Бесконечна ли Вселенная?
Не осталось четких или окончательных доказательств того, что Вселенная либо конечна, либо бесконечна, хотя есть некоторые интригующие аргументы и предлагаемые теории с обеих сторон. Однако самое замечательное в этой загадке заключается в том, что из-за природы Вселенной мы, возможно, никогда не сможем по-настоящему узнать ответ!
Когда вы в последний раз смотрели в усыпанное звездами небо за много километров от любого другого источника света? Когда тысячи звезд простираются над вами, рассеивая свой свет за миллионы или миллиарды километров от вас, это просто ошеломляет. Чем дольше вы вглядываетесь, тем больше звезд появляется, чем вы могли бы сосчитать, если бы потратили на это всю ночь! Однако любой, кто имеет смутное представление о нашей галактике и Вселенной, знает, что на самом деле в одном только Млечном Пути есть миллиарды звезд, что намного больше, чем несколько тысяч, которые мы можем видеть с Земли!
За пределами нашей галактики Млечный Путь находится более 150 миллиардов других галактик, каждая со своим огромным количеством звезд. Нашему релятивистскому мозгу практически невозможно понять эти числа, поэтому большинство людей думают о Вселенной как о бесконечно большой и бесконечной пустоте. В большинстве повседневных ситуаций это убеждение не имеет большого значения, но верно ли оно? Бесконечна вселенная или нет?
Сложный вопрос
Первоначальный ответ на вопрос, бесконечна ли вселенная или конечна. мы не знаем. Что мы знаем с уверенностью, так это то, что Большой взрыв произошел 13,8 миллиардов лет назад, что означает, что это возраст Вселенной. Однако из-за инфляции Вселенной, а также, по-видимому, ускоряющегося расширения каждого наблюдаемого уголка Вселенной, самый дальний свет, который мы смогли обнаружить, находится примерно в 46 миллиардах световых лет во всех направлениях. Это означает, что в настоящее время мы знаем, что Вселенная имеет по меньшей мере 92 миллиарда световых лет в поперечнике. Она может быть намного больше, но у нас нет способа узнать. Свет из — за этого вселенского «края» после Большого взрыва не успел достичь Земли или наших наблюдательных спутников в космосе.
Вопрос также осложняется представлениями большинства людей о том, что такое вселенная на самом деле и как она образовалась. Многие люди думают о Большом Взрыве, происходящем в совершенно пустой пустоте, вакууме без энергии или материи, когда внезапно началось массивное расширение, извергающее материю и энергию с невообразимой скоростью, что в конечном итоге привело к образованию всех известных нам сегодня скоплений галактик, туманностей, звезд, планет и лун.
Однако это упрощенный взгляд на Большой взрыв, который в значительной степени был отвергнут экспертами. Ключ к пониманию предельной загадки Вселенной (Большой взрыв) заключается в том, что он начался не с одной точки, которая повлияла на остальную часть «пространства». Все пространство было вовлечено в Большой взрыв, который ранее был сжат с почти бесконечной плотностью.
В первые мгновения Вселенной после Большого взрыва объем и плотность материи были несколько однородны, но как только началось охлаждение и дифференциация на атомы, области накопления массы и области пустого пространства стали более определенными. Вся энергия и материя начали расширяться, удаляясь со скоростью света от всего остального; точно так же расширялось и пустое пространство между объектами (часто быстрее скорости света).
Иллюстрация расширения вселенной после большого взрыва.
Вот почему мы можем обнаружить свет на расстоянии 46 миллиардов световых лет (в том числе благодаря гравитационному линзированию), хотя наша Вселенная существует в своем нынешнем виде всего 13,8 миллиарда лет.
Это говорит о том, что во Вселенной существует «внешнее», как если бы теоретически можно было выйти наружу и затем наблюдать снаружи системы. Однако у нас нет никаких доказательств того, что такое «внешнее» существует, что является сильным аргументом в пользу теории бесконечной вселенной.
Может ли это быть бесконечным?
Мысль о том, что все сущее «бесконечно», опять же, очень трудна для человеческого ума. Наше существование изначально определяется границами и ограничениями, поэтому “бесконечное” число возможностей немыслимо. Однако если вселенная бесконечна, то существует вероятность (пусть и небольшая), что точно такое же расположение атомов и молекул существует и в других местах. Экстраполируя это дальше, можно было бы также найти место, где те же самые структуры атомов и молекул образовали бы другую Землю, с жизнью, которая развивалась бы таким же образом, а это означало бы, что где-то еще в этой бесконечной вселенной существовал бы другой «ты».
Это может звучать как научная фантастика, но это та область, где должны проводиться дискуссии о «бесконечном». Хотя эти, казалось бы, диковинные мысленные эксперименты кажутся невозможными, у нас нет возможности должным образом опровергнуть их.
Некоторые теоретики и астрофизики, включая Эйнштейна, пытались определить «форму» Вселенной, особенно после того, как Эйнштейн предположил, что время и пространство могут искривляться или даже складываться. Одна из наиболее популярных теорий этой универсальной формы — «замкнутая петля». Представьте себе это с точки зрения нашей собственной планеты; Вплоть до нескольких веков назад люди верили, что мир плоский, так как они могли видеть только горизонт, и не могли наблюдать кривизну планеты, чтобы распознать ее как сферу.
В более крупном масштабе, когда мы смотрим на Вселенную, она кажется плоской, почти как лист бумаги, и нет никакой заметной кривизны. Тем не менее мы продолжаем наблюдать «противоположные» стороны Вселенной, надеясь, что сможем распознать закономерности сходства, подобные тому, что наблюдается на нашей планете, где человек в конечном итоге достиг бы своего первоначального местоположения, если бы он шел в одном направлении достаточно долго.
Несмотря на то, что в настоящее время мы не можем увидеть кривизну Вселенной, было высказано предположение, что если бы Вселенная была по крайней мере в 250 раз больше, чем наша наблюдаемая в настоящее время Вселенная, она потенциально все еще могла бы изгибаться назад (где-то за пределами нашей способности видеть). Хотя это сделало бы объем Вселенной в миллиарды раз больше, чем мы видим сейчас, это возможно. Учитывая это теоретическое ограничение, Вселенная все равно будет считаться конечной.
Дискуссии о Большом взрыве, размере и форме Вселенной, потенциале мультивселенных, темной энергии, темной материи и десятках других загадочных тем продолжают увлекать и очаровывать экспертов, которые проводят свою жизнь, глядя на звезды. Ученые и академики любят твердые ответы и измеримые величины, но когда вы говорите о самом большом возможном масштабе (всей Вселенной), такие окончательные ответы часто неуловимы или невозможно когда-либо доказать. В то время как охота за истиной толкает вперед, человеку, возможно, придется смириться с тем, что некоторые тайны не предназначены для того, чтобы быть разгаданными.
Источник
Парадоксы Вселенной
«Есть две бесконечности — Вселенная и глупость. Впрочем, я не уверен насчет Вселенной»
Бесконечность Вселенной. Расширяющаяся Вселенная. Голографическая Вселенная. Фрактальная Вселенная. Мультивселенная. Большой Взрыв. Темная материя. Антиматерия. Черные дыры. Вселенная – Матрица. Жизнь во Вселенной 12 млрд. лет назад.
Есть ли у Вселенной центр? Есть ли у неё границы? Человечество живет в моделируемой или реальной Вселенной? Возможно, наш мир представляет собой часть Мультимира? Чем большими сведениями располагают ученые о Вселенной, тем больше перед ними возникает неразрешимых парадоксов.
Бесконечность Вселенной
Действительно ли Вселенная бесконечна или просто очень велика? Поскольку размеры Вселенной, время ее существования, масса вещества не могут быть выражены числовыми значениями, ученые ввели понятие бесконечности космоса. В соответствии с теорией Фридмана, конечная Вселенная должна либо расширяться, либо сжиматься. Парадокс заключается в том, что понятие расширения или сжатия Вселенной в случае ее бесконечности не имеют смысла. Возникновение Вселенной в момент Большого Взрыва из объема в один нейтрон, опровергается ее бесконечностью.
Если исходить из того, что время — понятие векторное и не имеет обратной направленности, следовательно, до Большого Взрыва времени не существовало. Согласно теории Эйнштейна пространство и время не могут существовать друг без друга, значит, был такой момент, когда не было пространства. Этот парадокс для большинства ученых является основанием утверждать об отсутствии Бога, создавшего Вселенную.
Расширяющаяся Вселенная
Вселенная непрерывно расширяется и расстояния между галактиками постоянно увеличиваются. Чем дальше находится Галактика, тем быстрее она удаляется. Вселенная начала расширяться 13,75 млрд. лет назад после Большого взрыва. В момент рождения она расширялась быстрее скорости света, сейчас расширение Вселенной продолжает стремительно ускоряться.
Популяризатор науки, физик Мичио Каку в книге «Параллельные миры» пишет, что «расширение Вселенной является длительным и вечным, большие взрывы случаются постоянно, одни вселенные «отпочковываются» от других вселенных. Согласно этому сценарию, вселенные могут «распускаться бутонами» других вселенных, создавая тем самым «Мультивселенную» — гипотетическое множество всех возможных реально существующих параллельных вселенных, включая ту, в которой находимся мы».
Поскольку эволюция Вселенной происходит не однородно, а скорость, с которой сверхновые звёзды движутся от нас, увеличивается, учёные выдвинули гипотезу существования гипотетических параллельных миров и параллельных Вселенных.
Голографическая Вселенная
Известный астрофизик современности Стивен Хокинг убеждён, что наша Вселенная не является единственной. Согласно современной физической М-теории (мембранная теория), существует огромное множество вселенных, созданных буквально из ничего, и их создание не требовало вмешательства какого-либо сверхъестественного существа или Бога. («Великий замысел»). И первым шагом на пути создания новой картины мира является концепция голографической Вселенной.
Основные положения голографического принципа были сформулированы в середине XX века Дэвидом Бомом, учеником Альберта Эйнштейна. Согласно теории Бома, весь мир устроен как голограмма. Вселенная представляет собой гигантскую голограмму, где самая крошечная часть изображения несет информацию об общей картине, где всё взаимосвязано и взаимозависимо.
Фрактальная Вселенная
Сегодня не существует одной математической модели или теории, которая могла бы описать каждый аспект Вселенной. Теория бесконечной вложенности материи — фрактальная теория – это альтернативная теория, не входящая в стандартные академические области науки. В настоящее время теории фрактальной Вселенной не существует. Если академическая наука признает, что материя во Вселенной распределена в виде фрактала, потребуется пересмотр практически всех существующих моделей Вселенной.
Большинство учёных признают, что Вселенная имеет фрактальную структуру: планетарные системы объединены в галактики, галактики в кластеры, кластеры в суперкластеры и так далее. Ранее учёные полагали, что распределение материи можно считать непрерывным, начиная с объектов размером около 200 миллионов световых лет. Данные о более чем 900 тысячах галактик и квазаров показали, что непрерывность отсутствует и при масштабе в 300 миллионов световых лет.
Полученные выводы противоречат основам теории Большого Взрыва, согласно которой в первые моменты после рождения Вселенной материя была распределена равномерно и непрерывно.
Мультивселенная
Расширяющаяся вокруг нас Вселенная — не единственная, нас могут окружать миллиарды других вселенных. Возможно, наш мир представляет собой лишь часть Мультимира — гипотетического множества всех возможных параллельных вселенных. Существуют гипотезы, что вселенные Мультимира могут быть с разными законами физики и разным количеством пространственных измерений.
Путем моделирования на суперкомпьютере, исследователи впервые продемонстрировали, как в нашей Вселенной образовалось три пространственных измерений из десяти, девять из которых относились к пространству, а одно ко времени. Полученные результаты продемонстрировали, что привычное для нас трехмерное пространство, первоначально состояло из девяти измерений, как и предсказывает теория суперструн.
Большой Взрыв.
Согласно теории Большого Взрыва, приблизительно 13,7 млрд. лет назад вся Вселенная была сжата в точку нулевого размера, сферу с нулевым радиусом. Расстояние между соседними галактиками должно было равняться нулю. Плотность Вселенной и кривизна пространства-времени должны были тогда быть бесконечными. Этот момент назван Большим Взрывом.
Согласно общей теории относительности, Вселенная началась с бесконечно высокой температуры и плотности в сингулярности Большого взрыва. По мере расширения Вселенной, температура и интенсивность излучения убывали. Примерно через одну сотую долю секунды после Большого взрыва, температура составляла около 100 млрд. градусов, а Вселенная была наполнена в основном фотонами, электронами, нейтрино и их античастицами, а также некоторым количеством протонов и нейтронов.
Однако, существует предположение о том, что наша Вселенная — мембрана, плавающая в одиннадцатимерном пространстве-времени вместе с другими вселенными в единой Мультивселенной. Ударная волна при столкновении двух гигантских мембран стала причиной возникновения нашей Вселенной.
Одна из самых интригующих загадок — кварк-глюонная плазма. Ученые предполагают, что вещество Вселенной находилось в состоянии кварк-глюонной плазмы в первые мгновения после Большого Взрыва. Максимальную температуру плазмы — свыше 10 триллионов градусов Цельсия, ученые получили в ноябре 2010 года, на Большом адронном коллайдере.
Темная материя
«Тёмная материя» — гипотетическая форма материи, которая не испускает электромагнитного излучения и не взаимодействует с ним. В нашей и других галактиках содержится большое количество «темной материи», которую мы не можем наблюдать непосредственно, но, о существовании которой мы знаем благодаря её гравитационному воздействию на орбиты звёзд в галактиках.
Количество «темной материи» во Вселенной значительно превышает количество обычного вещества. Наша Вселенная состоит из: 74% «темной энергии», 22 % — «темной материи», 3,6% — межгалактического газа и 0,4% — звёзды.
Недавно команда астрофизиков чилийского исследовательского института под руководством Кристиана Мони Бидина провела исследование передвижения более чем 400 звезд на удалении до 13 тыс. световых лет от Солнца. Вычислив массу вещества в форме звезд, пыли и газа в околосолнечной области, астрономы не нашли темную материю?! Результаты исследований противоречат принятым моделям, тайна темной материи стала еще загадочнее.
Антиматерия
Долгие годы для ученых оставалось загадкой — где во Вселенной находится антиматерия? Если есть антиматерия и антимир, параллельный нашему, то в нем есть антипространство и антивремя. Возможно, существуют целые антимиры и антилюди, состоящие из античастиц. Согласно научным теориям, каждый вид материи во Вселенной, созданной после Большого взрыва, должен сопровождаться равным количеством антиматерии, идентичной по структуре, но с прямо противоположными свойствами.
Где во Вселенной находится антиматерия? Учёные задаются вопросом: если наблюдаемый нами мир кроме материи состоит и из антиматерии, то где эта антиматерия находится и почему не происходит повсеместной аннигиляции? Это порождает главную загадку Вселенной – почему же при таком раскладе вещей мы существуем?
Может быть, детектор частиц, созданный учеными Европейского центра ядерных исследований, сможет найти доказательства существования антимира. Если антимир, который находится за границей известной нам Вселенной, реален, то можно будет найти доказательства его существования.
Черные дыры
Необычность чёрных дыр связана с тем, что у них нет поверхности, а есть так называемый «горизонт событий» — внешняя граница черной дыры, из-под которой ничто не может попасть обратно в нашу Вселенную. Согласно общей теории относительности в далеком прошлом должно было существовать состояние Вселенной с бесконечной плотностью — Большой Взрыв. Если Вселенная снова сожмется, то в будущем ее должно ожидать другое состояние бесконечной плотности — «большое схлопывание». Даже если Вселенная в целом не сожмется, сингулярности должны возникнуть в ограниченных ее областях, что приведет к образованию черных дыр.
Астрофизики полагают, что чёрные дыры являются коридорами времени. Вокруг чёрной дыры образуется гравитационное поле, в котором объекты достигают скорости света. Внутри чёрных дыр, время и пространство перестают функционировать и меняются местами, в результате чего путешествие в пространстве становится перемещением во времени.
Американский физик-теоретик Никодем Поплавски из Университета Индианы — автор теоретической модели, согласно которой наша Вселенная представляет собой внутренности чёрной дыры, расположенной где-то в родительской пра-Вселенной. Поплавски полагает, что другой конец кротовой норы чёрной дыры соединён с белой дырой. При этом внутри кротовой норы возникают условия, напоминающие расширяющуюся Вселенную, аналогичную наблюдаемой нами. Из этого следует, что и наша Вселенная может оказаться просто внутренней частью какой-то кротовой норы.
Недавно группа физиков из Германии и Греции представила принципиально новый взгляд на проблему кротовых нор. По их мнению, после Большого взрыва Вселенная состояла из квантовой пены, и в каждый момент времени в ней возникали не только черные дыры, но и кротовые норы. Причем, в отличие от черной дыры, газ, попавший в кротовую нору (у которой нет горизонта событий) продолжает испускать рентгеновское излучение. Подобное поведение газа было недавно зафиксировано «Хабблом» в окрестностях объекта Стрелец A, который считается массивной черной дырой. Судя по поведению газа, возможно, это устойчивая кротовая нора.
Вселенная – Матрица
В настоящее время гипотеза о том, что все мы живем не в реальном мире, а в компьютерной симуляции, стала очень популярной. Насколько высока вероятность того, что это так? Профессор Оксфордского университета Ник Бостром попытался ответить на этот вопрос и пришел к неожиданному выводу: существует 20% вероятность того, что мы живем не в реальной, а в моделируемой Вселенной.
Может ли вся Вселенная быть оцифрована в завершенную компьютерную программу? Если Вселенную можно оцифровать и свести к нулям и единицам, то каково же суммарное информационное содержимое Вселенной? По оценке квантового физика Джейкоба Бекенштейна, черная дыра диаметром около сантиметра могла бы содержать 1066 бит информации. В квантовом мире, возможно, саму Вселенную можно загнать на компакт-диск! Теоретически, если мы можем поместить 10100 бит информации на компакт-диск, то мы можем наблюдать за тем, как любое событие нашей Вселенной разворачивается у нас в гостинной.
Жизнь во Вселенной вскоре после Большого Взрыва
Ранее считалось, что новорожденная Вселенная состояла из двух самых легких газов: водорода и гелия. Затем, на протяжении миллиардов лет, в ходе термоядерных реакций в недрах первых звезд образовывались более тяжелые элементы.
Исследуя квазары, которые светят ярче тысячи галактик, физики из Копенгагенского университета пришли к выводу, что жизнь во Вселенной могла зародиться 10-12 млрд. лет назад, поскольку процесс формирования тяжелых элементов проходит значительно быстрее, чем следует из существующих космологических теорий. Возможно, разумные существа, жили во Вселенной вскоре после Большого Взрыва?
Получит ли человечество в ближайшие десятилетия ответы на все эти вопросы? Может быть, ускоритель заряженных частиц — Большой адронный коллайдер позволит учёным приблизиться к разгадкам тайн Вселенной?
Источник