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
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
Простое опровержение расширения вселенной
Наша вселенная расширяется. По крайней мере, об этом свидетельствуют многочисленные экспериментальные подтверждения закона Хаббла и всё более точные измерения постоянной его имени. Более того в конце прошлого века было обнаружено ускоренное расширение вселенной. За это открытие в 2011 году была вручена нобелевская премия по физике. И это очень плохо. Плохо не вручение нобелевской премии, а ускоренное расширение вселенной. Так как это неизбежно приведёт к краху нашей вселенной и её тепловой смерти. Расширение вселенной теоретически обосновано Фридманом ещё в начале XX века и является фундаментом современной космологической теории Большого Взрыва. Для описания расширяющейся вселенной построена соответствующая математическая модель, основанная на метрике Фридмана, которая предполагает три возможных состояния кривизны пространства нашей вселенной – нулевая кривизна для плоской трёхмерной вселенной, отрицательная для вогнутой трёхмерной гиперсферы вселенной и положительная для выгнутой трёхмерной сферы вселенной. Однако эта математическая модель в настоящее время применяется только на больших масштабах вселенной. Примерно сотни световых лет и больше, что соответствует размерам скоплений галактик. В первую очередь такое ограничение сферы применения матмодели расширяющейся вселенной обусловлено тем, что практические измерения метрик вселенной в ближайших к нам окрестностях на масштабах галактик не подтверждают расширение вселенной. Конечно, у теоретиков для подобных случаев есть замечательное правило, которое гласит, что если наблюдаемая действительность не соответствует предсказаниям теории, то тем хуже для наблюдаемой действительности. Однако в данном случае учёные смогли внести в свою теоретическую модель достаточно правдоподобные уточнения, объясняющие отсутствие расширения вселенной в отдельных локальных областях тем, что на галактических масштабах космические объекты связаны друг с другом силой гравитационного притяжения и эта сила удерживает такие локальные области вселенной от расширения.
На картинке выше такие стационарные, не расширяющиеся, области вселенной хорошо видны как более яркие белые скопления, образующие некую ячеистую структуру вокруг чёрных пустот — войдов. Согласно современным представлениям внутри скоплений галактик (белых областей) расширение вселенной не наблюдается, так как ему (расширению) мешает гравитация. Расширение вселенной происходит исключительно внутри чёрных областей из-за меньших сил гравитации, связывающих галактические скопления по краям войдов. Звучит вполне логично и на первый взгляд такое распределение гравитационных полей выглядит достаточно правдоподобно. Однако, что бы оценить правомерность предложенного ограничения области действия модели Фридмана, давайте определимся с величинами сил гравитации, действующих на представленные космические объекты. Как мы все прекрасно помним, сила гравитационного притяжения двух материальных объектов пропорциональна массам взаимодействующих объектов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Масса средней галактики составляет что-то около 10^10 (десять в десятой степени) масс Солнца. Средний диаметр галактики равен примерно 400 тысяч световых лет. Среднее расстояние между галактиками в скоплении составляет не менее 3 миллионов световых лет. Имея эти данные, мы можем вычислить силу гравитационного притяжения между средними галактиками внутри некоего абстрактного скопления галактик.
Этот очень грубый расчёт дал нам первую цифру для сравнения. Проведём аналогичные вычисления для силы гравитационного притяжения между галактическими скоплениями, расположенными на максимальном удалении друг от друга вокруг чёрных пустот. Для этого нам потребуется значение массы среднего галактического скопления, а также средний диаметр чёрной пустоты (войда). Итак, среднее галактическое скопление состоит примерно из 500 галактик и имеет массу 10^15 (десять в пятнадцатой степени) масс Солнца. Диаметр среднего скопления галактик 19,6 миллионов световых лет. Средний войд имеет диаметр примерно 300 миллионов световых лет. Считаем:
Полученная величина на 6 (шесть) порядков больше силы притяжения между отдельными галактиками внутри скоплений. Т.е. сила гравитационного притяжения между скоплениями галактик, разделённых войдами, в миллион раз больше силы притяжения галактик друг к другу внутри галактического скопления. Следовательно, математическая модель, основанная на метрике Фридмана, будет работать на масштабах скоплений галактик в миллион раз хуже, чем на масштабах галактик. Учитывая, что в настоящее время на масштабах галактик она совсем не работает, можно сделать вывод – данная математическая модель неработоспособна на любых масштабах вселенной. Таким образом, уважаемые читатели, путём несложных вычислений мы с вами лишились теоретического обоснования расширения вселенной. Может быть это и к лучшему. Как по мне, так жить в стационарной вселенной куда спокойнее. Тем более что практические измерения реликтового излучения американским научно-исследовательским КА WMAP в период с 2001 по 2009 г. показали наличие «оси зла», вокруг которой происходит локация наблюдаемых структур вселенной.
Сам факт существования подобной анизотропии вселенной даже в единственном исполнении опровергает теорию Большого взрыва, так как совершенно не вписывается в инфляционную модель, берущую своё начало из одной точки.
PS Британские учёные из Имперского колледжа и университетского колледжа Лондона, тщательно проанализировав данные с другого, более современного космического телескопа «Планк», установили, что на самом деле никакой «оси зла» не существует. Данные с этого телескопа за период с 2009 по 2013 год были дважды обработаны на суперкомпьютере и со второй попытки удалось спасти современную космологию от полного краха. После более тщательной обработки данных у них получилось показать, что реликтовое излучение вселенной одинаково во всех направлениях и фундаментальный космологический принцип однородности не нарушается. Однако раскрывать суть «более тщательной обработки данных» британские учёные не стали.
Источник
5 вопросов о расширении Вселенной, которые вы стеснялись задать
Взгляд на чрезвычайно отдалённую часть Вселенной открывает нам галактики, движущиеся от нас с огромными скоростями. На таких расстояниях галактик видно больше, они меньше по размеру, не такие развитые и удаляются с большими красными смещениями, чем те, что расположены недалеко
Когда вы смотрите на удалённую Вселенную, вы повсюду видите галактики – во всех направлениях, на все миллионы и миллиарды световых лет. Человечеству доступны для наблюдения примерно два триллиона галактик, а общая сумма всего, что есть во Вселенной, гораздо больше и невероятнее, чем большинство из нас может себе представить. Один из наиболее сбивающих с толку фактов состоит в том, что все видимые нами галактики в среднем подчиняются одному правилу: чем дальше они от нас, тем быстрее, по-видимому, они движутся в сторону от нас. Это открытие, сделанное Эдвином Хабблом со своими помощниками в 1920-х, привело нас к картине расширяющейся Вселенной. Но что означает, что Вселенная расширяется? Наука знает это, а теперь будете знать и вы!
Чем дальше мы смотрим, тем более древнюю и неразвитую Вселенную видим. Но это только если Общая теория относительности применима ко Вселенной и управляет её расширением.
1) Во что расширяется Вселенная? Это один из вопросов, звучащих разумно, поскольку всё остальное, что может расширяться, состоит из материи и существует в рамках пространства и времени Вселенной. Но сама Вселенная – это и есть пространство и время, и оно содержит всю имеющуюся материю и энергию. Говоря о «расширении Вселенной» мы имеем в виду, что расширяется пространство, и мы видим, что отдельные галактики и их скопления разлетаются друг от друга. Лучшая из визуализаций этого процесса – это тесто с изюминками, поднимающееся в результате выпекания в печи.
Модель «хлеба с изюмом» расширения Вселенной, в которой относительные расстояния увеличиваются при расширении пространства (теста).
Тесто – ткань пространства, изюминки – связанные структуры (галактики или группы/скопления галактик), и с точки зрения любой изюминки все остальные двигаются от неё, и чем дальше изюминка, тем быстрее она убегает. Только в случае Вселенной нет никакой печки и воздуха снаружи теста; есть только тесто (пространство) и изюминки (материя).
Красное смещение вызывается не движением галактик от нас – красное смещение света, путешествующего от удалённых точек пространства к нам, происходит из-за растяжения пространства между нами и галактиками
2) Откуда нам знать, что расширяется ткань пространства – может, это просто галактики движутся с разными скоростями? Если объекты движутся от вас по всем направлениям, то, возможно, пространство между вами и ими расширяется; но это лишь одна из возможностей. Также звучит разумным, что вы могли оказаться в центре взрыва, и многие объекты просто оказались дальше от вас и двигаются быстрее сегодня, поскольку приобрели больше энергии во время взрыва. Если бы это было так, то выделялись бы два свидетельства этого:
- На больших расстояниях галактик с высокими скоростями было бы меньше, поскольку они бы разлетались в стороны в пространстве с течением времени.
- Соотношение красного смещения и дальности на больших расстояниях имело бы весьма определённую форму, отличающуюся от того случая, когда расширяется ткань пространства.
Разница между объяснением на основе простого движения (пунктир) и предсказаниями ОТО (сплошная) для расстояний в расширяющейся Вселенной. Нашим наблюдениям однозначно соответствуют предсказания ОТО.
На больших расстояниях плотность галактик оказывается выше, чем поблизости от нас. Это совпадает с картиной, в которой расширяется пространство, поскольку заглядывать вдаль – это всё равно, что заглядывать в прошлое, где расширение было не таким сильным. Мы также видим, что отношение красного смещения к расстоянию у далёких галактик совпадает с картиной расширения ткани пространства, и вовсе не совпадает со случаем, когда галактики просто движутся от нас. На этот вопрос наука даёт ответ двумя очень разными способами, и оба ответа поддерживают вариант расширяющейся Вселенной.
График видимой скорости расширения (ось y) в зависимости от расстояния (ось x) совпадает со Вселенной, быстрее расширявшейся в прошлом, но до сих пор расширяющейся сегодня. Это современная версия наблюдения, расширяющая дистанции в тысячи раз по сравнению с тем, что делал Хаббл. Отметьте, что точки не лежат на прямой, что говорит об изменении скорости расширения со временем
3) Всегда ли Вселенная расширялась с одной скоростью? Мы называем эту скорость постоянной Хаббла, но она постоянна по всему пространству, а не по всему времени. Вселенная сейчас, сегодня, расширяется медленнее, чем это было в прошлом [Вот тут Итан объясняет, почему расширение замедляется, а галактики разлетаются всё быстрее / прим. перев.]. Когда мы говорим о скорости расширения, имеется в виду скорость на единицу расстояния: сегодня это порядка 70 км/с/Мпк (километров в секунду на мегапарсек; мегапарсек – 3 260 000 световых лет). Но скорость расширения зависит от плотности всего, что есть во Вселенной, включая и материю с излучением. С расширением Вселенной материя и излучение внутри неё становятся менее плотными, и с падением плотности материи и излучения падает и скорость расширения. Вселенная в прошлом расширялась быстрее, и замедляется со времён горячего Большого взрыва. Постоянная Хаббла названа так не очень точно; её надо бы назвать параметром Хаббла.
Варианты отдалённой судьбы Вселенной предлагают несколько возможностей, но если тёмная энергия действительно является постоянной, о чём говорят наши данные, то Вселенная будет продолжать следовать красной кривой
4) Будет ли Вселенная расширяться вечно, или она когда-нибудь остановится, или даже сожмётся обратно? Множество поколений этот вопрос был святым Граалем космологии и астрофизики, и на него можно было ответить, только определив как скорость расширения Вселенной, так и все присутствующие в ней типы и количества энергии. Теперь мы успешно измерили, сколько нормальной материи, излучения, нейтрино, тёмной материи и тёмной энергии присутствует в ней, а также скорость расширения Вселенной. На основании законов физики и прошлых событий весьма вероятным кажется то, что Вселенная будет расширяться вечно. Хотя эта вероятность не равна 100%; если что-то, к примеру, тёмная материя, будет вести себя в будущем по-другому, не так, как в прошлом или сегодня, все наши выводы придётся пересмотреть.
5) Есть ли галактики, убегающие от нас быстрее скорости света, и не запрещено ли это? С нашей точки зрения пространство между нами и любой удалённой точкой расширяется. Чем дальше что-то находится, тем быстрее оно удаляется от нас. Даже если бы скорость расширения была крохотной, достаточно далёкий объект в итоге преодолел бы порог любой конечной скорости, поскольку скорость расширения (скорость на единицу расстояния), помноженная на достаточно большое расстояние, даст вам любое значение скорости. Но ОТО этого не запрещает! Закон, запрещающий движение быстрее света, применим только к движениям объектов в пространстве, а не к расширению самого пространства. На самом деле сами галактики двигаются со скоростями порядка сотен или тысяч км/с, что гораздо меньше, чем 300 000 км/с, ограничение скорости, устанавливаемое светом. Убегание и красное смещение вызвано расширением Вселенной, а не истинным движением галактики.
Внутри наблюдаемой Вселенной (жёлтый круг) есть примерно 2 триллиона галактик. До галактик, находящихся на расстоянии большем, чем треть пути от нас до границы, никогда нельзя будет добраться из-за расширения Вселенной, поэтому объём, открытый для изучения человеком, составляет всего 3% от наблюдаемой Вселенной
Расширение Вселенной – обязательное следствие наличия материи и энергии, заполняющей пространство-время, подчиняющееся ОТО. Пока есть материя, есть гравитационное притяжение, поэтому либо гравитация выигрывает и всё сжимается, либо гравитация проигрывает и выигрывает расширение. Нет никакого центра расширения, нет ничего за пределами пространства, куда расширялась бы Вселенная; расширение испытывает сама ткань Вселенной, везде и постоянно. И что самое обидное, даже если бы мы сегодня покинули Землю и отправились бы в путь со скоростью света, нам оказались бы доступными лишь 3% галактик из всей наблюдаемой Вселенной; 97% из них уже за пределами наших возможностей. Вселенная может быть сложным местом, но, по крайней мере, теперь вы знаете ответы на пять из наиболее часто запутывающих всех вопросов!
Источник