Есть ли что-нибудь за пределами наблюдаемой Вселенной?
Вопрос о том, что находится за пределами Вселенной представители рода человеческого задавали себе не одно столетие. Но приблизительное понимание того, что представляет собой наш космический дом, появилось (по меркам той же Вселенной) совсем недавно. Сегодня мы знаем, что Вселенная родилась около 14 миллиардов лет назад в результате Большого взрыва и с тех пор расширяется с ускорением, параллельно остывая. Кажется, это противоречит здравому смыслу, но чтобы понять удивительные законы космоса и то, как они работают, умнейшие из нас трудились не одно поколение. Но знания, накопленные за эти годы, увы, по-прежнему не позволяют собрать головоломку воедино. Да, мы знаем, как выглядит наблюдаемая Вселенная – с помощью мощнейших телескопов ученые наносят на карту не только звезды, но миллиарды галактик и их скопления, заглядывая все дальше и дальше в прошлое, вплоть до Большого взрыва. Но могут ли они узнать, находится ли что-то за пределами нашей Вселенной? Есть ли что-нибудь там, куда не только невозможно отправить самые мощные инструменты, но и попросту заглянуть?
Перед вами цветной рентген-снимок Вселенной в ее самый обычный день: ускорение и распад материи, нагретой до сверхвысоких температур, обжигающий газ, ненасытные черные дыры и взрывы звезд.
Что мы знаем о Вселенной?
Чтобы ответить на вопрос о том, что находится за пределами вселенной, сначала нужно точно определить, что мы подразумеваем под «вселенной». Если вы воспринимаете это буквально как все вещи, которые могут существовать во всем пространстве и времени, то за пределами вселенной не может быть ничего. Даже если вы представляете, что вселенная имеет некоторый конечный размер, и представляете что-то вне этого объема, тогда все, что находится снаружи, также должно быть включено во вселенную.
Даже если вселенная представляет собой бесформенную, безымянную пустоту – абсолютное ничего – это все равно является чем-то и входит в список «всего существующего» — и, следовательно, по определению является частью вселенной. Если вселенная бесконечна по размеру, то беспокоиться об этой головоломке действительно не нужно. Вселенная, будучи всем, что есть, бесконечно велика и не имеет края, поэтому нет ничего «внешнего», о котором можно было бы говорить.
Часть наблюдаемой Вселенной, доступной для изучения современными астрономическими методами, называется Метагалактикой; она расширяется по мере совершенствования приборов.
С другой стороны, конечно, есть внешняя сторона нашего наблюдаемого участка Вселенной. Космос стар и свет распространяется быстро. Таким образом, за всю историю вселенной мы не получали свет от каждой отдельной галактики. В настоящее время ширина наблюдаемой Вселенной составляет около 90 миллиардов световых лет. И, по-видимому, за этой границей находятся миллиарды других случайных звезд и галактик.
Но есть ли что-то помимо этого?
Границы Вселенной
Космологи не уверены, является ли Вселенная бесконечно большой или просто чрезвычайно большой. Чтобы измерить Вселенную, астрономы вместо этого смотрят на ее кривизну. Геометрическая кривая в больших масштабах Вселенной говорит о ее общей форме. Если вселенная идеально геометрически плоская, то она может быть бесконечной. Если она изогнута, как поверхность Земли, то она имеет конечный объем.
Как пишет в статье для Space.com астрофизик Пол Саттер, текущие наблюдения и измерения кривизны Вселенной показывают, что она практически идеально плоская. Можно подумать, будто это означает, что вселенная бесконечна, но все не так просто. Даже в случае плоской вселенной космос не обязательно должен быть бесконечно большим.
«Возьмем, к примеру, поверхность цилиндра. Он геометрически плоский, потому что параллельные линии, нарисованные на поверхности, остаются параллельными (это одно из определений «плоскостности»), и все же он имеет конечный размер. То же самое можно сказать и о Вселенной: она может быть абсолютно плоской, но замкнутой в себе», – Пол Саттер, астрофизик из SUNY Stony Brook и Института Флэтирона в Нью-Йорке.
Перед вами галактика, обнаруженная на краю Вселенной.
Но даже если вселенная конечна, это не обязательно означает, что где-о есть ее край. Возможно, наша трехмерная вселенная встроена в какую-то более крупную многомерную конструкцию. Это совершенно нормально и действительно является частью некоторых экзотических моделей физики. Но в настоящее время у ученых нет абсолютно никакой возможности проверить это.
Неправильный вопрос?
Вселенную можно представить как гигантский шар, наполненный звездами, галактиками и всевозможными интересными астрофизическими объектами. То, как эти объекты выглядят снаружи, также несложно представить –вспомните знаменитые фотографии астронавтов из космоса – они часто смотрят на земной шар с безмятежной орбиты наверху. Но эта общая перспектива вряд ли нужна вселенной для существования, ведь она просто есть.
«Когда вы представляете вселенную в виде шара, плавающего посреди пустоты, вы разыгрываете над собой мысленный трюк, которого математика не требует», – пишет Саттер.
Многие физики всерьез рассматривают теорию Мультивселенной, согласно которой существует бесчисленное множество миров.
Вообще, учитывая накопленный массив данных о наблюдаемой Вселенной (и хорошенько поразмыслив), кажется, что вопрос о том, находится ли что-то за ее пределами попросту не имеет смысла. Это все равно, что спрашивать «Какой звук издает фиолетовый цвет?» Откровенно бессмысленный вопрос, потому что в нем мы пытаемся объединить две несвязанные концепции. А как вы думаете, находится ли что-то за пределами Вселенной и не бессмысленный ли это вопрос? Ответ будем ждать в нашем Telegram-чате, а также комментариях к этой статье.
Источник
Есть ли что-либо за пределами Вселенной?
Попытаемся найти ответ вместе с Полом М. Саттером – астрофизиком из Института Флэтайрона, ведущим программы “Спроси космонавта” и космического радио, а также автором книги “Как умереть в космосе”.
Это один из самых интересных вопросов, который вы могли бы задать, и тот, который человечество задаёт себе с незапамятных времён: что находится за известными пределами? Что находится за границами наших карт? Окончательная версия этого вопроса: что находится за пределами Вселенной? Ответ… ну, он очень сложный.
Чтобы ответить на вопрос о том, что находится за пределами Вселенной, нам сначала нужно точно определить, что мы подразумеваем под “Вселенной”. Если вы подумаете, что это определение обозначает буквально всё, что могло бы существовать во всём пространстве и времени, тогда не может быть ничего вне Вселенной. Даже если вы представите, что Вселенная имеет некоторый конечный размер, и представите что-то за пределами этого объёма, тогда всё, что находится снаружи, также должно быть включено в понятие Вселенной.
Даже если Вселенная представляет собой бесформенную, бесконечную пустоту, состоящую из абсолютно ничего, это всё же объект и он относится к списку “всего сущего” – и, следовательно, по определению является частью Вселенной.
Если Вселенная бесконечна по размеру, вам не нужно беспокоиться о вышеупомянутом вопросе. Вселенная, будучи всем, что есть, бесконечно велика и не имеет границ, поэтому ни о каком внешнем мире нечего даже и говорить.
На этом изображении показана самая далёкая галактика GN-z11. Авторы и права: NASA / ESA / P. Oesch, Yale University / G. Brammer, STScI / P. van Dokkum, Yale University / G. Illingworth, University of California, Santa Cruz.
Однако, у нашего наблюдаемого участка Вселенной есть внешняя сторона. Текущая ширина наблюдаемой Вселенной составляет около 90 миллиардов световых лет. И, предположительно, за этой границей есть ещё куча других звёзд и галактик.
Но что на самом деле там находится? Сложно сказать.
Кривизна Вселенной
Космологи не уверены, бесконечно велика Вселенная или просто чрезвычайно велика. Чтобы измерить Вселенную, астрономы вместо этого смотрят на её кривизну. Геометрическая кривая Вселенной в больших масштабах говорит нам о её общей форме. Если Вселенная идеально геометрически плоская, то она может быть бесконечной. Если она изогнута, как поверхность Земли, то она имеет конечный объём.
Текущие наблюдения и измерения кривизны Вселенной показывают, что она почти идеально плоская. Вы можете подумать, что это означает, что Вселенная бесконечна. Но не всё так просто. Даже в случае плоской Вселенной космос не обязательно должен быть бесконечно большим. Возьмём, к примеру, поверхность цилиндра. Он геометрически плоский, потому что параллельные линии, проведённые на поверхности, остаются параллельными (это одно из определений “плоскостности”), но при этом цилиндр имеет конечный размер. То же самое можно сказать и о Вселенной: она может быть совершенно плоской, но замкнутой сама по себе.
Иллюстрация, показывающая мультивселенную, в которой наша Вселенная лишь одна из многих. Авторы и права: Jaime Salcido/simulations by the EAGLE Collaboration.
Но даже если Вселенная конечна, это не обязательно означает, что у неё есть край или внешняя сторона. Возможно, наша трёхмерная Вселенная встроена в какую-то более крупную многомерную конструкцию. Это прекрасно и действительно является частью некоторых экзотических астрофизических моделей. Однако, в настоящее время у нас нет возможности проверить это.
И я знаю, что это вызывает огромную головную боль, но даже если Вселенная имеет конечный объём, её не нужно встраивать куда-либо.
Всё дело в перспективе
Вы можете представить Вселенную, как гигантский шар, наполненный звёздами, галактиками и всевозможными интересными астрофизическими объектами. Вы можете представить, как это выглядит снаружи, подобно тому как космонавт смотрит на земной шар с орбиты.
Но Вселенной не нужна эта внешняя перспектива, чтобы существовать. Вселенная просто есть. Определение трёхмерной Вселенной без необходимости внешнего по отношению к этой Вселенной является полностью математически самосогласованным предположением. Когда вы представляете Вселенную как шар, плавающий посреди ничего, вы обманываете сами себя, но этого не требует математика.
На этой иллюстрации показана эволюция Вселенной, от Большого Взрыва слева до современности справа. Авторы и права: NASA.
Конечно, кажется невозможным, чтобы существовала конечная Вселенная, вне которой не было бы ничего. И даже не “ничего” в смысле пустой пустоты, а ничего полностью математически неопределённого. Фактически, спрашивая: “Что находится за пределами Вселенной?”, это всё равно что спросить: “Какой звук издаёт фиолетовый цвет?” Это бессмысленный вопрос, потому что вы пытаетесь объединить две не связанных между собой концепции.
Вполне может быть, что у нашей Вселенной действительно есть граница. Но опять же, вероятно, это не так, поскольку в математике нет ничего, что описывает Вселенную, требующую внешнего наблюдателя.
Если всё это звучит сложно и запутанно, не волнуйтесь. Весь смысл развития сложной математики состоит в том, чтобы иметь инструменты, которые дают нам возможность разбираться с понятиями, выходящими за рамки того, что мы можем себе вообразить. И это одна из возможностей современной космологии: она позволяет нам изучать невообразимое.
Источник
Что находится за пределами вселенной и есть ли у вселенной конец?
Все зависит от того, как Вы определяете слово «Вселенная». В классическом и общепринятом определении Вселенная — это вообще всё. Соответственно, за ее пределами ничего нет просто по определению. Более того, и пределов (концов, границ) тоже нет. Тоже по определению.
С точки зрения физики, Вселенная — это ускоренно расширяющееся четырехмерное пространство-время, имеющее плоскую геометрию, искривленную тут и там гравитационным воздействием масс. Разберем по частям:
Плоская геометрия. А какая еще бывает? Сферическая, гиперболическая и т.д. На сегодняшний день с точностью 99,99% установлено, что геометрия нашей Вселенной плоская. Из этого следует, что двигаясь в одну сторону, будешь двигаться туда вечно. В сферической или тороидальной Вселенной можно было бы вернуться обратно в ту же точку, из которой вышел.
Четырехмерное пространство-время. Когда слышишь слово «плоская», сразу представляешь лист бумаги. Но я же точно вижу, что мир вокруг трехмерный, как же так? Так вот, плоскость в данном случае трехмерная.
Ускоренно расширяющаяся. Расширение Вселенной установленно экспериментально с высокой точностью. Скорость расширения постепенно увеличивается. Фактически, уже сейчас размер видимой Вселенной превышает ее возраст в 2,5-3 раза. Это означает, что удаленные части Вселенной удаляются от нас быстрее скорости света. Что фактически означает, что даже если мы будем двигаться туда со скоростью света, то все равно не достигнем этих частей. В силу ускоренного расширения пространства они продолжат от нас удаляться со скоростью, превышающей скорость света. Что эквивалентно бесконечности Вселенной, даже если предположить конечное количество материи в ней.
Кроме того, есть еще инфляционная теория. Некоторые модели в рамках этой теории предполагают, что Большой Взрыв — это не событие, а процесс. Т.е. образование новых областей Вселенной идет постоянно. Что тоже означает ее бесконечность, теперь уже во всех смыслах.
Итого: за пределами Вселенной нет ничего, потому что нет самих пределов. Вселенная бесконечна.
Источник
Что находится за пределами нашей Вселенной? Пустота или ещё что-то?
Обычно называют две гипотезы, и какая из них верна, зависит от геометрии Вселенной. Геометрия может быть плоской или замкнутой. На самом деле, есть и третий вариант — «открытая» геометрия. Но, похоже, последнее не так, учитывая измерения, которые мы можем сделать, и имеющиеся у нас данные о расширении Вселенной в результате Большого взрыва.
Что же означает «плоская» или «замкнутая»?
Плоская геометрия означает, что всё работает так, как нас учили в школе, используя для этого плоский лист бумаги — в частности, так работает евклидова геометрия. Это означает, что параллельные линии всегда остаются параллельными и никогда не пересекаются и не расходятся. Из этого мы можем вывести, что сумма углов треугольника составляет 180°. Когда это происходит в космосе, разница заключается только в том, что вы можете наклонять бумагу под любым углом.
«Замкнутая» геометрия работает так, как будто у вас нет плоского листа бумаги, а вы рисуете на поверхности шара. Это серьёзно путало картографов с тех самых пор, как люди начали делать плоские карты, пытаясь отразить на них трёхмерный шар, болтающийся в космосе. Были перепробованы разные проекции, но лучшее решение — иметь всё тот же шар, на который вы помещаете всю свою карту.
Если у вас есть мяч, и вы рисуете на нём достаточно большой треугольник, вы получаете сумму углов больше 180°. Например, если вы пойдете на север от экватора, затем повернете направо на 90° на полюсе, двигаясь снова на юг к экватору, а затем снова повернете направо на 90° и продолжите движение вдоль экватора, у вас получится треугольник с тремя прямыми углами, сумма которых будет 270°. Если вы нарисуете две параллельные линии на экваторе, идущие на север, они пересекут друг друга на полюсе. Таким образом, если ваша поверхность не плоская, а замкнутая, как сфера, параллельные линии будут пересекаться, а углы треугольников в сумме будут больше 180°.
Третья возможность — «открытая» геометрия. Двумерная поверхность в этом случае будет немного похожа на седло или картофельный чипс. Если вы попытаетесь нарисовать треугольник на такой поверхности, используя только прямые линии, вы получите треугольник с суммой углов меньше 180°.
Хорошо, так что же наиболее верно? Космологи пытались измерить Вселенную по-разному, включая даже её «взвешивание», но пока лучший способ измерения — это космическое микроволновое фоновое излучение.
Это излучение — послесвечение Большого взрыва в тот момент, когда оно превратилось из горячей непрозрачной плазмы в чуть менее горячий прозрачный газ. Мы также знаем, насколько большой должна была быть Вселенная в то время, чтобы быть настолько горячей. И, наконец, мы знаем расстояние до сгустков фонового излучения, потому что это наибольшее расстояние, на котором части Вселенной могут влиять друг на друга — из-за конечной скорости света. И, наконец, мы можем измерить угол между этими «пятнами», находясь на Земле. С помощью некоторой тригонометрии мы можем затем вычислить размеры огромного треугольника с Землей в одном углу и двумя пятнами микроволнового фона в качестве двух других.
И, пока, насколько мы можем что-то измерить, Вселенная имеет плоскую геометрию. Если она имеет замкнутую геометрию, то она настолько велика, что кажется плоской. Что это значит, с точки зрения «края» Вселенной? Вот вещи, которые либо вызовут головную боль, либо прояснят ситуацию.
- Если у Вселенной плоская геометрия, то никакого края нет. Пространство просто продолжается и продолжается, во веки веков.
- Если Вселенная имеет замкнутую геометрию, то края тоже нет, но, как теннисный мяч, она «оборачивается сама собой». Если вы пойдете в одном направлении, прямо вперед, вы окажетесь там, откуда вышли, но с другой стороны. Но, чтобы быть таким образом замкнутой, Вселенная должна иметь ((10^10)^10)^122 мегапарсек в ширину (парсек составляет около 3,26 световых лет, а мегапарсек — один миллион парсеков). Наблюдаемая Вселенная составляет всего 28 миллиардов парсек в поперечнике (28 000 мегапарсеков), и это более 90 миллиардов световых лет.
Так что ответ, насколько нам известно, пока состоит просто в «слишком большой» Вселенной. В любом случае, ни в одной трактовке нет никакого преимущества перед другими.
Возникает вопрос: если Вселенная замкнута, как мяч, должно быть пространство вне этого мяча. Когда мы используем мяч в качестве аналогии, мы смотрим на двумерную поверхность трёхмерного мяча. Для Вселенной это будет трёхмерное пространство четырёхмерной гиперсферы. Это трудно себе вообразить, но можно представить себя муравьём, живущим на двумерной поверхности мяча, а затем просто предположить, что это работает аналогично, но с ещё одним измерением.
Дело в том, что выражение «вне» Вселенной имеет такое же значение, как выражение «над» бумагой для плоского мультипликационного персонажа. Мы можем добавить измерение под углом 90° к плоской Вселенной и сделать ее трёхмерной, с верхом-низом. Но попробуйте представить себе четвёртое измерение под углом 90° ко всем существующим измерениям одновременно.
Так или иначе, выражение «вне Вселенной» пока для нас не имеет смысла.
Источник