Куда расширяется Вселенная?
В соответствии со стандартной космологической моделью, а также результатами спектральных измерений галактик, вселенная расширяется. Но куда она расширяется? Именно так ставят вопрос многие, кто интересуется космосом и вселенной. Но именно в самом вопросе кроется распространенное непонимание или недопонимание этого явления.
Пространство расширяется – во всяком случае, между галактическими скоплениями. Фото космического телескопа «Хаббл» показывает кластер Cluster SDSS J0333+0651. Спиральная галактка слева внизу находится далеко на переднем плане Фото: ESA/Hubble & NASA
Общая теория относительности Альберта Эйнштейна представляет собой великолепно подтвержденную сегодня измерениями теорию гравитации, космического времени и вселенной в целом. Из нее следует, что космос в больших масштабах не может быть статичным. Он должен был бы быть нестабильным, пришел к выводу Эйнштейн в 1917 году (но поначалу не хотел в это верить). То есть пространство должно сокращаться или расширяться. Измерения спектральных линий далеких галактик и галактических скоплений, а также прочие данные наблюдений подтвердили, что вселенная все-таки расширяется. И примечательно то, что делает она это уже на протяжении шести миллиардов лет, причем скорость такого расширения становится все быстрее.
Три ошибки в понимании процесса
Широко распространены три недопонимания:
• Вселенная расширяется относительно некой центральной точки, в которой произошел Большой взрыв.
• С тех пор вселенная расширяется равномерно во все стороны.
• Вселенная расширяется от своей «внешней границы» наружу.
Все эти утверждения к корне неправильны.
Четыре космологических вывода
Правильными являются четыре следующие вывода космологии, которые зиждутся на принципах Общей теории относительности:
• Большой взрыв не был взрывом в пространстве и времени, а взрывом пространства и времени. Пространственное время нашей вселенной возникло именно с Большим взрывом. То есть, нет никакого центра вселенной, а Большой взрыв произошел, хоть это и тяжело осознать, везде.
• Пространство расширяется только там, где гравитация материи и энергия ограничены. Поэтому пространство не расширяется внутри галактик или комплексных галактических групп, а только между галактическими скоплениями и сверхскоплениями. Кратность расширения (которую часто ошибочно называют константой Хаббла) никакой константой не является, изменяясь в координатах пространства-времени. (Поэтому в данном случае лучше всего говорить о локальных параметрах Хаббла и глобальном, зависимом от времени параметре Хаббла в качестве усредненного значения.)
• Не существует никакой внешней границы или внешнего края вселенной – независимо от того, конечна она или бесконечна в своих размерах. Правда, при этом для каждой точки вселенной существуют принципиальные пределы возможного наблюдения: космические горизонты. Они являются результатом конечной скорости света в вакууме. То есть свету необходимо время, чтобы преодолевать расстояния. Поэтому любой взгляд в пространство является взглядом в прошлое. Так как наша вселенная имеет конечный возраст и расширяется, мы можем наблюдать лишь определенный фрагмент вселенной.
Конкретное положение вещей: возраст вселенной составляет примерно 13,8 миллиарда лет, а скорость ее расширения в настоящее время оценивается примерно в 70 километров в секунду на мегапарсек (константа Хаббла). Это значит, что мы теоретически могли бы заглянуть на 13,8 миллиарда лет назад – первый, все еще измеримый в микроволновом диапазоне свет возник через 380 тысяч лет после Большого взрыва. Но на самом деле мы способны заглянуть вглубь пространства на только на 13,8 миллиарда световых лет, но и дальше. Потому что оно (пространство) не статично, а расширялось и продолжает это делать. Насколько далеко мы можем посмотреть в принципе, зависит от истории расширения вселенной. Согласно последним данным, наш космический горизонт составляет вокруг нас расстояние в 46 миллиардов световых лет.
• Вселенная расширяется не только на космическом горизонте (причем такой горизонт для каждого наблюдателя в разных местах – разный), а везде между галактическими суперскоплениями. То есть пространство расширяется не «наружу», или, как предполагают некоторые теоретики, вообще внутри пространства по ту сторону вселенной, за счет некоего дополнительного «окружающего пространства». Свидетельств и даже минимальных признаков такого специального пространства не существует, да оно и не нужно для космологии теории относительности. В значительно большей степени вселенная расширяется «внутренне». Это значит, что она расширяется повсюду, где ее не сдерживает гравитация, а такое расширение суммируется увеличивающимися расстояниями. И увеличиваются при этом гравитационно слабые регионы: расстояние длиной в один мегапарсек (т.е. 3,26 миллиона световых лет) увеличивается со скоростью расширения около 70 километров в секунду.
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
Если вселенная расширяется почему не расширяются предметы вокруг нас?
Недавно от одного из наших подписчиков я получил следующий вопрос:
Если вселенная расширяется, значит ли это, что мы все расширяемся вместе с ней? Или наш мир отдельно, а вселенная расширяется отдельно от нас?
Вопрос действительно интересный, ведь если расстояние между всеми телами во вселенной постоянно увеличивается, то странно, что оно остаётся неизменным между атомами наших тел.
Как определили, что Вселенная расширяется ?
Расширение вселенной было подтверждено ещё в 1922 году, тогда американский астроном Весто Слайфер определил, что почти все наблюдаемые галактики, за исключением трёх, двигаются прочь от Солнца, а Артур Эддингтон на основе этого и существовавших тогда космологических моделей выдвинул гипотезу: Расширение вселенной является её фундаментальным свойством и чем дальше от нас объект, тем больше его относительная скорость. В 1927 году Жоржем Леметром, а в 1929 году Эдвином Хабблом соответственно была открыта и уточнена формулы данного закона.
С тех пор и до сего дня данный закон не изменился, корректировалось только значения постоянной Хаббла, а после открытия ускоренного расширения Вселенной учёные пришли к выводу, что постоянная Хаббла не такая уж и постоянная и со временем она увеличивается.
За счёт чего расширяется Вселенная?
Очень часто можно встретить мнение, что большой взрыв произошёл в какой-то точке пространства и от неё разлетаются обломки в виде галактик, как осколки гранаты при взрыве, и именно такой разлёт и представляет собой расширение вселенной, однако. это не так.
В действительности большой взрыв не был взрывом в прямом смысле этого слова, фактически большой взрыв — это процесс появления самого пространства. И оно продолжает появляться, то есть в каждой точке Вселенной каждый миг появляется ещё немного пространства, чем дальше от нас объект тем больше между нами таких точек и, соответственно, тем больше каждую секунду между нами появляется пространства. Согласно закону Хаббла, между нами и объектом, находящемся в 3 млн световых лет от нас каждую секунду образуется около 70 км пространства.
Почему не расширяются тела вокруг нас?
Кроме расширения пространства между всеми телами также действует гравитационное притяжение, чем массивней и ближе друг к другу объекты тем сильнее они притягиваются. На масштабах планетных систем, галактик, а также скоплений галактик это притяжение значительно сильнее, чем расширение Вселенной. Таким образом, расширение полностью компенсируется гравитацией и становится незаметным. В твёрдых телах, жидкостях и газах в дополнение к гравитации действуют ещё и куда более интенсивные силы межмолекулярного притяжения, которые также нивелируют расширение Вселенной на масштабах частиц.
Однако согласно современным космологическим моделям так будет не всегда, со временем расширение Вселенной будет ускоряться и наступит момент, когда гравитация уже не сможет его компенсировать, после этого сначала астрономические системы, а затем и обычные тела начнут заметно расширяться и, в конце концов, всё во вселенной будет разорвано на элементарные частицы, которые расширение разнесёт на бесконечное расстояние друг от друга. Данный космологический сценарий носит название большой разрыв.
Даже если бы притяжения между телами не существовало, мы не смогли бы заметить расширение объектов вокруг нас. Как было сказано выше, чем больше расстояние до объекта, тем больше пространства образуется между нами каждую секунду, на масштабах тел с которыми мы взаимодействуем каждый день данное расширение оказывается невообразимо малым. К примеру, если же взять объекты, удалённые друг от друга на 1 метр, то они будут отдаляться друг от друга со скоростью 2,4 аттометра в секунду, с такой скоростью, чтобы отдалиться друг от друга ещё на 1 метр им понадобится около 10 млрд лет. А на масштабах микрочастиц расширение будет ещё более медленным и абсолютно не заметным невооружённым взглядом даже за всю человеческую жизнь.
Ставьте палец вверх, чтобы видеть в своей ленте больше статей о космосе и науке!
Подписывайтесь на мой канал здесь, а также на мои каналы в телеграме и на youtube . Там вы можете почитать большое количество интересных материалов, а также задать свой вопрос. Поддержать наш канал материально можно через patreon .
Источник
Относительно чего расширяется Вселенная?
Понятно, что вопрос — троллинг, и никаких ответов автор не ждет. Однако есть вероятность, что ответ увидят и другие люди, поэтому попробую ответить для них.
Во-первых, начнем с того, что сам вопрос содержит в себе неявное предположение, что расширение обязательно должно быть относительно чего-то еще. Тогда как на самом деле это вовсе не обязательно. Расширяться можно относительно своих собственных размеров в прошлом.
Во-вторых, факт расширения Вселенной установлен Эдвином Хабблом. Закон расширения записывается так: u=H*r. Здесь u — это скорость некой галактики относительно условного начала координат, r — расстояние до нее, а H — постоянная Хаббла. Наблюдения за галактиками показали, что закон справедлив. Очень просто: чем дальше галактика от выбранной системы отсчета, тем быстрее она движется.
Однако при чем тут расширение Вселенной? Может, это просто галактики разбегаются от Земли и Земля — это действительно центр Вселенной? Фокус в том, что если закон Хаббла перенести в другую систему отсчета, то его форма не поменяется. Из чего следует, что любой наблюдатель в любой связанной с ним системе отсчета будет видеть ту же самую картину расширения Вселенной. Из чего, в свою очередь, следует, что это не галактики разбегаются от Земли, а именно Вселенная как целое расширяется. Как изюминки в кексе, который поднимается в духовке, разбегаются друг от друга. Как разбегаются точки на поверхности надуваемого шарика. Для пуристов уточняю: это аналогия, и она ложная.
Далее. Если речь именно о расширении Вселенной, а не о движении галактик в разные стороны, то должны наблюдаться некоторые следствия. В стационарной Вселенной, где движутся галактики, их оптическое изображение определяется пришедшим к нам светом. Однако из закона расширения (см. выше) следует, что чем дальше галактика, тем быстрее она должна двигаться. В стационарной Вселенной это означает, что сильно удаленные галактики должны были бы двигаться со скоростью выше скорости света, что невозможно. А вот в расширяющейся Вселенной наблюдаемая скорость убегания (скорость рецессии), измеренная по величине космологического красного смещения галактик, вполне может превышать скорость света! Ведь в данном случае ни о каком реальном движении галактик речь не идет — расширяется сама Вселенная. И астрономические наблюдения показывают именно такую картину. Так, объекты с красным смещением z>=10 убегают от нас со скоростью рецессии около 2c.
И вновь вернемся к относительности расширения. Относительно чего расширяется Вселенная? Ответ ищем в той же космологии. Дело в том, что если оценить суммарную плотность вещества во Вселенной, и сравнить ее с критическим значением плотности, полученной из решения Фридмана для изотропной Вселенной, то окажется, что наблюдаемая сейчас плотность Вселенной в точности равна критической вплоть до точности измерений, доступной на сегодняшний день. Критическая плотность вычисляется по этой формуле:
Из соотношения плотности и критической плотности можно сделать вывод о пространственной кривизне Вселенной. Если плотность больше критической, то Вселенная — сфера. Если меньше — гипербола (седловидное пространство). Если они равны, то Вселенная плоская. А они равны. Таким образом, кривизна пространства близка к нулю, из чего следует, что с высокой вероятностью Вселенная плоская и не замкнутая. А значит представляет собой евклидово пространство. Поэтому вопрос расширения Вселенной правомерно свести к любой простой аналогии в обычном евклидовом пространстве, как это уже сделали другие отвечающие. Действительно: нас ведь не удивляет, что евклидово пространство можно расширять бесконечно. И вопрос куда оно расширяется или относительно чего тоже не возникает.
а) Расширение Вселенной — это весьма надежно установленный факт.
б) Вопрос, относительно чего расширяется Вселенная, лишен смысла, потому что пространственная геометрия Вселенной не подразумевает какого-либо абсолюта, с которым размеры Вселенной следует сравнивать.
в) Тем не менее, упрощение вида «Вселенная расширяется относительно самой себя в прошлом, с точки зрения любого произвольного наблюдателя» вполне адекватно отвечает на вопрос.
Источник