Как далеко простирается космос?
Большинство астрономов считают, что та Вселенная, которую мы можем наблюдать,— это только часть всей Вселенной. Они представляют Вселенную распространяющейся далеко в пространстве. Но как далеко она распространяется? Или она бесконечна? А может быть, где-то ей есть конец? А если есть конец, то что находится за ним?
Астрономы думают, что ответы на эти вопросы можно найти в самой природе космоса. По современной теории, Вселенная закручена вокруг самой себя. Это означает, что вы никогда не выйдете из этого пространства, так как ваш путь, идущий по кругу, снова приведет вас в начальную точку.
Вот пример, который поможет понять это: представьте себе самолет, летящий из Нью-Йорка в Сан-Франциско. Если он полетит по прямой, то к тому времени, когда он будет над Сан-Франциско, он окажется на 3000 километров выше в воздухе. Так случается потому, что Земля круглая. А самолет, летящий по прямой, улетает прочь от Земли в открытое пространство.
Чтобы попасть из Нью-Йорка в Сан-Франциско, самолет должен лететь по дуге, копируя изогнутую поверхность Земли. Астрономы считают, что Вселенная закручена особым путем. Это не так просто, как в примере с Землей. Нельзя изобразить это на картинке или создать модель. Закрученность космоса, однако, может быть определена при помощи высшей математики.
Точно также, как можно облететь Землю, не покидая ее, можно очень долго путешествовать и во Вселенной, все время оставаясь внутри нее.
Источник
Бесконечна ли Вселенная, и есть ли у нее границы?
Наверняка каждый из нас ночью, пытаясь уснуть, пытался понять — бесконечна ли Вселенная на самом деле? И если бесконечна — то как такое возможно? Как так может быть, что пространство нигде не заканчивается? Или у него есть все же определенный предел? И если он есть, то что находится там, за этим пределом?
Как правило, результаты этих размышлений ничем не заканчивались. И мозг медленно погружался в узоры на ковре, висящем на стене, превращая их в карусели сияющих в бесконечном пространстве Галактик…😊
Из всех научных вопросов, о которых Вы внезапно можете задуматься, о бесконечности Вселенной, несомненно, один из самых сложных. И на данный момент на него невозможно ответить однозначно. Ученые предполагают, что обе возможности реальны. И у каждого подхода есть свои сторонники и противники.
Установление истины о том, есть ли у Вселенной какие-то границы, в конечном итоге зависит от выяснения ее формы и размера. И того, какую часть космоса мы, на самом деле, наблюдаем фактически.
Какую форму имеет Вселенная?
Лишь установление истинной формы Вселенной может открыть нам истину о том, какие она имеет размеры на самом деле. Космологи предполагают, что Вселенная, вероятно, может иметь одну из трех возможных форм, которые зависят от кривизны пространства.
Итак, по мнению некоторых исследователей, Вселенная может быть плоской. То есть без кривизны. И при этом бесконечной. А еще она может быть открытой, и иметь форму седла (с отрицательной кривизной). И снова бесконечной.
И третий вариант. Самый доступный для понимая нашим ограниченным трехмерным мозгом. Вселенная может быть замкнутой. Она может выглядеть как некая четырехмерная сфера. И быть вполне себе конечной.
Так какая же форма у Вселенной на самом деле? Лауреат Нобелевской премии космолог Джон Мазер из Центра космических полетов имени Годдарда, НАСА, недавно высказал свое мнение по этому поводу. Он утверждает, что наблюдения космического микроволнового фонового излучения (CMB), оставшегося со времени Большого взрыва, подтверждают идею плоской Вселенной. И что она не имеет какой-либо кривизны (по крайней мере, в пределах наблюдаемого пространства).
«Вселенная плоская, как бесконечный лист бумаги», — заявил Мазер. «Вы сможете продолжать двигать бесконечно долго в любом направлении. И Вселенная везде будет такой же, как и здесь. То есть более и ли менее однородной».
Геометрия Вселенной определяется параметром плотности Ω в рамках космологических уравнений Фридмана. Автор: NASA / WMAP Science Team
Измерение размеров Вселенной
Текущие расчеты говорят, что наблюдаемая Вселенная простирается на 46,5 миллиарда световых лет во всех направлениях. А ее диаметр составляет 93 миллиарда световых лет в поперечнике.
Почему же так получилось? Ведь возраст Вселенной составляет 13,8 миллиарда лет! Тут есть нюанс. Свету, летящему с самого дальнего края наблюдаемой Вселенной потребовалось 13,8 миллиарда световых лет, чтобы достичь наших глаз. Однако со времени Большого Взрыва Вселенная продолжала расширяться со скоростью, которая, как нам кажется, все время увеличивается. И даже, для самых отдаленных рубежей, уже значительно превышает скорость света. Именно поэтому край наблюдаемой Вселенной переместился очень далеко от нас. И находится уже на расстоянии 46,5 миллиарда световых лет.
По разным оценкам, это огромное пространство включает от 200 миллиардов до 2 триллионов галактик. А в каждой из этих галактик в среднем не менее 100 миллиардов звезд.
Эти гигантские числа просто невозможно осознать. Но как ученые все это рассчитали?
Для этого они используют различные инструменты и методы, называемые «лестницей космических расстояний». Они начинают с расстояний, которые можно измерить напрямую. Например, при отражении радиоволн от близлежащих тел в Солнечной системе. Для этого измеряется время, через которое эти радиоволны возвращаются обратно на Землю. Поскольку скорость распространения радиоволн известна, по времени их задержки вычисляется расстояние, которое они преодолели.
Для расстояний, которые сложнее измерить, например для галактик на границе Вселенной, астрономы используют выводы, основанные на расчетах и данных наблюдений.
Например, они используют метод «измерения параллакса». Он основан на измерении смещения звезды по отношению к объектам на ее фоне. А также информацию о «главной последовательности», которая содержит все наши знания об эволюции звезд. И, соответственно, об их классе светимости. Знание того, как яркость звезды связана с расстоянием до нее, имеет первостепенное значение при определении местоположения очень далеких объектов. То же самое происходит и при анализе красного смещения, который включает в себя измерение изменений длин волн света, исходящего от далеких галактик.
А как насчет ненаблюдаемой Вселенной?
Если Вы заметили, все приведенные выше числа и факты относятся к наблюдаемой части Вселенной. Или той шарообразной части космоса, которую можно каким-то образом увидеть с Земли. Или обнаружить с помощью космических телескопов и зондов. Но как насчет частей Вселенной, которые мы не видим? Ведь некоторые из них могут находиться слишком далеко от нас, чтобы свет, излученный после Большого взрыва, успел достичь Земли!
Исследование, проведенное группой британских ученых, показало, что фактический размер Вселенной может быть как минимум в 250 раз больше того, что мы наблюдаем. Исследователи рассчитали, что замкнутая и конечная Вселенная будет содержать примерно от 250 до 400 объемов наблюдаемой нами ее части.
Другая гипотеза, озвученная такими учеными, как лауреат Нобелевской премии Роджер Пенроуз, заключается в том, что Большой взрыв был лишь одним из эпизодов космической эволюции, которая происходит с нашей Вселенной. И на самом деле могло быть несколько Больших взрывов, за которыми следовали так называемые Большие сжатия. То есть существуют периоды, когда Вселенная перестает расширяться и схлопывается, чтобы потом взорваться снова.
Есть ли у Вселенной край?
И все же. Является ли Вселенная конечной? Или она представляет собой постоянно расширяющийся пузырь, у которого есть «край»? Есть ли место в космосе, куда Вы можете подойти, посмотреть вниз и сказать: «Ага. Вот он, конец Вселенной! Дальше нет ничего!».
Скорее всего, ответ на этот вопрос — нет.
Роберт Макнейс, доцент физики Чикагского университета, утверждает, что Вселенная изотропна. Это означает, что она следует так называемому «космологическому принципу». То есть обладает одинаковыми свойствами, и подчиняется одним и тем же законам физики во всех направлениях.
Если это так, то Вселенная очень похожа на поверхность воздушного шара. Представьте, что Вы муравей, ползущий по воздушному шару. Вы не заметили бы ничего особенного, если бы просто продолжали ползти и ползти вперед. В конце концов Вы, вероятно, вернетесь туда, откуда начали. Однако не поймете этого, если не оставите никаких подсказок. И такое путешествие может продолжаться вечно…
Но если бы кто-то вдохнул в воздушный шар побольше воздуха, пока Вы продолжаете ползти по нему, Вы бы почувствовали, что некоторые части воздушного шара удалились друг от друга. Хм.
Но это не важно. Потому что Вы все равно не найдете никогда край своего воздушного шара.
Подобно муравьям, нам вряд ли удастся добраться до конца Вселенной. Но однажды мы все же, наверное, сможем ответить на один вопрос — действительно ли она бесконечна? Или, все же, имеет какую-то реальную границу?
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
Источник
Насколько велика вся ненаблюдаемая Вселенная целиком?
Как велика наблюдаемая нами часть Вселенной? Давайте поразмышляем как далеко мы можем заглянуть в космос.
Изображение, полученное с телескопа Хаббл, демонстрирует массивное скопление галактик PLCK_G308.3-20.2, ярко светящихся в темноте. Именно так выглядят огромные участки удалённой Вселенной. Но как далеко простирается известная нам Вселенная, включая и ту часть, что мы не можем наблюдать?
13,8 млрд лет назад произошёл Большой взрыв. Вселенная заполнилась материей, антиматерией, излучением, и существовала в сверхгорячем и сверхплотном, но расширяющемся и охлаждающемся состоянии.
Как выглядит вселенная
К сегодняшнему дню её объём, включающий наблюдаемую нами Вселенную, расширился до того, что его радиус составляет 46 млрд световых лет, и свет, сегодня впервые приходящий в наши глаза, соответствует пределам того, что мы способны измерить. А что же находится дальше? Что насчёт ненаблюдаемой части Вселенной?
История Вселенной, определена настолько хорошо, насколько далеко в прошлое мы способны заглянуть при помощи различных инструментов и телескопов. Но можно сказать, прибегая к тавтологии, что наши наблюдения могут дать нам информацию только о наблюдаемых её частях. Обо всём остальном приходится догадываться, и эти догадки хороши лишь настолько, насколько хороши лежащие в их основе предположения.
Сегодня Вселенная холодная и комковатая, а ещё она расширяется и оказывает гравитационное воздействие. Заглядывая далеко в космос, мы не только смотрим на далёкие расстояния, но и видим далёкое прошлое, из-за конечной скорости света.
Удалённые части Вселенной менее комковатые и более однородные, у них было меньше времени на формирование более крупных и сложных структур под воздействием гравитации.
Ранняя, удалённая от нас Вселенная, также была и горячее. Расширяющаяся Вселенная приводит к увеличению длины волны распространяющегося по ней света. С её растяжением свет теряет энергию, охлаждается. Это означает, что в далёком прошлом Вселенная была горячее – и этот факт мы подтвердили, наблюдая за свойствами удалённых частей Вселенной.
Исследование от 2011 года (красные точки) даёт наилучшие из имеющихся на сегодня свидетельств того, что температура реликтового излучения в прошлом была выше. Спектральные и температурные свойства пришедшего издалека света подтверждают тот факт, что мы живём в расширяющемся пространстве.
Исследования
Мы можем измерить температуру сегодняшней Вселенной, спустя 13,8 млрд лет после Большого взрыва, изучая излучение, оставшееся от того горячего, плотного раннего состояния.
Сегодня оно проявляет себя в микроволновой части спектра и известно, как реликтовое излучение. Оно укладывается в спектр излучения абсолютно чёрного тела и имеет температуру 2,725 К, и довольно легко показать, что эти наблюдения с удивительной точностью совпадают с предсказаниями модели Большого взрыва для нашей Вселенной.
Реальный свет Солнца (слева, жёлтая кривая) и абсолютно чёрного тела (серая). Благодаря толщине фотосферы Солнца оно больше относится к чёрным телам. Справа – реальное реликтовое излучение, совпадающее с излучением чёрного тела, по измерениям спутника COBE. Заметьте, что разброс ошибок на графике справа удивительно мал (в районе 400 сигм). Совпадение теории с практикой историческое.
Более того, нам известно, как меняется энергия этого излучения с расширением Вселенной. Энергия фотона обратно пропорциональна длине волны. Когда Вселенная была в два раза меньше, у фотонов, оставшихся от Большого взрыва, энергия была в два раза больше; когда размер Вселенной составлял 10% от её текущего, энергия этих фотонов была в 10 раз большей.
Если мы захотим вернуться назад, к моменту, когда размер Вселенной составлял 0,092% от её текущего, мы обнаружим, что Вселенная была в 1089 раз горячее, чем сегодня: порядка 3000 К. При таких температурах Вселенная способна ионизировать все содержащиеся в ней атомы. Вместо твёрдых, жидких или газообразных веществ, вся материя во всей Вселенной пребывала в виде ионизированной плазмы.
Вселенная, в которой свободные электроны и протоны сталкиваются с фотонами, превращается в нейтральную, прозрачную для фотонов, по мере остывания и расширения. Слева – ионизированная плазма до испускания реликтового излучения, справа – нейтральная Вселенная, прозрачная для фотонов.
Три основных вопроса
К размеру сегодняшней Вселенной мы подходим, разбираясь в трёх связанных между собой вопросах:
- Как быстро Вселенная расширяется сегодня – это мы можем измерить несколькими способами.
- Насколько горячая Вселенная сегодня – это мы можем узнать, изучая реликтовое излучение.
- Из чего состоит Вселенная – включая материю, излучение, нейтрино, антиматерию, тёмную материю, тёмную энергию, и т.д.
Используя сегодняшнее состояние Вселенной, мы можем провести экстраполяцию назад, к ранним этапам горячего Большого взрыва, и прийти к значениям для возраста и размера Вселенной.
Логарифмический график зависимости размера наблюдаемой Вселенной, в световых годах, от количества времени, прошедшего с момента Большого взрыва. Всё это применимо лишь к наблюдаемой Вселенной.
Из всего набора доступных наблюдений, включающих реликтовое излучение, данные по сверхновым, наблюдения крупномасштабных структур и акустических барионных осцилляций, мы получаем картину, описывающую нашу Вселенную.
Спустя 13,8 млрд лет после Большого взрыва её радиус составляет 46,1 млрд световых лет. Это граница наблюдаемого. Всему, что находится дальше, даже движущемуся со скоростью света с момента горячего Большого взрыва, не хватит времени на то, чтобы добраться до нас.
С течением времени увеличиваются возраст и размер Вселенной, и всегда будет существовать граница того, что мы можем увидеть.
Художественное представление наблюдаемой Вселенной на логарифмической шкале. Отметьте, что мы ограничены в том, как далеко можем заглянуть в прошлое, количеством времени, прошедшим с горячего Большого взрыва. Это 13,8 млрд лет, или (учитывая расширение Вселенной) 46 млрд световых лет. Все, живущие в нашей Вселенной, в любой её точке, увидят почти такую же картину.
Что за пределами
Что мы можем сказать по поводу той части Вселенной, что находится за пределами наших наблюдений? Мы можем лишь предполагать на основании законов физики и того, что мы можем измерить в нашей, наблюдаемой части.
К примеру, мы видим, что Вселенная на крупных масштабах пространственно плоская: она не искривлена ни положительно, ни отрицательно, с точностью в 0,25%. Если мы предположим, что наши законы физики сформулированы верно, мы можем оценить, насколько большой может быть Вселенная до тех пор, пока она не замкнётся на себя.
Величины горячих и холодных участков и их масштабы говорят о кривизне Вселенной. Насколько точно мы способны измерить, она выглядит идеально плоской. Акустические барионные осцилляции дают ещё один метод наложения ограничений на кривизну, и приводят к сходным результатам.
Слоановский цифровой небесный обзор и спутник Планк дают нам наилучшие данные на сегодня. Они говорят о том, что если Вселенная и искривляется, замыкаясь на себя, то та её часть, что мы можем видеть, настолько неотличима от плоской, что её радиус должен не менее чем в 250 раз превышать радиус наблюдаемой части.
Это значит, что ненаблюдаемая Вселенная, если в ней нет никаких топологических странностей, должна иметь диаметр не менее 23 триллионов световых лет, а её объём должен быть, по крайней мере, в 15 млн раз больше, чем наблюдаемый нами.
Но если позволить себе рассуждать теоретически, мы можем вполне убедительно доказать, что размеры ненаблюдаемой Вселенной должны значительно превышать даже эти оценки.
Наблюдаемая Вселенная может иметь размер в 46 млрд световых лет во всех направлениях от нашего местоположения, но за этими пределами определённо существует и большая её часть, ненаблюдаемая, возможно, даже бесконечная, похожая на ту, что видим мы. Со временем мы сможем увидеть немного больше, но не всю её.
Горячий Большой взрыв может отмечать появление известной нам наблюдаемой Вселенной, но он не отмечает зарождение самого пространства и времени. До Большого взрыва Вселенная проходила период космической инфляции. Она была заполнена не материей и излучением, и не была горячей, а:
- была заполнена энергией, присущей самому пространству,
- расширялась с постоянной, экспоненциальной скоростью,
- и создавала новое пространство так быстро, что самая малая из возможных длин, планковская длина [1,6 × 10-35 м], растягивалась до размеров наблюдаемой сегодня Вселенной каждые 10-32 секунды.
Инфляция заставляет пространство расширяться экспоненциально, что может очень быстро привести к тому, что искривлённое или не гладкое пространство станет выглядеть плоским. Если Вселенная искривлена, радиус её кривизны, по меньшей мере, в сотни раз больше того, что мы можем наблюдать.
В нашей части Вселенной инфляция действительно подошла к концу. Но три вопроса, на которые мы не знаем ответов, чрезвычайно сильно влияют на реальный размер Вселенной, и то, является ли она бесконечной:
- Насколько велик участок Вселенной после инфляции, породивший наш Большой взрыв?
- Верна ли идея вечной инфляции, по которой Вселенная бесконечно расширяется, по крайней мере, в некоторых регионах?
- Как долго длилась инфляция, пока не остановилась и не породила горячий Большой взрыв?
Возможно, что та часть Вселенной, где шла инфляция, смогла вырасти до размера, не сильно превышающего то, что мы можем наблюдать. Возможно, что в любой момент появится свидетельство наличия «края», на котором закончилась инфляция. Но также возможно, что Вселенная в гуголы раз больше наблюдаемого. Не ответив на эти вопросы, мы не получим ответа на главный.
Огромное количество отдельных регионов, в которых произошёл Большой взрыв, разделяется пространством, постоянно растущим в результате вечной инфляции. Но мы не имеем понятия, как проверить, измерить или получить доступ к тому, что лежит за пределами нашей наблюдаемой Вселенной.
За пределами того, что мы можем видеть, скорее всего, находится ещё больше Вселенной, такой же, как и наша, с теми же законами физики, с теми же космическими структурами и такими же шансами на сложную жизнь.
Также у «пузыря», в котором закончилась инфляция, должен быть конечный размер, при том, что экспоненциально большое число таких пузырей содержится в более крупном, расширяющемся пространстве-времени.
Но даже если вся эта Вселенная, или Мультивселенная, может быть невероятно большой, она может и не быть бесконечной. На самом деле, если только инфляция не продолжалась бесконечно долго, или Вселенная не родилась бесконечно большой, она должна быть конечной.
Как ни велика наблюдаемая нами часть Вселенной, как ни далеко мы можем заглянуть, всё это составляет лишь малую долю того, что должно существовать там, за пределами.
Самая большая проблема состоит в том, что у нас не хватает информации для определённого ответа на вопрос. Мы знаем только, как получить доступ к информации, доступной внутри нашей наблюдаемой Вселенной: эти 46 млрд световых лет во всех направлениях.
Ответ на самый большой вопрос, о конечности или бесконечности Вселенной, может быть спрятан в самой Вселенной, но мы не можем познать достаточно большую её часть, чтобы знать наверняка. И пока мы не разберёмся с этим, или не придумаем хитроумную схему расширения границ возможностей физики, у нас будут оставаться одни только вероятности.
опубликовано econet.ru Если у вас возникли вопросы по этой теме, задайте их специалистам и читателям нашего проекта здесь.
Понравилась статья? Напишите свое мнение в комментариях.
Подпишитесь на наш ФБ:
Источник