Бесконечность Вселенной: как понять и осознать космос
Современная космология возникла в XX веке с развитием Общей Теории Относительности Альберта Эйнштейна. Именно эта наука изучает эволюцию Вселенной в целом. Многие парадоксы классической космологии вызывают интерес: фотометрический парадокс (почему ночью темно?), термодинамический парадокс (почему не наступило тепловое равновесие?), гравитационный парадокс (закон всемирного тяготения не объясняет гравитационное поле, создаваемое бесконечной системой масс).
Но один из главных вопросов, волнующий учёных, звучит так: бесконечна ли Вселенная? Бесконечна ли вселенная с точки зрения математики, физики, философии? Как представить бесконечность космоса? Ответы на эти вопросы помогут взглянуть на будущее человечества под другим углом.
Как доказать бесконечность Вселенной?
Космология Джордано Бруно
Джордано Бруно стал одним из первых, кто попытался ответить на вопрос: бесконечна ли Вселенная с точки зрения философии — и доказать это в своих трактатах: «Пир на пепле», «О бесконечном, Вселенной и мирах». Однако его аргументы пересекались с теологией и основывались на божественном начале:
- Первое доказательство: принцип полноты. Если бог, сотворивший Вселенную, всемогущ и бесконечен, то и Вселенная бесконечна.
- Второе доказательство: принцип отсутствия основания. Если бог сотворил мир в одной точке пространства, то сотворил его в и в другой.
- Третье доказательство: вне Вселенной ничего нет, поэтому ничто не может её ограничить.
Эти выводы Бруно приводил с точки зрения философии и теологии, поэтому они имеют не научное, а культурное и историческое значение. Современная же наука хочет ответить на вопрос: бесконечна ли Вселенная с точки зрения математики и философии.
Памятник Джордано Бруно в Италии
Современная космология. Расширяющаяся Вселенная
На данный момент учёные доказали, что правильная модель Вселенной — расширяющаяся Вселенная, а не стационарная, как считалось столетиями до XX века. Это открытие совершил Эдвин Хаббл на основании эффекта Доплера (красное смещение).
Чтобы наглядно представить эффект Доплера, прислушайтесь к проезжающему мимо вас автомобилю. Когда он приближается, звук его двигателя кажется громче, что соответствует более высокой частоте звуковых волн; когда удаляется, звук двигателя кажется более низким, что соответствует более низкой частоте звуковых волн. Аналогичное происходит со световыми волнами.
Величина красного смещения пропорциональна расстоянию — чем дальше галактика, тем быстрее она удаляется от нас. Все галактики имеют красное смещение. Это означает, что все они удаляются от нас. Следовательно, Вселенная расширяется.
Красное смещение: принцип действия
Однако долгое время считалось, что Вселенная стационарна. Главная теория, на которой строится современная космология, — Общая Теория Относительности, — предполагает, что Вселенная стационарна.
Теоретически доказать обратное смог Александр Фридман, что после экспериментально подтвердил своим открытием Эдвин Хаббл.
Модели Фридмана
На основе ОТО Альберта Эйнштейна Александр Фридман сделал два предположения:
- Вселенная выглядит одинаково при наблюдении в любом направлении;
- Это справедливо при наблюдении из любой точки пространства;
Благодаря этим предположениям были созданы модели Вселенной, которые можно разделить на два типа:
- Если средняя плотность вещества меньше или равна определённому критическому значению, то идея бесконечности Вселенной подтвердится. В этом случае её сегодняшнее расширение будет продолжаться вечно.
- Если средняя плотность больше критической, то создаваемое веществом гравитационное поле заставит Вселенную замкнуть саму себя. Она будет конечной, но неограниченной, как сферическая поверхность. Затем гравитационные поля остановят расширение Вселенной и заставят её перейти в состояние сингулярности.
Критическая плотность пропорциональна квадрату параметра Хаббла. Если взять значение 15 км/с на миллион световых лет, получится критическая плотность, равная 5×10^30 грамм на кубический сантиметр, или три атома водорода на тысячу литров космического пространства.
Современные модели Вселенной (космологические теории)
Ускорение расширяющейся Вселенной
Вселенная не просто расширяется — она расширяется с ускорением. Это открытие было сделано в конце 1990-х Солом Перлмуттером, Брайаном П. Шмидтом и Адамом Риссом при наблюдении сверхновых типа Ia. Яркость взрыва этих звёзд практически неизменна, поэтому по яркости света с Земли можно определить расстояние, на котором взрыв произошёл.
Другой способ определения расстояния — эффект Доплера (красное смещение). Результаты должны быть одинаковы, однако расстояние, вычисленное при помощи сверхновых Ia, превышало значение, определённое по методу красного смещения. Единственным объяснением было то, что Вселенная расширяется с ускорением.
На данный момент исследования в области космологии продолжаются. Одни учёные защищают бесконечность времени и пространства вселенной, другие — конечность. Но каким образом можно доказать истинность той или иной точки зрения?
Наиболее популярная модель нашей Вселенной, включающая темную энергию. Первые 6-7 млрд. лет галактики двигались с замедлением, далее вышли на равномерное, а затем ускоренное движение.
Можно ли доказать бесконечность Вселенной?
Первая попытка: космическое путешествие
Самый простой для понимания и сложный для исполнения способ — космическое путешествие. Для его представления следует сделать ряд допущений:
- Космический корабль должен двигаться со сверхсветовой скоростью (299 792 458 м/с) и иметь бесконечный запас топлива;
- Путешественник должен быть бессмертен и не иметь потребностей.
Если Вселенная бесконечна, то путешественник будет вечно двигаться на космическом корабле по бесконечному пространству. Он никогда не сможет понять, действительно ли бесконечен космос. Даже пройдя огромные расстояния, путешественник не сможет утверждать, что Вселенная не имеет края, ведь он попросту не осознает это. Проблема состоит в понимании бесконечности: трудно представить её теоретически и невозможно на практике — у неё нет аналога.
Вторая попытка: изучение Большого взрыва
Большой взрыв является общепринятой космологической моделью рождения Вселенной. Его исследование помогает открывать свойства современного космоса и, возможно, поможет найти ответ на интересующий нас вопрос. Однако доподлинно неизвестно, почему произошёл Большой взрыв — учёные не пришли к окончательному выводу.
Хронология Большого взрыва. Температура указана в кельвинах. Источник: starcatalog.ru.
Третья попытка: измерение плотности вещества
Как было сказано, если плотность вещества меньше или равна некоторому критическому значению, то Вселенная бесконечна. Если больше критического значения, то конечна. По сегодняшним данным наиболее вероятно, что плотность вещества меньше или равна критическому значению, следовательно, Вселенная плоская и бесконечна.
Однако существуют другие формы материи: тёмная материя и и экзотические формы материи, которые мы не можем наблюдать и исследовать. Они могут нарушить баланс, и значение плотности станет выше критического.
Сейчас учёные исследуют Вселенную, чтобы дать ответ на вопрос о её бесконечности. Возможно, этот ответ появится в ближайшее десятилетие, а пока что важно изучать имеющиеся данные.
Что почитать?
- Стивен Хокинг — «Краткая история времени», «Теория всего», «Краткие ответы на большие вопросы», «Кратчайшая история времени», «О вселенной в двух словах», «Природа пространства и времени»
- Стивен Вайнберг — «Гравитация и космология», «Первые три минуты», «Объясняя мир»
- Константин Циолковский — «Жизнь Вселенной»
- Нил Деграсс Тайсон — «Астрофизика с космической скоростью», «История всего. 14 миллиардов лет космической эволюции»
- Аристотель — «О небе»
- Джордано Бруно — «Пир на пепле», «О бесконечном, Вселенной и мирах».
- В.Н. Лукаш, Е. В. Михеева — «Актуальные проблемы космологии»
- Д. Шама — «Современная космология»
- Ф. Пиблс — «Физическая космология»
- Дэйв Голберг — «Вселенная в зеркале заднего вида»
Книги, которые стоит прочесть для понимания современных космологических теорий
Что посмотреть?
- «Удивительное путешествие от Земли до конца вселенной — живём ли мы в бесконечной вселенной?» — National geographic
- «Наша бесконечная Вселенная» — К.Р. Коллинз
- «Путешествие на край Вселенной» — National geographic
- «Телескоп Хаббл в 3D» — Тони Майерс
- «Бесконечная бесконечность» — BBC Horizon
- «Каковы размеры Вселенной» — BBC Horizon
Бесконечность Вселенной — FAQ
Это была информация о бесконечности Вселенной, известная на данный момент. Однако осталось несколько интересных вопросов:
Сейчас наиболее вероятно, что Вселенная бесконечна. Это подтверждают недавние исследования. Учёные с точностью до 1% смогли измерить дистанции между галактиками на расстоянии более 6 миллиардов световых лет от Земли, что позволило сделать вывод о модели Вселенной. Астрономы говорят, что их результаты согласуются и подтверждают теорию о плоской бесконечной Вселенной.
Пример с бессмертным космическим путешественником подтверждает, что участнику событий представить бесконечность невозможно, но наблюдатель сможет это сделать. Представьте отрезок, на одном конце которого ноль, а на другом единица, и попробуйте отметить ещё одно число в интервале между нулём и единицей. 0,5? Есть числа меньше. 0, 25? Ещё меньше. Это только рациональные числа. А если постепенно помещать на числовую прямую в этот интервал действительные числа — рациональные и иррациональные? Вы будете перебирать их вечно. Это и есть наглядная демонстрация бесконечности. Аналогичное происходит с бесконечной Вселенной.
Такая модель будет конечной, но неограниченной, как сферическая поверхность. Не будет условной стены или края: Вселенная будет замыкать саму себя. Если мы будем двигаться из определённой точки пространства в определённом направлении, рано или поздно мы вернёмся в эту точку.
Учёные считают, что ускорение расширяющейся Вселенной связано с воздействием на неё тёмной энергии.
Тёмная энергия — особый вид энергии, который невозможно обнаружить с помощью стандартных методов наблюдения. Считается, что тёмная энергия управляет процессами, происходящими во Вселенной. Однако сейчас она мало изучена, поэтому выводы делать рано.
Тёмная материя — особый вид материи, не взаимодействующий с электромагнитным излучением, поэтому названа «тёмной». Единственная сила, с которой взаимодействует тёмная материя, — гравитационная сила. Этот вид материи был обнаружен благодаря воздействию гравитации.
Вселенная расширяется достаточно медленно, вследствие чего гравитационное притяжение между галактиками замедляет его, а затем останавливает. После галактики начинают сближаться друг с другом, и Вселенная сжимается. Расстояние между двумя соседними галактиками сначала равно нулю, затем увеличивается до критического значения, а после снова равно нулю.
Вселенная расширяется настолько быстро, что гравитационное притяжение не может остановить его, лишь немного замедляет. Расстояние между двумя соседними галактиками сначала равно нулю, но в конечном счёте они разлетаются с постоянной скоростью.
Вселенная расширяется, и этой скорости достаточно для того, чтобы предотвратить сжатие. Расстояние между двумя соседними галактиками сначала равно нулю, оно постоянно растёт. В таком случае скорость разлёта галактик уменьшается, но никогда не будет равняться нулю.
Источник
Нерасширяющаяся ВСЕЛЕННАЯ, вечная и бесконечная
ВО ИЗБЕЖАНИИ НРАВСТВЕННЫХ СТРАДАНИЙ, ДАННЫЙ ТЕКСТ КАТЕГОРИЧЕСКИ НЕ РЕКОМЕНДУЕТСЯ ДЛЯ ПРОЧТЕНИЯ ВЕРУЮЩИМ В БОЛЬШОЙ ВЗРЫВ
Работая над материалами для данной статьи, я с удивлением обнаружил, что в учебном процессе подготовки современных специалистов по философии и астрономии не существует самостоятельного предмета под названием «Космология». То есть у нас (полагаю, что за границей тоже самое) не готовят специалистов по космологии. Но после этого ужасного открытия мне стало понятно, почему современная космология, это не что иное, как «театр абсурда». Нет специалистов – нет конструктивных свежих идей. Нет конструктивных свежих идей – мы имеем «театр абсурда» в виде общепринятых концепций «общей теории относительности» (ОТО) и «теории большого взрыва» (ТБВ).
Те монографии, которые претендуют на откровения в этой области, о природе пространства не говорят ни слова, кроме «идиотизма» Минковского о его четырёхмерном пространстве-времени. Таким образом, все рассуждения о природе мироздания строятся на нелепости расширяющегося некоего виртуального пространства-времени, которое у нормальных людей вызывает оторопь.
Можно было бы ещё с натяжкой понять, если бы современная космология предложила версию бесконечного расширения неизвестно откуда взявшегося вещества. Но нет, её апологеты лёгких путей не искали, и не стали зацикливаться на таких мелочах, в надежде, что за это с них никто не спросит, а предложили сразу свернуть пространство в нулевую сингулярность, законы существования которой они даже приблизительно себе не представляют.
И так, следуя наставлениям «Ветхого завета» — «с начало было слово» — современные учёные произнесли – «СИНГУЛЯРНОСТЬ» — начало начал. Задавать глупые вопросы как «голому королю»: а что было до этого?; было настолько не прилично, что все дружно промолчали, и тут адептов (как Остапа Бендера) понесло:
Космологическая сингулярность — это состояние Вселенной в определённый момент времени в прошлом, когда плотность энергии (материи) и кривизна пространства-времени были очень велики — порядка планковских значений.
Это состояние, вместе с последующим этапом эволюции Вселенной, пока плотность энергии (материи) оставалась высокой, называют также Большим взрывом. Космологическая сингулярность является одним из примеров гравитационных сингулярностей, предсказываемых общей теорией относительности (ОТО) и некоторыми другими теориями гравитации.
Возможность возникновения этой сингулярности при продолжении назад во времени любого решения ОТО, описывающего динамику расширения Вселенной, была строго доказана в 1967 году Стивеном Хокингом, который отмечал:
« Результаты наших наблюдений подтверждают предположение о том, что Вселенная возникла в определённый момент времени. Однако сам момент начала творения, сингулярность, не подчиняется ни одному из известных законов физики.
Например, не могут быть одновременно бесконечными плотность и температура, так как при бесконечной плотности мера хаоса стремится к нулю, что не может совмещаться с бесконечной температурой .»
Проблема существования космологической сингулярности является одной из наиболее серьёзных проблем физической космологии. Дело в том, что никакие наши сведения о том, что произошло после Большого взрыва, не могут дать нам никакой информации о том, что происходило до этого.
Попытки решения проблемы существования этой сингулярности идут в нескольких направлениях:
Во-первых, считается, что квантовая гравитация даст описание динамики гравитационного поля, свободного от сингулярностей;
Во-вторых, есть мнение, что учёт квантовых эффектов в негравитационных полях может нарушить условие энергодоминантности, на котором базируется доказательство Хокинга;
В-третьих, предлагаются такие модифицированные теории гравитации, в которых сингулярность не возникает, так как предельно сжатое вещество начинает расталкиваться гравитационными силами (так называемое гравитационное отталкивание), а не притягиваться друг к другу.
Итак, доступного к осознанию понятия «сингулярности» так до сих пор и не нашли, вследствие чего вывод о последствиях этой самой непонятной «сингулярности» может быть абсолютно любой, какой, душе конкретного адепта, люб.
В момент, когда создавалась эта абсурдная концепция «Большого взрыва», её адепты ещё не помышляли об уничтожении законов сохранения материи и энергии, поэтому первый вопрос просвещенных и зомбированных представителей рода человеческого был: а что делать теперь с этими законами? Если мы их отменяем в «сингулярности», то почему не можем их отменить после? В ответ – глубокомысленное молчание.
Сам термин «Большой взрыв» предложил Фред Хойл, который в 1948 году вместе Германном Бонди и Томасом Голдом разработал стационарную модель Вселенной. Оригинальность этой модели заключалась в том, что позволяла генерировать материю и энергию непосредственно из расширяющегося пространства-времени Минковского. Но эта версия плохо согласовывалась с открытым ранее «красным смещением» и позже с «реликтовым излучением», поэтому её постарались забыть. Но упрямые законы сохранения как тень «отца Гамлета» преследовали адептов ТБВ, и они наконец-то решись от них избавиться в теории унимодулярной гравитации. Теперь, казалось, ни что не помешает торжеству абсурда.
Но не всё так просто. Эти наивные человечки, которые ни как не могут понять величие предложенной адептами ТБВ современной картины мира, продолжают задавать свои нелепые вопросы: а куда собственно расширяется пространство?
Снова вернёмся в пресловутую «сингулярность». В момент её возникновения никакого пространства не существует: тогда где возникла эта самая «сингулярность»? Явного вразумительного ответа на этот наивный вопрос ни у одно адепта ТБВ нет, но Ли Смолин, очень невнятно и витиевато предполагает, что время в это время всё же существовало.
Каков пассаж. Пространства нет, а время есть, да ещё и трехмерное. И вот это трёх мерное время, как «трудолюбивый паук» начало ткать пространство. После этого, все фантасты мира – отдыхают.
Итак, даже этого беглого обзора достаточно, что бы понять, что современная космология находится не просто в кризисе, а в состоянии клинической неизлечимости, поэтому что-либо от неё ожидать не приходится, а при отсутствии специалистов с соответствующим уровнем подготовки и в будущем надеяться не на что.
Прежде всего, просматривая современные материалы по космологии, хочется отметить, что ни в одном из них не рассматривается вопрос фенологических свойств пространства, так как все авторы этих публикаций просто зомбированы четырёхмерным пространством-временем Минковского. Поэтому учебники по космологии в будущем в первую очередь должны преодолеть этот умственный плен и вернуться к истокам естественного знания.
Эвклидова геометрия, которая служит нам верой и правдой уже не одно тысячелетие, утверждает, что через любую точку пространства можно провести только три взаимных перпендикуляра, поэтому пространство, в котором мы себя осознаём, как думающие и разумные личности, – трёхмерно. И никакого иного пространства в реальности существовать не может.
Поэтому все измышления относительно искривлённых и многомерных пространств, это всего лишь игры разума в построении виртуальных пространств, к реальности не имеющих ни какого отношения. И если кто-либо, начинает утверждать обратное, то мы на 100% уверены, что этот человек не здоров рассудком, и внимать ему надо с большой осторожностью, чтоб не заразиться.
Далее Эвклид утверждал, что пространство внутри себя всегда прямолинейно. То есть, какую бы простую ограниченную форму пространства мы не взяли между её крайними точками всегда можно провести прямую линию. Иными словами внутри пространства всегда существуют две точки, между которыми можно провести прямую линию. Важным следствием этого свойства эвклидова пространства является то, что любую прямую линию можно продолжить до бесконечности, так как само пространство бесконечно.
Итак, исходя из положений эвклидовой геометрии пространство, в котором мы наблюдаем нашу Вселенную, трехмерно и бесконечно.
Вопрос времени существования пространства непосредственно из его геометрических размеров не вытекает. Это вопрос философии, а не астрономии. Поэтому мне удивительно, что вопросы космологии не рассматриваются в контексте философии, а зацикливаются исключительно на астрономию.
В контексте современной концепции четырёхмерного пространства-времени время рассматривается как составная часть пространства, и по умолчанию считается, что время также как и пространство имеет некое абсолютное начало, очевидно, в «сингулярности», и соответственно конец на границах расширяющегося пространства. Иными словами, до «сингулярности» времени, как и пространства не существовало (хотя Смолин, например, с этим не согласен), но его также не существует и за физическими пределами конечного пространства, так как пространства там ещё не существует.
Мы используем время исключительно в случаях, когда в пространстве происходят, какие либо, изменения. Но если таких изменений нет, то смысл понятия времени исчезает. Поэтому, не смотря на то, что в нашей Вселенной постоянно происходят какие-либо изменения, на просторах бесконечного пространства эта область, где происходят наблюдаемые нами изменения, бесконечно мала. Даже можно сказать, пренебрежимо мала. Ну а если быть уж совершенно математически точным, она больше соответствует понятию «абсолютный нуль», чем некому вещественному значению. Таким образом, мы можем с полной уверенностью утверждать, что пространство это то место, где ничего и ни когда не происходит.
С другой стороны, у нас нет никаких оснований утверждать, что пространство, где-либо и когда-либо имело начало, а поскольку оно бесконечно в любом направлении, то оно так же не имеет конца. Но то, что не имеет ни начала, ни конца, ни каких либо изменений лишено времени, следовательно, оно вечно.
Итак, пространство, в котором размещается наша Вселенная это абсолютная пустыня, в которой понятие времени теряет всякий смысл. Поэтому мы можем сформулировать четыре фундаментальных свойства Пространства:
Иными словами, чтобы мы, когда-либо не наблюдали, все это происходит в трёхмерном, прямолинейном, вечном и бесконечном стационарном Пространстве.
Поскольку пространство бесконечно, область, которую мы воспринимаем как наблюдаемую нами Вселенную, является исчезающе малым фрагментом этого стационарного пространства. Все наблюдаемые нами изменения в этом фрагменте пространства определяются не временем, которое в этом случае является лишь инструментом наблюдения, а самим пространством.
Все утверждения, что время может изменяться независимо от наблюдателя, не более чем иллюзия. Поэтому, когда ОТО утверждает, что время зависит от скорости движения объекта в пространстве, это просто дикое невежество. Это всё равно, что сегодня публично утверждать, что Земля плоская и покоится на трёх китах. Но поскольку концепция стационарного пространства пока находится в статусе научной ереси, то дикость, что время способное управлять пространством, ещё долго будет давить на зашоренный мозг человечества.
Источник