Где находится край Вселенной?
Хотя она очень, очень, очень большая, но вселенная, вероятно, не может быть бесконечно большой. Но это и не означает, что она имеет край.
Мы все знаем, что Вселенная расширяется, не так ли? Ну, если вы не знали, то не благодарите за информацию. Мы живем в расширяющейся Вселенной: каждая галактика летит прочь от любой другой галактики. Это, естественно, приводит к общему вопросу: «Если Вселенная расширяется, то во что она расширяется? В большую Вселенную? В ничего? Во что-то похожее на неопределенный туман? Где край нашего космического мыльного пузыря?
Что ж, наша Вселенная имеет край – то есть, если под «нашей Вселенной» мы имеем в виду наблюдаемую Вселенную. Скорость света – это всего лишь скорость – и Вселенная существует долго (около 13770000000 лет). Но для нас это означает лишь столько Вселенной было открыто нам через свет, который путешествовал сквозь огромное космическое расстояния. И что же за пределами нашего наблюдаемого предела? Это легко: просто еще больше вещей таких, как галактики и черные дыры и новые, фантастические сорта сыра. Эти вещи для нас недостижимы, но они все-таки там есть.
С нашей точки зрения, кажется, что мы находимся в центре всего, а каждая галактика летит прочь от нас. Так что это, естественно, приводит к линии рассуждения: «Там должен быть край». Но, допустим, вы допрыгнули к Андромеде, нашему ближайшему соседу по Галактике. С этой новой точки зрения все по-прежнему выглядит так, что вы в центре Вселенной, и все летит далеко от вас. Теперь давайте действительно сойдем с ума и сделаем вид, что мы можем телепортировать вас к самой отдаленной наблюдаемой галактике, на дальнем краю нашей наблюдательной досягаемости. Угадайте, что? Да, с вашей позиции это выглядит так, что вы в центре Вселенной, а каждая галактика (в том числе и далекий Млечный Путь) мчатся далеко от вас.
Это то, что мы имеем в виду, когда мы говорим: «Вселенная расширяется». Каждая галактика удаляется от любой другой галактики (с некоторыми незначительными исключениями из местных слияний, но это тема другой статьи).
Но там должен быть предел, не так ли? Вселенная же не может быть бесконечной, так ведь? Правильно?
Ну, наверное, нет. Хотя это очень, очень, очень большая Вселенная, но, вероятно, она не бесконечно большая.
Но она по-прежнему не нуждается в краях.
Подумайте еще раз о перепрыгивании от галактики к галактике. Со стороны Млечного Пути Вселенная выглядит как огромный мыльный пузырь, увеличивающийся в размерах от нашего центра. Но из другой галактики этот универсальный пузырь выглядит по-другому, потому что эта другая галактика в «центре» пузыря. И соблазн называть подобные понятия словами вроде «внутри» или «край» в нашей Вселенной не имеет смысла с точки зрения новой перспективы. И это верно для каждой галактики.
Я скажу это снова: «расширяющаяся Вселенная» просто означает, что каждая галактика движется дальше от любой другой галактики. Вот оно! Нет края. Нет пузыря. Не во что расширяться. Математика проста: Вселенная становится больше со временем. Вот и все.
Давайте сделаем шаг назад. Всем известны эти общие аналогии, используемые для описания расширяющейся Вселенной: галактики похожи на муравьев, ползающих вокруг пляжного мяча. Мы все лишь изюм в буханке хлеба. И — ах! Мячик надувают! Да! Буханка хлеба растет в духовке! Пространство расширяется, а галактики переносятся вместе с ним! Видите? Легко!
Эти аналогии, конечно, дают нам важный момент: галактики не летают и не вальсируют на расстоянии друг от друга. Это пространство под ними, которое выполняет всю работу расширения; галактики только лежат на космическом ковре.
Но эти аналогии также несут в себе фатальный недостаток. Мы все можем легко представить себе раздувания пляжного мячика или восходящую буханку хлеба, и мы сразу же думаем о них как о расширении во что-то: пустой воздух. Пляжный мяч имеет кожу. Буханка имеет вкусную, хрустящую корочку. Они имеют края, и они двигаются во что-то.
Наш разум подшутил над нами, и это обманывает нас и скрывает то, что происходит на самом деле.
Когда мы используем аналогию муравьи-на-пляже-шар, первое, что люди говорят: «Почему муравьи?». Я не знаю; просто смеритесь с этим. И второе, что люди говорят: «О, центр Вселенной находится прямо там, в середине шара». В этот момент я должен прыгать с ограничениями по аналогии: вся наша Вселенная – это поверхность надувного мяча. А поверхность шара не имеет центра. Так же, как поверхность Земли не имеет центра. Мы могли бы сделать полюса, где бы нам заблагорассудилось.
В модели мячик-пляж вся наша Вселенная представляет собой двумерную поверхность, полную идиотских муравьев, пытающихся ползти навстречу друг другу, но не умеющих, потому что некоторые рывком продолжает надувать его. Окей, хорошо, как угодно. Эта модель Вселенной является двумерной, но в глазах нашего ума мы сразу же думаем о ее расширении в третье измерение – измерение, где муравьи не могут получить доступ, потому что они не могут прыгать. Но это дополнительное измерение обеспечивает «место», чтобы шар расширялся во что-то.
Но наша реальная Вселенная трехмерная. В то время как теория струн предполагает, что могут быть дополнительные измерения, они все сверхминиатюрные, так что они не учитываются. Так есть ли четвертое дополнительное измерение, которое обеспечивает «материал» для расширения нашей Вселенной во что-то?
Может быть да, может и нет. Вот что: математика может создать четвертое измерение для нашего 3D расширения вселенной во что-то. И мы бы, безусловно, имели «край» в этом дополнительном измерении, так же вы можете указать на «ребро» из 2D-пляжной поверхности шара.
Но это не обязательно.
Нам не нужно четвертое измерение, чтобы охватить нашу Вселенную. Мы имеем полное и последовательное математическое описание расширения Вселенной, используя только нормальные, будничные три измерения, которые мы знаем и любим. Таким образом, это означает, что мы можем иметь расширяющуюся Вселенную, не нуждаясь в крае или чем-то для того, чтобы она расширялась во что-то.
Я признаю, что у меня есть проблемы с объяснением этой концепции. Но в этом красота использования математики, чтобы понять Вселенную: мы можем создавать и манипулировать понятиями, так как наш мозг просто не может справиться самостоятельно!
Источник
Что находится на краю Вселенной?
В современном мире, обремененные простыми житейскими проблемами, мы порой хотим улететь не то что в космос, а на край Вселенной, где эти неприятности нас точно не найдут. Улететь куда-нибудь, где нет плохой погоды, шумных соседей, горы немытой посуды и других бытовых проблем. А вы хоть раз задумывались о том, что нас там ждет, что находится на краю Вселенной? Да и что вообще можно понимать под определением «край света»? Черная непроходимая стена, пропасть, бесконечность? На эти вопросы попытались ответить ученые. И сегодня мы расскажем вам об их догадках.
НА КРАЮ СВЕТА
Шон Кэрролл, профессор физики
Вселенная не имеет границ. Мы можем говорить лишь о крае обозримой Вселенной. Это максимальная дистанция, на которую можно «посмотреть» с Земли. Если расширение Вселенной будет продолжаться бесконечно, нам не удастся увидеть ее конца, даже если он существует. Потому что, смотря на самые далекие звезды и планеты, мы видим их отголоски из прошлого, так как свет движется с одной скоростью. Все объекты на конце наблюдаемой Вселенной, предстают перед нами такими, какими они были почти 14 миллиардов лет назад. Но все же это нельзя назвать физической границей космоса.
Наш обзор в космосе ограничен мощностью современных технологий, и мы не можем заглянуть за край обозримой нами Вселенной, а ведь там дальше тоже есть огромное космическое пространство. Все, что мы наблюдаем, довольно однородный космос, и, скорее всего, так будет и дальше. Вселенная может оказаться в виде сферы, как вариант. В таком случае космос будет ограничен, но по-прежнему не будет иметь физических границ, потому что у шара нет ни начала, ни конца.
Также нельзя сбрасывать со счетов и теорию мультивселенной, согласно которой космос не однородный и может сильно меняться в некоторых регионах. Пока мы не можем доказать ни того, ни другого, поэтому сейчас разумно сохранять нейтралитет и не отдавать предпочтение ни одной из теорий.
Джо Данкли, профессор физики и астрофизических наук
Наши исследования дают нам возможность предполагать, что Вселенная не имеет границ, что она постоянно расширяется или сворачивается в сферу. Таким образом, даже если она замкнута, это еще не значит, что у нее есть границы. Возьмем к примеру пончик. Есть ли границы у поверхности пончика? Естественно, нет, но при этом мы понимаем, что данная поверхность не бесконечна, так ведь? Что нам это дает? То, что мы способны обогнуть весь космос, двигаясь все время прямо, и в конце концов вернуться в точку старта. Нет ни конца, ни края.
Но с другой стороны у нас есть край наблюдаемой Вселенной, которая ограничена дальностью нашего обзора. Этот край находится в том месте, откуда свет не смог добраться до нас от начала времен. Что находится за этим пределом? Скорее всего, все то же самое, что и здесь: звезды, планеты, галактики.
ПОВЕРХНОСТЬ ПОСЛЕДНЕГО РАССЕЯНИЯ
Джесси Шелтон, доцент физики и астрономии
Хотите знать, что там на конце света? Сначала подумайте, что люди имеют ввиду, говоря о крае космоса? Скорость света не изменяется, поэтому, чем больше космического пространства мы видим, тем больше углубляемся в прошлое. Взгляните хотя бы на галактику Андромеду, самую близкую к нам. Мы наблюдаем в ней события из прошлого, которые произошли примерно 2-2,5 миллиона лет назад. Именно столько нужно, чтобы свет от звезд этой галактики дошел до нас. Самый древний свет, который нам довелось наблюдать, шел к нам из самых далеких уголков Вселенной, поэтому метафорически мы можем считать краем космоса именно его. Это отголоски Большого Взрыва, начала времен. Тот самый момент, когда пространство остыло на столько, что в нем начали формироваться атомы. Данное явление получило название поверхности последнего рассеяния – место и время, когда фотоны света из горячей плазмы переместились в холодный вакуум, в котором и начали свое движение в далекий космос, в сторону нашей планеты, где мы их и увидели. Поэтому поверхность последнего рассеяния можно назвать краем Вселенной.
Что же происходит в конце мира сегодня? К сожалению, это нам не известно, и не будет известно. Потому что, даже если прямо сейчас свет оттуда отправился в нашу сторону, пройдут миллиарды лет, пока он нас достигнет. Поэтому мы можем лишь строить предположения об этом.
Если основываться на том, что мы сейчас видим в космосе, то, скорее всего, там, на краю Вселенной, сейчас происходит то же самое. Окажись вы сейчас там, то, возможно, даже не увидели бы особых различий. Край Вселенной – это не конец, а ее продолжение. Еще больше звезд и галактик, а возможно и форм жизни, перед которыми сейчас стоит тот же вопрос.
Майкл Троксель, доцент физики
Вероятнее всего, что Вселенная не имеет конца и края. Но даже при этом у нее может быть множество краев.
Если Вселенная открыта со всех сторон, то она бесконечна. Если же это замкнутая система, как сфера, то она автоматически становится конечной, но по-прежнему не имеет границ. Потому что, двигаясь по поверхности шара, мы в конечном итоге придем в начальную точку нашего путешествия.
В нашем понимании у Вселенной есть два края. Общая теория относительности говорит о том, что скорость любого явления во Вселенной ограничена скоростью света, и это правило работает в любой ее точке. Мы уже поняли, что Вселенная постоянно расширяется во все стороны, и с течением времени это расширение становится все быстрее. А значит, что наблюдаемому нами объекту в далеком космосе, нужно некоторое время, чтобы его свет достиг Земли. Но, так как Вселенная постоянно расширяется, то и расстояние, которое свету нужно пройти до нас, тоже увеличивается со временем.
В таком случае, какую наибольшую дистанцию мы могли бы рассмотреть, если бы свет шел к нам от самого начала времен, от того, что случилось практически сразу после Большого Взрыва? Эта дистанция составляет 47 000 000 000 световых лет. У него даже есть собственное наименование: космологический горизонт.
Взглянем на эту ситуацию с другой стороны и зададим вопрос по-новому: какая самая большая дистанция может быть для того, чтобы отправить и получить информацию, летящую со скоростью света? Тут все становится чуточку интереснее, так как космос расширяется не с одинаковой, а с непрестанно растущей скоростью.
Из этого следует, что наше сообщение может блуждать по космосу хоть бесконечно, оно все равно не сможет попасть в то место, которое находится более чем в 16 миллиардах световых лет от Земли в данный момент. Самая далекая планета, которую нам удалось увидеть, расположена в 25 000 световых лет от Земли, а самая далекая галактика – в 13,3 миллиардах. Таким образом, мы не видим, что сейчас происходит на том краю Вселенной, а они, если там кто-то есть, не видят нас. Поэтому никто не может сказать, что находится на обоих концах Вселенной.
Эбигейл Вирегг, доцент космологической физики
С помощью земных телескопов вы видим свет, который идет от нас из глубин космоса. Чем эти глубины дальше, тем дольше мы будем ждать от них сигнал. Поэтому, смотря на отдаленные звезды, вы видите то, как они выглядели очень и очень давно, а не то, какими они являются сегодня. Чем дольше вы на них смотрите, тем дальше во времени движетесь. И смотреть вы будете до тех пор, пока не увидите практически самое начало времен – несколько тысяч лет после образования Вселенной. Но дальше заглянуть вы, увы, не сможете. Потому что до этого Вселенная была неимоверно горячей и плотной, не было ни звезд, ни планет, ни даже атомов. Фотоны света просто прыгали в этой горячей плазме туда-сюда, пытаясь зацепиться за что-нибудь и вылететь из нее.
Увидеть такое не позволят даже самые передовые телескопы Земли. Поэтому это и можно назвать краем Вселенной, наблюдаемой Вселенной. Проще говоря, это горизонт. Ведь мы не можем ни посмотреть, что происходит за ним, ни даже приблизиться к нему. Однако даже он не властен над временем и расширением Вселенной, поэтому постоянно смещается. Если бы у нас была возможность увидеть Вселенную из любой другой планеты, вероятнее всего мы бы наблюдали все тот же космос, с теми же звездами, который заканчивается лишь там, где начинается время, ограничивается скоростью фотонов, летящих к нам почти от самого Большого взрыва, и, конечно же, расширением космоса.
Как нам увидеть этот горизонт? Скорее всего, никак. Мы можем видеть лишь то, каким он был после Большого Взрыва, но не то, каков он есть сейчас. Однако результаты исследований в один голос кричат о том, что вся обозримая нами Вселенная выглядит примерно идентично. Все те же звезды, галактики и космический вакуум.
Вселенная гораздо более обширна чем тот малюсенький кусочек, что доступен нам для обзора с нашей планеты. Поэтому, вероятнее всего, нет никакого края Вселенной. Есть лишь пространство-время, которое постоянно увеличивается в размерах.
Источник