Как и куда расширяется вселенная?
Я думаю многие слышали о том, что Вселенная расширяется. У моих читателей возникает множество вопросов связанных с этим. В этой статье я постарался ответить на наиболее типичные из них.
Как работает расширение вселенной?
Когда мы смотрим на отдаленные объекты, мы можем заметить, что они отдаляются от нас, при этом чем дальше от нас находится объект, тем быстрее он отдаляется. К примеру объекты находящиеся от нас на расстоянии 13.8 миллиардов световых лет ( сфера Хаббла ) отдаляются от нас со скоростью света, а объекты находящиеся еще дальше – отдаляются быстрее скорости света!
Казалось бы происходит нарушение теории относительности, которая запрещает сверхсветовое движение, но на самом деле это не так. Так отдаленные галактики отдаляются от нас не за счет собственного движения, а за счет того, что между нами и ними пространство расширяется настолько быстро, что для расстояние увеличивается быстрее скорости света.
Почему отдаленные галактики удаляются быстрее?
Потому, что пространство расширяется везде и повсеместно равномерно во всех точках. К примеру если во вселенной каждый метр пространства увеличится на 1 сантиметр за 1 секунду, то тогда объекты расположенные на расстоянии 1 километр друг от друга отдалятся за 1 секунду друг от друга на 10 метров. А на расстоянии 100 километров — на 1000 метров. А на расстоянии 1000 километров — на 10 000 метров и так далее — чем больше расстояние между объектами, тем больше пространства между ними возникает за единицу времени.
Почему все галактики удаляется от нас? Значит ли это, что мы находимся в центре расширения? В центре вселенной? Нет, не значит. Так как пространство расширяется повсеместно и равномерно то какую бы галактику вы не выбрали, как точку обзора, из нее все будет выглядеть так, как будто это она находится в центре расширения, но по сути никакого центра расширения просто нет.
На расстоянии примерно 46.5 миллиардов световых лет находится граница наблюдаемой вселенной. Все что находится за ней мы никогда не сможем увидеть. Просто потому, что фотоны испущенные объектами находящимися за границей наблюдаемой вселенной никогда не достигнут нас — пространство между ними и нами будет возникать быстрее, чем фотоны будут успевать преодолевать его. Это расстояние еще называют горизонтом частиц .
Куда расширяется вселенная?
Теперь возникает следующий вопрос – куда же расширяется вселенная? Ответ на него донельзя прозаичен – никуда. Все дело в том, что вселенная бесконечна и не имеет границ. Более того вселенная всегда была бесконечна, даже в момент Большого Взрыва. Когда физик или астроном говорит, что в момент большого взрыва вселенная была сжата до микроскопического размера речь идет о размерах наблюдаемой вселенной, а не всей вселенной.
Источник
Загадка расширения Вселенной
Немногим больше ста лет назад никто на нашей планете не знал, что Вселенная расширяется. Но несмотря на все беды и несчастья, которые ХХ век принес человечеству, именно это столетие ознаменовано научно-техническим прогрессом. За невероятно короткий отрезок времени мы узнали о мире и Вселенной больше, чем когда-либо.
Идею о том, что наша Вселенная расширяется на протяжении последних 13,8 миллиардов лет впервые предложил бельгийский физик Жорж Леметр в 1927 году. Два года спустя американскому астроному Эдвину Хабблу удалось подтвердить эту гипотезу. Он установил, что каждая галактика удаляется от нас и чем она дальше, тем быстрее это происходит. Сегодня существует множество способов, с помощью которых ученые могут понять, как быстро наша Вселенная увеличивается в размерах. Вот только цифры, которые исследователи получают в процессе измерения, каждый раз получаются разными. Но почему?
Самая большая загадка Вселенной
Как мы знаем сегодня, существует тесная связь между расстоянием до галактики и тем, как быстро она удаляется. Так, скажем, галактика на расстоянии 1 мегапарсек от нашей планеты (один мегапарсек приблизительно равен 3,3 млн световых лет) удаляется со скоростью 70 километров в секунду. А та галактика, что находится несколько дальше, на расстоянии двух мегапарсек, движется в два раза быстрее (140 км/сек).
Интересно и то, что сегодня существует два основных подхода для определения возраста Вселенной или, по-научному, Постоянную Хаббла. Разница между этими двумя группами заключается в том, что один набор методов рассматривает относительно близкие объекты во Вселенной, а другой – очень отдаленные. Однако каким бы способом не воспользовались ученые, результаты каждый раз получаются разные. Выходит, либо мы делаем что-то не так, либо где-то далеко во Вселенной происходит нечто абсолютно неведомое.
Исходя из того, что быстрее всего от Земли отдаляются самые далекие галактики, ученые сделали вывод о том, что когда-то все галактики находились в одной точке – по времени это событие совпадает только с Большым взрывом.
В исследовании, недавно опубликованном на сервере препринтов airxiv.org, астрономы, изучая близлежащие галактики, использовали умный метод измерения расширения Вселенной под названием флуктуации поверхностной яркости (surface brightness fluctuations). Это причудливое название, но оно включает в себя идею, которая на самом деле интуитивно понятна.
Представьте, что вы стоите на опушке леса, прямо перед деревом. Из-за того, что вы стоите очень близко, вы видите только одно дерево в своем поле зрения. Но стоит отойти немного назад, как вы увидите больше деревьев. И чем дальше вы будете отходить, тем больше деревьев возникнет у вас перед глазами. Примерно то же самое происходит с галактиками, которые ученые наблюдают с помощью телескопов, но гораздо сложнее.
Как узнать скорость расширения Вселенной?
Чтобы получить хорошие статистические данные, астрономы наблюдают за галактиками, расположенными довольно близко к Земле, примерно на расстоянии 300 миллионов световых лет и ближе. Однако наблюдая за галактиками, необходимо учитывать пыль, фоновые галактики и звездные скопления, которые видно на полученных с помощью телескопа изображениях.
Вселенная, однако, хитра. Начиная с 1990-х годов астрономы увидели, что очень далекие взрывающиеся звезды всегда были расположены дальше, чем показывали простые измерения. Это привело их к мысли, что сейчас Вселенная расширяется быстрее, чем раньше, что, в свою очередь, привело к открытию темной энергии — таинственной силы, ускоряющей Вселенское расширение.
На сегодняшний день время Большого взрыва, породившего Вселенную, ученые оценивают с помощью компьютерного моделирования.
Как пишут авторы научной работы, когда мы смотрим на очень далекие объекты, мы видим их такими, какими они были в прошлом, когда Вселенная была моложе. Если скорость расширения Вселенной тогда была иной (скажем, 12-13, 8 миллиарда лет назад), чем сейчас (менее миллиарда лет назад), мы можем получить два разных значения для Постоянной Хаббла. Или, быть может, разные части Вселенной расширяются с разной скоростью?
Но если скорость расширения изменилась, значит возраст нашей Вселенной совсем не такой, как мы думаем (ученые используют скорость расширения Вселенной, чтобы проследить ее возраст). Это, в свою очередь, означает, что у Вселенной другой размер, а значит время, необходимое для того, чтобы что-то произошло, тоже будет другим.
Если следовать этой цепочке рассуждений, то в конечном итоге окажется, что физические процессы, происходившие в ранней Вселенной, происходили в разное время. Еще, возможно, были задействованы другие процессы, влияющие на скорость расширения. В общем выходит какой-то бардак. «Из чего следует, что либо мы недостаточно хорошо понимаем, как ведет себя Вселенная, либо неправильно ее измеряем», – отмечают авторы исследования.
В любом случае Постоянная Хаббла является предметом горячих споров в астрономическом сообществе. Новое исследование, однако, добавило еще больше вопросов, так что борьба с неопределенностью будет долгой. Когда-нибудь, конечно, наше понимание космоса изменится. Но когда это произойдет, космологам придется искать что-то еще, о чем можно будет спорить. Что они обязательно сделают.
Источник
Вселенная — это большой космический бублик! Доказательства
В этой статье излагается теория, объясняющая, почему Вселенная не расширяется равномерно во всех направлениях, и она связана с геометрией пространства-времени. Большинство ученых считают, что пространство «плоское», если только оно не «искривляется» присутствием материи (что приводит к гравитации). Теория тороидальной Вселенной предполагает, что Вселенная на самом деле не может расширяться, и это только так кажется, потому что пространство-время динамически течет с геометрией тора. Таким образом, Вселенная может одновременно расширяться и сжиматься в замкнутом контуре — растягиваясь вверху, где пространство-время выходит из центра тора, и сужаясь внизу, где пространство-время течет обратно в центр. Теория тороидальной Вселенной также объясняет, почему время течет только в одном направлении — вперед!
Вступление
Большой взрыв не был разовым взрывом, произошедшим около 14 миллиардов лет назад. Это было быстрое расширение пространства, и, поскольку пространство все еще расширяется, то можно сказать, что Большой взрыв все еще происходит. Принято считать, что Большой взрыв произошел из одной точки, называемой «сингулярностью», но на самом деле прямых доказательств этого нет. Если проследить текущее расширение Вселенной во времени, то очевидно, что оно началось гораздо раньше, чем сегодня, но предположение о том, что вселенная возникла из сингулярности, является всего лишь экстраполяцией этой тенденции. На самом деле уравнения, которые, по-видимому, предполагают, что расширение Вселенной может быть прослежено до сингулярности, несовместимы с квантовой механикой, поэтому они, вероятно, неверны. Правда в том, что ученые просто не знают, как возникла Вселенная и было ли у нее вообще начало.
Циклическая Вселенная
Многообещающая новая теория «циклической вселенной» была предложена Анной Иджас из Института Макса Планка и Полом Стейнхардтом из Принстонского университета. В циклической Вселенной периоды расширения чередуются с периодами сжатия. У такой вселенной не было бы ни начала, ни конца. Анна и Пол предполагают, что текущее расширение Вселенной вызвано вездесущим энергетическим полем (поведение которого в настоящее время приписывается темной энергии). Затем, когда энергетическое поле ослабевает, Вселенная начинает плавно сдуваться, но не полностью до сингулярности, потому что сжатие перезаряжает энергетическое поле, и расширение начинается снова.
Когда я увидел это изображение, я был взволнован, потому что оно имеет некоторое сходство с моей собственной теорией, которую я опишу ниже.
Вспышка вдохновения
Я не физик и не космолог, поэтому эта теория возникла не на основе изучения данных или разработки сложных формул. Я исследователь сознания, и эта идея возникла как вспышка вдохновения, когда я медитировал и задавал вопросы своей девушке. За несколько дней до этого я увидел в Википедии следующее изображение …
Самое интересное, что мы с девушкой испытывали энергетические поля в форме тора (подобные изображенному ниже) во время наших медитаций и самоисследований.
Затем, во вспышке вдохновения, два изображения сошлись вместе (как показано ниже), и мы поняли, что Вселенная имеет тороидальную геометрию. Это не новая идея, но для нас она была новой, и мы знали, что она важна.
Кручение (закручивающая энергия) в центральном вихре тора предотвращает втекающую энергию-материю от образования сингулярности, поэтому она может снова появиться из вершины тора в вечном цикле творения, существования и растворения (или Брахмы, Вишну и Шива ).
Большинство ученых считают, что Вселенная плоская и открытая, а не изогнутая и замкнутая (как тор), но это может быть просто вопросом масштаба. В конце концов, с нашей повседневной точки зрения Земля кажется плоской, хотя на самом деле это гигантская изогнутая сфера. Таким образом, наблюдаемая Вселенная может быть очень маленькой областью, выходящей из вершины тора. Но для того, чтобы это было правдой, должны быть некоторые доказательства того, что Вселенная искривляется и закрывается.
Изогнутая замкнутая Вселенная
В статье на ScienceAlert.com описывается, как данные со спутника Planck Европейского космического агентства показывают, что Вселенная «изогнута и замкнута, как надувающаяся сфера». Исследовательская группа, возглавляемая Элеонорой Ди Валентино из Манчестерского университета, обнаружила, что космическое микроволновое фоновое излучение искривлено сильнее, чем можно было бы ожидать, если бы Вселенная была плоской. «Замкнутая вселенная может дать физическое объяснение этому эффекту», а уровень достоверности данных составляет 99,8%.
Вышеупомянутое исследование предполагает, что Вселенная «изогнута и замкнута, как надувающаяся сфера», но не утверждает, что Вселенная является сферой. Таким образом, Вселенная может быть сферой или тором, потому что оба они изогнуты и замкнуты. Криволинейная/ замкнутая модель обычно считается гиперсферой с объемом поверхности 2π^2*r^3 . Интересно, что поверхностный объем тора также равен 2π^2*r^3, поэтому пространственная геометрия искривленной/замкнутой Вселенной может быть тороидальной. Если бы Вселенная была сферической, она бы расширялась равномерно во всех направлениях, но если бы она была тороидальной, она бы расширялась по-разному в разных направлениях из-за более сложной геометрии. Итак, теперь нам просто нужны доказательства того, что Вселенная расширяется неравномерно.
Неравномерное расширение
Скорость расширения Вселенной известна как «постоянная Хаббла». Его измеряли много раз, но никакие два измерения не совпадают, что может означать, что Вселенная расширяется по-разному в разных направлениях.
В течение многих лет большинство ученых считали, что космос расширяется с постоянной скоростью, везде и во всех направлениях, но недавняя статья на ESA.int (веб-сайт Европейского космического агентства), похоже, говорит об обратном. Исследование было совместным проектом Боннского университета и Гарвардского университета, и оно предполагает, что расширение Вселенной не изотропно, то есть оно не одинаково во всех направлениях. Рентгеновский анализ далеких скоплений галактик предполагает, что Вселенная может расширяться с разной скоростью в разных направлениях.
Вот что говорит по этому поводу ученый Геррит Шелленбергер из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики:
Основываясь на наших наблюдениях за скоплением, мы могли обнаружить различия в скорости расширения Вселенной в зависимости от того, как мы смотрели… Это противоречило бы одному из самых основных предположений, которые мы используем сегодня в космологии.
Источник