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
Может ли Вселенная быть бесконечной?
Возможно, ограничения того, что мы можем наблюдать, просто искусственные; возможно, нет предела тому, что находится по ту сторону наблюдаемого. 13,8 миллиарда лет назад Вселенная началась с Большого Взрыва. С тех пор она расширяется и остывает, так было вчера, сегодня и будет завтра. С нашей точки зрения, мы можем наблюдать ее в 46 миллиардах световых лет во всех направлениях, благодаря скорости света и расширению пространства. Хотя это большое расстояние, оно конечно. Но ведь это лишь часть того, что предлагает нам Вселенная. Что находится за этой частью? Может ли Вселенная быть бесконечной?
Мы привыкли, что у всего есть конец. Но так ли это?
Вселенная бесконечна?
Как можно было бы доказать это эмпирически?
Во-первых, то, что мы видим, рассказывает нам больше, чем 46 миллиардов световых лет.
Чем дальше мы смотрим в любом направлении, тем дальше назад во времени мы смотрим. Ближайшая галактика, в 2,5 миллиона световых лет от нас, видится нам такой, какой была 2,5 миллиона лет назад, поскольку свету нужно именно это время, чтобы попасть в наши глаза с того места, где он был испущен. Самые далекие галактики мы видим такими, какие они были миллионы, сотни миллионов или даже миллиарды лет назад. Мы видим свет молодой Вселенной. Поэтому если мы будем искать свет, который был испущен 13,8 миллиарда лет назад, оставленный Большим Взрывом, мы найдем и его: космический микроволновый фон.
Его картина флуктуаций невероятно сложная, при разных угловых масштабах налицо разные разницы в средних температурах.
Также в нем закодировано невероятное количество информации о Вселенной, в том числе и поразительный факт: кривизна пространства, насколько мы можем судить, абсолютно плоская. Если бы пространство было положительно искривлено, если бы мы жили на поверхности четырехмерной сферы, мы увидели бы, как сходятся эти далекие лучи света. Если бы пространство было искривлено отрицательно, как если бы мы жили на четырехмерном седле, мы увидели бы, как далекие лучи света расходятся. Но нет, лучи света, приходящие издалека, продолжают двигаться в изначальном направлении, а флуктуации говорят об идеальной плоскости.
Космический микроволновый фон и крупномасштабная структура Вселенной в сочетании позволяют нам сделать вывод, что если Вселенная конечна и замыкается сама в себе, она должна быть по крайней мере в 250 раз больше того, что мы наблюдаем. И поскольку мы живем в трех измерениях, мы получаем (250) 3 в виде объема, или умножаем пространство в 15 миллионов раз. Каким бы большим это число ни было, оно не бесконечно.
По самой скромной оценке, Вселенная должна быть по меньшей мере 11 триллиона световых лет во всех направлениях. И это много, но… конечно.
Какого размера Вселенная?
Впрочем, имеются основания полагать, что она больше. Большой Взрыв мог ознаменовать начало наблюдаемой Вселенной, какой мы ее знаем, но он не знаменует рождение времени и пространства как таковых. До Большого Взрыва Вселенная переживала период космической инфляции. Она не была наполнена материей и излучением и не была горячей. Она:
- была наполнена энергией, присущей самому пространству;
- расширялась в постоянном экспоненциальном порядке;
- создавала новое пространство так быстро, что самая маленькая физическая длина, длина Планка, растягивалась до размеров наблюдаемой сегодня Вселенной каждые 10 -32 секунд.
Верно, в нашем регионе Вселенной инфляция завершилась. Но есть несколько вопросов, на которые мы пока не знаем ответа, которые могут определить истинный размер Вселенной, а также и то, бесконечна она или нет.
Насколько большой была область Вселенной после инфляции, в которой родился наш Большой Взрыв?
Глядя на нашу Вселенную сегодня, на равномерное послесвечение Большого Взрыва и на плоскость Вселенной, мы можем извлечь не так много. Мы можем определить высший предел энергетического масштаба, при котором происходила инфляция; мы можем определить, какая часть Вселенной прошла через инфляцию; мы можем определить нижний предел того, сколько должна была продолжаться инфляция. Но кармашек инфляционной Вселенной, в которой родилась наша собственная, может быть намного, намного больше нижнего предела. Он может быть в сотни, миллионы или гуголы раз больше, чем мы можем наблюдать… или воистину бесконечным. Но пока мы не сможем наблюдать больше Вселенной, чем доступно нам в настоящее время, мы не получим достаточно информации, чтобы ответить на этот вопрос.
Если вам интересны новости науки и технологий, подпишитесь на нас в Яндекс.Дзен, чтобы не пропускать новые материалы!
Верна ли идея «вечной инфляции»?
Если вы считаете, что инфляция должна быть квантовым полем, то в любой момент в ходе этой фазы экспоненциального расширения существует вероятность, что инфляция закончится Большим Взрывом, и вероятность, что инфляция будет продолжаться, создавая все больше и больше пространства. Эти расчеты мы вполне можем произвести (при нескольких допущениях) и они приведут к неизбежному выводу: если вам нужна инфляция, которая производит наблюдаемую нами Вселенную, тогда инфляция всегда будет создавать больше пространства, которое продолжает расширяться, по сравнению с регионами, которые уже закончились Большими Взрывами. И если наша наблюдаемая Вселенная могла появиться в результате окончания инфляции в нашем регионе пространства порядка 13,8 миллиарда лет назад, существуют области, в которых инфляция продолжается — создавая все больше и больше пространства и рождая Большие Взрыва — и по сей день. Эта идея носит название «вечной инфляции» и в целом принимается сообществом физиков-теоретиков. И тогда насколько велика вся ненаблюдаемая Вселенная?
Теория вечной инфляции имеет право на существование
Как долго протекала инфляция до своего конца и Большого Взрыва?
Мы можем видеть лишь наблюдаемую Вселенную, созданную в конце инфляции и нашим Большим Взрывом. Мы знаем, что эта инфляция должна была продолжаться по меньшей мере 10 -32 секунд или около то, но вполне могла и дольше. Но насколько дольше? На секунды? Годы? Миллиарды лет? Или бесконечно? Всегда ли протекала инфляция Вселенной? Было ли у нее начало? Возникла ли она из предыдущего состояния, которое было вечно? Или, возможно, все пространство и время возникло из «ничего» какое-то время назад? Возможностей много, но все они непроверяемы и недоказуемы к настоящему времени.
В соответствии с нашими лучшими наблюдениями, мы знаем, что Вселенная намного, намного больше той части, которую мы имеем счастье наблюдать. За пределами того, что мы видим, находится много больше Вселенной, с теми же законами физики, с теми же структурами (звездами, галактиками, скоплениями, нитями, пустотами и т. п.) и с теми же шансами на развитие сложной жизни. Также должны быть конечные размеры «пузырей», в которых заканчивается инфляция, и гигантское количество таких пузырей, заключенных в гигантском, раздувающемся в процессе инфляции пространстве-времени. Но любым большим числам есть предел, они не бесконечны. И только если инфляция не продолжалась на протяжении бесконечно протяженного времени, Вселенная должна быть конечной.
Проблема в этом всем то, что мы знаем только, как получить доступ к информации, доступной в нашей наблюдаемой Вселенной: к этим 46 миллиардам световых лет во всех направлениях. Ответ на самый большой из всех вопросов, будь Вселенная конечной или бесконечной, может быть закодирован в самой этой Вселенной, но мы слишком связаны по рукам, чтобы узнать это. К сожалению, физика, которая у нас есть, не дает нам других вариантов.
Источник
Бесконечна ли Вселенная: как найти край и что там, за неведомой чертой
Москва, 04.07.2021, 15:48:19, редакция FTimes.ru, автор Елена Вайло.
В последнее время все больше исследователей утверждают, что Вселенная не бесконечна и у нее есть границы, чему нашли доказательства. К тому же, по мнению ученых, у Вселенной есть форма.
Бесконечна ли Вселенная: мнение ученых
Конечно, высказывания о бесконечности Вселенной противоречат всем прежним моделям и мнению о нашем месте в огромном мире. Это подобно перевороту в сознании, который случился в 1543 году. Тогда Коперник открыл тайну Космоса и поведал людям, что Земля не является центром Вселенной.
В двадцатые годы прошлого века Эдвин Хаббл заметил отдаление галактик друг от друга и поэтому сделал вывод, что Вселенная имеет свою дату рождения, а именно: родилась она в результате Большого взрыва.
И вот снова теория, которая ломает все наши представления о Вселенной: оказывается, она не безгранична. Тогда возникает вопрос, где ее конец и что дальше?
Звезды подскажут…
Если мы говорим о бесконечности Вселенной, то подразумеваем ее бесконечность и в пространстве, и во времени. В таком случае над нами постоянно должно светить огромное количество немеркнущих никогда звезд. Но небесная тьма свидетельствует о том, что Космос не существовал вечно. Та же теория Большого взрыва противоречит идее вечности нашей Вселенной, подталкивая к пониманию, что всему есть начало и конец. То есть, Вселенная также имеет пределы.
По словам астрофизика Нила Корниша, самые далекие путешествия могут осуществляться на протяжении очень многих световых лет. Это является причиной того, что ученым приходят уже устаревшие данные. По мнению ученого, пространство Вселенной постоянно увеличивается, растет. Те звезды, которые мы видим, являются молодыми и близкими. Но есть звезды и далекие, расстояние до которых исчисляется тысячами лет. А к далеким галактикам от нас — миллиарды лет.
Более того, нам видны определенно не все галактики, а доступны лишь объекты в 13,7 миллиарда лет. И что дальше — никто не знает, — утверждает Нил Корниш.
Своеобразным барьером для нас и нашего осязания Вселенной является реликтовое излучение, которое образовалось в результате Большого взрыва. Это та часть, которую мы видим. Однако никто пока не может сказать, существуют ли за пределами этого реликтового излучения границы, или Вселенная продолжается вечно. Не помогут нам в этом даже самые мощные телескопы.
Микроволновой фон Вселенной
У Вселенной есть свой микроволновой фон, так называемая космическая музыка. И, хоть ученые не могут из-за реликтового излучения заглянуть в самые далекие уголки Космоса, но сумели определить достаточно узкий спектр его звуковых волн.
Это дало ученым повод утверждать, что Вселенная похожа по своим свойствам на музыкальный инструмент, который не способен вибрировать на длинных волнах. Это дает основание утверждать, что у нашей Вселенной все-таки есть конец, — утверждает ученый Жан Пьер Люмине.
За десять лет работы и тщательного изучения Вселенной о ее конечности сделали выводы и британские астрономы.
Теперь осталось только определиться с границами и формами Вселенной. Выявить это смогут, опять-таки, звуковые волны, — утверждает канадский физик Кейс Вестерн. Поэтому ученые планируют применить спектральный звуковой анализ Вселенной для определения ее формы. При этом исследователи утверждают, что на все эти выяснения может уйти очень много лет.
А уже сейчас тот же Жан Пьер Люмине утверждает, что форма Вселенной представляет собой форму футбольного мяча, в ней есть двенадцать симметрично расположенных поверхностей. В эту же теорию укладывается и принцип зеркальных отражений. Так, если бы существовал сверхмощный телескоп – он бы позволил увидеть одни и те же предметы, но с огромной разницей во времени.
Где конец, и что дальше?
Если у Вселенной все же есть конец, то что находится дальше? Конечность Вселенной является самым логичным объяснением движения галактик. Специалисты NASA, например, как-то наблюдали, как восемьсот отдаленных галактических скоплений в едином порыве направляются в одну сторону со скоростью в тысячу километров в секунду, как-будто их притягивал магнит. Этому вселенскому перемещению дали название «темного потока». Галактики стремятся к району, находящемуся от нас на расстоянии в три миллиарда лет. Есть предположение, что именно там находится масса, притягивающая космическую материю. А что же дальше?
Ученые утверждают, что наша Вселенная не единственная в своем роде, что есть несколько вселенных. И быть может, где-то существуют другие планеты, где есть жизнь, и есть другие звезды…
Источник