Бесконечна ли Вселенная: как найти край и что там, за неведомой чертой
Москва, 03.07.2021, 19:27:00, 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
Бесконечна ли Вселенная?
Не осталось четких или окончательных доказательств того, что Вселенная либо конечна, либо бесконечна, хотя есть некоторые интригующие аргументы и предлагаемые теории с обеих сторон. Однако самое замечательное в этой загадке заключается в том, что из-за природы Вселенной мы, возможно, никогда не сможем по-настоящему узнать ответ!
Когда вы в последний раз смотрели в усыпанное звездами небо за много километров от любого другого источника света? Когда тысячи звезд простираются над вами, рассеивая свой свет за миллионы или миллиарды километров от вас, это просто ошеломляет. Чем дольше вы вглядываетесь, тем больше звезд появляется, чем вы могли бы сосчитать, если бы потратили на это всю ночь! Однако любой, кто имеет смутное представление о нашей галактике и Вселенной, знает, что на самом деле в одном только Млечном Пути есть миллиарды звезд, что намного больше, чем несколько тысяч, которые мы можем видеть с Земли!
За пределами нашей галактики Млечный Путь находится более 150 миллиардов других галактик, каждая со своим огромным количеством звезд. Нашему релятивистскому мозгу практически невозможно понять эти числа, поэтому большинство людей думают о Вселенной как о бесконечно большой и бесконечной пустоте. В большинстве повседневных ситуаций это убеждение не имеет большого значения, но верно ли оно? Бесконечна вселенная или нет?
Сложный вопрос
Первоначальный ответ на вопрос, бесконечна ли вселенная или конечна. мы не знаем. Что мы знаем с уверенностью, так это то, что Большой взрыв произошел 13,8 миллиардов лет назад, что означает, что это возраст Вселенной. Однако из-за инфляции Вселенной, а также, по-видимому, ускоряющегося расширения каждого наблюдаемого уголка Вселенной, самый дальний свет, который мы смогли обнаружить, находится примерно в 46 миллиардах световых лет во всех направлениях. Это означает, что в настоящее время мы знаем, что Вселенная имеет по меньшей мере 92 миллиарда световых лет в поперечнике. Она может быть намного больше, но у нас нет способа узнать. Свет из — за этого вселенского «края» после Большого взрыва не успел достичь Земли или наших наблюдательных спутников в космосе.
Вопрос также осложняется представлениями большинства людей о том, что такое вселенная на самом деле и как она образовалась. Многие люди думают о Большом Взрыве, происходящем в совершенно пустой пустоте, вакууме без энергии или материи, когда внезапно началось массивное расширение, извергающее материю и энергию с невообразимой скоростью, что в конечном итоге привело к образованию всех известных нам сегодня скоплений галактик, туманностей, звезд, планет и лун.
Однако это упрощенный взгляд на Большой взрыв, который в значительной степени был отвергнут экспертами. Ключ к пониманию предельной загадки Вселенной (Большой взрыв) заключается в том, что он начался не с одной точки, которая повлияла на остальную часть «пространства». Все пространство было вовлечено в Большой взрыв, который ранее был сжат с почти бесконечной плотностью.
В первые мгновения Вселенной после Большого взрыва объем и плотность материи были несколько однородны, но как только началось охлаждение и дифференциация на атомы, области накопления массы и области пустого пространства стали более определенными. Вся энергия и материя начали расширяться, удаляясь со скоростью света от всего остального; точно так же расширялось и пустое пространство между объектами (часто быстрее скорости света).
Иллюстрация расширения вселенной после большого взрыва.
Вот почему мы можем обнаружить свет на расстоянии 46 миллиардов световых лет (в том числе благодаря гравитационному линзированию), хотя наша Вселенная существует в своем нынешнем виде всего 13,8 миллиарда лет.
Это говорит о том, что во Вселенной существует «внешнее», как если бы теоретически можно было выйти наружу и затем наблюдать снаружи системы. Однако у нас нет никаких доказательств того, что такое «внешнее» существует, что является сильным аргументом в пользу теории бесконечной вселенной.
Может ли это быть бесконечным?
Мысль о том, что все сущее «бесконечно», опять же, очень трудна для человеческого ума. Наше существование изначально определяется границами и ограничениями, поэтому “бесконечное” число возможностей немыслимо. Однако если вселенная бесконечна, то существует вероятность (пусть и небольшая), что точно такое же расположение атомов и молекул существует и в других местах. Экстраполируя это дальше, можно было бы также найти место, где те же самые структуры атомов и молекул образовали бы другую Землю, с жизнью, которая развивалась бы таким же образом, а это означало бы, что где-то еще в этой бесконечной вселенной существовал бы другой «ты».
Это может звучать как научная фантастика, но это та область, где должны проводиться дискуссии о «бесконечном». Хотя эти, казалось бы, диковинные мысленные эксперименты кажутся невозможными, у нас нет возможности должным образом опровергнуть их.
Некоторые теоретики и астрофизики, включая Эйнштейна, пытались определить «форму» Вселенной, особенно после того, как Эйнштейн предположил, что время и пространство могут искривляться или даже складываться. Одна из наиболее популярных теорий этой универсальной формы — «замкнутая петля». Представьте себе это с точки зрения нашей собственной планеты; Вплоть до нескольких веков назад люди верили, что мир плоский, так как они могли видеть только горизонт, и не могли наблюдать кривизну планеты, чтобы распознать ее как сферу.
В более крупном масштабе, когда мы смотрим на Вселенную, она кажется плоской, почти как лист бумаги, и нет никакой заметной кривизны. Тем не менее мы продолжаем наблюдать «противоположные» стороны Вселенной, надеясь, что сможем распознать закономерности сходства, подобные тому, что наблюдается на нашей планете, где человек в конечном итоге достиг бы своего первоначального местоположения, если бы он шел в одном направлении достаточно долго.
Несмотря на то, что в настоящее время мы не можем увидеть кривизну Вселенной, было высказано предположение, что если бы Вселенная была по крайней мере в 250 раз больше, чем наша наблюдаемая в настоящее время Вселенная, она потенциально все еще могла бы изгибаться назад (где-то за пределами нашей способности видеть). Хотя это сделало бы объем Вселенной в миллиарды раз больше, чем мы видим сейчас, это возможно. Учитывая это теоретическое ограничение, Вселенная все равно будет считаться конечной.
Дискуссии о Большом взрыве, размере и форме Вселенной, потенциале мультивселенных, темной энергии, темной материи и десятках других загадочных тем продолжают увлекать и очаровывать экспертов, которые проводят свою жизнь, глядя на звезды. Ученые и академики любят твердые ответы и измеримые величины, но когда вы говорите о самом большом возможном масштабе (всей Вселенной), такие окончательные ответы часто неуловимы или невозможно когда-либо доказать. В то время как охота за истиной толкает вперед, человеку, возможно, придется смириться с тем, что некоторые тайны не предназначены для того, чтобы быть разгаданными.
Источник
Бесконечность Вселенной: как понять и осознать космос
Современная космология возникла в XX веке с развитием Общей Теории Относительности Альберта Эйнштейна. Именно эта наука изучает эволюцию Вселенной в целом. Многие парадоксы классической космологии вызывают интерес: фотометрический парадокс (почему ночью темно?), термодинамический парадокс (почему не наступило тепловое равновесие?), гравитационный парадокс (закон всемирного тяготения не объясняет гравитационное поле, создаваемое бесконечной системой масс).
Но один из главных вопросов, волнующий учёных, звучит так: бесконечна ли Вселенная? Бесконечна ли вселенная с точки зрения математики, физики, философии? Как представить бесконечность космоса? Ответы на эти вопросы помогут взглянуть на будущее человечества под другим углом.
Как доказать бесконечность Вселенной?
Космология Джордано Бруно
Джордано Бруно стал одним из первых, кто попытался ответить на вопрос: бесконечна ли Вселенная с точки зрения философии — и доказать это в своих трактатах: «Пир на пепле», «О бесконечном, Вселенной и мирах». Однако его аргументы пересекались с теологией и основывались на божественном начале:
- Первое доказательство: принцип полноты. Если бог, сотворивший Вселенную, всемогущ и бесконечен, то и Вселенная бесконечна.
- Второе доказательство: принцип отсутствия основания. Если бог сотворил мир в одной точке пространства, то сотворил его в и в другой.
- Третье доказательство: вне Вселенной ничего нет, поэтому ничто не может её ограничить.
Эти выводы Бруно приводил с точки зрения философии и теологии, поэтому они имеют не научное, а культурное и историческое значение. Современная же наука хочет ответить на вопрос: бесконечна ли Вселенная с точки зрения математики и философии.
Памятник Джордано Бруно в Италии
Современная космология. Расширяющаяся Вселенная
На данный момент учёные доказали, что правильная модель Вселенной — расширяющаяся Вселенная, а не стационарная, как считалось столетиями до XX века. Это открытие совершил Эдвин Хаббл на основании эффекта Доплера (красное смещение).
Чтобы наглядно представить эффект Доплера, прислушайтесь к проезжающему мимо вас автомобилю. Когда он приближается, звук его двигателя кажется громче, что соответствует более высокой частоте звуковых волн; когда удаляется, звук двигателя кажется более низким, что соответствует более низкой частоте звуковых волн. Аналогичное происходит со световыми волнами.
Величина красного смещения пропорциональна расстоянию — чем дальше галактика, тем быстрее она удаляется от нас. Все галактики имеют красное смещение. Это означает, что все они удаляются от нас. Следовательно, Вселенная расширяется.
Красное смещение: принцип действия
Однако долгое время считалось, что Вселенная стационарна. Главная теория, на которой строится современная космология, — Общая Теория Относительности, — предполагает, что Вселенная стационарна.
Теоретически доказать обратное смог Александр Фридман, что после экспериментально подтвердил своим открытием Эдвин Хаббл.
Модели Фридмана
На основе ОТО Альберта Эйнштейна Александр Фридман сделал два предположения:
- Вселенная выглядит одинаково при наблюдении в любом направлении;
- Это справедливо при наблюдении из любой точки пространства;
Благодаря этим предположениям были созданы модели Вселенной, которые можно разделить на два типа:
- Если средняя плотность вещества меньше или равна определённому критическому значению, то идея бесконечности Вселенной подтвердится. В этом случае её сегодняшнее расширение будет продолжаться вечно.
- Если средняя плотность больше критической, то создаваемое веществом гравитационное поле заставит Вселенную замкнуть саму себя. Она будет конечной, но неограниченной, как сферическая поверхность. Затем гравитационные поля остановят расширение Вселенной и заставят её перейти в состояние сингулярности.
Критическая плотность пропорциональна квадрату параметра Хаббла. Если взять значение 15 км/с на миллион световых лет, получится критическая плотность, равная 5×10^30 грамм на кубический сантиметр, или три атома водорода на тысячу литров космического пространства.
Современные модели Вселенной (космологические теории)
Ускорение расширяющейся Вселенной
Вселенная не просто расширяется — она расширяется с ускорением. Это открытие было сделано в конце 1990-х Солом Перлмуттером, Брайаном П. Шмидтом и Адамом Риссом при наблюдении сверхновых типа Ia. Яркость взрыва этих звёзд практически неизменна, поэтому по яркости света с Земли можно определить расстояние, на котором взрыв произошёл.
Другой способ определения расстояния — эффект Доплера (красное смещение). Результаты должны быть одинаковы, однако расстояние, вычисленное при помощи сверхновых Ia, превышало значение, определённое по методу красного смещения. Единственным объяснением было то, что Вселенная расширяется с ускорением.
На данный момент исследования в области космологии продолжаются. Одни учёные защищают бесконечность времени и пространства вселенной, другие — конечность. Но каким образом можно доказать истинность той или иной точки зрения?
Наиболее популярная модель нашей Вселенной, включающая темную энергию. Первые 6-7 млрд. лет галактики двигались с замедлением, далее вышли на равномерное, а затем ускоренное движение.
Можно ли доказать бесконечность Вселенной?
Первая попытка: космическое путешествие
Самый простой для понимания и сложный для исполнения способ — космическое путешествие. Для его представления следует сделать ряд допущений:
- Космический корабль должен двигаться со сверхсветовой скоростью (299 792 458 м/с) и иметь бесконечный запас топлива;
- Путешественник должен быть бессмертен и не иметь потребностей.
Если Вселенная бесконечна, то путешественник будет вечно двигаться на космическом корабле по бесконечному пространству. Он никогда не сможет понять, действительно ли бесконечен космос. Даже пройдя огромные расстояния, путешественник не сможет утверждать, что Вселенная не имеет края, ведь он попросту не осознает это. Проблема состоит в понимании бесконечности: трудно представить её теоретически и невозможно на практике — у неё нет аналога.
Вторая попытка: изучение Большого взрыва
Большой взрыв является общепринятой космологической моделью рождения Вселенной. Его исследование помогает открывать свойства современного космоса и, возможно, поможет найти ответ на интересующий нас вопрос. Однако доподлинно неизвестно, почему произошёл Большой взрыв — учёные не пришли к окончательному выводу.
Хронология Большого взрыва. Температура указана в кельвинах. Источник: starcatalog.ru.
Третья попытка: измерение плотности вещества
Как было сказано, если плотность вещества меньше или равна некоторому критическому значению, то Вселенная бесконечна. Если больше критического значения, то конечна. По сегодняшним данным наиболее вероятно, что плотность вещества меньше или равна критическому значению, следовательно, Вселенная плоская и бесконечна.
Однако существуют другие формы материи: тёмная материя и и экзотические формы материи, которые мы не можем наблюдать и исследовать. Они могут нарушить баланс, и значение плотности станет выше критического.
Сейчас учёные исследуют Вселенную, чтобы дать ответ на вопрос о её бесконечности. Возможно, этот ответ появится в ближайшее десятилетие, а пока что важно изучать имеющиеся данные.
Что почитать?
- Стивен Хокинг — «Краткая история времени», «Теория всего», «Краткие ответы на большие вопросы», «Кратчайшая история времени», «О вселенной в двух словах», «Природа пространства и времени»
- Стивен Вайнберг — «Гравитация и космология», «Первые три минуты», «Объясняя мир»
- Константин Циолковский — «Жизнь Вселенной»
- Нил Деграсс Тайсон — «Астрофизика с космической скоростью», «История всего. 14 миллиардов лет космической эволюции»
- Аристотель — «О небе»
- Джордано Бруно — «Пир на пепле», «О бесконечном, Вселенной и мирах».
- В.Н. Лукаш, Е. В. Михеева — «Актуальные проблемы космологии»
- Д. Шама — «Современная космология»
- Ф. Пиблс — «Физическая космология»
- Дэйв Голберг — «Вселенная в зеркале заднего вида»
Книги, которые стоит прочесть для понимания современных космологических теорий
Что посмотреть?
- «Удивительное путешествие от Земли до конца вселенной — живём ли мы в бесконечной вселенной?» — National geographic
- «Наша бесконечная Вселенная» — К.Р. Коллинз
- «Путешествие на край Вселенной» — National geographic
- «Телескоп Хаббл в 3D» — Тони Майерс
- «Бесконечная бесконечность» — BBC Horizon
- «Каковы размеры Вселенной» — BBC Horizon
Бесконечность Вселенной — FAQ
Это была информация о бесконечности Вселенной, известная на данный момент. Однако осталось несколько интересных вопросов:
Сейчас наиболее вероятно, что Вселенная бесконечна. Это подтверждают недавние исследования. Учёные с точностью до 1% смогли измерить дистанции между галактиками на расстоянии более 6 миллиардов световых лет от Земли, что позволило сделать вывод о модели Вселенной. Астрономы говорят, что их результаты согласуются и подтверждают теорию о плоской бесконечной Вселенной.
Пример с бессмертным космическим путешественником подтверждает, что участнику событий представить бесконечность невозможно, но наблюдатель сможет это сделать. Представьте отрезок, на одном конце которого ноль, а на другом единица, и попробуйте отметить ещё одно число в интервале между нулём и единицей. 0,5? Есть числа меньше. 0, 25? Ещё меньше. Это только рациональные числа. А если постепенно помещать на числовую прямую в этот интервал действительные числа — рациональные и иррациональные? Вы будете перебирать их вечно. Это и есть наглядная демонстрация бесконечности. Аналогичное происходит с бесконечной Вселенной.
Такая модель будет конечной, но неограниченной, как сферическая поверхность. Не будет условной стены или края: Вселенная будет замыкать саму себя. Если мы будем двигаться из определённой точки пространства в определённом направлении, рано или поздно мы вернёмся в эту точку.
Учёные считают, что ускорение расширяющейся Вселенной связано с воздействием на неё тёмной энергии.
Тёмная энергия — особый вид энергии, который невозможно обнаружить с помощью стандартных методов наблюдения. Считается, что тёмная энергия управляет процессами, происходящими во Вселенной. Однако сейчас она мало изучена, поэтому выводы делать рано.
Тёмная материя — особый вид материи, не взаимодействующий с электромагнитным излучением, поэтому названа «тёмной». Единственная сила, с которой взаимодействует тёмная материя, — гравитационная сила. Этот вид материи был обнаружен благодаря воздействию гравитации.
Вселенная расширяется достаточно медленно, вследствие чего гравитационное притяжение между галактиками замедляет его, а затем останавливает. После галактики начинают сближаться друг с другом, и Вселенная сжимается. Расстояние между двумя соседними галактиками сначала равно нулю, затем увеличивается до критического значения, а после снова равно нулю.
Вселенная расширяется настолько быстро, что гравитационное притяжение не может остановить его, лишь немного замедляет. Расстояние между двумя соседними галактиками сначала равно нулю, но в конечном счёте они разлетаются с постоянной скоростью.
Вселенная расширяется, и этой скорости достаточно для того, чтобы предотвратить сжатие. Расстояние между двумя соседними галактиками сначала равно нулю, оно постоянно растёт. В таком случае скорость разлёта галактик уменьшается, но никогда не будет равняться нулю.
Источник