Конечна или бесконечна Вселенная?
Есть два варианта: либо Вселенная конечна и обладает размером, либо бесконечна и тянется вечно. Оба варианта заставляют хорошенько задуматься. Насколько велика наша Вселенная? Все зависит от ответа на вышеуказанные вопросы. Пытались астрономы понять это? Конечно пытались. Можно сказать, они одержимы поиском ответов на эти вопросы, и благодаря их поискам мы строим чувствительные космические телескопы и спутники. Астрономы вглядываются в космический микроволновый фон, реликтовое излучение, оставшееся со времен Большого Взрыва. Каким образом можно проверить эту идею, просто наблюдая за небом?
Ученые пытались найти доказательства того, что особенности на одном конце неба связаны с особенностями на другом, вроде того, как края обертки на бутылке соединяются друг с другом. До сих пор не найдено никаких доказательств, что края неба могут быть связаны.
Если говорить по-человечески, это означает, что на протяжении 13,8 миллиарда световых лет во всех направлениях Вселенная не повторяется. Свет проходит туда-сюда-обратно через все 13,8 миллиарда световых лет и только потом покидает Вселенную. Расширение Вселенной отодвинуло границы покидания светом вселенной на 47,5 миллиарда лет. Можно сказать, наша Вселенная 93 миллиарда световых лет в поперечнике. И это минимум. Возможно, это число 100 миллиардов световых лет или даже триллион. Мы не знаем. Возможно, и не узнаем. Также Вселенная вполне может быть бесконечной.
Итак, представьте себе. В одном кубометре космоса (просто расставьте руки пошире) есть конечное число частиц, которое может существовать в этом регионе, и у этих частиц может быть конечное число конфигураций с учетом их спина, заряда, положения, скорости и т. д.
Тони Падилья из Numberphile подсчитал, что это число должно быть десять в десятой в семидесятой степени. Это настолько большое число, что его нельзя записать всеми карандашами во Вселенной. Если предположить, конечно, что другие формы жизни не изобрели вечные карандаши или не существует дополнительного измерения, заполненного сплошь карандашами. И все равно, наверное, карандашей не хватит.
В наблюдаемой Вселенной есть только 10^80 частиц. И этого намного меньше, чем возможных конфигураций материи в одном кубометре. Если Вселенная действительно бесконечна, то удаляясь от Земли вы в конце концов найдете место с точным дубликатом нашего кубометра космоса. И чем дальше, тем больше дубликатов.
Подумаешь, скажете вы. Одно облако водорода выглядит так же, как и другое. Но вы должны знать, что проходя по местам, которые будут выглядеть знакомыми все больше и больше, вы в конечном итоге дойдете до места, где найдете себя. А найти копию себя — это, пожалуй, самое странное, что может произойти в бесконечной Вселенной.
Ответить на вопрос, конечна или бесконечна Вселенная, крайне важно, потому что любой из ответов будет умопомрачительным. Пока астрономы не знают ответа. Но не теряют надежды.
Источник
Глава 31.Конечность и бесконечность Вселенной.
Наука, которая изучает Вселенную как единое целое, называется космологией.
Взгляд человека, вооруженный достижениями техники, в настоящее время способен проникать до самых отдаленных уголков наблюдаемого космоса. Все пространство, которое доступно человеку для наблюдений, условились называть Вселенная.
Существование начала Вселенной было определено религией, как божественный акт творения. Но если у какого-либо объекта или явления есть начало – будет ли данное явление или данный объект конечным? Над вопросом, есть ли у Вселенной конец, размышляли многие философы и ученые в истории человечества. Это вопрос по наследству от предков достался и современному поколению.
Рис. 31/1. Эдвин Хаббл.
В 1929 году Хаббл сообщил об открытии им фундаментальной закономерности. Он обнаружил, что линии спектров всех наблюдаемых галактик, за исключением самых близких из них, смещены в красную сторону спектра. Явление смещения линий называется эффектом Доплера, и характеризует скорость движения объекта вдоль луча зрения наблюдателя.
Рис.31/2. Эффект Доплера – смещение линий спектра в красную область.
Хаббл также выяснил, что чем слабее наблюдается галактика, тем сильнее смещены ее спектральные линии. Поскольку слабый блеск галактики в общем свидетельствует об ее большей удаленности, то чем дальше галактика, тем выше скорость ее движения в противоположную от нас сторону, то есть, скорость удаления галактики пропорциональна ее расстоянию. Исследовав практически все наблюдавшиеся на тот момент времени галактики, Хаббл пришел к выводу, что это является фундаментальным законом Вселенной. Теперь он носит название закона Хаббла.
Принятие закона Хаббла должно неизбежно приводить к выводу, что все галактики (или материя, из которой они сформировались) некогда в прошлом (как давно, это зависит от величины коэффициента пропорциональности) вылетели одновременно, но с разными скоростями из некоторого сравнительно малого объема.Вывод Хаббла об имевшем место начальном моменте существования всей наблюдаемой Вселенной настораживал многих астрономов и вызывал у них недоверие к закону Хаббла. Радикально настроенным ученым казалось, что этот вывод прямо подтверждает религиозные воззрения о божественном акте творения. Но попытки игнорировать закон, основанный на точных наблюдениях, никогда не приводят к научному прогрессу. В наши дни закон Хаббла неоднократно подтверждался и проверялся различными методами наблюдений и исследований, и признан справедливым.
Закон Хаббла в общем виде выражается формулой v = H*r, где Н – некоторый коэффициент пропорциональности, называемый постоянной Хаббла. Именно этот коэффициент и определяет возраст наблюдаемой Вселенной, поэтому его установлению и уточнению было посвящено много разных работ.
Рис.31/3. Галактика NGC4321, сыгравшая большую роль при определении константы Хаббла.
Разные печатные и интернет-источники дают разные значения константы Хаббла. На 2016 год эта величина была уточнена до 66,93 ± 0,62 (км/с)/Мпс. Встречается также величина около 60 км/с*Мпс. Таким образом, в современную эпоху две галактики, разделенные расстоянием в 1 Мпс, в среднем разлетаются со скоростью около 60 — 70 км/с. По уточненной константе Хаббла возраст Вселенной составляет около (4,354 ± 0,012)·10 17 с или (13,798 ± 0,037)·10 9 лет.
Теоретические основы космологии, заложенные А. Эйнштейном, опираются на два главных наблюдаемых явления.
Рис.31/4. Альберт Эйнштейн.
Первое состоит в том, что галактики распространены по небу равномерно, если не считать области вдоль плоскости галактического экватора, где облака диффузной материи поглощают их свет, делая для нас невидимыми. Второе важное наблюдаемое явление – закон разбегания галактик во все стороны со скоростями, пропорциональными их расстояниям. Сопоставление этих наблюдаемых явлений приводит к выводу, что Вселенная, когда-то образовавшись, подобна однородному расширяющемуся шару.
Если при данной скорости расширения плотность материи в шаре достаточно велика, то гравитационные силы (силы притяжения) будут в состоянии замедлить, а потом и вовсе остановить расширение, и сменить его сжатием. Если же плотность материи мала, и гравитационные силы, следовательно, слабы, то процесс расширения никогда не прекратится, Вселенная будет расширяться безгранично, и средняя плотность материи в ней будет стремиться к нулю.
Существует, очевидно, некоторое критическое значение плотности материи во Вселенной ρ0. Если при действующей в настоящее время постоянной Хаббла Н средняя плотность материи во Вселенной будет больше данного критического значения, то когда-то в будущем расширение Вселенной закончится и сменится сжатием. Если же средняя плотность материи равна ρ0 или меньше, то экспансияВселенной будет продолжаться безгранично.
Справедливо и обратное утверждение: если задана некоторая средняя плотность материи, то существует некоторое критическое значение постоянной Хаббла Н0. Если действительное значение константы Хаббла меньше Н0, то расширение Вселенной сменится сжатием, если же равно или больше – Вселенная будет расширяться безгранично.
Эти соотношения по смыслу близки к тем, которые связывают среднюю плотность Земли (ее массу) и критическую (вторую космическую) скорость, необходимую телу для того, чтобы оно бесконечно удалялось от Земли.
Согласно законам релятивистской теории Эйнштейна (теории относительности), существуют соотношения между понятиями пространства, материи и времени. Не существует пространства без материи, не существует времени без материи и пространства. Поэтому, если средняя плотность материи больше ρ0, то гравитация замыкает пространство само на себя. Такую Вселенную принято называть закрытой.
Рис.31/5. Риман (1826 – 1866).
Аналогией для понимания закрытойВселенной служит поверхность сферы – она имеет ограниченную площадь, но на ней не существует ни центральных, ни граничных точек, все точки по своему положению равноправны. Законы геометрии, действующие в такой Вселенной отличаются от привычных нам евклидовых. Такая геометрия называется римановой ( по фамилии математика Римана, создавшего ее).
Если средняя плотность материи в точности равна ρ0 (что, конечно же, крайне маловероятно), то во всем пространстве Вселенной действуют законы евклидовойгеометрии, и аналогией такой Вселенной может служить плоскость.
Рис.31/6. Н. И. Лобачевский (1792 – 1856)
Если же в природе осуществилась третья возможность, и средняя плотность материи меньше значения ρ0, то в пространстве бесконечно расширяющейся Вселенной должны действовать законы еще одной системы геометрии – геометрии Лобачевского. Некоторой аналогией такой расширяющейся, или, как говорят, открытой Вселенной, может служить гиперболический параболоид, имеющий седлообразную форму, хотя он имеет центр, а расширяющаяся Вселенная центра не имеет.
Деятельность человека ограничена пока очень малой областью пространства, отклонения от геометрии Евклида ничтожны и не могут быть обнаружены.
Итак, в какой же Вселенной мы живем?
ρ0= 3Н 2 /8πG, где Н – константа Хаббла, G– гравитационная постоянная
(G = 6,67408(31)·10 −11 м 3 ·с −2 ·кг −1 , или Н·м²·кг −2 ).
Так как значения константы Хаббла сильно различаются у разных авторов, то и значение критической плотность также различно. Критическая плотность варьирует
5*10 -30 -2*10 -29 г/см 3 ; 10 -29 г/см 3 ; 9,31·10 −30 г/см 3 .
В 1989 году значение критической плотности считалось приблизительно равным
По оценкам астрономов, средняя плотность видимого светящегося вещества, а также диффузной материи лежит в пределах от 2*10 -31 до 5*10 -31 г/см 3 . Эта величина заметно меньше критической плотности. Пока не будет убедительно доказано существование во Вселенной какого-то еще вида материи (энергии), влияющего на величину средней плотности, Вселенная считается открытой.
Мы ответили на вопрос конечности Вселенной в пространстве. По релятивистской теории Эйнштейна(теории относительности) не существует пространства без времени, равно как и времени без пространства. Значит, Вселенная, будучи открытой, то есть, бесконечно расширяющейся, должна быть и бесконечной во времени.
Опора деревянной одностоечной и способы укрепление угловых опор: Опоры ВЛ — конструкции, предназначенные для поддерживания проводов на необходимой высоте над землей, водой.
Папиллярные узоры пальцев рук — маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни.
Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций.
Источник
Теорема Пуанкаре. Конечная бесконечность Вселенной математически доказана. Часть 2
«Ныне представление о конечности Вселенной не менее законно,
чем представление о её бесконечности».
Успенский В.А.
Проблема, которую решил Перельман, состоит в требовании доказать гипотезу, выдвинутую в 1904 году великим французским математиком Анри Пуанкаре (1854-1912) и носящую его имя. О роли Пуанкаре в математике трудно сказать лучше, чем это сделано в энциклопедии: «Труды Пуанкаре в области математики, с одной стороны, завершают классическое направление, а с другой — открывают пути к развитию новой математики, где наряду с количественными соотношениями устанавливаются факты, имеющие качественный характер» [1]. Гипотеза Пуанкаре как раз и имеет качественный характер — как и вся та область математики (а именно топология), к которой она относится и в создании которой Пуанкаре принял решающее участие.
Анри Пуанкаре сформулировал гипотезу, которая стала известна как гомологическая трёхмерная сфера Пуанкаре. Сферу, кстати, совсем недавно ученые приспособили в астрофизике — оказалось, что Вселенная вполне может оказаться гомологической 3-сферой Пуанкаре.
Обычная сфера, которая есть поверхность обычного шара, двумерна (а сам шар — тот трёхмерен). Двумерная сфера состоит из всех точек трёхмерного пространства, равноудалённых от некоторой выделенной точки, называемой центром и сфере не принадлежащей. Трёхмерная сфера состоит из всех точек четырёхмерного пространства, равноудалённых от своего центра (сфере не принадлежащего). В отличие от двумерных сфер трёхмерные сферы недоступны нашему непосредственному наблюдению, и нам представить себе их так же трудно, как Василию Ивановичу из известного анекдота квадратный трёхчлен. Не исключено, однако, что все мы как раз в трёхмерной сфере и находимся, то есть что наша Вселенная является трёхмерной сферой. [2]
В этом состоит значение результата Перельмана для физики и астрономии. Термин «односвязное компактное трёхмерное многообразие без края» содержит указания на предполагаемые свойства нашей Вселенной. Термин «гомеоморфно» означает некую высокую степень сходства, в известном смысле неотличимость. Формулировка в целом означает, следовательно, что если наша Вселенная обладает всеми свойствами односвязного компактного трёхмерного многообразия без края, то она — в том же самом «известном смысле» — и есть трёхмерная сфера. [2]
Стоит отметить, что мы описали лишь выводы официальной науки. Изучением многомерности Вселенной активно занимаются учёные сообщества АЛЛАТРА НАУКА. Очень детально этот вопрос описан в книге «АллатРа» [3], а также в докладе «ИСКОННАЯ ФИЗИКА АЛЛАТРА» [4].
Физика, как правило, пользуется уже разработанными заготовками, предоставляемыми ей математикой. Математика не претендует, разумеется, на то, чтобы установить какие бы то ни было геометрические свойства Вселенной. Но она позволяет осмыслить те свойства, которые открыты другими науками. Более того. Она позволяет сделать более понятными некоторые такие свойства, которые трудно себе вообразить, она объясняет, как такое может быть. К числу таких возможных (подчеркнём: всего лишь возможных!) свойств относятся конечность Вселенной и её неориентируемость. [2]
Согласно знаниям, изложенными в книгах Анастасии Новых, в подтверждении выше описанного факта, приведём цитату: «Даже современному человеку с его довольно развитым мышлением тяжело объяснить действительный процесс сотворения Вселенной, даже такой факт, что такое «конечная бесконечность Вселенной». [5]
В том числе о «конечности бесконечной Вселенной» более подробно указано в докладе «ИСКОННАЯ ФИЗИКА АЛЛАТРА»: «Вселенная существует, т.е. ограничена пределами эзоосмической решётки». [4]
О таком свойстве, как «конечность бесконечной Вселенной» в своих трудах описал Успенский Владимир Андреевич — доктор физико-математических наук, профессор. Долгое время единственной мыслимой моделью геометрического строения Вселенной служило трёхмерное евклидово пространство, то есть то пространство, которое известно всем и каждому из средней школы. Это пространство бесконечно; казалось, что никакие другие представления и невозможны; помыслить о конечности Вселенной казалось безумием. Однако ныне представление о конечности Вселенной не менее законно, чем представление о её бесконечности. В частности, конечна трёхмерная сфера. От общения с физиками у меня осталось впечатление, что одни отвечают «скорее всего, Вселенная бесконечна», другие же — «скорее всего, Вселенная конечна». [2]
В заключении приведём отрывок из книги Анастасии Новых «Сэнсэй-IV»: «Люди до сих пор не могут понять, как из ничего может появиться что-то. Это нарушает логику. Логика не способна воспринять нелогичность. Человек может воспринять что-то нелогичное, лишь поверив в него, как говорится, на слово. Но наука и вера у нас сегодня существуют практически отдельно друг от друга. Науке нужны факты, то, что можно пощупать, потрогать, увидеть или хотя бы теоретически доказать. Поэтому для нынешней науки не понятно, что значит «Вселенная зародилась из ничего» или что значит «конечность бесконечной Вселенной». Ведь по логике вещей раз что-то «конечно», значит за ним должно быть что-то, что определяет эту конечность: стенка, пустота или наличие ещё чего-нибудь, поскольку этот мир в их понимании подчинён материальным законам. Но мы ставим во главе материю, поскольку сам наш мозг материален, и по большей части мы мыслим, оцениваем происходящее категориями логики. Когда мы думаем, что за Вселенной нет ничего, это замыкает наше сознание на нелогичности этого восприятия. Хотя наш мир на самом деле — соединение духовного и материального — существует соответственно по законам этого слияния, а не просто законов материи, как полагают сейчас». [4]
Литература:
[1] – Большая советская энциклопедия: БСЭ [3-е изд.]. Т. 2. М., 1970.
[2] – Успенский В.А., Апология математики, или о математике как части духовной культуры, журнал «Новый мир», 2007 г., N 12, с. 141-145.
Источник