені дізналися, що більшість маси Всесвіту зовсім невидима.

Нарешті, в 1998 під час дослідження відстані було відкрито, що Всесвіт розширюється з прискоренням. Цей черговий поворотний момент у науці породив сучасне розуміння природи Всесвіту. Введений Ейнштейном і спростований Фрідманом космологічний коефіцієнт знову знайшов своє місце у моделі Всесвіту. Наявність космологічного коефіцієнта (космологічної постійної) пояснює її прискорене розширення. Для пояснення наявності космологічної постійної було введено поняття – гіпотетичне поле, що містить більшу частину маси Всесвіту.

Сучасне уявлення про розмір Всесвіту, що спостерігається

Сучасна модель Всесвіту також називається ΛCDM-моделлю. Літера «Λ» означає присутність космологічного постійного, що пояснює прискорене розширення Всесвіту. "CDM" означає те, що Всесвіт заповнений холодною темною матерією. Останні дослідження свідчать, що стала Хаббла становить близько 71 (км/с)/Мпк, що відповідає віку Всесвіту 13,75 млрд. років. Знаючи вік Всесвіту, можна оцінити розмір його області, що спостерігається.

Відповідно до теорії відносності інформація про якийсь об'єкт не може досягти спостерігача зі швидкістю більшою, ніж швидкість світла (299792458 м/c). Виходить, спостерігач бачить не просто об'єкт, яке минуле. Чим далі знаходиться від нього об'єкт, тим у далеке минуле він дивиться. Наприклад, дивлячись на Місяць, бачимо такий, який він був трохи більше секунди тому, Сонце – понад вісім хвилин тому, найближчі зірки – роки, галактики – мільйони років тому й т.д. У стаціонарній моделі Ейнштейна Всесвіт немає обмеження за віком, отже, і її спостерігається область також нічим не обмежена. Спостерігач, озброюючись дедалі досконалішими астрономічними приладами, спостерігатиме дедалі дальніші й древні об'єкти.

Іншу картину ми маємо з сучасною моделлюВсесвіту. Згідно з нею Всесвіт має вік, а значить і межу спостереження. Тобто, з моменту народження Всесвіту жодний фотон не встиг би пройти більшу відстань, ніж 13,75 млрд світлових років. Виходить, можна заявити про те, що Всесвіт, що спостерігається, обмежений від спостерігача кулястою областю радіусом 13,75 млрд. світлових років. Однак це не зовсім так. Не варто забувати і про розширення простору Всесвіту. Поки фотон досягне спостерігача, об'єкт, який його випустив, буде від нас уже 45,7 мільярда св. років. Цей розмір є горизонтом частинок, він і є межею спостережуваного Всесвіту.

За горизонтом

Отже, розмір спостережуваного Всесвіту поділяється на два типи. Очевидний розмір, званий також радіусом Хаббла (13,75 млрд. світлових років). І реальний розмір, який називається горизонтом частинок (45,7 млрд. св. років). Важливо те, що ці горизонти зовсім не характеризують реальний розмір Всесвіту. По-перше, вони залежать від становища спостерігача у просторі. По-друге, вони змінюються з часом. У випадку ΛCDM-моделі горизонт часток розширюється зі швидкістю більшою за горизонт Хаббла. Питання, чи зміниться така тенденція надалі, сучасна наука відповіді не дає. Але якщо припустити, що Всесвіт продовжить розширюватися з прискоренням, всі ті об'єкти, які ми бачимо зараз рано чи пізно зникнуть з нашого «поля зору».

На даний момент найдальшим світлом, яке спостерігається астрономами, є реліктове випромінювання. Вдивляючись у нього, вчені бачать Всесвіт таким, яким він був через 380 тисяч років після Великого Вибуху. У цей момент Всесвіт охолонув настільки, що зміг випускати вільні фотони, які й уловлюють у наші дні за допомогою радіотелескопів. У ті часи у Всесвіті не було ні зірок, ні галактик, а лише суцільна хмара з водню, гелію та нікчемної кількості інших елементів. З неоднорідностей, що спостерігаються в цій хмарі, згодом сформуються галактичні скупчення. Виходить саме ті об'єкти, які сформуються з неоднорідностей реліктового випромінювання, розташовані ближче всього до горизонту частинок.

Справжні межі

Те, чи має Всесвіт істинні, не спостерігаються межі, досі залишається предметом псевдонаукових здогадів. Так чи інакше, всі сходяться на нескінченності Всесвіту, але інтерпретують це нескінченність зовсім по-різному. Одні вважають Всесвіт багатовимірним, де наш «місцевий» тривимірний Всесвіт є лише одним з його шарів. Інші кажуть, що Всесвіт фрактальний – а це означає, що наш місцевий Всесвіт може виявитися часткою іншою. Не варто забувати і про різні моделі Мультивсесвіту з її закритими, відкритими, паралельними Всесвітами, червоточини. І ще багато різних версій, кількість яких обмежена лише людською фантазією.

Але якщо включити холодний реалізм або просто відсторонитися від усіх цих гіпотез, то можна припустити, що наш Всесвіт є нескінченним однорідним вмістилищем усіх зірок та галактик. Причому, в будь-якій дуже далекій точці, будь вона в мільярдах гігапарсек від нас, всі умови будуть такими ж. У цій точці будуть точно такими ж обрієм частинок і сфера Хаббла з таким же реліктовим випромінюванням біля їхньої кромки. Навколо будуть такі ж зірки та галактики. Що цікаво, це не суперечить розширенню Всесвіту. Адже розширюється не просто Всесвіт, а саме його простір. Те, що в момент великого вибуху Всесвіт виник з однієї точки говорить тільки про те, що нескінченно дрібні (практичні нульові) розміри, що були тоді, зараз перетворилися на неймовірно великі. Надалі користуватимемося саме цією гіпотезою для того, що наочно усвідомити масштаби Всесвіту, що спостерігається.

Наочне уявлення

У різних джерелах наводяться різні наочні моделі, що дозволяють людям зрозуміти масштаби Всесвіту. Однак нам мало усвідомити, наскільки космос великий. Важливо уявляти, як виявляють такі поняття, як горизонт Хаббла і горизонт часток насправді. Для цього давайте уявимо поетапно свою модель.

Забудемо про те, що сучасна наука не знає про «закордонну» область Всесвіту. Відкинувши версії про мультивсесвіт, фрактальний Всесвіт та інші її «різновиди», уявімо, що він просто нескінченний. Як зазначалося раніше, це суперечить розширенню її простору. Вочевидь, врахуємо те, що її сфера Хаббла і сфера частинок відповідно дорівнюють 13,75 і 45,7 млрд світлових років.

Масштаби Всесвіту

Натисніть кнопку СТАРТ та відкрийте для себе новий, незвіданий світ!
Спочатку спробуємо усвідомити, наскільки великі Всесвітні масштаби. Якщо ви подорожували нашою планетою, то цілком можете уявити, наскільки для нас велика Земля. Тепер представимо нашу планету як гречану крупицю, яка рухається орбітою навколо кавуна-Сонця розміром з половину футбольного поля. У разі орбіта Нептуна буде відповідати розміру невеликого міста, область – Місяці, область кордону впливу Сонця – Марсу. Виходить, наша Сонячна Система настільки ж більше Землі, наскільки Марс більше гречаної крупи! Але це лише початок.

Тепер уявімо, що цією гречаною крупою буде наша система, розмір якої приблизно дорівнює одному парсеку. Тоді Чумацький Шлях буде розміром із два футбольні стадіони. Однак цього нам буде мало. Прийдеться і Чумацький Шлях зменшити до сантиметрового розміру. Вона чимось нагадуватиме загорнуту у вирі кавову пінку посеред кавово-чорного міжгалактичного простору. За двадцять сантиметрів від неї розташуватися така ж спіральна «крихта» — Туманність Андромеди. Навколо них буде рій малих галактик нашого Місцевого Скупчення. Бачний же розмір нашого Всесвіту становитиме 9,2 кілометри. Ми підійшли до розуміння Всесвітніх розмірів.

Усередині всесвітнього міхура

Проте нам мало збагнути сам масштаб. Важливо усвідомити Всесвіт у динаміці. Уявімо себе гігантами, для яких Чумацький Шлях має сантиметровий діаметр. Як зазначалося щойно, ми опинимося всередині кулі радіусом 4,57 та діаметром 9,24 кілометрів. Уявимо, що ми здатні ширяти всередині цієї кулі, подорожувати, долаючи за секунду цілі мегапарсеки. Що ми побачимо в тому випадку, якщо наш Всесвіт буде нескінченним?

Зрозуміло, перед нами з'явиться безліч різноманітних галактик. Еліптичні, спіральні, іррегулярні. Деякі області будуть кишити ними, інші – пустувати. Головна особливістьбуде в тому, що візуально всі вони будуть нерухомі, поки будемо нерухомими. Але варто нам зробити крок, як і самі галактики почнуть рухатися. Наприклад, якщо ми будемо здатні розглянути в сантиметровому Чумацького Шляхумікроскопічну Сонячну систему, То зможемо поспостерігати її розвиток. Віддалившись від нашої галактики на 600 метрів, ми побачимо протозірку Сонце та протопланетний диск у момент формування. Наближаючись до неї, ми побачимо, як утворюється Земля, зароджується життя і виникає людина. Так само ми бачитимемо, як видозмінюються і переміщуються галактики в міру того, як ми будемо видалятися або наближатися до них.

Отже, ніж у більш далекі галактикими вдивлятимемося, тим більш давніми вони будуть для нас. Так найдальші галактики будуть розташовані від нас далі 1300 метрів, а на рубежі 1380 метрів ми бачитимемо вже реліктове випромінювання. Щоправда, ця відстань для нас буде уявною. Однак, у міру того, як наближатимемося до реліктового випромінювання, ми бачитимемо цікаву картину. Природно, ми спостерігатимемо те, як з первинної хмари водню утворюватимуться і розвиватимуться галактики. Коли ж ми досягнемо одну з цих галактик, що утворилися, то зрозуміємо, що подолали зовсім не 1,375 кілометрів, а всі 4,57.

Зменшуючи масштаби

Як результат ми ще більше збільшимося у розмірах. Тепер ми можемо розмістити в кулаку цілі увійди та стіни. Так ми опинимося в досить невеликому міхурі, з якого неможливо вибратися. Мало того, що відстань до об'єктів на краю міхура буде збільшуватися в міру їхнього наближення, так ще й сам край нескінченно зміщуватиметься. В цьому і полягає вся суть розміру Всесвіту, що спостерігається.

Який би Всесвіт не був великий, для спостерігача він завжди залишиться обмеженим міхуром. Спостерігач завжди буде в центрі цього міхура, фактично він є його центр. Намагаючись дістатися до будь-якого об'єкта на краю міхура, спостерігач буде зміщувати його центр. У міру наближення до об'єкта, цей об'єкт все далі відходитиме від краю міхура і в той же час видозмінюватися. Наприклад - від безформної водневої хмаринки вона перетвориться на повноцінну галактику або далі галактичне скупчення. До того ж, шлях до цього об'єкта буде збільшуватися в міру наближення до нього, тому що буде змінюватися навколишній простір. Діставшись цього об'єкта, ми лише змістимо його з краю міхура в його центр. На краю Всесвіту все також мерехтітиме реліктове випромінювання.

Якщо припустити, що Всесвіт і надалі розширюватиметься прискорено, то перебуваючи в центрі міхура і мотаючи час на мільярди, трильйони і навіть вищі порядки років уперед, ми помітимо ще цікавішу картину. Хоча наш міхур буде також збільшуватися в розмірах, його видозмінні складові будуть віддалятися від нас ще швидше, покидаючи край цього міхура, поки кожна частинка Всесвіту не буде розрізнено блукати у своєму самотньому міхурі без можливості взаємодіяти з іншими частинками.

Отже, сучасна наука не має відомостей про те, які реальні розміри Всесвіту і чи має вона межі. Але ми точно знаємо про те, що Всесвіт має видимий і істинний кордон, званий відповідно радіусом Хаббла (13,75 млрд св. років) і радіусом частинок (45,7 млрд. світлових років). Ці межі повністю залежать від положення спостерігача у просторі та розширюються з часом. Якщо радіус Хаббла розширюється строго зі швидкістю світла, розширення горизонту частинок носить прискорений характер. Питання про те, чи буде його прискорення горизонту частинок продовжуватись далі і чи не зміниться на стиснення, залишається відкритим.