Насколько велика Вселенная? Можно ли вообще ответить на этот вопрос?
Вселенная представляет собой огромное пространство, заполненное туманностями, звездными скоплениями, отдельными звездами, планетами с их спутниками, различными кометами, астероидами и, в конце концов, вакуумом, а также темной материей. Она настолько огромна, что полнота ответа на вопрос о том, насколько именно она большая, к сожалению, ограничена нашим нынешним уровнем развития технологий. Как бы там ни было, понимание размера Вселенной подразумевает понимание нескольких ключевых факторов. Одним из этих факторов, например, является понимание того, как ведет себя космос, а также понимание того, что то, что мы видим, является всего лишь так называемой «наблюдаемой Вселенной». Выяснить истинные размеры Вселенной мы не можем, потому что наши возможности не позволяют нам увидеть ее «край».
Рулеткой ее точно не измерить
Все, что находится за пределами видимой Вселенной, по-прежнему остается для нас загадкой и является предметом бесконечных споров и дискуссий среди астрофизиков всех мастей. Сегодня постараемся простыми словами объяснить то, к чему пришла наука к настоящему моменту времени в вопросах понимания размеров Вселенной, и постараемся ответить на один из самых животрепещущих и сложных вопросов о ее природе. Но сперва давайте рассмотрим базовые принципы того, как ученые определяют расстояние в космосе.
Как определяют расстояние в космосе
Самым простейшим методом определения расстояния в космосе является использование света. Однако если учесть то, каким образом свет распространяется в пространстве, то следует понимать, что те объекты, которые мы видим с Земли, в космосе необязательно будут выглядеть так же. Ведь для того, чтобы свет от далеких объектов достиг нашей планеты может потребоваться десятки, сотни, тысячи, а то и десятки тысяч лет.
Скорость света составляет 300 000 километров в секунду, но для космоса, для такого гигантского пространства, понятие секунды не является идеальной величиной для измерения.
В астрономии принято для определения расстояния использовать термин световой год. Один световой год приблизительно эквивалентен расстоянию 9 460 730 472 580 800 метров и дает нам не только представление о расстоянии, но также может говорить о том, какое количество времени потребуется свету объекта для того, чтобы нас достигнуть.
Такое расстояние сложно себе даже представить
Самым простым примером разницы времени и расстояний является свет Солнца. Среднее расстояние от нас до Солнца составляет около 150 000 000 километров. Допустим, у вас есть подходящий телескоп и защита для глаз, позволяющие вести за Солнцем наблюдение. Суть в том, что все, что вы будете видеть в телескоп, на самом деле происходило с Солнцем 8 минут назад (именно столько требуется свету, чтобы добрать до Земли). Свет Проксимы Центавра? Дойдет до нас только через четыре года. Или взять хотя бы такую крупную звезду, как Бетельгейзе, собирающуюся стать в скором времени сверхновой. Даже если бы это событие произошло сейчас, мы узнали бы о нем не раньше середины 27 века!
Если вам интересны новости науки и технологий, подпишитесь на нас в Яндекс.Дзен, чтобы не пропускать новые материалы!
Свет и его свойства сыграли ключевую роль в понимании нами того, насколько огромна Вселенная. В настоящий момент наши возможности позволяют нам заглянуть примерно на 46 миллиардов световых лет наблюдаемой Вселенной. Каким образом? Все благодаря используемой физиками и астрономами шкалы расстояний в астрономии.
Что такое параллакс
Телескопы являются лишь одним из инструментов для измерения космических расстояний и не всегда способны справится с этим заданием: чем дальше находится объект, расстояние до которого мы хотим измерить, тем сложнее это сделать. Радиотелескопы отлично подходят для измерения расстояний и проведения наблюдений лишь внутри нашей Солнечной системы. Они действительно способны предоставлять очень точные данные. Но стоит только направить их взор за пределы Солнечной системы, как их эффективность резко сокращается. Ввиду всех этих проблем астрономы решили прибегнуть к другому методу измерения расстояния — параллаксу.
Что такое параллакс? Объясним на простом примере. Закройте сначала один глаз и посмотрите на какой-нибудь объект, а затем закройте другой глаз и посмотрите снова на этот же объект. Заметили небольшое «изменение в положении» объекта? Этот «сдвиг» и называется параллаксом, методом, который используется для определения расстояния в космосе. Метод отлично работает, когда речь идет о звездах, находящихся в относительной близости от нас — примерно в радиусе 100 световых лет. Но когда и этот метод становится малоэффективным, ученые прибегают к другим.
Следующий способ определения расстояния носит название «метод главной последовательности». Он основан на наших знаниях о том, как со временем изменяются звезды определенных размеров. Сначала ученые определяют яркость и цвет звезды, а затем сравнивают показатели с ближайшими звездами, обладающими аналогичными характеристиками, выводя на основе этих данных приблизительное расстояние. Опять же, данный метод весьма ограничен и работает только в случае звезд, принадлежащих нашей галактике, или тех, которые находятся в радиусе 100 000 световых лет.
Чтобы заглянуть дальше, астрономы полагаются на метод измерения по цефеидам. Он основан на открытии американского астронома Генриетты Суон Ливитт, которая обнаружила зависимость между периодом изменения блеска и светимостью звезды. Благодаря этому методы многие астрономы смогли высчитать расстояния до звезд не только внутри нашей галактики, но и за ее пределами. В некоторых случаях речь идет о дистанциях в 10 миллионов световых лет.
Какого размера Вселенная?
И все же к вопросу размеров Вселенной мы пока не приблизились ни на йоту. Поэтому переходим к ультимативному средству измерений, основанному на принципе красного сдвига (или красного смещения). Суть красного смещения аналогична принципу работы эффекта Доплера. Вспомните железнодорожный переезд. Никогда не замечали, как звучание гудка поезда изменяется в зависимости от расстояния, усиливаясь при приближении и становясь тише при отдалении?
Свет работает примерно так же. Посмотрите на спектрограмму выше, видите черные линии? Они указывают на границы поглощения цвета химическими элементами, находящимися внутри и вокруг источника света. Чем больше сдвинуты линии к красной части спектра — тем дальше объект находится от нас. На основе подобных спектрограмм ученые также определяют то, насколько быстро объект двигается от нас.
Так мы плавно и подобрались к нашему ответу. Большая часть света, подвергшаяся красному смещению, принадлежит галактикам, возраст которых около 13,8 миллиарда лет.
Сколько лет Вселенной?
Если после прочтенного вы пришли к выводу, что радиус наблюдаемой нами Вселенной составляет всего 13,8 миллиарда световых лет, то вы не учли одной важной детали. Все дело в том, что на протяжении этих 13,8 миллиарда лет после Большого взрыва Вселенная продолжала расширяться. Другими словами, это означает, что реальный размер нашей Вселенной гораздо больше, чем указано в наших изначальных измерениях.
Поэтому для того, чтобы узнать реальный размер Вселенной, необходимо принять во внимание еще один показатель, а именно то, насколько быстро Вселенная расширялась со времен Большого взрыва. Физики говорят, что наконец смогли вывести нужные цифры и уверены в том, что радиус видимой Вселенной в настоящий момент составляет около 46,5 миллиарда световых лет.
Правда, стоит также отметить, что эти подсчеты основаны лишь на том, что мы сами можем видеть. Точнее способны разглядеть в глубине космоса. Эти подсчеты не отвечают на вопрос истинного размера Вселенной. Кроме того, ученых заставляет задуматься некоторое несоответствие, согласно которому более удаленные от нас галактики в нашей Вселенной слишком хорошо сформированы, чтобы можно было считать, что они появились сразу после Большого взрыва. Для такого уровня развития потребовалось гораздо больше времени.
Необъяснимый факт, указанный выше, открывает целый ряд новых проблем. Некоторые ученые постарались посчитать, сколько потребовалось бы времени для развития этих полностью сформированных галактик. Например, оксфордские ученые пришли к выводу, что размер всей Вселенной может быть в 250 раз больше наблюдаемой.
Мы действительно способны измерить расстояния до объектов в пределах наблюдаемой Вселенной, но то, что находится за этой гранью, нам не известно. Конечно же, никто не говорит, что ученые не пытаются это выяснить, но, как уже говорилось выше, наши возможности ограничены нашим уровнем технического прогресса. Кроме того, не стоит также сразу отбрасывать предположение о том, что ученые, возможно, так никогда и не узнают настоящих размеров всей Вселенной, если учесть все факторы, находящиеся на пути решения этого вопроса.
Источник
Насколько велика наблюдаемая Вселенная?
Знаете ли вы, друзья мои, что мы видим только очень небольшую часть Вселенной? Остальная ее часть нам, землянам, недоступна. И все то, что мы видим, называется наблюдаемая Вселенная. Эта та часть космоса, которую теоретически можно наблюдать с Земли.
Наблюдаемая Вселенная
Теоретически, а не на практике. Потому что на практике космические объекты, находящиеся за пределами Солнечной системы, можно наблюдать только анализируя испускаемое ими электромагнитное излучение. Поэтому те места космоса, где оно не излучается, или где оно слишком слабое для восприятия, никто не может увидеть. Даже если очень захотеть.
Если принять за аксиому, что космос имеет изотропную структуру, то наблюдаемая Вселенная будет иметь форму сферы центром которой будет являться наша планета.
Радиус этой сферы составляет приблизительно 46,5 миллиарда световых лет. Возраст же самой Вселенной оценивается в 13,75 миллиарда лет. Да, радиус сферы, в которой содержится вся наблюдаемая Вселенная больше, чем возраст самой Вселенной. Как же так, спросите вы? Как так свет смог преодолеть расстояние почти в 4 раза большее, чем он мог за это время? Он что, раньше мог двигаться быстрее? На эти вопросы у науки нет ответа. Наука, товарищи, не в курсе (шутка😁).
На самом деле так происходит потому, что наша Вселенная постоянно расширяется. Поэтому на Земле сейчас можно увидеть свет галактики, удаленной в настоящее время от нас на 46,5 миллиарда световых лет.
Когда этот свет излучался, эта галактика была намного ближе к нам. А теперь она находится гораздо дальше из-за расширения Вселенной. Именно поэтому этому свету потребовалось всего 13,75 миллиарда лет, чтобы добраться до нас. Хотя сейчас эта галактика намного дальше, чем 13,75 миллиарда световых лет.
Следовательно, наблюдаемая Вселенная имеет радиус, обычно определяемый как расстояние, на котором наиболее далекие наблюдаемые объекты находятся сейчас относительно нас. И мы видим эти объекты такими, какими они были, когда были намного ближе к нам.
Что мы сможем увидеть в будущем?
С течением времени наблюдаемая Вселенная становится все больше и больше. Потому что свет, исходящий откуда-то из ее далеких глубин, снова и снова достигает наших глаз.
Однако у подобного явления есть предел развития. Потому что наблюдаемая Вселенная имеет размер, который никогда не сможет превысить. Ведь фотоны, которые излучаются объектами, удаляющимися от нас быстрее скорости света из-за расширения Вселенной, никогда не достигнут Земли.
Расширение Вселенной, на самом деле, — это одна из самых интересных загадок космологии. Ведь результаты наблюдений показывают, пространство не просто постоянно расширяется, как, например, это делает надуваемый воздушный шар. А расширяется с ускорением!
Одним из следствий этого явления можно признать закон всеобщего разбегания галактик, или закон Хаббла. Он позволяет вычислить расстояния до далеких космических объектов, используя особенности излучаемых ими спектров электромагнитных волн. Все галактики, за исключением достаточно близких, для того, чтобы на них влияла гравитация Млечного Пути, например Галактика Андромеды, кажутся удаляющимися от нас. Потому что спектр их излучения смещен в красную сторону. Однако, на самом деле, эти галактики вовсе не летят сквозь пространство. Они как бы висят в нем более или менее неподвижно. «Движется» само пространство, в котором они расположены. Поставьте фломастером на упомянутом выше надуваемом воздушном шаре две точки. И продолжите его надувать. Видите? Эти точки начинают удаляться друг от друга. Просто потому что увеличивается площадь воздушного шара.
И теперь возникает интересный вопрос: получается, что и вокруг нас пространство расширяется? Почему же тогда расстояние от Москвы до Владивостока по железной дороге все так же равно 9288 километров, как и 20 лет назад? Дело тут, в общем, такое: гравитационно связанные объекты способны сохранять постоянное расстояние между собой из-за действия вышеупомянутой гравитации. Потому что постоянно притягиваются друг к другу. Фактически, два связанных объекта не висят неподвижно, как это может показаться. А на самом деле постоянно летят через непрерывно рождающиеся объемы пространства навстречу друг другу…
Источник
Множественные вселенные не просто существуют: мы живем в них
Если вы думали, что все ограничивается тем, что мы нашли за космическим горизонтом, готовьтесь передумать.
«Трудно построить модели инфляции, которые не приводят к мультивселенной. Это не невозможно, поэтому я уверен в необходимости проведения дополнительных исследований. Но большинство моделей инфляции действительно ведут к мультивселенной, а доказательства инфляции будут подталкивать нас в направлении серьезного принятия [множественных вселенных]», — сказал однажды Алан Гут, американский физик и космолог, первым предложивший идею инфляции, или космического расширения.
Как вы относитесь к множественным вселенным?
Представьте, что Вселенная, которую мы наблюдаем — от конца до конца, — это просто капля в космическом океане. Что за пределами того, что мы видим, есть больше космоса, больше галактик, больше всего, на бесчисленные миллиарды световых лет дальше, чем мы когда-либо сможем дотянуться. И насколько необозримой может быть Вселенная, настолько же бесчисленным может быть количество похожих на нее вселенных — некоторых больше и старше, некоторых меньше и моложе — рассыпанных по всему пространству-времени. И так же быстро, как расширяются эти вселенные, пространство-время, содержащее их, расширяется еще быстрее, уводит их дальше друг от друга и гарантирует, что никакие две вселенные никогда не встретятся. Похоже на фантастику? Такова научная идея мультивселенных, или множественных вселенных. Но если научный взгляд, который мы сегодня принимаем, верный, эта идея будет не только адекватной, но и неизбежным следствием наших фундаментальных законов, считает физик Итан Зигель.
Подписывайтесь на наш канал в Яндекс Дзен. Там можно найти много всего интересного, чего нет даже на нашем сайте.
Идея множественных вселенных уходит корнями в физику, необходимую для описания Вселенной, которую мы видим и в которой обитаем сегодня. Повсюду в небе мы наблюдаем звезды и галактики, сгруппированные в большой космической паутине. Но чем дальше в космос мы смотрим, тем дальше назад во времени мы попадаем. Чем дальше галактики, тем они моложе и, следовательно, менее развиты. В их звездах меньше тяжелых элементов, они кажутся меньше, поскольку произошло меньше слияний, больше спиралей и меньше эллипсов (потому что последним требуется время), и так далее. Если мы будем двигаться до пределов видимого, мы обнаружим самые первые звезды во Вселенной, а за ними — область тьмы, в которой остается только один свет: послесвечение Большого Взрыва.
Большой взрыв стал всего лишь началом наблюдаемой вселеной.
Сам Большой Взрыв — который случился 13,8 миллиарда лет назад — не был началом пространства и времени, а скорее началом нашей наблюдаемой Вселенной. До этого была эпоха, известная как космическая инфляция, когда само пространство расширялось экспоненциально, наполненное энергией, присущей ткани пространства-времени. Космическая инфляция — это сам по себе пример теории, которая пришла и заменила ту, что была до нее:
- Она согласовалась со всеми успехами теории Большого Взрыва и охватывала всю современную космологию.
- Она объяснила ряд проблем, которые не мог объяснить Большой Взрыв, включая и то, почему Вселенная была везде одной температуры, почему она пространственно плоская и почему не осталось никаких высокоэнергетических реликтов вроде магнитных монополей.
- И она сделала много новых прогнозов, которые можно было протестировать наблюдательно, большинство из которых были подтверждены.
Было, впрочем, и одно следствие, которое предсказала теория инфляции. Мы не знаем, можем ли мы подтвердить его или нет: множественные вселенные.
Инфляция приводит к экспоненциальному расширению пространства, что может очень быстро вылиться к тому, что любое ранее существовавшее искривленное пространство будет казаться плоским
Инфляция приводит к тому, что пространство расширяется по экспоненте. То есть берется что угодно, существовавшее до Большого Взрыва, и становится намного, намного, намного больше, чем было. Пока что это нас устраивает: это объясняет, как мы получили однородную и огромную Вселенную. Когда инфляция заканчивается, Вселенная наполняется материей и излучением, появление которых мы наблюдаем как раскаленный Большой Взрыв. И здесь-то начинаются странности. Чтобы инфляция завершилась, независимо от того, какое квантовое поле за нее отвечает, ей нужно перейти из высокоэнергетического нестабильного состояния в низкоэнергетическое и стабильное. Этот переход и «скатывание» вниз в долину — вот что приводит инфляцию к концу и вызывает Большой Взрыв.
Но независимо от того, какое поле несет ответственность за инфляцию, как и во всех других областях, подчиняющимся законам физики, оно должно быть по своей природе квантовым полем. Как и все квантовые поля, оно описывается волновой функцией, с вероятностью разбегания волны со временем. Если величина поля будет медленно скатываться в долину, квантовое разбегание волновой функции будет быстрее скатывания, означая, что, возможно — даже вероятно, — инфляция постепенно приведет к Большому Взрыва.
Если бы инфляция была квантовым полем, величина поля будет разбегаться со временем, причем разные области пространства будут принимать разные реализации значения поля. Во многих регионах значение поля будет попадать на дно долины, заканчивая инфляцию, но во многих других инфляция будет продолжаться сколько угодно в будущем
Поскольку пространство расширяется с экспоненциальной скоростью во время инфляции, это означает, что с течением времени создается экспоненциально большее число областей пространства. В некоторых областях инфляция будет заканчиваться: там, где поле скатывается в долину. Но в других инфляция будет продолжаться, создавая все больше и больше пространства вокруг каждой области, где заканчивается инфляция. Темп инфляции намного быстрее, чем даже максимальная скорость расширения заполненной материей и энергией Вселенной, поэтому в кратчайшие сроки участки инфляции захватывают все. Согласно механизмам, которые обеспечивают нас достаточной инфляцией для создания Вселенной, которую мы видим, нашу область пространства, где инфляция закончилась, окружает намного больше других областей — где инфляция продолжается или закончилась не сразу.
Инфляция продолжается бесконечно, несмотря на участки, где она завершилась
Именно здесь происходит явление, известное как вечная инфляция. Там, где заканчивается инфляция, рождается Большой Взрыв и Вселенная — вроде той, которую мы и наблюдаем — похожая на нашу собственную. Но там, где инфляция не заканчивается, рождается больше инфляционного пространства, которое дает рост другим регионам, в которых будут большие взрыва, отделенные от нашего, и другим регионам, в которых начинается инфляция.
Насколько большой является наша Вселенная, это лишь небольшая часть от всего, что есть на самом деле
Заходите в наш специальный Telegram-чат. Там всегда есть с кем обсудить новости из мира высоких технологий.
Эта картина огромных вселенных, намного больших, чем скудная часть, которую мы в состоянии наблюдать, постоянно создаваемая раздувающимся пространством, — это и есть мультивселенная. Важно понимать, что мультивселенная не является научной теорией самой по себе. Она не делает прогнозов и наблюдаемых явлений, до которых мы можем дотянуться. Нет, мультивселенная сама по себе является теоретическим прогнозом, который вытекает из законов физики, которые мы вывели на сегодняшний день. Возможно, это даже неизбежное следствие этих законов: если взять инфляционную Вселенную, управляемую квантовой физикой, то получится вот это.
Абстракция многогранности окружающего мира.
Возможно, наше понимание этого состояния, что было до Большого Взрыва, неправильное, и что наши представления об инфляции совершенно неверные. В таком случае существование множественных вселенных не будет окончательным следствием. Но предсказание вечной инфляции, содержащей бесчисленное число карманных вселенных, является прямым следствием наших лучших теорий, если они верны.
Что же такое мультивселенная, в таком случае? Она может выйти за пределы физики и стать первой физической мотивированной «метафизикой», с которой мы когда-либо сталкивались. Впервые мы понимаем границы того, чему может научить нас наша Вселенная. До тех пор мы можем предсказывать, но не сможем ни подтвердить, ни опровергнуть тот факт, что наша Вселенная является лишь одной небольшой частью более обширного царства: мультивселенной.
Источник