Kako neskončno je vesolje. Ali je lahko vesolje neskončno? Veliko mlečnih poti

Ves čas vidimo zvezdnato nebo. Vesolje se zdi skrivnostno in ogromno, mi pa smo le majhen delček tega ogromnega sveta, skrivnostnega in tihega.

Človeštvo si skozi življenje postavlja različna vprašanja. Kaj je tam, onstran naše galaksije? Je nekaj zunaj meja vesolja? In ali obstaja omejitev prostora? Tudi znanstveniki že dolgo razmišljajo o teh vprašanjih. Je prostor neskončen? Ta članek ponuja informacije, ki jih znanstveniki trenutno imajo.

Meje neskončnega

Menijo, da je naš sončni sistem nastal kot posledica velikega poka. Nastala je zaradi močnega stiskanja snovi in ​​jo raztrgala, pri čemer so se plini razpršili v različne smeri. Ta eksplozija je dala življenje galaksijam in sončnim sistemom. Prej so mislili, da je Rimska cesta stara 4,5 milijarde let. Vendar pa je leta 2013 teleskop Planck znanstvenikom omogočil preračunavanje starosti Osončja. Zdaj je ocenjeno na 13,82 milijarde let.

Najsodobnejša tehnologija ne more pokriti celotnega prostora. Čeprav so najnovejše naprave sposobne ujeti svetlobo zvezd, ki so od našega planeta oddaljene 15 milijard svetlobnih let! To so lahko celo zvezde, ki so že umrle, a njihova svetloba še vedno potuje po vesolju.

Naš sončni sistem je le majhen del ogromne galaksije, imenovane Rimska cesta. Vesolje samo vsebuje na tisoče podobnih galaksij. In ali je prostor neskončen, ni znano ...

Dejstvo, da se vesolje nenehno širi in tvori vse več kozmičnih teles, je znanstveno dejstvo. Njegov videz se verjetno nenehno spreminja, zato je bil pred milijoni let, so prepričani nekateri znanstveniki, videti povsem drugače kot danes. In če vesolje raste, potem zagotovo ima meje? Koliko vesolj obstaja za njim? Žal, tega nihče ne ve.

Razširitev prostora

Danes znanstveniki trdijo, da se vesolje zelo hitro širi. Hitreje, kot so prej mislili. Zaradi širjenja vesolja se eksoplanete in galaksije različno hitro oddaljujejo od nas. Toda hkrati je stopnja njegove rasti enaka in enakomerna. Samo ta telesa se nahajajo na različnih razdaljah od nas. Tako Soncu najbližja zvezda »zbeži« od naše Zemlje s hitrostjo 9 cm/s.

Zdaj znanstveniki iščejo odgovor na drugo vprašanje. Kaj povzroča širjenje vesolja?

Temna snov in temna energija

Temna snov je hipotetična snov. Ne proizvaja energije in svetlobe, zaseda pa 80 % prostora. Znanstveniki so na prisotnost te izmuzljive snovi v vesolju sumili že v 50. letih prejšnjega stoletja. Čeprav neposrednih dokazov o njenem obstoju ni bilo, je bilo zagovornikov te teorije iz dneva v dan več. Morda vsebuje snovi, ki nam niso znane.

Kako je nastala teorija o temni snovi? Dejstvo je, da bi jate galaksij že zdavnaj propadle, če bi njihovo maso sestavljali samo nam vidni materiali. Posledično se izkaže, da večino našega sveta predstavlja izmuzljiva snov, ki nam je še neznana.

Leta 1990 so odkrili tako imenovano temno energijo. Navsezadnje so fiziki nekoč mislili, da gravitacijska sila deluje tako, da se upočasni in nekega dne se bo širjenje vesolja ustavilo. Toda obe ekipi, ki sta se lotili preučevanja te teorije, sta nepričakovano odkrili pospešek v širitvi. Predstavljajte si, da vržete jabolko v zrak in čakate, da pade, namesto tega pa se začne oddaljevati od vas. To nakazuje, da na širjenje vpliva določena sila, ki se imenuje temna energija.

Danes so znanstveniki utrujeni od prerekanja o tem, ali je prostor neskončen ali ne. Poskušajo razumeti, kako je izgledalo vesolje pred velikim pokom. Vendar to vprašanje nima smisla. Konec koncev sta tudi čas in prostor sama po sebi neskončna. Torej, poglejmo več teorij znanstvenikov o vesolju in njegovih mejah.

Neskončnost je ...

Koncept "neskončnosti" je eden najbolj neverjetnih in relativnih konceptov. Že dolgo zanima znanstvenike. V resničnem svetu, v katerem živimo, se vse konča, tudi življenje. Zato neskončnost privlači s svojo skrivnostnostjo in celo določeno mističnostjo. Neskončnost si je težko predstavljati. Vendar obstaja. Navsezadnje se z njegovo pomočjo rešujejo številni problemi, ne le matematični.

Neskončnost in nič

Mnogi znanstveniki verjamejo v teorijo neskončnosti. Z njimi pa se ne strinja izraelski matematik Doron Selberger. Trdi, da je številka ogromna in če ji prištejete še eno, bo končni rezultat nič. Vendar je ta številka tako daleč onkraj človeškega razumevanja, da njen obstoj ne bo nikoli dokazan. Na tem dejstvu temelji matematična filozofija, imenovana "Ultra-neskončnost".

Neskončen prostor

Ali obstaja možnost, da seštevanje dveh enakih števil povzroči isto število? Na prvi pogled se to zdi popolnoma nemogoče, a če smo že pri vesolju ... Po izračunih znanstvenikov, ko od neskončnosti odštejemo ena, dobimo neskončnost. Ko dodamo dve neskončnosti, se spet prikaže neskončnost. Če pa od neskončnosti odštejete neskončnost, boste najverjetneje dobili enega.

Starodavni znanstveniki so se spraševali tudi, ali obstaja meja vesolja. Njihova logika je bila preprosta in hkrati briljantna. Njihova teorija je izražena na naslednji način. Predstavljajte si, da ste dosegli rob vesolja. Iztegnili so roko čez njeno mejo. Vendar so se meje sveta razširile. In tako v nedogled. Zelo težko si je predstavljati. A še težje si je predstavljati, kaj obstaja onstran njene meje, če res obstaja.

Na tisoče svetov

Ta teorija pravi, da je prostor neskončen. V njej je verjetno na milijone, milijarde drugih galaksij, ki vsebujejo milijarde drugih zvezd. Konec koncev, če razmišljate širše, se vse v našem življenju začne znova in znova - filmi se vrstijo drug za drugim, življenje, ki se konča v eni osebi, se začne v drugi.

Danes v svetovni znanosti koncept večkomponentnega vesolja velja za splošno sprejet. Toda koliko vesolj obstaja? Nihče od nas tega ne ve. Druge galaksije lahko vsebujejo popolnoma drugačna nebesna telesa. Te svetove urejajo popolnoma drugačni zakoni fizike. Toda kako eksperimentalno dokazati njihovo prisotnost?

To lahko storimo le z odkrivanjem interakcije med našim vesoljem in drugimi. Ta interakcija poteka skozi določene črvine. Toda kako jih najti? Ena zadnjih predpostavk znanstvenikov je, da takšna luknja obstaja prav v središču našega sončnega sistema.

Znanstveniki domnevajo, da če je vesolje neskončno, je nekje v njegovi prostranosti dvojček našega planeta in morda celoten sončni sistem.

Druga dimenzija

Druga teorija pravi, da ima velikost prostora meje. Stvar je v tem, da vidimo najbližjo tako, kot je bila pred milijoni let. Še dlje pomeni še prej. Ni prostor tisti, ki se širi, ampak prostor se širi. Če lahko presežemo svetlobno hitrost in presežemo meje vesolja, se bomo znašli v preteklem stanju vesolja.

Kaj se skriva za to zloglasno mejo? Morda druga dimenzija, brez prostora in časa, ki si jo lahko naša zavest samo predstavlja.

Ali ste vedeli, da ima vesolje, ki ga opazujemo, dokaj določene meje? Vesolje smo navajeni povezovati z nečim neskončnim in nedoumljivim. Vendar sodobna znanost na vprašanje o »neskončnosti« vesolja na tako »očitno« vprašanje ponuja popolnoma drugačen odgovor.

Po sodobnih konceptih je velikost opazovanega vesolja približno 45,7 milijarde svetlobnih let (ali 14,6 gigaparsekov). Toda kaj te številke pomenijo?

Prvo vprašanje, ki se pojavi običajnemu človeku, je, kako lahko vesolje ni neskončno? Zdi se, da je nesporno, da vsebnik vsega, kar obstaja okoli nas, ne sme imeti meja. Če te meje obstajajo, kaj točno so?

Recimo, da astronavt doseže meje vesolja. Kaj bo videl pred seboj? Trdna stena? Požarna pregrada? In kaj je zadaj - praznina? Drugo vesolje? Toda ali lahko praznina ali drugo Vesolje pomeni, da smo na meji vesolja? Navsezadnje to ne pomeni, da tam ni "ničesar". Tudi praznina in drugo Vesolje sta »nekaj«. Toda vesolje je nekaj, kar vsebuje absolutno vse "nekaj".

Pridemo do absolutnega protislovja. Izkazalo se je, da mora meja vesolja pred nami skrivati ​​nekaj, kar ne bi smelo obstajati. Ali pa bi morala meja vesolja graditi »vse« od »nečesa«, a tudi to »nekaj« bi moralo biti del »vsega«. Na splošno popoln absurd. Kako lahko potem znanstveniki razglasijo mejno velikost, maso in celo starost našega vesolja? Te vrednosti, čeprav nepredstavljivo velike, so še vedno končne. Ali se znanost prepira z očitnim? Da bi to razumeli, najprej izsledimo, kako so ljudje prišli do našega sodobnega razumevanja vesolja.

Širjenje meja

Že od nekdaj je ljudi zanimalo, kakšen je svet okoli njih. Primerov treh stebrov in drugih poskusov starodavnih, da bi razložili vesolje, ni treba navajati. Praviloma se je na koncu vse skrčilo na to, da je osnova vseh stvari zemeljska površina. Tudi v času antike in srednjega veka, ko so astronomi dobro poznali zakonitosti gibanja planetov po »fiksni« nebesni sferi, je Zemlja ostala središče vesolja.

Seveda so bili tudi v stari Grčiji tisti, ki so verjeli, da se Zemlja vrti okoli Sonca. Bili so tisti, ki so govorili o številnih svetovih in neskončnosti vesolja. Toda konstruktivne utemeljitve za te teorije so se pojavile šele na prelomu znanstvene revolucije.

V 16. stoletju je poljski astronom Nikolaj Kopernik naredil prvi večji preboj v poznavanju vesolja. Trdno je dokazal, da je Zemlja le eden od planetov, ki krožijo okoli Sonca. Takšen sistem je močno poenostavil razlago tako kompleksnega in zapletenega gibanja planetov v nebesni sferi. V primeru mirujoče Zemlje so morali astronomi pripraviti najrazličnejše pametne teorije, da bi razložili takšno obnašanje planetov. Po drugi strani pa, če sprejmemo Zemljo kot premikajočo se, potem je razlaga za tako zapletena gibanja sama od sebe. Tako se je v astronomiji uveljavila nova paradigma, imenovana "heliocentrizem".

Mnogo sonc

Toda tudi po tem so astronomi še naprej omejevali vesolje na »sfero zvezd stalnic«. Vse do 19. stoletja niso mogli oceniti razdalje do zvezd. Več stoletij so astronomi brezuspešno poskušali zaznati odstopanja v položaju zvezd glede na orbitalno gibanje Zemlje (letne paralakse). Takratni instrumenti niso omogočali tako natančnih meritev.

Nazadnje je leta 1837 rusko-nemški astronom Vasilij Struve izmeril paralakso. To je pomenilo nov korak v razumevanju obsega prostora. Zdaj bi znanstveniki lahko mirno rekli, da so zvezde oddaljene podobnosti s Soncem. In naše svetilo ni več središče vsega, ampak enakovreden »prebivalec« neskončne zvezdne kopice.

Astronomi so se še bolj približali razumevanju obsega vesolja, saj so se razdalje do zvezd izkazale za resnično pošastne. Tudi velikost orbit planetov se je v primerjavi z njimi zdela nepomembna. Nato je bilo treba razumeti, kako so zvezde koncentrirane v .

Veliko mlečnih poti

Slavni filozof Immanuel Kant je že leta 1755 predvidel temelje sodobnega razumevanja obsežne zgradbe vesolja. Domneval je, da je Rimska cesta ogromna rotirajoča zvezdna kopica. Po drugi strani pa so številne opazovane meglice tudi bolj oddaljene "mlečne poti" - galaksije. Kljub temu so astronomi vse do 20. stoletja verjeli, da so vse meglice viri nastajanja zvezd in so del Rimske ceste.

Razmere so se spremenile, ko so se astronomi naučili meriti razdalje med galaksijami z uporabo . Absolutna svetilnost zvezd te vrste je strogo odvisna od obdobja njihove spremenljivosti. Če primerjamo njihovo absolutno svetilnost z vidno, je mogoče z visoko natančnostjo določiti razdaljo do njih. To metodo sta v začetku 20. stoletja razvila Einar Hertzschrung in Harlow Scelpi. Po njegovi zaslugi je sovjetski astronom Ernst Epic leta 1922 določil razdaljo do Andromede, ki se je izkazala za red velikosti večja od velikosti Rimske ceste.

Edwin Hubble je nadaljeval Epicovo pobudo. Z merjenjem svetlosti cefeid v drugih galaksijah je izmeril njihovo oddaljenost in jo primerjal z rdečim premikom v njihovih spektrih. Tako je leta 1929 razvil svoj slavni zakon. Njegovo delo je dokončno ovrglo uveljavljeno mnenje, da je Rimska cesta rob vesolja. Zdaj je bila ena od mnogih galaksij, ki so nekoč veljale za njen del. Kantova hipoteza je bila potrjena skoraj dve stoletji po svojem razvoju.

Kasneje je povezava, ki jo je odkril Hubble med oddaljenostjo galaksije od opazovalca glede na hitrost njenega oddaljevanja od njega, omogočila sestavljanje popolne slike obsežne strukture vesolja. Izkazalo se je, da so galaksije le nepomemben del tega. Povezovali so se v grozde, grozdi pa v superjače. Superjače pa tvorijo največje znane strukture v vesolju – niti in stene. Te strukture, ki mejijo na ogromne superpraznine (), sestavljajo obsežno strukturo trenutno znanega vesolja.

Navidezna neskončnost

Iz navedenega sledi, da je znanost v samo nekaj stoletjih postopoma zalepršala od geocentrizma do sodobnega razumevanja vesolja. Vendar to ne odgovarja, zakaj danes omejujemo vesolje. Navsezadnje smo do zdaj govorili le o obsegu prostora, ne pa o njegovi naravi.

Prvi, ki se je odločil upravičiti neskončnost vesolja, je bil Isaac Newton. Ko je odkril zakon univerzalne gravitacije, je verjel, da če bi bil prostor končen, bi se vsa njegova telesa prej ali slej združila v eno celoto. Če je kdo pred njim izrazil idejo o neskončnosti vesolja, je bilo to izključno v filozofski smeri. Brez kakršne koli znanstvene podlage. Primer tega je Giordano Bruno. Mimogrede, tako kot Kant, je bil mnogo stoletij pred znanostjo. Bil je prvi, ki je izjavil, da so zvezde oddaljena sonca, okoli njih pa krožijo tudi planeti.

Zdi se, da je samo dejstvo neskončnosti povsem upravičeno in očitno, vendar so prelomnice znanosti 20. stoletja to »resnico« zamajale.

Stacionarno vesolje

Prvi pomemben korak k razvoju sodobnega modela vesolja je naredil Albert Einstein. Slavni fizik je leta 1917 predstavil svoj model stacionarnega vesolja. Ta model je temeljil na splošni teoriji relativnosti, ki jo je razvil leto prej. Po njegovem modelu je vesolje neskončno v času in končno v prostoru. Toda, kot smo že omenili, se mora po Newtonu vesolje s končno velikostjo sesuti. Da bi to naredil, je Einstein uvedel kozmološko konstanto, ki je kompenzirala gravitacijsko privlačnost oddaljenih predmetov.

Ne glede na to, kako paradoksalno se sliši, Einstein ni omejil same končnosti vesolja. Po njegovem mnenju je vesolje zaprta lupina hipersfere. Analogija je površina običajne tridimenzionalne krogle, na primer globusa ali Zemlje. Ne glede na to, koliko popotnik potuje po Zemlji, nikoli ne doseže njenega roba. Vendar to ne pomeni, da je Zemlja neskončna. Popotnik se bo preprosto vrnil tja, od koder je začel svojo pot.

Na površini hipersfere

Na enak način se lahko vesoljski potepuh, ki na zvezdni ladji prepotuje Einsteinovo vesolje, vrne nazaj na Zemljo. Samo tokrat se potepuh ne bo gibal po dvodimenzionalni površini krogle, temveč po tridimenzionalni površini hipersfere. To pomeni, da ima vesolje končno prostornino in s tem končno število zvezd in maso. Vendar vesolje nima ne meja ne središča.

Einstein je do teh zaključkov prišel s povezovanjem prostora, časa in gravitacije v svoji slavni teoriji. Pred njim so ti koncepti veljali za ločene, zato je bil prostor vesolja čisto evklidski. Einstein je dokazal, da je sama gravitacija ukrivljenost prostora-časa. To je korenito spremenilo zgodnje predstave o naravi vesolja, ki so temeljile na klasični Newtonovi mehaniki in evklidski geometriji.

Vesolje, ki se širi

Tudi odkritelju »novega vesolja« samemu niso bile tuje zablode. Čeprav je Einstein vesolje omejil na prostor, ga je še naprej smatral za statičnega. Po njegovem modelu je Vesolje bilo in ostalo večno, njegova velikost pa ostaja vedno enaka. Leta 1922 je sovjetski fizik Alexander Friedman znatno razširil ta model. Po njegovih izračunih vesolje sploh ni statično. Sčasoma se lahko razširi ali skrči. Omeniti velja, da je Friedman prišel do takšnega modela na podlagi iste teorije relativnosti. To teorijo mu je uspelo uporabiti pravilneje, mimo kozmološke konstante.

Albert Einstein ni takoj sprejel tega "dopolnila". Ta novi model je priskočil na pomoč prej omenjenemu Hubblovemu odkritju. Recesija galaksij je nedvomno dokazala dejstvo o širjenju vesolja. Einstein je torej moral priznati svojo napako. Zdaj je imelo vesolje določeno starost, ki je strogo odvisna od Hubblove konstante, ki označuje hitrost njegovega širjenja.

Nadaljnji razvoj kozmologije

Ko so znanstveniki poskušali rešiti to vprašanje, so odkrili številne druge pomembne komponente vesolja in razvili različne modele vesolja. Tako je leta 1948 George Gamow uvedel hipotezo o "vročem vesolju", ki se je kasneje spremenila v teorijo velikega poka. Odkritje leta 1965 je potrdilo njegove sume. Zdaj so lahko astronomi opazovali svetlobo, ki je prišla od trenutka, ko je vesolje postalo prozorno.

Temna snov, ki jo je leta 1932 napovedal Fritz Zwicky, je bila potrjena leta 1975. Temna snov pravzaprav pojasnjuje sam obstoj galaksij, galaksijskih jat in same strukture Univerzala kot celote. Tako so znanstveniki izvedeli, da je večina mase vesolja popolnoma nevidna.

Končno je bilo leta 1998 med študijo razdalje do odkrito, da se vesolje širi s pospešeno hitrostjo. Ta zadnja prelomnica v znanosti je rodila naše sodobno razumevanje narave vesolja. Kozmološki koeficient, ki ga je uvedel Einstein in ovrgel Friedman, je ponovno našel svoje mesto v modelu vesolja. Prisotnost kozmološkega koeficienta (kozmološke konstante) pojasnjuje njegovo pospešeno širjenje. Da bi pojasnili prisotnost kozmološke konstante, je bil uveden koncept hipotetičnega polja, ki vsebuje večino mase vesolja.

Sodobno razumevanje velikosti vesolja, ki ga je mogoče opazovati

Sodobni model vesolja se imenuje tudi model ΛCDM. Črka "Λ" pomeni prisotnost kozmološke konstante, ki pojasnjuje pospešeno širjenje vesolja. "CDM" pomeni, da je vesolje napolnjeno s hladno temno snovjo. Nedavne študije kažejo, da je Hubblova konstanta približno 71 (km/s)/Mpc, kar ustreza starosti vesolja 13,75 milijarde let. Če poznamo starost vesolja, lahko ocenimo velikost njegove opazovane regije.

Po relativnostni teoriji informacije o katerem koli objektu ne morejo doseči opazovalca s hitrostjo, ki je večja od svetlobne (299.792.458 m/s). Izkazalo se je, da opazovalec ne vidi samo predmeta, ampak njegovo preteklost. Čim dlje je predmet od njega, tem bolj oddaljena je videti preteklost. Če na primer pogledamo Luno, vidimo, kot je bilo pred malo več kot sekundo, Sonce - pred več kot osmimi minutami, najbližje zvezde - leta, galaksije - pred milijoni let itd. V Einsteinovem stacionarnem modelu vesolje nima starostne omejitve, kar pomeni, da tudi njegovo opazovano območje ni omejeno z ničemer. Opazovalec, oborožen z vedno bolj izpopolnjenimi astronomskimi inštrumenti, bo opazoval vedno bolj oddaljene in starodavne objekte.

S sodobnim modelom vesolja imamo drugačno sliko. Po njej ima vesolje starost in s tem mejo opazovanja. To pomeni, da od rojstva vesolja noben foton ni mogel prepotovati razdalje, večje od 13,75 milijarde svetlobnih let. Izkazalo se je, da lahko rečemo, da je opazovano vesolje omejeno od opazovalca na sferično območje s polmerom 13,75 milijarde svetlobnih let. Vendar to ni povsem res. Ne smemo pozabiti na širjenje prostora vesolja. Ko bo foton dosegel opazovalca, bo objekt, ki ga je oddal, od nas oddaljen že 45,7 milijarde svetlobnih let. leta. Ta velikost je horizont delcev, je meja opazljivega vesolja.

Čez obzorje

Tako je velikost opazovanega vesolja razdeljena na dve vrsti. Navidezna velikost, imenovana tudi Hubblov radij (13,75 milijard svetlobnih let). In prava velikost, imenovana horizont delcev (45,7 milijarde svetlobnih let). Pomembno je, da oba horizonta sploh ne označujeta prave velikosti vesolja. Prvič, odvisne so od položaja opazovalca v prostoru. Drugič, sčasoma se spreminjajo. V primeru modela ΛCDM se horizont delcev širi s hitrostjo, ki je večja od Hubblovega horizonta. Sodobna znanost ne odgovarja na vprašanje, ali se bo ta trend v prihodnosti spremenil. Toda če predpostavimo, da se vesolje še naprej pospešeno širi, potem bodo vsi tisti predmeti, ki jih vidimo zdaj, prej ali slej izginili iz našega "vidnega polja".

Trenutno najbolj oddaljena svetloba, ki jo opazujejo astronomi, je kozmično mikrovalovno sevanje ozadja. Ko pokukajo vanj, znanstveniki vidijo vesolje, kakršno je bilo 380 tisoč let po velikem poku. V tem trenutku se je Vesolje dovolj ohladilo, da je lahko oddajalo proste fotone, ki jih danes zaznavamo s pomočjo radijskih teleskopov. Takrat v vesolju še ni bilo zvezd ali galaksij, temveč le neprekinjen oblak vodika, helija in nepomembne količine drugih elementov. Iz nehomogenosti, opaženih v tem oblaku, se bodo pozneje oblikovale jate galaksij. Izkazalo se je, da se ravno tisti objekti, ki bodo nastali iz nehomogenosti kozmičnega mikrovalovnega sevanja ozadja, nahajajo najbližje horizontu delcev.

Resnične meje

Ali ima vesolje prave, neopazne meje, je še vedno stvar psevdoznanstvenih špekulacij. Tako ali drugače se vsi strinjajo z neskončnostjo Vesolja, vendar si to neskončnost razlagajo na popolnoma različne načine. Nekateri menijo, da je vesolje večdimenzionalno, kjer je naše »lokalno« tridimenzionalno vesolje le ena od njegovih plasti. Drugi pravijo, da je vesolje fraktalno - kar pomeni, da je naše lokalno vesolje lahko delček drugega. Ne smemo pozabiti na različne modele Multiverzuma z zaprtimi, odprtimi, vzporednimi vesolji in črvinami. In obstaja veliko, veliko različnih različic, katerih število je omejeno le s človeško domišljijo.

Toda če vključimo hladni realizem ali preprosto odstopimo od vseh teh hipotez, potem lahko domnevamo, da je naše vesolje neskončna homogena posoda vseh zvezd in galaksij. Še več, na kateri koli zelo oddaljeni točki, pa naj gre za milijarde gigaparsekov od nas, bodo vsi pogoji povsem enaki. Na tej točki bosta obzorje delcev in Hubblova krogla popolnoma enaka, z enakim reliktnim sevanjem na njunem robu. Naokoli bodo iste zvezde in galaksije. Zanimivo je, da to ni v nasprotju s širjenjem vesolja. Navsezadnje se ne širi le vesolje, ampak njegov prostor sam. Dejstvo, da je vesolje v trenutku velikega poka nastalo iz ene točke, pomeni le to, da so se takrat neskončno majhne (praktično nič) dimenzije spremenile v nepredstavljivo velike. V prihodnosti bomo uporabili prav to hipotezo, da bi jasno razumeli obseg opazovanega vesolja.

Vizualna predstavitev

Različni viri ponujajo vse vrste vizualnih modelov, ki ljudem omogočajo razumevanje obsega vesolja. Vendar ni dovolj, da se zavedamo, kako velik je kozmos. Pomembno si je predstavljati, kako se koncepti, kot sta Hubblov horizont in horizont delcev, dejansko manifestirajo. Da bi to naredili, si korak za korakom zamislimo naš model.

Pozabimo, da sodobna znanost ne pozna »tujega« področja vesolja. Če zavržemo različice multiverzumov, fraktalno vesolje in njegove druge »različice«, si predstavljajmo, da je preprosto neskončno. Kot smo že omenili, to ni v nasprotju s širitvijo njegovega prostora. Seveda upoštevamo, da sta njena Hubblova krogla in krogla delcev 13,75 oziroma 45,7 milijarde svetlobnih let.

Lestvica vesolja

Pritisnite gumb START in odkrijte nov, neznan svet!
Najprej poskusimo razumeti, kako velika je univerzalna lestvica. Če ste potovali po našem planetu, si lahko dobro predstavljate, kako velika je Zemlja za nas. Zdaj pa si naš planet predstavljajte kot ajdovo zrno, ki se giblje po orbiti okoli lubenice-Sonca velikosti polovice nogometnega igrišča. V tem primeru bo Neptunova orbita ustrezala velikosti majhnega mesta, območje bo ustrezalo Luni, območje meje vpliva Sonca pa bo ustrezalo Marsu. Izkazalo se je, da je naše Osončje toliko večje od Zemlje, kot je Mars večji od ajde! Ampak to je šele začetek.

Zdaj pa si predstavljajmo, da bo ta ajda naš sistem, katerega velikost je približno enaka enemu parseku. Potem bo Rimska cesta velika kot dva nogometna stadiona. Vendar nam to ne bo dovolj. Tudi Rimsko cesto bo treba zmanjšati na centimeter. Nekako bo spominjala na kavno peno, zavito v vrtinec sredi kavno črnega medgalaktičnega prostora. Dvajset centimetrov od nje je enaka spiralna "drobtina" - meglica Andromeda. Okoli njih bo roj majhnih galaksij naše lokalne kopice. Navidezna velikost našega vesolja bo 9,2 kilometra. Prišli smo do razumevanja univerzalnih dimenzij.

Znotraj univerzalnega mehurčka

Ni pa dovolj, da razumemo samo lestvico. Pomembno je spoznati Vesolje v dinamiki. Predstavljajmo si sebe kot velikane, za katere ima Rimska cesta centimeter premera. Kot smo pravkar omenili, se bomo znašli v krogli s polmerom 4,57 in premerom 9,24 kilometra. Predstavljajmo si, da lahko lebdimo znotraj te krogle, potujemo in v sekundi preletimo cele megaparseke. Kaj bomo videli, če bo naše vesolje neskončno?

Seveda se bo pred nami pojavilo nešteto galaksij vseh vrst. Eliptični, spiralni, nepravilni. Ponekod jih bo mrgolelo, druga bodo prazna. Glavna značilnost bo, da bodo vizualno vsi negibni, medtem ko smo mi negibni. Toda takoj, ko naredimo korak, se bodo same galaksije začele premikati. Na primer, če lahko razberemo mikroskopsko Osončje v centimeter dolgi Rimski cesti, bomo lahko opazovali njegov razvoj. Ko se oddaljimo 600 metrov od naše galaksije, bomo videli protozvezdo Sonce in protoplanetarni disk v trenutku nastajanja. Ko se mu približamo, bomo videli, kako se pojavi Zemlja, nastane življenje in pojavi človek. Na enak način bomo videli, kako se galaksije spreminjajo in premikajo, ko se jim oddaljujemo ali približujemo.

Posledično bolj oddaljene galaksije kot gledamo, bolj starodavne bodo za nas. Torej bodo najbolj oddaljene galaksije od nas oddaljene več kot 1300 metrov, na prelomu 1380 metrov pa bomo že videli reliktno sevanje. Res je, ta razdalja bo za nas namišljena. Ko pa se približamo kozmičnemu mikrovalovnemu sevanju ozadja, bomo videli zanimivo sliko. Seveda bomo opazovali, kako se bodo galaksije oblikovale in razvile iz začetnega oblaka vodika. Ko pridemo do ene od teh oblikovanih galaksij, bomo razumeli, da nismo prevozili sploh 1,375 kilometrov, ampak vseh 4,57.

Pomanjšanje

Posledično se bomo še povečali. Zdaj lahko v pest postavimo cele praznine in stene. Tako se bomo znašli v precej majhnem mehurčku, iz katerega je nemogoče priti ven. Ne samo, da se bo razdalja do predmetov na robu mehurčka povečala, ko se bodo približali, ampak se bo sam rob premaknil za nedoločen čas. To je bistvo velikosti vesolja, ki ga je mogoče opazovati.

Ne glede na to, kako veliko je vesolje, bo za opazovalca vedno ostalo omejen mehurček. Opazovalec bo vedno v središču tega mehurčka, pravzaprav je on njegovo središče. Ko opazovalec poskuša priti do katerega koli predmeta na robu mehurčka, premakne njegovo središče. Ko se približujete predmetu, se bo ta premikal vedno dlje od roba mehurčka in se hkrati spreminjal. Na primer, iz brezobličnega vodikovega oblaka se bo spremenil v polnopravno galaksijo ali nadalje v galaktično kopico. Poleg tega se bo pot do tega predmeta povečala, ko se mu boste približali, saj se bo sam okoliški prostor spremenil. Ko dosežemo ta predmet, ga bomo samo premaknili od roba mehurčka do njegovega središča. Na robu vesolja bo reliktno sevanje še vedno utripalo.

Če predpostavimo, da se bo vesolje še naprej pospešeno širilo, potem ko je v središču mehurčka in premika čas naprej za milijarde, trilijone in celo višje stopnje let, bomo opazili še bolj zanimivo sliko. Čeprav se bo tudi naš mehurček povečal, se bodo njegove spreminjajoče se komponente še hitreje oddaljile od nas in zapustile rob tega mehurčka, dokler ne bo vsak delček vesolja ločeno taval v svojem osamljenem mehurčku brez možnosti interakcije z drugimi delci.

Sodobna znanost torej nima podatkov o resnični velikosti vesolja in o tem, ali ima meje. Zagotovo pa vemo, da ima opazovano vesolje vidno in pravo mejo, imenovano Hubblov polmer (13,75 milijard svetlobnih let) oziroma polmer delcev (45,7 milijard svetlobnih let). Te meje so v celoti odvisne od položaja opazovalca v prostoru in se s časom širijo. Če se Hubblov radij širi strogo s svetlobno hitrostjo, se širitev horizonta delcev pospeši. Vprašanje, ali se bo njegovo pospeševanje horizonta delcev nadaljevalo še naprej in ali ga bo nadomestilo stiskanje, ostaja odprto.

Dober dan Giktimes! K pisanju tega članka me je spodbudil videoposnetek na YouTubu o nenavadnih numeričnih paradoksih. O paradoksih namreč Zeno in zakaj ne morete deliti z ničlo, o čemer bomo razpravljali danes.

Zenonov paradoks je zelo enostavno razložiti na podlagi Ahil in želve. Za tiste, ki tega paradoksa ne poznate, je tukaj vizualni video drugega avtorja:

Če si ne želite ogledati videa, vam na kratko povem: Predstavljajte si, da Ahil teče za želvo, ki ga prehiti. Razdalja med njima se nenehno zmanjšuje, saj Ahil teče hitreje od želve. Posledično, ko se Ahil približa razdalji 1 metra, bo čez nekaj časa enak 0,1 metrov, torej 0,01 in tako naprej ad infinitum. To pomeni, da Ahil nikoli ne bo dohitel želve, a v resnici je vse popolnoma drugače.

V resnici ni problema, vzamemo Ahila in želvo, ju postavimo na tekalno stezo in, prosim, Ahil želvo mirno prehiti. Tu je možen dokaz, da vesolje ni neskončno.

Poskusimo to razložiti z uporabo principa delovanja računalniških iger. Običajno je položaj predmeta zapisan kot vektor, sestavljen iz osi x, y in z. In vsaka vrednost je shranjena v podatkovni vrsti lebdi (Vrednost s plavajočo vejico). Npr Unity3D uporablja 32-bitno plavajočo vrednost za označevanje položaja v prostoru. Najmanjša vrednost tega je: 1.175494351 E – 38., ki zagotavlja gladko gibanje v skoraj vseh merilih. Pomembna beseda tukaj je "skoraj", se pravi, če model pomanjšamo in približamo, bomo videli, kako se premika v skokih. Skakanje z 0,...1 na 0,...2 na 0,...3 itd. To pomeni, da bo v simulaciji v vsakem primeru Ahil prehitel želvo. Toda kot pravijo, ima vsak oblak nekaj dobrega. Če imamo minimalno plavajočo vrednost, potem obstaja tudi največja, tako rekoč meja 3D prostora. Ne bomo smeli iti dlje (recimo temu) zakoni fizike virtualnega sveta. V resnici preprosto ne moremo dati več kot največjo vrednost spremenljivke.

Če se vrnemo k Zenonovemu paradoksu, Ahil ne le da nikoli ne bo dohitel želve, ampak nikoli ne bo dosegel meje svojega izmišljenega sveta, zanj bo ta neskončen. Od -∞ do +∞, nenavadno, dobimo isto stvar s funkcijo f(x) = 1/x. In najbolj smešno je, da ta funkcija ne vsebuje vrednosti x/0, saj funkcija nikoli ne bo dosegla ničle, kot želva Ahil. (Pravzaprav zato ne morete deliti z ničlo)

Dovolj teorije, pojdimo k praksi. Vzemimo resnični svet, vsi smo sestavljeni iz atomov, atomi so sestavljeni iz protonov, nevtronov in elektronov, ti pa iz kvarkov (elementarni delci). Tako v simulaciji kot v resničnem svetu Ahil brez težav prehiti želvo. Vse to vodi k dejstvu, da morajo tako v simulaciji kot v resnici osnovni delci prav tako številčno skočiti 0,...1 0,...2 0,...3 kot se to zgodi v igri, saj lahko Ahil tu in tam prehiti želvo. To nam pove, da Zenonov paradoks deluje le na papirju oziroma v lastnem koordinatnem sistemu, katerega vrednost je od -∞ do +∞. V resnici, ko skačejo po najmanjših vrednostih, Ahilovi osnovni delci na neki točki prehitijo želvo, njihove koordinate se izenačijo, nakar Ahil teče naprej.

Zdaj smo ugotovili, kateri koordinatni sistem uporablja naš prostor, vrnimo se k glavni temi. Če imamo minimalno vrednost, potem bo tudi največja - robu našega vesolja. Najdejo se tisti, ki bodo rekli, zakaj je potem lahko na eni strani neskončno, na drugi strani pa končno. Toda težava je v tem, da so koordinate ali položaj le element velikega sistema, imenovanega prostor, in je lahko popolnoma neskončen ali popolnoma končen. Poleg tega se ob vsem tem postavlja vprašanje, ali nismo v računalniški simulaciji, kajne? Toda to je tema za drug članek.

Rezultati

Obstajata dve možnosti: ali je vesolje končno in ima velikost ali pa je neskončno in traja večno. Obe možnosti vas prisilita, da dobro razmislite. Kako veliko je naše vesolje? Vse je odvisno od odgovora na zgornja vprašanja. Ali so astronomi to poskušali razumeti? Seveda so poskušali. Lahko bi rekli, da so obsedeni z iskanjem odgovorov na ta vprašanja in zahvaljujoč njihovemu iskanju izdelujemo občutljive vesoljske teleskope in satelite. Astronomi zrejo v kozmično mikrovalovno ozadje, reliktno sevanje, ki je ostalo od velikega poka. Kako lahko preizkusite to idejo preprosto z opazovanjem neba?

Znanstveniki so poskušali najti dokaze, da so značilnosti na enem koncu neba povezane s funkcijami na drugem, kot je način, kako se robovi ovoja steklenice povežejo drug z drugim. Doslej ni bilo najdenih dokazov, da bi lahko robove neba povezali.

V človeškem smislu to pomeni, da se 13,8 milijarde svetlobnih let v vseh smereh vesolje ne ponovi. Svetloba potuje naprej in nazaj čez vseh 13,8 milijard svetlobnih let, preden zapusti vesolje. Širjenje vesolja je premaknilo meje svetlobe, ki zapušča vesolje za 47,5 milijarde let. Lahko bi rekli, da naše vesolje meri 93 milijard svetlobnih let. In to je minimum. Morda je številka 100 milijard svetlobnih let ali celo bilijon. Ne vemo. Morda ne bomo izvedeli. Prav tako je lahko vesolje neskončno.

Če je vesolje res neskončno, potem bomo dobili izjemno zanimiv rezultat, ob katerem se boste resno popraskali po glavi.

Predstavljajte si to. V enem kubičnem metru (samo širše razširite roke) je končno število delcev, ki lahko obstajajo v tem območju, in ti delci imajo lahko končno število konfiguracij glede na vrtenje, naboj, položaj, hitrost itd.

Tony Padilla iz Numberphile je izračunal, da bi moralo biti to število deset na deseto na sedemdeseto potenco. To je tako veliko število, da ga ne morejo zapisati vsi svinčniki v vesolju. Seveda ob predpostavki, da druge oblike življenja niso izumile večnih svinčnikov ali da ne obstaja dodatna dimenzija, ki bi bila v celoti napolnjena s svinčniki. In še vedno verjetno ne bo dovolj svinčnikov.

V vesolju, ki ga lahko opazujemo, je le 10^80 delcev. In to je veliko manj od možnih konfiguracij snovi v enem kubičnem metru. Če je vesolje resnično neskončno, potem ko se boste oddaljevali od Zemlje, boste sčasoma našli kraj z natančnim dvojnikom našega kubičnega metra prostora. In dlje kot greš, več je dvojnikov.

Velika stvar, pravite. En oblak vodika je videti enako kot drugi. Vedeti pa morate, da ko hodite skozi kraje, ki se zdijo vedno bolj znani, boste sčasoma prišli do mesta, kjer se boste znašli. In najti kopijo sebe je morda najbolj nenavadna stvar, ki se lahko zgodi v neskončnem vesolju.

Ko boste nadaljevali, boste odkrili celotne dvojnike opazovanega vesolja, z vašimi natančnimi in netočnimi kopijami. Kaj je naslednje? Obstaja lahko neskončno število dvojnikov opazovanega vesolja. Da bi jih našli, vam ni treba niti vleči v multiverse. To so ponavljajoča se vesolja znotraj našega neskončnega vesolja.

Odgovor na vprašanje, ali je vesolje končno ali neskončno, je izredno pomemben, saj bo vsak odgovor osupljiv. Astronomi še ne poznajo odgovora. A upanja ne izgubijo.

Jate galaksij, raztresene po vesolju, se imenujejo z eno besedo - vesolje. Večina raziskovalcev se nagiba k prepričanju, da je vesolje neskončno.

Zemlja se skupaj z Osončjem nahaja v spiralni galaksiji, ta pa je del jate galaksij.

Hitro razvijajoča se kozmologija je dosegla pomemben uspeh - trenutno stanje in bližnjo preteklost vesolja lahko štejemo za znane v veliki meri.

Prvič, dokazana je izotropnost lastnosti vesolja - vse smeri v njem so enake: vidna slika vesolja ni odvisna od smeri vidne črte.

Če sprejmemo izotropni in homogeni model vesolja, lahko za ta model sklepamo iz znanih zakonov fizike.

Tu se pojavi vprašanje: ali je za to mogoče uporabiti zakonitosti, vzpostavljene v laboratoriju?

Ali se bo izkazalo, da bo treba te zakone spremeniti, ko se premaknemo v veličastno vesolje?

Večina znanstvenikov meni, da je do takšne spremembe fizikalnih zakonov prišlo že, ko je nastala splošna teorija relativnosti in se je pojavila ideja o ukrivljenosti prostora-časa.

Še vedno ni podatkov, ki bi kazali na omejitve uporabe splošne teorije relativnosti na lestvici neskončnega vesolja.

Relativistična kozmologija vodi do zaključka, da je imela snov vesolja v preteklosti ogromno gostoto in prostor-čas ogromno ukrivljenost.

To stanje imenujemo singularno, posebno. Od nas je časovno oddaljen več kot 10 milijard let. Vendar ne smemo pozabiti, da je vsak delec (ali njegovi predniki) izšel iz lončka singularnosti.

Sedanjost in prihodnost vesolja sta odvisni od njegove preteklosti. Splošna teorija relativnosti ni uporabna za posamezno državo. Celoten nabor teoretičnih, eksperimentalnih in opazovanih dejstev govori o uporabnosti zakonov splošne relativnosti za opis razvoja vesolja le »skoraj od samega začetka«.

Opazovanja kažejo, da živimo v vesolju, ki se razvija, razvija in širi. Ta lastnost izhaja iz kozmološkega modela sovjetskega matematika A. A. Friedmana (1922) in rdečega premika, ki ga je odkril E. Hubble v spektrih galaksij (1929).

Povprečna gostota snovi v vesolju

Smer evolucije vesolja lahko ocenite tako, da poznate trenutno gostoto snovi v vesolju. Iz splošne teorije relativnosti izhaja, da obstaja določena kritična vrednost gostote; če je trenutna gostota manjša od te vrednosti, se bo ekspanzija nadaljevala neomejeno dolgo, če je gostota večja, bo ekspanzijo v prihodnosti nadomestilo stiskanje.

Določanje povprečne gostote snovi v vesolju neposredno iz astronomskih opazovanj različnih nebesnih teles in sevanja je zelo težka naloga.

Povprečna gostota snovi, ki jo trenutno najdemo v galaksijah, je približno znana. Če je "razmazan" po celotnem prostoru, bo vrednost gostote 3 * 10 -31 g / cm 3, to je vrednost 20-krat manjša od kritične gostote.

Pred kratkim so se pojavili znaki, da so galaksije morda obdane s »koronami«, ki jih sestavljajo zvezde z nizko svetilnostjo in jih je zato zelo težko zaznati.

Če upoštevamo maso "koron", se lahko povprečna gostota snovi v vesolju večkrat poveča.

Poleg tega je težko upoštevati gostoto drugih vrst snovi. Trenutno ni zanesljivih ocen možnega števila izumrlih zvezd, kvazarjev in drugih šibkih ali nesvetlečih objektov med galaksijami.

Tako še ni odgovora na vprašanje, kakšna je povprečna gostota snovi v vesolju – ali je večja ali manjša od kritične gostote. In zato še vedno ni jasno, ali je vesolje neskončno ali končno.