Hur oändligt universum är. Kan universum vara oändligt? Många Vintergatan

Vi ser stjärnhimlen hela tiden. Rymden verkar mystisk och stor, och vi är bara en liten del av denna enorma värld, mystisk och tyst.

Under hela våra liv har mänskligheten ställt olika frågor. Vad finns där bortom vår galax? Finns det något bortom rymdens gränser? Och finns det en gräns för utrymmet? Även forskare har funderat på dessa frågor under lång tid. Är rymden oändlig? Den här artikeln ger information som forskare har för närvarande.

Gränserna för det oändliga

Man tror att vårt solsystem bildades som ett resultat av Big Bang. Det uppstod på grund av stark komprimering av materia och slet isär den och spred gaser i olika riktningar. Denna explosion gav liv åt galaxer och solsystem. Vintergatan ansågs tidigare vara 4,5 miljarder år gammal. Men 2013 tillät Planck-teleskopet forskare att räkna om solsystemets ålder. Den beräknas nu vara 13,82 miljarder år gammal.

Den mest moderna tekniken kan inte täcka hela utrymmet. Även om de senaste enheterna kan fånga ljuset från stjärnor 15 miljarder ljusår bort från vår planet! Dessa kan till och med vara stjärnor som redan har dött, men deras ljus färdas fortfarande genom rymden.

Vårt solsystem är bara en liten del av en enorm galax som kallas Vintergatan. Universum självt innehåller tusentals liknande galaxer. Och om rymden är oändlig är okänt...

Det faktum att universum ständigt expanderar och bildar fler och fler kosmiska kroppar, är ett vetenskapligt faktum. Dess utseende förändras förmodligen ständigt, varför det för miljoner år sedan, vissa forskare är säkra på, såg helt annorlunda ut än det gör idag. Och om universum växer, så har det definitivt gränser? Hur många universum finns bakom det? Tyvärr vet ingen detta.

Utvidgning av utrymme

Idag hävdar forskare att rymden expanderar mycket snabbt. Snabbare än de tidigare trott. På grund av universums expansion rör sig exoplaneter och galaxer bort från oss i olika hastigheter. Men samtidigt är tillväxttakten densamma och enhetlig. Det är bara det att dessa kroppar ligger på olika avstånd från oss. Således "springer" stjärnan närmast solen från vår jord med en hastighet av 9 cm/s.

Nu letar forskare efter svar på en annan fråga. Vad får universum att expandera?

Mörk materia och mörk energi

Mörk materia är en hypotetisk substans. Den producerar inte energi eller ljus, men upptar 80 % av utrymmet. Forskare misstänkte förekomsten av detta svårfångade ämne i rymden redan på 50-talet av förra seklet. Även om det inte fanns några direkta bevis för dess existens, fanns det fler och fler anhängare av denna teori varje dag. Kanske innehåller den ämnen som är okända för oss.

Hur kom teorin om mörk materia till? Faktum är att galaxhopar skulle ha kollapsat för länge sedan om deras massa endast bestod av material som var synliga för oss. Som ett resultat visar det sig att större delen av vår värld representeras av ett svårfångat ämne som fortfarande är okänt för oss.

1990 upptäcktes så kallad mörk energi. Trots allt trodde fysiker att tyngdkraften arbetar för att sakta ner, och en dag kommer universums expansion att sluta. Men båda teamen som satte sig för att studera denna teori upptäckte oväntat en acceleration i expansionen. Föreställ dig att du kastar ett äpple i luften och väntar på att det ska falla, men istället börjar det röra sig bort från dig. Detta tyder på att expansionen påverkas av en viss kraft, som har kallats mörk energi.

Idag är forskare trötta på att bråka om huruvida rymden är oändlig eller inte. De försöker förstå hur universum såg ut före Big Bang. Denna fråga är dock ingen mening. När allt kommer omkring är tid och rum i sig också oändliga. Så låt oss titta på flera teorier från forskare om rymden och dess gränser.

Oändligheten är...

Ett sådant begrepp som "oändlighet" är ett av de mest fantastiska och relativa begreppen. Det har länge varit av intresse för forskare. I den verkliga värld vi lever i har allt ett slut, inklusive livet. Därför lockar oändligheten med sitt mysterium och till och med en viss mystik. Oändligheten är svår att föreställa sig. Men det finns. Det är trots allt med dess hjälp som många problem löses, och inte bara matematiska.

Oändlighet och noll

Många forskare tror på teorin om oändlighet. Den israeliska matematikern Doron Selberger delar dock inte deras åsikt. Han hävdar att det finns ett enormt antal och om man lägger till en till det blir slutresultatet noll. Men detta nummer ligger så långt bortom mänsklig förståelse att dess existens aldrig kommer att bevisas. Det är på detta faktum som den matematiska filosofin som kallas "Ultra-oändlighet" är baserad.

Oändligt utrymme

Finns det en chans att om man lägger till två identiska siffror får man samma nummer? Vid en första anblick verkar detta absolut omöjligt, men om vi pratar om universum... Enligt forskarnas beräkningar, när du subtraherar en från oändligheten, får du oändlighet. När två oändligheter läggs till kommer oändligheten ut igen. Men om du subtraherar oändlighet från oändlighet kommer du med största sannolikhet att få en.

Forntida vetenskapsmän undrade också om det fanns en gräns till rymden. Deras logik var enkel och samtidigt lysande. Deras teori uttrycks enligt följande. Föreställ dig att du har nått kanten av universum. De sträckte ut sin hand bortom dess gräns. Men världens gränser har vidgats. Och så vidare i det oändliga. Det är väldigt svårt att föreställa sig. Men det är ännu svårare att föreställa sig vad som finns bortom dess gräns, om det verkligen finns.

Tusentals världar

Denna teori säger att rymden är oändlig. Det finns förmodligen miljoner, miljarder andra galaxer i den som innehåller miljarder andra stjärnor. När allt kommer omkring, om du tänker brett, börjar allt i vårt liv om och om igen - filmer följer en efter en, livet, som slutar i en person, börjar i en annan.

I dagens världsvetenskap anses konceptet med ett multikomponentuniversum vara allmänt accepterat. Men hur många universum finns det? Ingen av oss vet detta. Andra galaxer kan innehålla helt andra himlakroppar. Dessa världar styrs av helt andra fysiklagar. Men hur bevisar man sin närvaro experimentellt?

Detta kan bara göras genom att upptäcka samspelet mellan vårt universum och andra. Denna interaktion sker genom vissa maskhål. Men hur hittar man dem? Ett av de senaste antagandena från forskare är att ett sådant hål finns mitt i vårt solsystem.

Forskare föreslår att om rymden är oändlig, finns det någonstans i dess storhet en tvilling av vår planet, och kanske hela solsystemet.

En annan dimension

En annan teori säger att utrymmets storlek har gränser. Saken är att vi ser den närmaste som den var för en miljon år sedan. Ännu mer betyder ännu tidigare. Det är inte utrymmet som expanderar, det är utrymmet som expanderar. Om vi ​​kan överskrida ljusets hastighet och gå bortom rymdens gränser, kommer vi att befinna oss i universums tidigare tillstånd.

Vad finns bortom denna ökända gräns? Kanske en annan dimension, utan rum och tid, som vårt medvetande bara kan föreställa sig.

Visste du att universum vi observerar har ganska bestämda gränser? Vi är vana vid att associera universum med något oändligt och obegripligt. Men när den moderna vetenskapen frågas om universums "oändlighet", erbjuder ett helt annat svar på en sådan "uppenbar" fråga.

Enligt moderna koncept är storleken på det observerbara universum cirka 45,7 miljarder ljusår (eller 14,6 gigaparsecs). Men vad betyder dessa siffror?

Den första frågan som kommer till en vanlig människas sinne är hur kan inte universum vara oändligt? Det verkar som om det är obestridligt att behållaren för allt som finns omkring oss inte ska ha några gränser. Om dessa gränser finns, vilka är de egentligen?

Låt oss säga att någon astronaut når universums gränser. Vad kommer han att se framför sig? En rejäl vägg? Brandbarriär? Och vad ligger bakom - tomheten? Ett annat universum? Men kan tomhet eller ett annat universum betyda att vi befinner oss på universums gräns? Det betyder trots allt inte att det inte finns "inget" där. Tomhet och ett annat universum är också "något". Men universum är något som innehåller absolut allt "något".

Vi kommer fram till en absolut motsägelse. Det visar sig att universums gräns måste dölja för oss något som inte borde existera. Eller så borde universums gräns stänga av "allt" från "något", men detta "något" borde också vara en del av "allt". I allmänhet, fullständig absurditet. Hur kan då forskare deklarera den begränsande storleken, massan och till och med åldern för vårt universum? Dessa värden, även om de är ofattbart stora, är fortfarande ändliga. Argumenterar vetenskapen med det uppenbara? För att förstå detta, låt oss först spåra hur människor kom till vår moderna förståelse av universum.

Vidgar gränserna

Sedan urminnes tider har människor varit intresserade av hur världen runt dem är. Det finns inget behov av att ge exempel på de tre pelarna och andra försök från de gamla att förklara universum. Som regel kom det i slutändan ner på det faktum att grunden för allting är jordens yta. Till och med under antiken och medeltiden, när astronomer hade omfattande kunskap om lagarna för planetrörelser längs den "fasta" himmelssfären, förblev jorden universums centrum.

Naturligtvis fanns det även i antikens Grekland de som trodde att jorden kretsar runt solen. Det fanns de som talade om de många världarna och universums oändlighet. Men konstruktiva motiveringar för dessa teorier uppstod först vid vändningen av den vetenskapliga revolutionen.

På 1500-talet gjorde den polske astronomen Nicolaus Copernicus det första stora genombrottet i kunskapen om universum. Han bevisade bestämt att jorden bara är en av planeterna som kretsar runt solen. Ett sådant system förenklade avsevärt förklaringen av en så komplex och invecklad rörelse av planeter i himmelssfären. När det gäller en stationär jord, var astronomer tvungna att komma med alla möjliga smarta teorier för att förklara detta beteende hos planeterna. Å andra sidan, om jorden accepteras som rörlig, kommer en förklaring till sådana invecklade rörelser naturligt. Således tog ett nytt paradigm kallat "heliocentrism" fäste inom astronomi.

Många solar

Men även efter detta fortsatte astronomer att begränsa universum till "fixstjärnornas sfär". Fram till 1800-talet kunde de inte uppskatta avståndet till stjärnorna. I flera århundraden har astronomer utan resultat försökt upptäcka avvikelser i stjärnornas position i förhållande till jordens omloppsrörelse (årliga parallaxer). Instrumenten från den tiden tillät inte så exakta mätningar.

Slutligen, 1837, mätte den rysk-tyske astronomen Vasily Struve parallax. Detta markerade ett nytt steg i förståelsen av rymdens skala. Nu kan forskare med säkerhet säga att stjärnorna är avlägsna likheter med solen. Och vår ljuskälla är inte längre centrum för allt, utan en lika "boende" i en oändlig stjärnhop.

Astronomer har kommit ännu närmare att förstå universums skala, eftersom avstånden till stjärnorna visade sig vara riktigt monstruösa. Även storleken på planeternas banor verkade obetydlig i jämförelse. Därefter var det nödvändigt att förstå hur stjärnorna är koncentrerade i .

Många Vintergatan

Den berömda filosofen Immanuel Kant förutsåg grunden för den moderna förståelsen av universums storskaliga struktur redan 1755. Han antog att Vintergatan är en enorm roterande stjärnhop. I sin tur är många av de observerade nebulosorna också mer avlägsna "mjölkvägar" - galaxer. Trots detta, fram till 1900-talet, trodde astronomer att alla nebulosor är källor till stjärnbildning och är en del av Vintergatan.

Situationen förändrades när astronomer lärde sig att mäta avstånd mellan galaxer med hjälp av . Den absoluta ljusstyrkan hos stjärnor av denna typ beror strikt på perioden för deras variabilitet. Genom att jämföra deras absoluta ljusstyrka med den synliga är det möjligt att bestämma avståndet till dem med hög noggrannhet. Denna metod utvecklades i början av 1900-talet av Einar Hertzschrung och Harlow Scelpi. Tack vare honom bestämde den sovjetiske astronomen Ernst Epic 1922 avståndet till Andromeda, som visade sig vara en storleksordning större än Vintergatans storlek.

Edwin Hubble fortsatte Epics initiativ. Genom att mäta ljusstyrkan hos Cepheider i andra galaxer, mätte han deras avstånd och jämförde det med rödförskjutningen i deras spektra. Så 1929 utvecklade han sin berömda lag. Hans arbete motbevisade definitivt den etablerade uppfattningen att Vintergatan är universums utkant. Nu var det en av många galaxer som en gång hade ansetts vara en del av den. Kants hypotes bekräftades nästan två århundraden efter dess utveckling.

Därefter gjorde kopplingen som upptäcktes av Hubble mellan avståndet mellan en galax från en observatör i förhållande till hastigheten för dess avlägsnande från honom, det möjligt att rita en fullständig bild av universums storskaliga struktur. Det visade sig att galaxerna bara var en obetydlig del av den. De kopplade samman till kluster, kluster till superkluster. I sin tur bildar superkluster de största kända strukturerna i universum – trådar och väggar. Dessa strukturer, intill enorma superhålrum (), utgör den storskaliga strukturen i det för närvarande kända universum.

Uppenbar oändlighet

Det följer av ovanstående att vetenskapen på bara några århundraden gradvis har fladdrat från geocentrism till en modern förståelse av universum. Detta svarar dock inte på varför vi begränsar universum idag. Tills nu pratade vi trots allt bara om rymdens skala och inte om dess natur.

Den första som bestämde sig för att rättfärdiga universums oändlighet var Isaac Newton. Efter att ha upptäckt lagen om universell gravitation, trodde han att om rymden var ändlig skulle alla dess kroppar förr eller senare smälta samman till en enda helhet. Före honom, om någon uttryckte idén om universums oändlighet, var det uteslutande i en filosofisk anda. Utan någon vetenskaplig grund. Ett exempel på detta är Giordano Bruno. Han var förresten, liksom Kant, många århundraden före vetenskapen. Han var den första som förklarade att stjärnor är avlägsna solar, och planeter kretsar också runt dem.

Det verkar som att själva faktumet med oändligheten är ganska berättigat och uppenbart, men 1900-talets vändpunkter för vetenskapen skakade om denna "sanning".

Stationärt universum

Det första betydande steget mot att utveckla en modern modell av universum togs av Albert Einstein. Den berömda fysikern introducerade sin modell av ett stationärt universum 1917. Denna modell baserades på den allmänna relativitetsteorin, som han hade utvecklat ett år tidigare. Enligt hans modell är universum oändligt i tid och ändligt i rymden. Men, som nämnts tidigare, enligt Newton måste ett universum med en ändlig storlek kollapsa. För att göra detta introducerade Einstein en kosmologisk konstant, som kompenserade för gravitationsattraktionen hos avlägsna objekt.

Hur paradoxalt det än kan låta, begränsade Einstein inte universums ändlighet. Enligt hans åsikt är universum ett slutet skal av en hypersfär. En analogi är ytan på en vanlig tredimensionell sfär, till exempel en jordglob eller jorden. Oavsett hur mycket en resenär reser över jorden, kommer han aldrig att nå dess kant. Detta betyder dock inte att jorden är oändlig. Resenären kommer helt enkelt att återvända till den plats från vilken han började sin resa.

På ytan av hypersfären

På samma sätt kan en rymdvandrare, som korsar Einsteins universum på ett rymdskepp, återvända tillbaka till jorden. Bara den här gången kommer vandraren inte att röra sig längs den tvådimensionella ytan av en sfär, utan längs den tredimensionella ytan av en hypersfär. Det betyder att universum har en ändlig volym, och därför ett ändligt antal stjärnor och massa. Universum har dock varken gränser eller något centrum.

Einstein kom till dessa slutsatser genom att koppla samman rum, tid och gravitation i sin berömda teori. Före honom ansågs dessa begrepp vara separata, vilket är anledningen till att universums utrymme var rent euklidiskt. Einstein bevisade att gravitationen i sig är en krökning av rum-tid. Detta förändrade radikalt tidiga idéer om universums natur, baserat på klassisk newtonsk mekanik och euklidisk geometri.

Expanderande universum

Även upptäckaren av det "nya universum" själv var inte främling för vanföreställningar. Även om Einstein begränsade universum i rymden, fortsatte han att betrakta det som statiskt. Enligt hans modell var och förblir universum evigt, och dess storlek förblir alltid densamma. 1922 utökade den sovjetiske fysikern Alexander Friedman denna modell avsevärt. Enligt hans beräkningar är universum inte alls statiskt. Det kan expandera eller krympa över tiden. Det är anmärkningsvärt att Friedman kom till en sådan modell baserad på samma relativitetsteori. Han lyckades tillämpa denna teori mer korrekt, förbi den kosmologiska konstanten.

Albert Einstein accepterade inte omedelbart detta "tillägg". Denna nya modell kom till hjälp av den tidigare nämnda Hubble-upptäckten. Recessionen av galaxer bevisade obestridligen faktumet av universums expansion. Så Einstein var tvungen att erkänna sitt misstag. Nu hade universum en viss ålder, som strikt beror på Hubble-konstanten, som kännetecknar graden av dess expansion.

Vidareutveckling av kosmologi

När forskare försökte lösa denna fråga upptäcktes många andra viktiga komponenter i universum och olika modeller av det utvecklades. Så 1948 introducerade George Gamow hypotesen "heta universum", som senare skulle förvandlas till big bang-teorin. Upptäckten 1965 bekräftade hans misstankar. Nu kunde astronomer observera ljuset som kom från det ögonblick då universum blev genomskinligt.

Mörk materia, förutspådd 1932 av Fritz Zwicky, bekräftades 1975. Mörk materia förklarar faktiskt själva existensen av galaxer, galaxhopar och själva den universella strukturen som helhet. Detta är hur forskare lärde sig att det mesta av universums massa är helt osynlig.

Slutligen, 1998, under en studie av avståndet till, upptäcktes det att universum expanderar i en accelererande hastighet. Denna senaste vändpunkt inom vetenskapen födde vår moderna förståelse av universums natur. Den kosmologiska koefficienten, introducerad av Einstein och vederlagd av Friedman, fann åter sin plats i universums modell. Närvaron av en kosmologisk koefficient (kosmologisk konstant) förklarar dess accelererade expansion. För att förklara närvaron av en kosmologisk konstant introducerades konceptet med ett hypotetiskt fält som innehåller det mesta av universums massa.

Modern förståelse av storleken på det observerbara universum

Den moderna modellen av universum kallas också ΛCDM-modellen. Bokstaven "Λ" betyder närvaron av en kosmologisk konstant, vilket förklarar universums accelererade expansion. "CDM" betyder att universum är fyllt med kall mörk materia. Nyligen genomförda studier tyder på att Hubble-konstanten är cirka 71 (km/s)/Mpc, vilket motsvarar universums ålder 13,75 miljarder år. Genom att känna till universums ålder kan vi uppskatta storleken på dess observerbara region.

Enligt relativitetsteorin kan information om något föremål inte nå en observatör med en hastighet som är högre än ljusets hastighet (299 792 458 m/s). Det visar sig att betraktaren inte bara ser ett föremål, utan dess förflutna. Ju längre ett föremål är från honom, desto mer avlägset ser det förflutna ut. När vi till exempel tittar på månen ser vi som den var för lite mer än en sekund sedan, solen - för mer än åtta minuter sedan, de närmaste stjärnorna - år, galaxer - för miljoner år sedan, etc. I Einsteins stationära modell har universum ingen åldersgräns, vilket innebär att dess observerbara region inte heller begränsas av någonting. Observatören, beväpnad med allt mer sofistikerade astronomiska instrument, kommer att observera allt mer avlägsna och forntida föremål.

Vi har en annan bild med den moderna modellen av universum. Enligt den har universum en ålder, och därför en gräns för observation. Det vill säga, sedan universums födelse kunde ingen foton ha färdats ett avstånd som är större än 13,75 miljarder ljusår. Det visar sig att vi kan säga att det observerbara universum är begränsat från observatören till ett sfäriskt område med en radie på 13,75 miljarder ljusår. Detta är dock inte riktigt sant. Vi bör inte glömma utvidgningen av universums rymd. När fotonen når observatören kommer objektet som sänder ut den att vara redan 45,7 miljarder ljusår bort från oss. år. Denna storlek är partiklarnas horisont, det är gränsen för det observerbara universum.

Över horisonten

Så storleken på det observerbara universum är uppdelad i två typer. Skenbar storlek, även kallad Hubble-radien (13,75 miljarder ljusår). Och den verkliga storleken, kallad partikelhorisonten (45,7 miljarder ljusår). Det viktiga är att båda dessa horisonter inte alls karaktäriserar universums verkliga storlek. För det första beror de på observatörens position i rymden. För det andra förändras de över tiden. I fallet med ΛCDM-modellen expanderar partikelhorisonten med en hastighet som är större än Hubble-horisonten. Modern vetenskap svarar inte på frågan om denna trend kommer att förändras i framtiden. Men om vi antar att universum fortsätter att expandera med acceleration, så kommer alla de objekt som vi ser nu förr eller senare att försvinna från vårt "synfält".

För närvarande är det mest avlägsna ljuset som observerats av astronomer den kosmiska mikrovågsbakgrundsstrålningen. Forskare tittar in i det och ser universum som det var 380 tusen år efter Big Bang. I det här ögonblicket svalnade universum tillräckligt för att det kunde avge fria fotoner, som detekteras idag med hjälp av radioteleskop. På den tiden fanns det inga stjärnor eller galaxer i universum, utan bara ett kontinuerligt moln av väte, helium och en obetydlig mängd andra grundämnen. Från de inhomogeniteter som observeras i detta moln kommer galaxhopar att bildas. Det visar sig att just de objekt som kommer att bildas från inhomogeniteter i den kosmiska mikrovågsbakgrundsstrålningen är belägna närmast partikelhorisonten.

Sanna gränser

Huruvida universum har sanna, oobserverbara gränser är fortfarande en fråga om pseudovetenskapliga spekulationer. På ett eller annat sätt är alla överens om universums oändlighet, men tolkar denna oändlighet på helt olika sätt. Vissa anser att universum är flerdimensionellt, där vårt "lokala" tredimensionella universum bara är ett av dess lager. Andra säger att universum är fraktalt - vilket betyder att vårt lokala universum kan vara en partikel av ett annat. Vi bör inte glömma de olika modellerna av multiversum med dess stängda, öppna, parallella universum och maskhål. Och det finns många, många olika versioner, vars antal endast begränsas av mänsklig fantasi.

Men om vi slår på kall realism eller helt enkelt går tillbaka från alla dessa hypoteser, så kan vi anta att vårt universum är en oändlig homogen behållare av alla stjärnor och galaxer. Dessutom kommer alla villkor att vara exakt desamma när som helst, oavsett om det är miljarder gigaparsecs från oss. Vid denna tidpunkt kommer partikelhorisonten och Hubble-sfären att vara exakt likadana, med samma reliktstrålning vid sin kant. Det kommer att finnas samma stjärnor och galaxer runt omkring. Intressant nog motsäger detta inte universums expansion. När allt kommer omkring är det inte bara universum som expanderar, utan dess utrymme i sig. Det faktum att universum vid tidpunkten för Big Bang uppstod från en punkt betyder bara att de oändligt små (praktiskt taget noll) dimensionerna som fanns då nu har förvandlats till ofattbart stora. I framtiden kommer vi att använda just denna hypotes för att tydligt förstå omfattningen av det observerbara universum.

Visuell representation

Olika källor tillhandahåller alla möjliga visuella modeller som låter människor förstå universums skala. Det räcker dock inte för oss att inse hur stort kosmos är. Det är viktigt att föreställa sig hur begrepp som Hubble-horisonten och partikelhorisonten faktiskt manifesterar sig. För att göra detta, låt oss föreställa oss vår modell steg för steg.

Låt oss glömma att modern vetenskap inte känner till den "främmande" regionen i universum. Om vi ​​kasserar versioner av multiversum, det fraktala universum och dess andra "varianter", låt oss föreställa oss att det helt enkelt är oändligt. Som nämnts tidigare motsäger detta inte expansionen av dess utrymme. Låt oss naturligtvis ta hänsyn till att dess Hubble-sfär och partikelsfär är 13,75 respektive 45,7 miljarder ljusår.

Universums skala

Tryck på START-knappen och upptäck en ny, okänd värld!
Låt oss först försöka förstå hur stor den universella skalan är. Om du har rest runt vår planet kan du väl föreställa dig hur stor jorden är för oss. Föreställ dig nu vår planet som ett korn av bovete som rör sig i omloppsbana runt en vattenmelon-Sol storleken på en halv fotbollsplan. I det här fallet kommer Neptunus bana att motsvara storleken på en liten stad, området kommer att motsvara månen och området för gränsen för solens påverkan kommer att motsvara Mars. Det visar sig att vårt solsystem är lika mycket större än jorden som Mars är större än bovete! Men det här är bara början.

Låt oss nu föreställa oss att detta bovete kommer att vara vårt system, vars storlek är ungefär lika med en parsec. Då blir Vintergatan lika stor som två fotbollsarenor. Detta kommer dock inte att räcka för oss. Vintergatan måste också reduceras till centimeterstorlek. Det kommer något att likna kaffeskum insvept i en bubbelpool mitt i det kaffesvarta intergalaktiska rymden. Tjugo centimeter från den finns samma spiral "smula" - Andromeda-nebulosan. Runt dem kommer det att finnas en svärm av små galaxer i vårt lokala kluster. Den skenbara storleken på vårt universum kommer att vara 9,2 kilometer. Vi har kommit till en förståelse av de Universella dimensionerna.

Inuti den universella bubblan

Det räcker dock inte för oss att förstå själva skalan. Det är viktigt att förverkliga universum i dynamik. Låt oss föreställa oss som jättar, för vilka Vintergatan har en centimeters diameter. Som nämnts nyss kommer vi att befinna oss i en boll med en radie på 4,57 och en diameter på 9,24 kilometer. Låt oss föreställa oss att vi kan flyta inuti den här bollen, resa och täcka hela megaparsecs på en sekund. Vad kommer vi att se om vårt universum är oändligt?

Naturligtvis kommer otaliga galaxer av alla slag att dyka upp framför oss. Elliptisk, spiralformad, oregelbunden. Vissa områden kommer att krylla av dem, andra kommer att vara tomma. Huvudfunktionen kommer att vara att visuellt kommer de alla att vara orörliga medan vi är orörliga. Men så fort vi tar ett steg kommer själva galaxerna att börja röra på sig. Till exempel, om vi kan urskilja ett mikroskopiskt solsystem i den centimeterlånga Vintergatan, kommer vi att kunna observera dess utveckling. När vi rör oss 600 meter bort från vår galax kommer vi att se protostjärnan Solen och den protoplanetära skivan vid bildningsögonblicket. När vi närmar oss det kommer vi att se hur jorden ser ut, livet uppstår och människan framträder. På samma sätt kommer vi att se hur galaxer förändras och rör sig när vi rör oss bort från eller närmar oss dem.

Följaktligen, ju mer avlägsna galaxer vi tittar på, desto äldre kommer de att vara för oss. Så de mest avlägsna galaxerna kommer att vara belägna längre än 1300 meter från oss, och vid vändningen av 1380 meter kommer vi redan att se reliktstrålning. Det är sant att detta avstånd kommer att vara imaginärt för oss. Men när vi kommer närmare den kosmiska mikrovågsbakgrundsstrålningen kommer vi att se en intressant bild. Naturligtvis kommer vi att observera hur galaxer kommer att bildas och utvecklas från det initiala molnet av väte. När vi når en av dessa bildade galaxer kommer vi att förstå att vi inte har tillryggalagt 1,375 kilometer alls, utan alla 4,57 kilometer.

Zoomar ut

Som ett resultat kommer vi att öka i storlek ännu mer. Nu kan vi placera hela tomrum och väggar i näven. Så vi kommer att hamna i en ganska liten bubbla som det är omöjligt att ta sig ut ur. Inte bara kommer avståndet till objekt vid kanten av bubblan att öka när de kommer närmare, utan själva kanten kommer att förskjutas på obestämd tid. Detta är hela poängen med storleken på det observerbara universum.

Oavsett hur stort universum är, för en observatör kommer det alltid att förbli en begränsad bubbla. Observatören kommer alltid att vara i centrum av denna bubbla, i själva verket är han dess centrum. När observatören försöker komma till något föremål vid kanten av bubblan kommer den att flytta dess centrum. När du närmar dig ett objekt kommer detta objekt att flytta sig längre och längre från bubblans kant och samtidigt förändras. Till exempel, från ett formlöst vätemoln kommer det att förvandlas till en fullfjädrad galax eller, vidare, en galaktisk klunga. Dessutom kommer vägen till detta objekt att öka när du närmar dig det, eftersom det omgivande utrymmet i sig kommer att förändras. Efter att ha nått det här objektet kommer vi bara att flytta det från kanten av bubblan till dess mitt. Vid kanten av universum kommer reliktstrålning fortfarande att flimra.

Om vi ​​antar att universum kommer att fortsätta att expandera i en accelererad takt, då vi befinner oss i bubblans centrum och flyttar tiden framåt med miljarder, biljoner och ännu högre årordningar, kommer vi att märka en ännu mer intressant bild. Även om vår bubbla också kommer att öka i storlek, kommer dess föränderliga komponenter att flytta sig bort från oss ännu snabbare och lämnar kanten på denna bubbla, tills varje partikel i universum vandrar separat i sin ensamma bubbla utan möjlighet att interagera med andra partiklar.

Så modern vetenskap har inte information om universums verkliga storlek och om det har gränser. Men vi vet med säkerhet att det observerbara universum har en synlig och sann gräns, som kallas respektive Hubble-radien (13,75 miljarder ljusår) och partikelradien (45,7 miljarder ljusår). Dessa gränser beror helt på observatörens position i rymden och expanderar med tiden. Om Hubble-radien expanderar strikt med ljusets hastighet, accelereras expansionen av partikelhorisonten. Frågan om dess acceleration av partikelhorisonten kommer att fortsätta ytterligare och om den kommer att ersättas av kompression är fortfarande öppen.

God dag Giktimes! Jag blev uppmanad att skriva den här artikeln av en YouTube-video om ovanliga numeriska paradoxer. Nämligen om paradoxer Zeno och varför du inte kan dividera med noll, vilket kommer att diskuteras idag.

Zenos paradox är väldigt lätt att förklara utifrån Akilles och sköldpaddor. För dem som inte är bekanta med denna paradox, här är en visuell video av en annan författare:

Om du inte vill titta på videon, så ska jag berätta kort: Föreställ dig att Akilles springer efter en sköldpadda som kör om honom. Avståndet mellan dem minskar hela tiden, eftersom Akilles springer snabbare än en sköldpadda. Som ett resultat, när Achilles närmar sig ett avstånd på 1 meter, kommer det efter en tid att vara lika med 0,1 meter alltså 0,01 och så vidare i det oändliga. Det betyder att Akilles aldrig kommer ikapp sköldpaddan, men i verkligheten är allt helt annorlunda.

I verkligheten är det inga problem, vi tar Akilles och sköldpaddan, sätter dem på ett löpband och snälla, Achilles tar lugnt om sköldpaddan. Det är här möjliga bevis ligger på att universum inte är oändligt.

Låt oss försöka förklara detta med hjälp av datorspelens funktionsprincip. Normalt skrivs ett objekts position som en vektor som består av x-, y- och z-axlarna. Och varje värde lagras i en datatyp flyta (flytande komma värde). T.ex Unity3D använder en 32-bitars float för att indikera position i rymden. Minsta värde är: 1.175494351 E – 38., vilket ger mjuk rörelse i nästan vilken skala som helst. Det viktiga ordet här är "nästan", det vill säga om vi zoomar ut och zoomar in på modellen så ser vi hur den rör sig i hopp. Hoppar med 0,...1 på 0,...2 på 0,...3 etc. Det betyder att i simuleringen i alla fall kommer Achilles att köra om sköldpaddan. Men som de säger, varje moln har en silverkant. Om vi ​​har ett lägsta flytvärde så finns det också en maximal så att säga en gräns 3D Plats. Vi kommer inte att få gå längre än (låt oss kalla det) den virtuella världens fysiklagar. I verkligheten kan vi helt enkelt inte ge mer än variabelns maximala värde.

Om vi ​​återvänder till Zenos paradox kommer Akilles inte bara aldrig att komma ikapp sköldpaddan, utan kommer aldrig att nå gränsen till sin fiktiva värld, för honom kommer den att vara oändlig. Från -∞ till +∞ får vi konstigt nog samma sak med funktionen f(x) = 1/x. Och det roligaste är att den här funktionen inte innehåller något värde x/0, eftersom funktionen aldrig kommer att nå noll, som sköldpaddan Akilles. (Faktiskt är det därför du inte kan dividera med noll)

Nog med teori, låt oss börja träna. Låt oss ta den verkliga världen, vi är alla uppbyggda av atomer, atomer är uppbyggda av protoner, neutroner och elektroner, som i sin tur är uppbyggda av kvarkar (elementarpartiklar). Både i simuleringen och i den verkliga världen har Achilles inga problem att springa undan sköldpaddan. Allt detta leder till att både i simulering och i verkligheten måste elementarpartiklar också hoppa i antal 0,...1 0,...2 0,...3 som det händer i spelet, eftersom Achilles kan springa undan sköldpaddan här och där. Detta säger oss att Zenos paradox bara fungerar på papper, eller i sitt eget koordinatsystem, vars värde är från -∞ till +∞. I verkligheten, när de hoppar längs de minsta värdena, tar Akilles elementarpartiklar någon gång över sköldpaddan, deras koordinater blir lika, varefter Akilles springer framåt.

Nu har vi tagit reda på vilket koordinatsystem vårt utrymme använder, låt oss återgå till huvudämnet. Om vi ​​har ett minimivärde kommer det också att finnas ett maximum - kanten av vårt universum. Det kommer att finnas de som kommer att säga varför det då å ena sidan kan vara oändligt, och å andra sidan ändligt. Men problemet är att koordinater eller position bara är ett element i ett stort system som kallas rymd, och det kan antingen vara helt oändligt eller helt ändligt. Allt detta väcker också frågan, är vi inte i en datorsimulering, va? Men detta är ett ämne för en annan artikel.

Resultat

Det finns två alternativ: antingen är universum ändligt och har storlek, eller så är det oändligt och fortsätter för evigt. Båda alternativen får dig att tänka noga. Hur stort är vårt universum? Allt beror på svaret på ovanstående frågor. Har astronomer försökt förstå detta? Självklart försökte de. Man kan säga att de är besatta av att hitta svar på dessa frågor, och tack vare deras sökningar bygger vi känsliga rymdteleskop och satelliter. Astronomer kikar in i den kosmiska mikrovågsbakgrunden och återger strålning kvar från Big Bang. Hur kan du testa denna idé helt enkelt genom att observera himlen?

Forskare har försökt hitta bevis för att funktioner i ena änden av gommen är anslutna till funktioner i den andra, som hur kanterna på en flaskas omslag ansluter till varandra. Hittills har inga bevis hittats för att himlens kanter kan kopplas ihop.

I mänskliga termer betyder detta att universum inte upprepar sig under 13,8 miljarder ljusår i alla riktningar. Ljus färdas fram och tillbaka över alla 13,8 miljarder ljusår innan det lämnar universum. Universums expansion har flyttat tillbaka gränserna för ljus som lämnar universum med 47,5 miljarder år. Man kan säga att vårt universum är 93 miljarder ljusår tvärs över. Och det är minimum. Kanske är siffran 100 miljarder ljusår eller till och med en biljon. Vi vet inte. Vi kanske inte får reda på det. Dessutom kan universum mycket väl vara oändligt.

Om universum verkligen är oändligt, kommer vi att få ett extremt intressant resultat som kommer att få dig att seriöst klia dig i huvudet.

Så föreställ dig detta. I en kubikmeter (bara sprid dina armar bredare) finns det ett ändligt antal partiklar som kan existera i den regionen, och dessa partiklar kan ha ett ändligt antal konfigurationer baserat på deras spinn, laddning, position, hastighet, etc.

Tony Padilla från Numberphile räknade ut att detta tal borde vara tio till tionde till sjuttio potens. Detta är ett så stort antal att det inte kan skrivas ner av alla pennor i universum. Förutsatt förstås att andra livsformer inte har uppfunnit eviga pennor eller att det inte finns en extra dimension fylld helt med pennor. Och fortfarande kommer det förmodligen inte att finnas tillräckligt med pennor.

Det finns bara 10^80 partiklar i det observerbara universum. Och detta är mycket mindre än de möjliga konfigurationerna av materia i en kubikmeter. Om universum verkligen är oändligt, då när du rör dig bort från jorden kommer du så småningom att hitta en plats med en exakt kopia av vår kubikmeter rymd. Och ju längre du kommer, desto fler dubbletter finns det.

Big deal, säger du. Ett vätemoln ser likadant ut som ett annat. Men du bör veta att när du går genom platser som ser mer och mer bekanta ut, kommer du så småningom att nå en plats där du befinner dig. Och att hitta en kopia av dig själv är kanske det konstigaste som kan hända i det oändliga universum.

När du fortsätter kommer du att upptäcka hela dubbletter av det observerbara universum, med exakta och felaktiga kopior av dig. Vad kommer härnäst? Det kan finnas ett oändligt antal dubbletter av det observerbara universum. Du behöver inte ens dra i multiversum för att hitta dem. Dessa är upprepande universum inom vårt eget oändliga universum.

Att svara på frågan om universum är ändligt eller oändligt är oerhört viktigt, eftersom båda svaren kommer att vara häpnadsväckande. Astronomer vet ännu inte svaret. Men de tappar inte hoppet.

Galaxhopar utspridda i rymden kallas i ett ord - universum. De flesta forskare är benägna att tro att universum är oändligt.

Jorden, tillsammans med solsystemet, ligger i en spiralgalax, som i sin tur är en del av en galaxhop.

Snabbt utvecklande kosmologi har uppnått betydande framgångar - universums nuvarande tillstånd och omedelbara förflutna kan anses vara känt i stor utsträckning.

För det första har isotropin av universums egenskaper bevisats - alla riktningar i det är lika: den synliga bilden av universum beror inte på siktlinjens riktning.

Efter att ha accepterat en isotropisk och homogen modell av universum kan man dra slutsatser för denna modell från fysikens kända lagar.

Det är här frågan uppstår: är det möjligt att använda de lagar som fastställts i laboratoriet för detta?

Kommer det att visa sig att när vi flyttar till universums storslagna skala kommer dessa lagar i sig att behöva ändras?

De flesta forskare tror att en sådan förändring av fysiska lagar redan har inträffat när den allmänna relativitetsteorin uppstod och idén om rumtidens krökning dök upp.

Det finns fortfarande inga data som indikerar begränsningarna för tillämpningen av den allmänna relativitetsteorin på det oändliga universums skala.

Relativistisk kosmologi leder till slutsatsen att universums materia tidigare hade enorm densitet och rum-tiden hade enorm krökning.

Detta tillstånd kallas singular, speciell. Det är långt ifrån oss i tiden med mer än 10 miljarder år. Vi får dock inte glömma att varje partikel (eller dess förfäder) uppstod från singularitetens degel.

Universums nutid och framtid beror på dess förflutna. Den allmänna relativitetsteorin är inte tillämplig på ett enskilt tillstånd. Hela uppsättningen av teoretiska, experimentella och observerade fakta talar om tillämpligheten av lagarna för allmän relativitet för att beskriva universums utveckling bara "nästan från början."

Observationer visar att vi lever i ett universum som utvecklas, utvecklas och expanderar. Denna egenskap följer av den kosmologiska modellen av den sovjetiske matematikern A. A. Friedman (1922) och det röda skiftet som upptäcktes av E. Hubble i galaxernas spektra (1929).

Genomsnittlig densitet av materia i universum

Du kan bedöma riktningen för universums utveckling genom att känna till materiens nuvarande täthet i universum. Av den allmänna relativitetsteorin följer att det finns ett visst kritiskt värde av densitet; om den nuvarande tätheten är mindre än detta värde kommer expansionen att fortsätta på obestämd tid; om densiteten är större kommer expansionen att ersättas av kompression i framtiden.

Att bestämma den genomsnittliga densiteten av materia i universum direkt från astronomiska observationer av olika himlakroppar och strålning är en mycket svår uppgift.

Den genomsnittliga densiteten av materia som för närvarande finns i galaxer är ungefär känd. Om det är "smetat" över hela utrymmet, blir densitetsvärdet 3 * 10 -31 g/cm 3, det vill säga ett värde 20 gånger mindre än den kritiska densiteten.

Alldeles nyligen har det funnits indikationer på att galaxer kan vara omgivna av "koronas" bestående av stjärnor med låg ljusstyrka och därför mycket svåra att upptäcka.

När man tar hänsyn till massan av "koronas" kan den genomsnittliga densiteten av materia i universum öka flera gånger.

Dessutom är det svårt att ta hänsyn till densiteten hos andra typer av materia. Det finns för närvarande inga tillförlitliga uppskattningar av det möjliga antalet utdöda stjärnor, kvasarer och andra svaga eller icke-lysande objekt mellan galaxer.

Det finns alltså ännu inget svar på frågan om vad som är den genomsnittliga densiteten av materia i universum – om den är större eller mindre än den kritiska densiteten. Och därför är det fortfarande inte klart om universum är oändligt eller ändligt.