Строение Вселенной. Теории. Интересные факты
Вселенная (лат. universum) — весь мир который нас окружает, бесконечный во времени и пространстве и бесконечно различный по формам вечно движущейся материи. В современной астрономии наблюдаемая нами Вселенная называется Метагалактикой. Ее основными объектами являются звезды. Звездные скопления образуют галактики. Название нашей галактики — Млечный путь — содержит сотни миллиардов звезд, а в нашей Вселенной насчитывается сотни миллиардов галактик.
Галактики
Что такое галактика? – Основная структурная единица во Вселенной, галактика содержит — 150 — 200 миллиардов звезд; звездные системы разного вида, которые состоят из звезд, газовых и пылевых туманностей и межзвездного рассеянного вещества.
Есть одиночные галактики, но обычно они предпочитают располагаться группами. Как правило это 50 галактик, которые занимают в диаметре 6 миллионов световых лет. Группа Млечного Пути насчитывает больше 40 галактик.
Скопления – это область с 50-1000 галактиками, которые могут достигать размеров в 2-10 мегапарсек (диаметр). Интересно заметить, что их скорости невероятно большие, а значит, должны преодолевать гравитацию. Однако они все же держатся вместе.
Обсуждения темной материи появляется на этапе рассмотрения именно галактических скоплений.
Порой группы объединяются, тем самым формируя сверхскопление. Это одни из крупнейших вселенских структур. Наибольший представитель – Великая Стена Слоуна, которая растянулась на 500 миллионов световых лет в длину, 200 миллионов световых лет в ширину и 15 миллионов световых лет в толщину.
Черные дыры
Что такое Черные дыры? – Космические объекты, существование которых предсказано теорией тяготения Эйнштейна (общая теория относительности), как результат эволюционных изменений в крупных массивных звездах на последних стадиях их жизни, завершающихся неограниченным гравитационным сжатием (гравитационный коллапс).
По мнению американского физик Никодима Поплавского, они ведут в другие вселенные. Эйнштейн считал, что упавшее в черную дыру вещество сжимается в сингулярность. Согласно уравнениям ученого, с другой стороны черной дыры находится белая дыра — объект, из которого материя и свет только исторгаются. В паре они образуют кротовую нору, и все, что попадает туда с одной стороны и выходя с другой, образует новый мир. В начале 90-х годов XX века, физик Ли Смолин предложил похожую и в чем-то более странную гипотезу: он также верил во вселенные с той стороны черной дыры, но полагал, что они подчиняются закону наподобие естественного отбора: воспроизводятся и мутируют в ходе эволюции.
Поплавский со своей теорией может прояснить некоторые «темные» места в современной физике: к примеру, откуда могла взяться космологическая сингулярность до Большого взрыва и гамма-всплески на краю нашей Вселенной, или почему Вселенная не сферическая, а, как видно, плоская. Даже скептикам не кажется, что теория Поплавского менее правдоподобна, чем догадка Эйнштейна насчет сингулярности.
Размерность Вселенной
Проблема размерности Вселенной интенсивно рассматривается уже больше 100 лет. Ряд явлений и уникальных экспериментов показывает, что видимый физический мир, может быть, является только подпространством Гиперпространства и образует в нем сложное «геометрическое образование». О том, что наша Вселенная – многомерный объект, писалось в «Тайной Доктрине» и Е. Блаватской.
Еще ученые в Древней Греции для описания физических процессов нашего мира, в частности движения небесных тел, использовали понятия взаимовложенных концентрических сфер. На базе их представлений Аристотель создал теорию так называемых гомоцентрических сфер и дал ей «физическое» обоснование. По его теории, небесные тела считаются жестко прикрепленными к комбинации скрепленных между собой жестких сфер с общим центром, при этом движение от каждой внешней сферы передается внутренним. В последствии эта теория не нашла распространения и была отброшена (удивительно, но эта теория полностью совпадает с предложенным процессом!).
Плотность материального вещества в космическом пространстве в окрестностях Солнца составляет 0,88·10-22 кг/м3. Это больше чем в тысячу миллиардов миллиардов раз меньше плотности воды. Что же может удерживать в таком практически пустом пространстве структуры звезд и галактик на четко обозначенных траекториях?
Распределение материи во Вселенной
В 1970-е годы группа советских и американских ученых под началом академика Зельдовича предприняла попытку построить объемную модель распределения материи во Вселенной. Для этой цели в компьютер были введены данные расстояний до многих тысяч галактик. Результат получился ошеломляющим – галактики, объединенные в метагалактики, располагались в пространстве как бы на гранях некой ячеистой структуры с шагом порядка 100 млн. световых лет. Внутри этих ячеек наблюдалась относительная пустота. Говоря по другому, пространственно-временной континуум оказался структурированным! Это сильно ослабило авторитет теории Большого Взрыва и сторонников фридмановской модели Вселенной.
Вероятно, кроме нашей метагалактики существует еще множество метагалактик, совокупность которых образует систему огромных размеров – так называемую терагалактику («террас» означает «чудовище»); множество терагалактик образует систему еще более колоссальных размеров и т. д.
Еще гипотезы
1908 год – ученый Шарлье (Франция) выдвинул гипотезу, по которой Вселенная представляет из себя последовательность систем все больших размеров. Звезды образуют звездные скопления, объединяющиеся в галактики. В свою очередь галактики образуют скопления галактик, составляющих метагалактику. И таким образом размеры этих огромных звездных систем должны нарастать до бесконечности. Это так называемая дискретная самоподобная космологическая парадигма, подчеркивающая иерархическую организацию систем природы от наименьших наблюдаемых элементарных частиц до наибольших видимых кластеров галактик.
Гипотезы Шарлье в то время не имела особой популярности. Это объясняется тем, что одновременно появилась общая теория относительности, которая поразила умы своей необычной идеей о конечной, но неограниченной Вселенной. Но результаты наблюдений пока не дали убедительных доказательств в пользу выводов теории относительности и конечности Вселенной. Гипотеза бесконечной Вселенной кажется в большей степени правдоподобной. В такой ситуации модель Шарлье приобретает особый интерес.
Действительно, предложенный в монографии подход о пространстве, состоящем из взаимовложенных друг в друга сфер, совпадает как с гипотезой Шарлье, так и с дискретной самоподобной космологической парадигмой. Причем, как отмечает профессор Г. Альвен, гипотеза Шарлье объясняет парадокс Ольберса, по которой, если галактики равномерно распределены во Вселенной, то общая интенсивность их излучения будет необычайно велика, чего на самом деле не наблюдается. Кроме этого, гипотеза Шарлье позволяет избежать еще одной неприятности, связанной с тем, что при однородном распределении вещества во Вселенной необычно нарастает сила тяготения, обусловленная удаленными областями пространства.
Потому, по мнению автора монографии, Вселенную необходимо рассматривать, в соответствии с гипотезой Шарлье как последовательность концентрических сфер все больших размеров. К тому же «вопрос о том, что представляет из себя Вселенная без указания размерности пространства, из которого производится наблюдение, лишен смысла».
Недавно этому появилось научное подтверждение.
Новые гипотезы строения Вселенной
Английский физик Роджер Пенроуз из Оксфорда и его коллега Ваган Гурзадян из Ереванского физического института после тщательного изучения т.н. реликтового излучения – микроволнового фона, который остался после Большого взрыва и сохраняющий информацию о зарождении Вселенной и ее развитии, обнаружили во Вселенной странные неоднородности в виде концентрических кругов.
По мнению ученых, Вселенные возникают чередой – одна за другой. И конец предыдущей становится началом последующей.
«В будущем наша Вселенная возвратиться в то состояние, в котором она была в момент Большого взрыва, – говорит Пенроуз, – станет однородной. И из бесконечно большой снова превратится в бесконечно малую». Кстати, аналогичного мнения придерживаются и астрофизики Пол Стейнхардт из Принстона и Нейл Турок из Кембриджа.
В наше время появляется много новых теорий и гипотез о строении Вселенной, в частности, ученые приходят к выводу, что «наша Вселенная существует внутри Вселенной с бОльшим числом измерений пространства».
Все эти примеры убедительно показывают, что эволюция любой системы от микро- до мега размеров осуществляется развертыванием первичноцелостной монады на составляющие ее координаты материи. Указанное развертывание происходит путем последовательного усложнения системы с троичным переходом от более простой системы к более сложной с образованием трех взаимовложенных миров. Причем каждая следующая ось имеет свое пространство, в котором находится предшествующая ось со своим собственным пространством. К примеру, трехмерный объект, движущийся в пространстве оси у, в то же время совершает движение в пространстве собственной оси развития х.
Таким образом, теория связанных пространств лежит в основе строения человека, Земли и Вселенной. При этом выстраивается иерархическая структура всего пространства, состоящего из вложенных друг в друга иерархических сфер системы пространства. Отсюда становится понятной иерархическая система структур Вселенной.
Значит, в Природе существует подобие форм и свойств структур независимо от их пространственного масштаба, а Вселенная определяется как многомерная система в виде иерархии структур.
Имеет ли Вселенная границы
Отсюда также следует ответ на вопрос, есть ли у Вселенной границы. При рассмотрении развития Вселенной согласно предлагаемой теории связанных пространств ответ будет однозначный – у Вселенной, как и всего в нашем мире, есть границы. Только эти границы до такой степени велики, что человек не в состоянии охватить их своим умом. Это совпадает с мнением А. Эйнштейна: по его мнению, Вселенная представляет из себя замкнутую оболочку гиперсферы. Современная наука считает Вселенную многомерной, в которой наша «местная» трехмерная Вселенная является только одним из ее слоев, что также совпадает с теорией связанных пространств.
Эта теория дает возможность также объяснить парадокс, возникший с движением двух космических аппаратов «Пионер-10» и «Пионер-11», которые первые в истории человечества вышли за пределы Солнечной системы. По непонятной причине произошло их торможение, хотя казалось бы, они движутся в безвоздушном пространстве и торможения быть не должно. Исходя из предложенной в монографии гипотезы, выйдя за пределы Солнечной системы космические аппараты оказались в другом пространстве, в котором вектор развития направлен перпендикулярно, потому новое пространство имеет абсолютно другие характеристики по сравнению с предыдущим.
Новая научная парадигма уже возникает на основе тех знаний, которые накоплены человечеством. Многомерное строение Вселенной постепенно становится понятным и объяснимым фактором. Это дает основание утверждать, что найдены общие закономерности в иерархии систем.
Интересные факты о Вселенной
• Самым отдаленные звезды, которые нам видны, выглядят так-же, как выглядели 14 000 000 000 лет назад. Свет от этих звезд доходит до нас сквозь пространства через многие миллиарды лет, причем имеет скорость 300 000 км/сек.
• Таинственные Черные дыры – одни из самых любопытных и малоизученных объектов Вселенной. Они обладают до такой степени громадным притяжением, что выйти за пределы Черный дыры ничто не может, даже свет.
• Во Вселенной имеется гигантский пузырь, в составе которого имеется только газ. Появился он, по вселенским меркам, не так давно, только через два миллиарда лет после Большого Взрыва. Длинной пузырь – 200 миллионов космических лет, а расстояние от Земли до него – 12 миллиардов космических лет.
• Квазары – невероятно яркие объекты (намного ярче Солнца).
• В Солнечной Системе существует тело, похожее на Землю. Это спутник Сатурна, Титан. На его поверхности есть реки, вулканы, моря, а атмосфера имеет высокую плотность. Расстояние от Сатурна до его спутника приблизительно равно расстоянию от Земли до Солнца, соотношение массы тел примерно такое же. Однако разумной жизни на Титане, скорей всего не будет из-за водоемов – состоящих из метана и пропана.
• Невесомость в космосе, плохо влияет на здоровье человека. Одним из самых значительных изменений в организме человека в невесомости являются потеря кальция костями, перемещение жидкостей вверх и ухудшение работы кишечника.
Источник
Устройство космоса вселенной главные идеи
Карта Вселенной. Главные идеи, которые объясняют устройство космоса
Переводчики Арсен Хачоян, Инна Черкашина (предисловие, главы 1, 2, 4)
Научный редактор Олег Верходанов, д-р физ.−мат. наук
Редактор Антон Никольский
Руководитель проекта И. Серёгина
Корректор М. Миловидова
Компьютерная верстка А. Фоминов
Арт-директор Ю. Буга
Дизайн обложки James J.Johnson
Все права защищены. Данная электронная книга предназначена исключительно для частного использования в личных (некоммерческих) целях. Электронная книга, ее части, фрагменты и элементы, включая текст, изображения и иное, не подлежат копированию и любому другому использованию без разрешения правообладателя. В частности, запрещено такое использование, в результате которого электронная книга, ее часть, фрагмент или элемент станут доступными ограниченному или неопределенному кругу лиц, в том числе посредством сети интернет, независимо от того, будет предоставляться доступ за плату или безвозмездно.
Копирование, воспроизведение и иное использование электронной книги, ее частей, фрагментов и элементов, выходящее за пределы частного использования в личных (некоммерческих) целях, без согласия правообладателя является незаконным и влечет уголовную, административную и гражданскую ответственность.
© Priyamvada Natarajan, 2016
Originally published by Yale University Press
© Издание на русском языке, перевод, оформление. ООО «Альпина нон-фикшн», 2019
Посвящается Амме и Аппе
Карта космоса за последние 100 лет претерпела существенные изменения. В 1914 г. наша Галактика Млечный Путь представлялась целой Вселенной – маленькой, статичной, одинокой. Космологические исследования в те времена все еще опирались на классические принципы гравитации, разработанные в XVII в. Современная физика и триумфальные шаги общей теории относительности (ОТО) полностью изменили представление человечества о пространстве и времени. Сегодня мы знаем, что Вселенная динамична, темпы ее расширения только ускоряются, в то время как таинственные ключевые компоненты – темную материю и темную энергию – увидеть пока не удается. Остальная материя, из которой состоят звезды и само человечество, представлена в виде таблицы Менделеева, но это всего лишь 4 % от всей массы Вселенной. Мы удостоверились в существовании планет на орбитах других звезд. Мы подозреваем наличие других Вселенных. Все это говорит о невероятном научном прогрессе.
Из всех научных дисциплин космология, вероятно, оказала наиболее существенное влияние не только на нашу концепцию Вселенной, но и на наше понимание своего места в ней. Потребность в поиске собственной точки опоры и попытки объяснить природные явления уходят своими корнями в первобытные времена. Мы находим удивительное сходство в древних мифах о сотворении мира, которые помогали людям придать смысл изменчивым и суровым природным явлениям. Сверхъестественные объяснения пробуждают веру в невидимую и все же куда более могущественную реальность. Кроме того, они в значительной степени базируются на нашем ощущении чуда в мире природы. Изобретательное человеческое воображение позволяло древним цивилизациям представлять силы, которые напрямую не присутствовали в мире, но воспринимались как вполне реальные.
Возьмем, к примеру, Энки, шумерского бога воды, гнев которого мог стать причиной наводнений. Или Индру – бога дождя и грозы в индуизме. Радуга, вытянувшаяся на небе, служила ему луком, молнии – стрелами. Самые сильные мифы – это мифы, которые требуют большой доли воображения и в то же время помогают нам почувствовать опору под ногами.
Я выросла в Индии и всегда ощущала потребность найти свое место в мире. Энциклопедия «Британника» стала моим первым путеводителем. 32 тома 15-й редакции, помещавшиеся на книжных полках моих родителей, стали для меня воплощением всех знаний человечества того времени. Словно заколдованная, я погружалась в древние атласы, карты, которые вели путешественников к новым открытиям, и карты звездного неба. Я была очарована звездами. Мои собственные картографическое изыскания позволили мне впервые ощутить на собственном опыте, что такое научное исследование. Занявшись программированием на компьютере Commodore 64, для национальной газеты я написала программу, с помощью которой можно было составлять ежемесячные карты звездного неба над Дели. С той поры я была захвачена открытиями и исследованиями. Во времена учебы в бакалавриате Массачусетского технологического института (MIT) я изучала физику, математику и философию. Затем любопытство привело меня в магистратуру MIT на программу «Наука, технологии и общество», после чего я отправилась за океан в докторантуру по астрофизике в Кембриджском университете. Я стала ученым и продолжаю постигать новые знания, связанные с историей и философией науки, чтобы лучше узнать, как совершаются научные открытия и формируются наши знания. По сути, в основе моей работы как астрофизика-теоретика, связанной с составлением карты темной материи и исследованием процесса формирования черных дыр, лежит ощущение чуда и стремление раскрыть тайны Вселенной – чувство, похожее на то, что испытывали люди древности. Меня все еще увлекает изучение карт, которые помогают нам ориентироваться, – все то, что впервые возбудило мой интерес, когда я была ребенком и жила в Дели. Я исследую отклонение света, идущего из отдаленных галактик, гравитационное линзирование, чтобы определить местоположение темной материи, которая является причиной таких отклонений. Я также исследую формирование и рост черных дыр, самых удивительных и загадочных объектов во Вселенной. В настоящее время участвую в одном из самых крупных и новаторских проектов картографирования Вселенной, когда-либо предпринимаемых человечеством, – программе Hubble Frontier Fields. Цель проекта – глубже проникнуть в отдаленные уголки Вселенной и более точно, чем когда-либо, отметить местоположение темной материи. В период с 2014 по 2017 г. камеры на борту космического телескопа «Хаббл» расходовали значительную долю времени на данный проект. Конечно, я лишь одна из многих исследователей, использующих эти уникальные наблюдения и отдающих свои силы работе по созданию масштабной карты Вселенной. Впереди нас ждет множество новых удивительных открытий. Мы, как и поколения наших предшественников-ученых, можем столкнуться с необходимостью полностью пересмотреть нынешний статус-кво.
Существует немало книг, посвященных истории космологических открытий, однако в данной работе я поставила цель по-иному взглянуть на процесс развития научных идей, то, как их оспаривали и в конце концов принимали. Чтобы следить за развитием событий, не обязательно быть астрофизиком. Примеры из области космологии, которые я привожу в работе, предназначены для иллюстрирования гораздо более обширных тенденций в сфере научных исследований и открытий. В частности, я прослеживаю развитие радикальных научных идей, которые постоянно меняли карту космоса. Эволюция идеи, возникающей из мрака, получающей популярность, а затем и всеобщее признание, кажется мне крайне захватывающей. В космологии создание и уточнение карт часто отражает данный процесс, выходя за рамки картографии. Тектонические сдвиги в понимании мира в прошлом веке потребовали пересмотреть привычные «карты знаний». Но утверждение новых идей не происходит в одно мгновение, оно всегда становится предметом дебатов. По мере оспаривания учеными господствующих представлений о Вселенной наше мировоззрение и символическая карта продолжали непрерывно меняться, требуя от нас адаптироваться и быть готовыми к изменениям.
Это история необычайного полета фантазии, появления радикальных идей, подпитываемых новыми открытиями. Процесс принятия идеи раскрывает различные стороны как всей науки, так и отдельных ученых – эмоциональные, психологические, личные и социальные, выходящие за рамки чисто интеллектуального стремления к знаниям. Это видение противоречит популярной точке зрения, что наука состоит лишь из исследований с целью получения фактических данных об устройстве мира. Дело в том, что наукой занимаются люди и она строится из переплетения субъективных мнений.
Источник