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
Если вселенная расширяется почему не расширяются предметы вокруг нас?
Недавно от одного из наших подписчиков я получил следующий вопрос:
Если вселенная расширяется, значит ли это, что мы все расширяемся вместе с ней? Или наш мир отдельно, а вселенная расширяется отдельно от нас?
Вопрос действительно интересный, ведь если расстояние между всеми телами во вселенной постоянно увеличивается, то странно, что оно остаётся неизменным между атомами наших тел.
Как определили, что Вселенная расширяется ?
Расширение вселенной было подтверждено ещё в 1922 году, тогда американский астроном Весто Слайфер определил, что почти все наблюдаемые галактики, за исключением трёх, двигаются прочь от Солнца, а Артур Эддингтон на основе этого и существовавших тогда космологических моделей выдвинул гипотезу: Расширение вселенной является её фундаментальным свойством и чем дальше от нас объект, тем больше его относительная скорость. В 1927 году Жоржем Леметром, а в 1929 году Эдвином Хабблом соответственно была открыта и уточнена формулы данного закона.
С тех пор и до сего дня данный закон не изменился, корректировалось только значения постоянной Хаббла, а после открытия ускоренного расширения Вселенной учёные пришли к выводу, что постоянная Хаббла не такая уж и постоянная и со временем она увеличивается.
За счёт чего расширяется Вселенная?
Очень часто можно встретить мнение, что большой взрыв произошёл в какой-то точке пространства и от неё разлетаются обломки в виде галактик, как осколки гранаты при взрыве, и именно такой разлёт и представляет собой расширение вселенной, однако. это не так.
В действительности большой взрыв не был взрывом в прямом смысле этого слова, фактически большой взрыв — это процесс появления самого пространства. И оно продолжает появляться, то есть в каждой точке Вселенной каждый миг появляется ещё немного пространства, чем дальше от нас объект тем больше между нами таких точек и, соответственно, тем больше каждую секунду между нами появляется пространства. Согласно закону Хаббла, между нами и объектом, находящемся в 3 млн световых лет от нас каждую секунду образуется около 70 км пространства.
Почему не расширяются тела вокруг нас?
Кроме расширения пространства между всеми телами также действует гравитационное притяжение, чем массивней и ближе друг к другу объекты тем сильнее они притягиваются. На масштабах планетных систем, галактик, а также скоплений галактик это притяжение значительно сильнее, чем расширение Вселенной. Таким образом, расширение полностью компенсируется гравитацией и становится незаметным. В твёрдых телах, жидкостях и газах в дополнение к гравитации действуют ещё и куда более интенсивные силы межмолекулярного притяжения, которые также нивелируют расширение Вселенной на масштабах частиц.
Однако согласно современным космологическим моделям так будет не всегда, со временем расширение Вселенной будет ускоряться и наступит момент, когда гравитация уже не сможет его компенсировать, после этого сначала астрономические системы, а затем и обычные тела начнут заметно расширяться и, в конце концов, всё во вселенной будет разорвано на элементарные частицы, которые расширение разнесёт на бесконечное расстояние друг от друга. Данный космологический сценарий носит название большой разрыв.
Даже если бы притяжения между телами не существовало, мы не смогли бы заметить расширение объектов вокруг нас. Как было сказано выше, чем больше расстояние до объекта, тем больше пространства образуется между нами каждую секунду, на масштабах тел с которыми мы взаимодействуем каждый день данное расширение оказывается невообразимо малым. К примеру, если же взять объекты, удалённые друг от друга на 1 метр, то они будут отдаляться друг от друга со скоростью 2,4 аттометра в секунду, с такой скоростью, чтобы отдалиться друг от друга ещё на 1 метр им понадобится около 10 млрд лет. А на масштабах микрочастиц расширение будет ещё более медленным и абсолютно не заметным невооружённым взглядом даже за всю человеческую жизнь.
Ставьте палец вверх, чтобы видеть в своей ленте больше статей о космосе и науке!
Подписывайтесь на мой канал здесь, а также на мои каналы в телеграме и на youtube . Там вы можете почитать большое количество интересных материалов, а также задать свой вопрос. Поддержать наш канал материально можно через patreon .
Источник
Куда и почему расширяется Вселенная?
Расширение вселенной многие воспринимают буквально, то есть, как процесс, при котором становится больше места. Суть в том, что восприятие окружающего мира человеком сильно ограничено . Человек не способен к восприятию никакой другой метрики, помимо евклидовой. А расширение Вселенной — это вообще процесс изменения метрики и это означает то, что Вселенная никуда не расширяется. Если представить, что за пределами Вселенной есть наблюдатель, способный визуально воспринимать информацию, он сможет увидеть что-то похожее на то, как растягивается воздушный шарик, который кто-то надувает. При этом нужно иметь в виду, что поверхность шарика двумерна, и две разные точки на его поверхности просто медленно отдаляются друг от друга, а со Вселенной происходит аналогичный процесс, только измерения не два, а четыре. Правда, если теория струн будет подтверждаться, то окажется, что измерений 26. Но нам бы с четырьмя ужиться.
Эйнштейн ввёл в ОТО космологическую константу ( лямбда-член ), которая позволяла установить стационарность вселенной в уравнениях. Несмотря на то, что в общем случае одна из космологических моделей (Вселенная Фридмана), удовлетворяющих полевым уравнениям общей теории относительности (ОТО), описывает нестационарную модель Вселенной, космологическая константа, по-прежнему применяется во всех частных случаях, например, в астрономии и в инженерных приложениях, таких как системы спутниковой навигации. Но работа 1922 года Александра Фридмана стала первым основным теоретическим развитием ОТО после работ Эйнштейна 1915—1917 гг.
Что было до и будет после?
Вопрос о том, что было до возникновения Вселенной, лишён смысла, так как сам предлог «до» подразумевает предшествование во времени, а возникновение Вселенной совпадает с возникновением времени. Точно так же, как уже показано выше, лишён смысла вопрос о том, куда расширяется вселенная — просто потому, что предлог «куда» подразумевает наличие пространства, в которое и происходит расширение, а Вселенная и есть пространство. Она просто расширяется и это факт.
Другой вопрос, что скорость расширения Вселенной поступательно возрастает и интересно к чему это приведёт в итоге. О причинах этого есть много мнений, которые варьируются от воздействия тёмной энергии (которая по этой гипотезе является силой антигравитации, ощутимой только на колоссальных расстояниях) до того, что это просто свойство Вселенной, как факт. Просто потому, что космологическая постоянная, которая и выражает склонность вселенной к расширению / сжатию / покою, на самом деле такова, что Вселенная сама себя расширяет со всё возрастающей скоростью. Но, каковы бы ни были причины, процесс ускорения расширения является доказанным фактом.
Тёмная ли энергия?
Так почему же расширяется Вселенная? Наиболее правдоподобная гипотеза из существующих говорит, что это происходит из-за тёмной энергии, имеющей антигравитационное действие. Тёмная энергия заставляет Вселенную существовать, расширяет её с самых первых мгновений, благодаря ей на Земле существует жизнь.
К этому надо непременно добавить, что согласно недавним изысканиям, тёмная энергия сама может оказаться ложной концепцией, призванной оттянуть момент признания полной несостоятельности науки перед открытыми ею фактами. Точно так же это некогда произошло с мировым эфиром, теория о котором всех устраивала и считалась неоспоримой, но которого на самом деле вообще нет, и никогда не существовало.
Как, куда и почему всё движется?
Ближайшая соседка нашего Млечного Пути — это галактика Андромеда, которую можно увидеть на ночном небе и невооруженным глазом. Вокруг нас и Андромеды вращаются несколько десятков компаньонов — карликовых галактик. Все эти галактики (в том числе и не открытые), а также галактика Треугольника и галактика NGC 300 входят в Местную группу галактик. Сейчас в Местной группе 54 известных галактики, и её размеры превышают 10 миллионов световых лет. Местная группа вместе с еще примерно 100 скоплениями галактик входит в сверхскопление Девы, размерами больше 110 миллионов световых лет.
В 2014 году группа астрофизиков под руководством Брента Талли из Гавайского университета выяснила, что само это сверхскопление, состоящее из 30 тысяч галактик, является составной частью еще большей структуры — сверхскопления Ланиакея, в котором содержится уже более 100 тысяч галактик. Ланиакея вместе со сверхскоплением Персея-Рыб входит в комплекс сверхскоплений Рыб-Кита, которое одновременно является галактической нитью, то есть составной частью крупномасштабной структуры Вселенной .
Наблюдения и компьютерные симуляции подтверждают, что галактики и скопления не хаотически разбросаны во Вселенной, а составляют сложную губкообразную структуру, где есть галактические нити , узлы и пустоты, также известные как войды . Сверхскопления — это самые крупные образования, которые удерживаются гравитацией от разбегания несмотря на расширение Вселенной. То есть, если упростить, то нити разбегаются друг от друга из-за воздействия тёмной энергии, а движение объектов внутри них в большей степени обусловлено силами гравитационного притяжения.
И теперь, зная, что вокруг нас столько галактик и скоплений, которые притягивают друг друга так сильно, что даже перебарывают расширение Вселенной, пора задать ключевой вопрос: так куда же всё это летит? Именно на него и попыталась ответить группа учёных вместе с Иегуди Хоффманом из Еврейского университета в Иерусалиме и уже упоминавшимся Брентом Талли. Их совместная статья , вышедшая в Nature, основана на данных проекта Cosmicflows-2, который измерил расстояния и скорости более 8000 близлежащих галактик.
Полученные результаты подтвердили то, что нам уже было известно — вся Местная группа галактик летит в космосе в сторону Великого аттрактора , гравитационной аномалии в центре Ланиакеи. А сам Великий аттрактор притягивается намного более массивным сверхскоплением Шэпли , к которому мы и направляемся со скоростью 660 километров в секунду. Астрофизики решили сравнить измеренную скорость Местной группы с расчётной, которая выводится из массы сверхскопления Шэпли. Оказалось, что несмотря на колоссальную массу (10 тысяч масс нашей Галактики), оно не могло бы разогнать нас до такой скорости. Более того, построив карту анти-скоростей (карту векторов, которые направлены в сторону, обратную векторам скоростей), учёные нашли область, которая как будто отталкивает нас от себя. Причём расположена она ровно на противоположной стороне от сверхскопления Шэпли и отталкивает именно с той скоростью, чтобы в сумме дать искомые 660 километров в секунду. Вся эта конструкция напоминает формой электрический диполь, в котором силовые линии идут от одного заряда к другому.
Но ведь считается, что антигравитации быть не может! В качестве примера давайте представим, что вас окружили и тянут в разные стороны пятеро друзей — если они это делают с одинаковой силой, то вы останетесь на месте, как будто вас никто не тянет. Однако, если один из них вас отпустит, то вы будете смещаться в противоположную от него сторону. Точно так же вы будете смещаться в сторону, если к пяти тянущим друзьям присоединится шестой, который начнет не тянуть вас, а толкать.
Во Вселенной в роли тянущих на себя друзей выступают галактики и скопления галактик. Если бы они были равномерно распределены по Вселенной, то мы никуда бы не двигались — они тянули бы нас с одинаковой силой в разные стороны. А теперь представьте, что с одной стороны от нас никаких галактик нет. Поскольку все остальные галактики остались на месте, то мы будем удаляться от этой пустоты, как будто она нас отталкивает. Именно это и происходит с областью, которую учёные окрестили Великим Отталкивателем, или Великим Репеллером — несколько кубических мегапарсек пространства необычайно бедно заселены галактиками и не могут компенсировать гравитационное притяжение, которое оказывают на нас все эти скопления и сверхскопления с остальных сторон. Насколько именно это пространство бедно галактиками ещё только предстоит выяснить. Дело в том, что Великий Репеллер очень неудачно расположен — он находится в зоне избегания , то есть области пространства, закрытой от нас нашей собственной галактикой.
Огромное количество звёзд и туманностей, а в особенности газ и пыль мешают свету от далеких галактик, расположенных по ту сторону галактического диска Млечного пути, долетать до нас. Лишь недавние наблюдения рентгеновскими и радиотелескопами, которые могут регистрировать излучение, свободно проходящее сквозь газ и пыль, позволили составить более-менее полный список галактик в зоне избегания. В области Великого Отталкивателя действительно оказалось очень мало галактик, так что, похоже, что это кандидат на звание войда.
Что произойдёт, когда всё разлетится?
На сегодняшний день все научные факты указывают на то, что Вселенная расширяется, причём в момент, когда вы только начали читать этот текст, она делала это немножко медленнее. И что её в таком случае ждёт? Галактики будут покидать видимую вселенную всё быстрее и быстрее. Между видимой и реальной вселенной есть определённая разница, и довольно большая, потому что деваться эти галактики на самом деле никуда не будут — с их точки зрения денемся как раз мы — однако радиус обозримой вселенной является прямым аналогом горизонта событий чёрной дыры. Подобно тому, как внутри горизонта событий у чёрной дыры может происходить что угодно, и в частности быть до отвращения светло, для нас снаружи это всё выглядит не более, чем дырой в пространственно-временном континууме. Точно так же галактики, покинувшие видимую вселенную, продолжат существовать, но оказавшись по другую сторону, «перестанут существовать» для нас. Такая двойственность является следствием конечности скорости света, так как информация от тел, оказавшихся за горизонтом, уже никогда не сможет до нас дойти. В этом смысле мы все находимся внутри чёрной дыры. И вот они будут вываливаться из нашей реальности всё быстрее и быстрее, пока не останется только сверхскопление Девы, в котором мы и находимся.
А то, что произойдёт дальше, зависит от значения лямбды-члена, введённого Эйнштейном. Считается, что у Вселенной будет две основных альтернативы.
При меньшем значении лямбды сверхскопление можно будет считать замкнутой вселенной. Поскольку система эта окажется замкнутой, в ней начнут происходить термодинамические процессы, которые всегда происходят в замкнутых системах. Согласно второму началу термодинамики тепло переходит от более нагретых тел к менее нагретым. Поскольку в этой маленькой Вселенной будут более горячие и менее горячие места, начнётся постепенное выравнивание температуры. Рано или поздно этот процесс дойдёт до такой степени, когда тепловое колебание молекул остановится — просто потому, что разница температур, которая, выражаясь очень грубо, и заставляет молекулы колебаться, исчезнет. Вещество в этот момент станет полностью однородным, движение станет невозможным, а время исчезнет. Этот процесс называется тепловой смертью. Именно такой конец ожидает Вселенную, если лямбда будет меньшей.
Если же она будет большей, то растаскивание не остановится. Сперва исчезнут ближайшие галактики. Потом наша галактика начнёт разваливаться, так как гравитация не сможет удерживать её, как единое целое. Дальше начнут разрушаться связи между молекулами. Потом начнут разваливаться сами молекулы. Потом — атомы. Потом — субатомные частицы. И в последний момент существования времени исчезнет само пространство.
Всё то же самое будет происходить и с теми галактиками, которые оказались по ту сторону. Этот процесс будет одинаковым в любой точке Вселенной, наблюдаемой или нет. Всё, что её составляет, будет медленно и мучительно умирать в бесконечном одиночестве. И такой конец нам, людям, легко принять, ведь точно так же умирает и человек.
Источник