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
Сколько измерений у Вселенной?
Научно-фантастический фильм Кристофера Нолана «Интерстеллар» является красивым произведением, где объясняется множество научных моментов, но не все. Например, в фильме без проблем объяснили, почему червоточина выглядит так, а не иначе, но не объяснили идею более высоких измерений так тщательно, как нам бы хотелось. Поэтому давайте сами разберемся в этом вопросе.
Измерения пространства-времени действительно сложны. Мы понимаем первые три, потому что живем в них, мы овладели ими еще в младенческом возрасте.
Первое измерение — это точка, единая точка, думайте о ней как о координате. Если бы вся Вселенная была числовой линией от 0 до 10, одно измерение было бы похоже на. 6 или 3. Вы бы точно знали, где это было во Вселенной.
Два измерения тоже довольно простые, две оси, два числа. Возможно 6 на оси X и 3 на оси Y. Теперь мы знаем, где это.
Мы живем в третьем измерении, поэтому мы добавляем еще одну числовую линию. Это ось Z. И эти три числа говорят нам точно, где мы находимся в космосе.
В фильме главный герой попадает в более высокие измерения. Согласно теоретической физике, теория струн требует по крайней мере 10 измерений . Это практически невозможно представить, но мы все же попробуем разобраться.
Придерживаясь координат в пространстве, давайте подумаем о вас, прямо сейчас. Проще говоря, вы находитесь на широте, долготе и высоте. Это 3 числа, которые определяют ваше трехмерное местоположение, верно? Как насчет вашего четырехмерного местоположения?
Четвертым измерением в этом случае является время. С 4 числами мы точно знаем, где вы находитесь в 4-мерном пространстве. Вы, к примеру, находитесь на вершине горы 5 января, в 12:06.
И изменение любого из этих чисел показывает другое местоположение где-нибудь в прошлом, настоящем или будущем, или где-нибудь в другом месте. Если бы вы были четырехмерным существом, а не трехмерным, движение по вашей временной шкале было бы так же легко, как и по любой другой числовой линии, как если бы вы шли по дороге.
Поэтому попытайтесь представить мир без линейного времени, где время — это просто еще одна ось, через которую вы можете перемещаться, например, во время ходьбы или плавания. Двигаться назад, вперед, в прошлое или будущее.
А что если вы хотите двигаться влево или право? Это уже пятое измерение. Что насчет увеличения или уменьшения во времени? Теперь вы находитесь в трехмерном месте и перемещаетесь во времени, основываясь на вероятности и перестановках того, что трехмерное положение могло быть, есть, или будет на разных возможных временных шкалах.
Квантовая физика говорит, что пятое и шестое измерения являются исследованием всех этих возможностей и всех перестановок сделанного выбора.
Теперь о последних 3 измерениях. Что если бы мы могли взять точку и начали двигать ее в пространстве и времени, включая все возможные варианты будущего и прошлого для этой точки. Что касается перемещения вдоль числовой линии, где законы гравитации различны, скорость света изменилась.
Измерения с седьмого по десятое — это разные Вселенные с разными возможностями и невозможностями и даже разными законами физики. Они охватывают все вероятности и перестановки того, как работает каждая Вселенная, и всю реальность со всеми перестановками в ней по всему времени и пространству. Наивысшее измерение — это охват всех этих Вселенных, возможностей, выборов, времен, соединенных вместе.
Десять измерений пространства-времени звучат как-то безумно, но математически они сочетаются с тем, как физики начинают понимать Вселенную, составляя единую «Теорию всего». Конечно, есть другая теория, которая говорит, что есть не 10 измерений, а 11, но это немного другое.
В конце концов, знание большего об измерениях и о том, как они существуют, не поможет вам в вашей повседневной жизни, если вы не физик-теоретик. Но есть люди, которые изучают этот материал каждый день и пытаются узнать больше о том, как гравитация влияет на время, как высшие измерения влияют на квантовую теорию.
Источник
Вселенная расширяется в другом измерении?
Вселенная, в которой находимся мы с вами, представляет собой крайне сложный организм, существующий порой по совсем непонятным законам. Как случился Большой взрыв, что было до него и в первые моменты после — это еще предстоит узнать ученым. Но уже сейчас перед исследователями возникла новая проблема, заключающаяся в расширении Вселенной. Почему происходит растяжение пространства и причем тут темная энергия — попробуем разобраться.
Откуда мы знаем о расширении Вселенной?
Расширение Вселенной стало не просто теоретическом термином после наблюдения за сверхновыми звездами в конце 20 века. Особенность этих космических объектов заключается в ярких вспышках, которые быстро угасают. Ученые из США и Австралии выяснили, что эти сверхновые звезды светились в этот раз тусклее обычного. Это могло означать то, что объекты находились дальше, чем должны были.
Такое явление почти наверняка доказывает расширение Вселенной. Был даже введен специальный количественный показатель разрастания пространства — постоянная Хаббла . Проведенные измерения показали, что галактики, находящиеся от нас на расстоянии 1 млрд. световых лет, отдаляются со скоростью 24 000 км/с.
Постоянная Хаббла напрямую зависит от кривизны пространства. Таким образом можно было бы объяснять расширение Вселенной — ведь сумма углов треугольника может быть не 180 градусов. А это означает, что работает сферическая геометрия, например. Однако данное объяснение разрастания пространства противоречит экспериментам по поводу плоской Вселенной. Геометрия все-таки евклидова, по крайней мере, в видимой части космоса.
Темная энергия всему виной
Также постоянная Хаббла зависит от плотности энергии. Была проведена довольно точная оценка «обычного» вещества во Вселенной, из которого состоят планеты, звезды и прочие видимые объекты. Для измерений отлично подошла формула Эйнштейна, связывающая энергию, массу и скорость света. Получив данные, ученные порядком удивились. Оказалось, что масса «обычной» материи и темной материи — это лишь треть всего вещества, существующего во Вселенной.
Что же занимает почти 70% пространства? Учеными был придуман новый термин — темная энергия (будем для простоты иногда называть ее «таинственным нечто»). Именно это, предположительно, расширяет Вселенную, причем делает это с ускорением. Динамическая сущность темной энергии была отчасти подтверждена китайскими учеными, которые проверили измерения барионных акустических колебаний далекой Вселенной. Это флуктуации материи, которая состоит из нейтронов и протонов.
Темная энергия не видна для человека и проявляет себя только при гравитационном взаимодействии с космическими объектами. Вероятно, данное нечто равномерно распределено по Вселенной и не собирается в сгустки из галактик. Другим свойством темной энергии, как уже упоминалось, является возможность расширять Вселенную. Но за счет чего это происходит?
Темная энергия будто бы связана с антигравитацией, которая позволяет увеличивать разрастание. Это фактор принципиально отличает «таинственное нечто» от «обычной» материи, испытывающей притяжение. Темная энергия будто бы расталкивает все вокруг, тем самым, увеличивая размеры Вселенной каждую секунду.
Также темная энергия имеет постоянную плотность. Это свойство было установлено в результате эксперимента, точность данных не абсолютная, разумеется. Несмотря на увеличившееся размеры Вселенной, плотность темной энергии за последние 8 млрд. лет почти не изменилась. Это как ездить на машине с бесконечным бензином, нет ли противоречия с законом сохранения энергии?
Дело в том, что в космосе невозможно ввести понятие полной энергии. Должно же быть взято в расчет и гравитационное поле. В таком случае закон сохранения энергии применять нельзя. К слову, его нарушение кажется очевидным: на темную энергию воздействует пространство, а оно само зависит от «таинственного нечто». Очень уже похоже на барона Мюнхгаузена, который вытащил самого себя из болота.
Четвертое измерение?
Одним из объяснений темной энергии можно считать теорию струн. Согласно ей, весь мир состоит из небольших вибрирующих струноподобных объектов. За более чем 10 лет было предложено сразу несколько моделей. Конечно же, пока они все не были доказаны, к тому же их встретили мощной критикой. Теория струн также считает, что измерений пространства не 3, а больше.
Получается, что темная энергия — это гость из соседнего измерения? Шведские ученые предложили новую модель, которая несколько иначе доказывает расширение Вселенной. Исследователи считают, что весь мир находится на краю огромнейшего пузыря, который увеличивается в другом измерении. Ученые утверждают, что их модель хорошо согласуется с теорией струн. Также они считают, что таких пузырей может быть множество.
Что дальше?
К сожалению, обнаружить темную энергию привычными способами практически невозможно. Предположительная плотность вещества равна значению: 10 в степени -29 грамм/кубический см. Для сравнения лед — это 0.9. Возможно, в будущем удастся подробнее изучить гравитационное влияние темной энергии на «обычную» материю.
Неоднозначность объяснения расширения Вселенной может привести и к другому выводу. Что если темной энергии…вообще нет? Полученные свойства «таинственного нечто» базируются на Общей теории относительности. Но вдруг на таких гигантских масштабах она не работает?
В таком случае придется писать новый свод космических законов, который бы основывался на Общей теории относительности и учитывал гравитационные особенности. Одним из путей решения данной проблемы считается доказательство изменчивости постоянной всемирной тяготения, открытой Ньютоном.
Делитесь этой статьей в своих социальных сетях, а также не забывайте поставить палец вверх, подписаться на наш канал и оставить комментарий, если вам понравилась данная публикация!
Источник
Куда расширяется Вселенная?
Насколько мы знаем, Вселенная — это все, что есть вокруг нас. Физика не дает нам никакого реального способа наблюдать что-либо, кроме Вселенной. Мы заключены в кокон и ограждены от любого возможного взаимодействия из других измерений или альтернативных реальностей. Вполне возможно, что существуют другие измерения, и может даже имеется край космоса, но до сих пор мы никогда не наблюдали ничего отдаленно напоминающего это.
В очень больших масштабах Вселенная на самом деле довольно простое место. Она существует около 13,8 миллиарда лет, и везде выглядит примерно одинаково . Галактики почти равномерно распределены по всему космосу. Куда бы мы ни посмотрели, мы видим примерно одну и ту же картину.
Многие атомы, из которых вы состоите, от кальция в ваших костях до железа в вашей крови, были образованы в звездах и разнесены по космосу миллиарды лет назад.
Вселенная большая. Очень очень большая и становится только больше. Пространство-время между триллионами галактик во всем космосе растягивается . Словно бурлящая пена, по мере старения Вселенной повсеместно образуется новое пустое пространство-время, увеличивая расстояния между галактиками, раздвигая их.
Поскольку Вселенная расширяется, то напрашивается резонный вопрос, куда она расширяется? Когда мы заглядываем глубоко в космос, мы не можем увидеть границу. До сих пор мы не обнаружили никаких доказательств существования такой границы.
Пространство может простираться до бесконечности или нет, но во Вселенной Эйнштейна оно может быть искривлено . И если пространство может быть искривлено, они будет искривлено само по себе.
Общая теория относительности позволяет жить в бесконечной Вселенной без каких-либо границ. Из-за общей относительности пространство-время не является статической сущностью. Это динамичная и постоянно меняющаяся «ткань», в которой сплетены места расположения всех галактик.
Свет от некоторых звезд летит так много времени, чтобы попасть в наши глаза, что когда вы смотрите на звездное ночное небо, вы на самом деле смотрите в далекое прошлое. Телескоп Хаббл НАСА может заглянуть на 13 миллиардов лет назад.
Так куда расширяется Вселенная, когда создается новое пространство-время? Куда движутся края?
Ответ зависит от того, есть ли края вообще . Если мы живем в бесконечной Вселенной, то пространство не должно быть ограничено.
Добавление большего количества пространства к бесконечности не делает эту бесконечность больше. У бесконечной Вселенной не было бы границ, которые расширяются, и тогда вопрос не имеет смысла. У такой Вселенной не может быть понятия «снаружи».
С другой стороны, если Вселенная имеет границу, которую мы еще не обнаружили, то ответ может быть, что мы расширяемся куда-то. Однако, если это правда, тогда граница настолько далека, что мы не можем ее увидеть, и поэтому она никогда не сможет повлиять на нас.
Во Вселенной больше звезд, чем частичек песка на всех пляжах мира.
Мы уже видели фотоны, которые отправились в свободный полет тогда, когда Вселенной было всего 380 000 лет от Большого взрыва. Все, что находится дальше, скорее всего, навсегда остается за пределами нашего взора.
Учитывая, что Вселенная расширяется, если мы не можем видеть границу сейчас, то ее расширение гарантирует, что мы не увидим эту границу никогда. Она всегда будет только отдаляться и всегда будет находиться за пределами возможности обнаружения.
Всего сто лет назад мы понятия не имели, что есть и другие галактики, кроме нашей. Считалось, что наша планета, в которой мы живем, была одиноким островом во Вселенной из ста миллиардов звезд. Теперь мы знаем, что наша Вселенная представляет собой огромный котел, в котором «варятся» триллионы галактик, постепенно удаляясь друг от друга в бурлящем океане пространства-времени.
Хотя мы еще можем обнаружить, что наша Вселенная — это просто один из островков, мы все же обнаружили, что он намного больше, чем мы могли предполагать.
Источник