Ученые подсчитали, сколько материи во Вселенной
29 сентября 2020
Ученые подсчитали общее количество материи во Вселенной, используя новый, более точный метод. Вычислив массу сотен скоплений галактик, команда обнаружила, что материя составляет менее трети содержимого Вселенной.
Содержимое Вселенной в процентах. Фото: news.ucr.edu
Все, что человек видит вокруг себя и с чем взаимодействуем в повседневной жизни, на самом деле составляет лишь малую часть того, что есть в космосе. Известно, что между массой материи и энергии существует неравное разделение. При этом большая часть материи является «темной». Обычная видимая материя составляет наименьшую часть Вселенной.
Новый расчет, проведенный группой ученых из Калифорнийского университета (США), предоставляет более точные данные. Согласно исследованию, материя составляет около 31,5% от общего содержимого Вселенной. Остальные 68,5% — это темная энергия, сила, которая, теоретически, движет ускорением расширения Вселенной.
«Чтобы представить это количество материи в контексте, если бы вся материя во Вселенной была равномерно распределена по пространству, это соответствовало бы средней плотности массы, равной примерно шести атомам водорода на кубический метр, — говорят авторы исследования. — Однако, поскольку известно, что большая часть материи на самом деле является темной материей, в общем объеме большая часть материи состоит не из атомов водорода, а из типа материи, который астрономы еще не открыли».
Чтобы прийти к такому выводу, исследователи разработали новый инструмент под названием GalWeight. Модель позволила исследователям вычислить массу скопления галактик, измеряя орбиты отдельных галактик. Модель соотнесли с данными о 756 скоплениях из проекта «Слоуновский цифровой небесный обзор». Затем команда сравнила результаты с моделированием формирования скоплений галактик.
Симуляции начинаются с разного количества вещества. Ученые фиксируют, какие смоделированные условия наиболее точно соответствуют современным наблюдениям. Так они могут определить наиболее вероятное количество вещества, содержащегося во Вселенной.
Моделирование того, как формируются скопления галактик. Фото: news.ucr.edu
«Нам удалось сделать одно из самых точных измерений, когда-либо сделанных с помощью метода скоплений галактик, — говорят авторы. — Более того, это первое использование орбиты галактики в расчетах».
Понимание эволюции Вселенной может в конечном итоге помочь астрономам раскрыть тайны темной материи и темной энергии.
Исследование было опубликовано в журнале The Astrophysical Journal.
Источник
Сколько измерений у Вселенной?
Научно-фантастический фильм Кристофера Нолана «Интерстеллар» является красивым произведением, где объясняется множество научных моментов, но не все. Например, в фильме без проблем объяснили, почему червоточина выглядит так, а не иначе, но не объяснили идею более высоких измерений так тщательно, как нам бы хотелось. Поэтому давайте сами разберемся в этом вопросе.
Измерения пространства-времени действительно сложны. Мы понимаем первые три, потому что живем в них, мы овладели ими еще в младенческом возрасте.
Первое измерение — это точка, единая точка, думайте о ней как о координате. Если бы вся Вселенная была числовой линией от 0 до 10, одно измерение было бы похоже на. 6 или 3. Вы бы точно знали, где это было во Вселенной.
Два измерения тоже довольно простые, две оси, два числа. Возможно 6 на оси X и 3 на оси Y. Теперь мы знаем, где это.
Мы живем в третьем измерении, поэтому мы добавляем еще одну числовую линию. Это ось Z. И эти три числа говорят нам точно, где мы находимся в космосе.
В фильме главный герой попадает в более высокие измерения. Согласно теоретической физике, теория струн требует по крайней мере 10 измерений . Это практически невозможно представить, но мы все же попробуем разобраться.
Придерживаясь координат в пространстве, давайте подумаем о вас, прямо сейчас. Проще говоря, вы находитесь на широте, долготе и высоте. Это 3 числа, которые определяют ваше трехмерное местоположение, верно? Как насчет вашего четырехмерного местоположения?
Четвертым измерением в этом случае является время. С 4 числами мы точно знаем, где вы находитесь в 4-мерном пространстве. Вы, к примеру, находитесь на вершине горы 5 января, в 12:06.
И изменение любого из этих чисел показывает другое местоположение где-нибудь в прошлом, настоящем или будущем, или где-нибудь в другом месте. Если бы вы были четырехмерным существом, а не трехмерным, движение по вашей временной шкале было бы так же легко, как и по любой другой числовой линии, как если бы вы шли по дороге.
Поэтому попытайтесь представить мир без линейного времени, где время — это просто еще одна ось, через которую вы можете перемещаться, например, во время ходьбы или плавания. Двигаться назад, вперед, в прошлое или будущее.
А что если вы хотите двигаться влево или право? Это уже пятое измерение. Что насчет увеличения или уменьшения во времени? Теперь вы находитесь в трехмерном месте и перемещаетесь во времени, основываясь на вероятности и перестановках того, что трехмерное положение могло быть, есть, или будет на разных возможных временных шкалах.
Квантовая физика говорит, что пятое и шестое измерения являются исследованием всех этих возможностей и всех перестановок сделанного выбора.
Теперь о последних 3 измерениях. Что если бы мы могли взять точку и начали двигать ее в пространстве и времени, включая все возможные варианты будущего и прошлого для этой точки. Что касается перемещения вдоль числовой линии, где законы гравитации различны, скорость света изменилась.
Измерения с седьмого по десятое — это разные Вселенные с разными возможностями и невозможностями и даже разными законами физики. Они охватывают все вероятности и перестановки того, как работает каждая Вселенная, и всю реальность со всеми перестановками в ней по всему времени и пространству. Наивысшее измерение — это охват всех этих Вселенных, возможностей, выборов, времен, соединенных вместе.
Десять измерений пространства-времени звучат как-то безумно, но математически они сочетаются с тем, как физики начинают понимать Вселенную, составляя единую «Теорию всего». Конечно, есть другая теория, которая говорит, что есть не 10 измерений, а 11, но это немного другое.
В конце концов, знание большего об измерениях и о том, как они существуют, не поможет вам в вашей повседневной жизни, если вы не физик-теоретик. Но есть люди, которые изучают этот материал каждый день и пытаются узнать больше о том, как гравитация влияет на время, как высшие измерения влияют на квантовую теорию.
Источник
Почти пусто: астрономы выяснили, сколько во Вселенной материи
Сколько в космосе материи? Ответ на этот вопрос искали и нашли астрономы из США и Египта, опубликовавшие результаты своих исследований в научном журнале Astrophysical Journal.
Космос как винегрет
Из чего состоит Вселенная? Разумеется, в ней есть звезды и планеты. А еще межзвездный газ, которого примерно столько же, сколько звезд (по массе). На бескрайних просторах между галактиками изредка встречаются атомы межгалактического газа. Изредка-то изредка, однако в сумме это вещество весит вчетверо больше, чем звезды и межзвездный газ вместе взятые. Но и это далеко не основной ингредиент космического салата. Ученые уже несколько десятилетий знают о существовании еще одного компонента — темной материи. Это вещество не наблюдается ни в какие телескопы, но более чем ярко проявляет себя своей гравитацией. Под дудку его тяготения пляшут и звезды в галактиках, и галактики в скоплениях.
Существование темной материи — доказанный факт, он надежно установлен несколькими способами. Но вот вопрос, из чего она состоит, спорный. Несомненно, некоторую ее часть составляют привычные астрономам объекты, такие как черные дыры, коричневые карлики, холодный газ и так далее. Просто они слишком далекие и тусклые, чтобы земные телескопы могли их разглядеть. Эта часть темной материи называется барионной — в честь барионов, то есть класса частиц, к которому относятся протоны и нейтроны. Именно из протонов и нейтронов состоят атомные ядра, а потому к барионной материи относится все знакомое нам обычное вещество.
Однако большинство специалистов склоняются к мысли, что львиная доля темной материи не может состоять из атомных ядер. После Большого взрыва просто не могло образоваться столько барионов, говорят они и приводят весьма убедительные расчеты. Так что предполагается, что большая часть темной материи состоит из неизвестных частиц, еще не открытых физиками-экспериментаторами. Эта загадочная субстанция вполне логично называется небарионной темной материей. Подчеркнем, что небарионная природа подавляющей части темной материи еще не доказана. Но эта гипотеза настолько авторитетна, что включена в господствующую модель Вселенной (ΛCDM-модель).
Однако и это еще не все. Главный ингредиент «космического винегрета» — темная энергия, ускоряющая расширение Вселенной. Существование этого дополнительного ускорения — хорошо проверенный факт, за открытие которого Брайан Шмидт и Адам Рисс в 2011 году удостоились Нобелевской премии по физике. А вот о природе вызывающей его темной энергии ученые продолжают спорить. Большинство экспертов считают, что это некое свойство вакуума или же пронизывающее пространство поле. Встречаются, однако, и более экзотичные версии.
Божественные пропорции
Сколько в мире барионной материи (то есть видимой и некоторой части темной), небарионной темной материи и темной энергии? В каких пропорциях смешан этот салат? Это важный вопрос, от которого зависит, например, как расширяется Вселенная и как образовались галактики и их скопления.
Для начала поясним, как сравнивают материю с энергией. Дело в том, что в любой массе заключена энергия, количество которой можно вычислить по знаменитой формуле Е = mc 2 . И, между прочим, это количество впечатляет: в одном грамме вещества заперто около двадцати килотонн в тротиловом эквиваленте. Пересчитав массу в энергию, космологи выясняют вклад барионного вещества, небарионной материи и темной энергии в полную энергию Вселенной. Такие расчеты проводились неоднократно и разными способами. Но авторы новой статьи использовали собственный путь.
Как взвесить Вселенную
Когда мир был юным, вещество было рассеяно по пространству гораздо более равномерно, чем сейчас. Под действием собственной гравитации оно стянулось в галактики и их скопления. Этот процесс очень сильно зависел от количества материи во Вселенной. Чем больше вещества (барионного и небарионного вместе взятого), тем чаще должны встречаться скопления галактик и тем более высокую массу они должны иметь. Исследователи смоделировали на компьютере образование скоплений галактик при разном количестве материи во Вселенной и сравнили результаты с данными наблюдений.
Это не новый метод, и он успел хорошо зарекомендовать себя. Но авторы внесли в него важное изменение. Они разработали и применили процедуру, которая помогает понять, принадлежит ли та или иная галактика к скоплению. Это непростой вопрос, поскольку при взгляде с Земли мы видим не трехмерную картину, а плоскую. Звездная система, которая кажется нам принадлежащей к кластеру, может на самом деле находиться перед ним или за ним.
Используя свой алгоритм, ученые индивидуально вычисляли массу каждого скопления. Этим их исследование отличается от работ предшественников, в которых использовалась средняя масса многих скоплений. Кроме того, астрономы опирались на собственный каталог скоплений галактик GalWCat19. В нем перечислены более 1800 кластеров, в которые входит в общей сложности более 38500 галактик. Свой каталог авторы сформировали по данным крупнейшего обзора SDSS, выбирая самые яркие и близкие скопления. Особенно важно, что они близкие. Их свет путешествовал до Земли не более 2,5 млрд лет. Это позволяет не делать поправку на расширение Вселенной и те перемены, которые могли произойти в этих кластерах со временем.
Наш мир пуст
Завершив расчеты, исследователи получили, что вся материя в целом (видимое вещество, барионная часть темной материи и ее небарионная часть вместе взятые) обеспечивают только 31% всей энергии во Вселенной. Остальные 69% приходятся на таинственную темную энергию. Отметим также, что, хотя из расчета авторов это и не следует, ранее было установлена доля привычной нам барионной материи среди всей материи Вселенной — она составляет всего 20%.
Результаты авторов не очень отличаются от данных, полученных другими методами. Некоторые измерения отводят темной энергии чуть большую долю космического пирога — более 70%. Другие останавливаются на 68%. Но так или иначе именно это загадочное нечто — по-прежнему самый большой резервуар энергии в космосе.
Совпадение результатов, полученных разными способами, — хорошее свидетельство их надежности. Другими словами, похоже, что Вселенная действительно устроена именно так.
Авторы приводят выразительный пример. Представим, что вся материя, в том числе и та, которая обычно считается небарионной, состоит из водорода. Сколько понадобилось бы атомов, чтобы обеспечить ее наблюдаемое количество? В среднем всего шесть атомов на кубический метр пространства. Для сравнения: в стакане воды больше атомов, чем стаканов воды в Мировом океане.
Считанные атомы на кубический метр — это не просто вакуум. Это настолько глубокий вакуум, что его создание лежит далеко за границами технических возможностей человечества. Если усреднить космос, получится пустота. Звезды, планеты и мы сами существуем только потому, что материя не рассеяна по пространству равномерно, а собрана в плотные комки, разделенные пустынными безднами. Возможно, понимание этого факта поможет человечеству осознать свою уникальность в космосе и еще раз удивиться чуду научного познания, позволяющего на основе наблюдений и компьютерных моделей постигать устройство мироздания.
Космические деньги: почему бизнесмены инвестируют в безвоздушное пространство
Источник
Сколько и каких измерений существует на земле и во вселенной?
Всем привет! А вы задавались когда-то вопросом, сколько существует измерений во всей вселенной? Мы вот задались и выяснили, что их примерно 10. Но, как вы понимаете, это не точные данные, а только догадки учёных. Сложно судить о том, чего не видно человеческому глазу. И всё же, давайте рассмотрим их по порядку.
Измерения
Основные и известные нам
Мы живём в четырёхмерном мире. По крайней мере, это то, что мы наверняка можем измерить, заметить, почувствовать и доказать. И каждое из измерений мы тщательно изучали в школе. Речь идёт о широте, долготе, времени и высоте.
Представьте себе прямую линию, её мы назовём Х и обозначать она будет длину. После добавьте ось Y, которая будет отвечать за ширину. Так вы получите двухмерную картинку. Изобразив ось Z – мы преобразуем её в объёмную. Например, если изначально был нарисован квадрат, а он, как вы знаете, имеет только X и Y, то с добавлением Z он станет кубом.
Чтобы выяснить, каким образом происходит наложение координат на время, необходимо зафиксировать предмет в какой-то определённой точке. Допустим, вы видите машину, проезжающую перекрёсток, буквально через секунду она уже будет в другом месте. Но именно в этот промежуток времени она находилась в определённом месте, которое мы зафиксировали.
Пятое и шестое
Пятое и шестое измерения называют параллельными мирами. Они возникли во Вселенной, как и наш мир, из-за Большого Взрыва. Если бы мы овладели ими, то путешествие во времени стало бы реальным. Такой себе обыденностью. Мы бы тогда получили возможность менять своё будущее и даже прошлое.
Хотя, возможно и существуют личности, которым удалось совершить невозможное. Есть немало фактов, которые указывают на то, что они перемещались во времени. Например, в 2008 году вскрыв гробницу императора Си Цин, археологи из Китая были крайне удивлены, обнаружив знаменитые на весь мир швейцарские часы, да ещё и с гравировкой.
Дело в том, что могиле было около 400 лет, в тот период просто-напросто ещё не существовало наручных часов. Как они там оказались, осталось загадкой, так как учёные подтвердили, что на протяжении всего периода гробница была нетронутой.
Или ещё загадочный случай. В 1950 году погиб в автомобильной аварии молодой мужчина по имени Рудольф Фетц. Полицейские, расследуя это происшествие, оказались озадаченными по причине того, что по документам этот парень считался без вести пропавшим. Знаете, в каком году? В 1876…
Можно было бы посчитать это каким-то совпадением с другим человеком, однофамильцем, похожим внешне, если бы не одежда и странные предметы, найденные в его карманах. Всё свидетельствовало о том, что он действительно явился из прошлого.
Потому что в 1950 году у людей не было необходимости в документах на право управлять повозкой. Также было обнаружено письмо, датированное 1876 годом и маркер для пива, сделанный из меди.
Ещё один интересный момент был обнаружен во время просмотра фильма «Цирк» с Чарли Чаплином в главных ролях. В одном эпизоде зритель может наблюдать женщину, действия которой напоминают разговор по мобильному телефону.
Ничего удивительного для современного человека, только вот фильм снят был в 1928 году. А, как вы можете знать, в тот период подобных аппаратов не существовало.
Завершение
В остальных измерениях появляется всё больше плоскостей, которые открывают новые возможности для человека. Только вот пока что постичь их в нашей обыденной жизни невозможно.
Напоследок хочу рекомендовать вам ознакомиться со статьёй, в которой указана информация о том, какие тайны хранит наше подсознание. Её вы найдёте, нажав на эту ссылку.
Познавайте себя, свои возможности и, конечно же, будьте счастливы!
Материал подготовила психолог, гештальт-терапевт, Журавина Алина
На сколько процентов человек задействует в работе свои мозги?
На Земле одна Вера
Скрытые возможности человека
Онлайн тест: «На сколько Ваш сон является полноценным и здоровым»
Существует ли закон бумеранга в жизни и как работает это правило?
12 способов воспитания в себе лидерских качеств успешного человека
Источник