Возможно, ограничения того, что мы можем наблюдать, просто искусственные; возможно, нет предела тому, что находится по ту сторону наблюдаемого.
13,8 миллиарда лет назад Вселенная началась с Большого Взрыва. С тех пор она расширяется и остывает, так было вчера, сегодня и будет завтра. С нашей точки зрения, мы можем наблюдать ее в 46 миллиардах световых лет во всех направлениях, благодаря скорости света и расширению пространства. Хотя это большое расстояние, оно конечно. Но ведь это лишь часть того, что предлагает нам Вселенная. Что находится за этой частью? Может ли Вселенная быть бесконечной?
Как можно было бы доказать это эмпирически?
Во-первых, то, что мы видим, рассказывает нам больше, чем 46 миллиардов световых лет.
Чем дальше мы смотрим в любом направлении, тем дальше назад во времени мы смотрим. Ближайшая галактика, в 2,5 миллиона световых лет от нас, видится нам такой, какой была 2,5 миллиона лет назад, поскольку свету нужно именно это время, чтобы попасть в наши глаза с того места, где он был испущен. Самые далекие галактики мы видим такими, какие они были миллионы, сотни миллионов или даже миллиарды лет назад. Мы видим свет молодой Вселенной. Поэтому если мы будем искать свет, который был испущен 13,8 миллиарда лет назад, оставленный Большим Взрывом, мы найдем и его: космический микроволновый фон.
Его картина флуктуаций невероятно сложная, при разных угловых масштабах налицо разные разницы в средних температурах. Также в нем закодировано невероятное количество информации о Вселенной, в том числе и поразительный факт: кривизна пространства, насколько мы можем судить, абсолютно плоская. Если бы пространство было положительно искривлено, если бы мы жили на поверхности четырехмерной сферы, мы увидели бы, как сходятся эти далекие лучи света. Если бы пространство было искривлено отрицательно, как если бы мы жили на четырехмерном седле, мы увидели бы, как далекие лучи света расходятся. Но нет, лучи света, приходящие издалека, продолжают двигаться в изначальном направлении, а флуктуации говорят об идеальной плоскости.
Космический микроволновый фон и крупномасштабная структура Вселенной в сочетании позволяют нам сделать вывод, что если Вселенная конечна и замыкается сама в себе, она должна быть по крайней мере в 250 раз больше того, что мы наблюдаем. И поскольку мы живем в трех измерениях, мы получаем (250)3 в виде объема, или умножаем пространство в 15 миллионов раз. Каким бы большим это число ни было, оно не бесконечно. По самой скромной оценке, Вселенная должна быть по меньшей мере 11 триллиона световых лет во всех направлениях. И это много, но… конечно.
Впрочем, имеются основания полагать, что она больше. Большой Взрыв мог ознаменовать начало наблюдаемой Вселенной, какой мы ее знаем, но он не знаменует рождение времени и пространства как таковых. До Большого Взрыва Вселенная переживала период космической инфляции. Она не была наполнена материей и излучением и не была горячей. Она:
- была наполнена энергией, присущей самому пространству;
- расширялась в постоянном экспоненциальном порядке;
- создавала новое пространство так быстро, что самая маленькая физическая длина, длина Планка, растягивалась до размеров наблюдаемой сегодня Вселенной каждые 10-32 секунд.
Верно, в нашем регионе Вселенной инфляция завершилась. Но есть несколько вопросов, на которые мы пока не знаем ответа, которые могут определить истинный размер Вселенной, а также и то, бесконечна она или нет.
Насколько большой была область Вселенной после инфляции, в которой родился наш Большой Взрыв?
Глядя на нашу Вселенную сегодня, на равномерное послесвечение Большого Взрыва и на плоскость Вселенной, мы можем извлечь не так много. Мы можем определить высший предел энергетического масштаба, при котором происходила инфляция; мы можем определить, какая часть Вселенной прошла через инфляцию; мы можем определить нижний предел того, сколько должна была продолжаться инфляция. Но кармашек инфляционной Вселенной, в которой родилась наша собственная, может быть намного, намного больше нижнего предела. Он может быть в сотни, миллионы или гуголы раз больше, чем мы можем наблюдать… или воистину бесконечным. Но пока мы не сможем наблюдать больше Вселенной, чем доступно нам в настоящее время, мы не получим достаточно информации, чтобы ответить на этот вопрос.
Верна ли идея «вечной инфляции»?
Если вы считаете, что инфляция должна быть квантовым полем, то в любой момент в ходе этой фазы экспоненциального расширения существует вероятность, что инфляция закончится Большим Взрывом, и вероятность, что инфляция будет продолжаться, создавая все больше и больше пространства. Эти расчеты мы вполне можем произвести (при нескольких допущениях) и они приведут к неизбежному выводу: если вам нужна инфляция, которая производит наблюдаемую нами Вселенную, тогда инфляция всегда будет создавать больше пространства, которое продолжает расширяться, по сравнению с регионами, которые уже закончились Большими Взрывами. И если наша наблюдаемая Вселенная могла появиться в результате окончания инфляции в нашем регионе пространства порядка 13,8 миллиарда лет назад, существуют области, в которых инфляция продолжается - создавая все больше и больше пространства и рождая Большие Взрыва - и по сей день. Эта идея носит название «вечной инфляции» и в целом принимается сообществом физиков-теоретиков. И тогда насколько велика вся ненаблюдаемая Вселенная?
Как долго протекала инфляция до своего конца и Большого Взрыва?
Мы можем видеть лишь наблюдаемую Вселенную, созданную в конце инфляции и нашим Большим Взрывом. Мы знаем, что эта инфляция должна была продолжаться по меньшей мере 10-32 секунд или около то, но вполне могла и дольше. Но насколько дольше? На секунды? Годы? Миллиарды лет? Или бесконечно? Всегда ли протекала инфляция Вселенной? Было ли у нее начало? Возникла ли она из предыдущего состояния, которое было вечно? Или, возможно, все пространство и время возникло из «ничего» какое-то время назад? Возможностей много, но все они непроверяемы и недоказуемы к настоящему времени.
В соответствии с нашими лучшими наблюдениями, мы знаем, что Вселенная намного, намного больше той части, которую мы имеем счастье наблюдать. За пределами того, что мы видим, находится много больше Вселенной, с теми же законами физики, с теми же структурами (звездами, галактиками, скоплениями, нитями, пустотами и т. п.) и с теми же шансами на развитие сложной жизни. Также должны быть конечные размеры «пузырей», в которых заканчивается инфляция, и гигантское количество таких пузырей, заключенных в гигантском, раздувающемся в процессе инфляции пространстве-времени. Но любым большим числам есть предел, они не бесконечны. И только если инфляция не продолжалась на протяжении бесконечно протяженного времени, Вселенная должна быть конечной.
Проблема в этом всем то, что мы знаем только, как получить доступ к информации, доступной в нашей наблюдаемой Вселенной: к этим 46 миллиардам световых лет во всех направлениях. Ответ на самый большой из всех вопросов, будь Вселенная конечной или бесконечной, может быть закодирован в самой этой Вселенной, но мы слишком связаны по рукам, чтобы узнать это. К сожалению, физика, которая у нас есть, не дает нам других вариантов.
Мы видим звездное небо постоянно. Космос кажется загадочным и необъятным, а мы являемся лишь крохотной частью этого огромного мира, загадочного и безмолвного.
Всю жизнь человечество задается разными вопросами. Что находится там, за пределами нашей галактики? Есть ли что-то за границей космоса? Да и существует ли у космоса граница? Даже ученые долгое время размышляют над этими вопросами. Бесконечен ли космос? В этой статье приведена информация, которой на сегодняшний день располагают ученые.
Границы бесконечного
Считается, что наша Солнечная система образовалась в результате Большого взрыва. Он произошел из-за сильного сжатия материи и разорвал ее, разбросав газы в разные стороны. Этот взрыв дал жизнь галактикам и солнечным системам. Раннее считалось, что возраст Млечного Пути составляет 4,5 миллиардов лет. Однако в 2013 году телескоп «Планк» позволил ученым пересчитать возраст Солнечной системы. Теперь он оценивается в 13,82 миллиардов лет.
Самая современная техника не может охватить весь космос. Хотя новейшие аппараты способны поймать свет звезд, удаленных от нашей планеты на 15 миллиардов световых лет! Это могут быть даже те звезды, которые уже умерли, но их свет все еще путешествует по космосу.
Наша Солнечная система - лишь маленькая часть огромной галактики, которая называется Млечный Путь. Сама же Вселенная вмещает тысячи подобных галактик. И бесконечен ли космос - неизвестно...
То, что Вселенная постоянно расширяется, образуя все новые и новые космические тела, является научным фактом. Вероятно, ее внешний вид постоянно меняется, поэтому миллионы лет назад, как уверены некоторые ученые, она выглядела совершенно иначе, чем сегодня. И если Вселенная растет, то она определенно имеет границы? Сколько Вселенных существует за нею? Увы, этого никто не знает.
Расширение космоса
Сегодня ученые утверждают, что космос расширяется очень быстро. Быстрее, чем они считали раннее. Из-за расширения Вселенной экзопланеты и галактики удаляются от нас с разной скоростью. Но при этом скорость ее роста одинакова и равномерна. Просто эти тела находятся от нас на различном расстоянии. Так, ближайшая к Солнцу звезда, "убегает" от нашей Земли со скоростью 9 см/с.
Теперь ученые ищут ответ еще на один вопрос. Что заставляет Вселенную расширяться?
Темная материя и темная энергия
Темная материя - это гипотетическое вещество. Она не производит энергию и свет, но занимает 80% пространства. О наличии этого неуловимого вещества в космосе ученые догадывались еще в 50 годах прошлого века. Хотя прямых доказательств ее существования не было, сторонников этой теории с каждым днем становилось все больше. Возможно, в ее составе присутствуют неизвестные нам вещества.
Как появилась теория о темной материи? Дело в том, что галактические скопления давно бы разрушились, если бы их массу составляли только видимые нам материалы. В итоге получается, что большая часть нашего мира представлена неуловимым, неизвестным пока нам веществом.
В 1990 году была обнаружена так называемая темная энергия. Ведь раньше физики думали, что сила притяжения работает на замедление, однажды расширение Вселенной прекратится. Но обе команды, которые взялись за изучение этой теории, неожиданно выявили ускорение расширения. Представьте себе, что вы подбрасываете в воздух яблоко и ждете, когда она упадет, но вместо этого оно начинает удаляться от вас. Это говорит о том, что на расширение влияет некая сила, которая была названа темной энергией.
Сегодня ученые устали спорить о том, бесконечен космос или нет. Они пытаются понять, как выглядела Вселенная до Большого взрыва. Однако этот вопрос не имеет смысла. Ведь время и пространство сами по себе так же бесконечны. Итак, рассмотрим несколько теорий ученых о космосе и его границах.
Бесконечность - это...
Такое понятие, как "бесконечность", является одним из наиболее удивительных и относительных понятий. Издавна оно интересует ученых. В реальном мире, в котором мы живем, все имеет конец, в том числе и жизнь. Поэтому бесконечность манит своей таинственностью и даже некоей мистичностью. Бесконечность трудно представить. Но она существует. Ведь именно с ее помощью решается множество задач, и не только математических.
Бесконечность и ноль
Многие ученые уверены в теории бесконечности. Однако израильский математик Дорон Зельбергер не разделяет их мнение. Он утверждает, что существует огромное число и, если прибавить к нему единицу, конечный результат окажется нулевым. Однако данное число лежит так далеко за пределами человеческого понимания, что его наличие никогда не будет доказано. Именно на этом факте базируется математическая философия под названием "Ультрабесконечность".
Бесконечный космос
Есть ли вероятность того, что при сложении двух одинаковых чисел получится то же число? На первый взгляд это кажется абсолютно невозможным, но если речь идет о Вселенной... Согласно расчетам ученых, при отнимании от бесконечности единицы получается бесконечность. При сложении двух бесконечностей вновь выходит бесконечность. А вот если вычесть бесконечность из бесконечности, вероятнее всего, получится единица.
Древние ученые также задавались вопросом о том, существует ли граница у космоса. Их логика была простой и одновременно гениальной. Их теория выражается в следующем. Представьте себе, что вы достигли края Вселенной. Протянули руку за ее границу. Однако рамки мира раздвинулись. И так бесконечно. Представить это очень трудно. Но еще труднее представить, что же существует за ее границей, если она действительно есть.
Тысячи миров
Эта теория гласит, что космос бесконечен. Вероятно, в нем есть миллионы, миллиарды других галактик, которые вмещают в себя миллиарды других звезд. Ведь, если мыслить обширно, все в нашей жизни начинается снова и снова - фильмы следуют один за другим, жизнь, заканчиваясь в одном человеке, начинается в другом.
В мировой науке на сегодняшний день считается общепринятой концепция о многокомпонентной Вселенной. Но сколько Вселенных существует? Никто из нас этого не знает. В других галактиках могут находиться совсем иные небесные тела. В этих мирах господствуют совершенно другие законы физики. Но как доказать их наличие экспериментальным способом?
Сделать это можно лишь обнаружив взаимодействие между нашей Вселенной и другими. Это взаимодействие происходит через некие кротовые норы. Но как найти их? Одно из последних предположений ученых гласит, что такая нора есть прямо в центре нашей Солнечной системы.
Ученые предполагают, что в том случае, если космос бесконечен, где-то на его просторах находится двойник нашей планеты, а, возможно, и всей Солнечной системы.
Другое измерение
Еще одна теория гласит, что размеры космоса имеют пределы. Все дело в том, что ближайшую мы видим такой, какой она была миллион лет назад. Еще дальше - значит еще раньше. Расширяется не космос, расширяется пространство. Если мы сможем превысить скорость света, зайдем за границу космоса, то попадем в прошлое состояние Вселенной.
А что же находится за этой пресловутой границей? Возможно, другое измерение, без пространства и времени, которое только может представить наше сознание.
Слайд 2
ОЧЕВИДНЫЕ ДОВОДЫ ПРИВОДЯТ УЧЕНЫЕ:
Светометрический парадокс. Если бы наша Вселенная была бесконечной, и в ней находилось бы неограниченное количество звезд, то на любой линии нашего зрения находилась бы светящаяся звезда, и небо было бы немыслимо ярким и сплошь усеянным звездами. Однако этого мы не наблюдаем потому, что число звезд и галактик во Вселенной ограничено и поддается счету.
Слайд 3
Гравитационный парадокс. Если бы в нашей Вселенной существовало нескончаемое число космических объектов, то сила гравитации стала бы настолько большой, что любое движение материальных тел во Вселенной просто было бы невозможно.
Слайд 4
Радиоактивный распад вещества. Все химические элементы, из которых состоит вещество, в той или иной мере являются радиоактивными и подвержены радиоактивному распаду или аннигиляции. Если бы Вселенная существовала бесконечно долго, то за вечность все вещество давно аннигилировало бы.
Слайд 5
Тепловой парадокс. Всюду во Вселенной господствует закон энтропии, согласно которому энергия или тепло от более нагретых тел переходит к телам менее холодным до тех пор, пока между ними не установится тепловое равновесие. Это энергетическое равновесие, если Вселенная была бы вечной во времени, давно бы установилось, но и этого не происходит и не существует.
Слайд 6
Расширение Вселенной. Структура Вселенной постоянно расширяется с ускорением 1/3 своего радиуса за примерно миллион лет. Самые отдаленные ее галактики удаляются от нас со скоростью 150 000 километров в секунду. Если эту скорость расширения Вселенной запустить в обратном направлении, то по истечении примерно 14 миллиардов лет все вещество Вселенной соберется в одну точку. Следовательно, наша Вселенная возникла примерно в то далекое время, 13,7 млрд. лет назад, о чем и говорит след Большого взрыва – реликтовое излучение.
Слайд 7
Слайд 8
Однако, ученные допускают:
Если Вселенная бесконечна, то с математической точки зрения получается, что где-то находится точная копия нашей планеты, поскольку существует вероятность, что атомы «двойника» занимают такое же положение, как и на нашей планете. Шансы, что такой вариант существует, ничтожно малы, но в бесконечной Вселенной это не только возможно, но и обязательно должно произойти, и, по меньшей мере, бесконечное число раз, при условии, что Вселенная все-таки бесконечно бесконечна.
Слайд 9
Однако не все уверены, что Вселенная бесконечна. Израильский математик, профессор Дорон Зельбергер, убеждён, что числа не могут увеличиваться бесконечно, и существует такое огромное число, что если прибавить к нему единицу, получится ноль. Тем не менее, это число и его значение лежат далеко за пределами человеческого понимания, и вероятно, это число никогда не будет найдено и доказано. Это убеждение является главным принципом математической философии, известной как «Ультрабесконечность».
Слайд 10
Очевидно, что таких Вселенных, как наша существует бесчисленное множество. У каждой из них есть свое начало и соответственно конец, как временной, так и пространственный. За ее пределами существует некий вакуум из которого она собственно и зародилась. Это основано на научной теории Большого взрыва. Невероятным остается только то, что на пылинке под названием Земля зародилась вполне так себе разумная жизнь...
Слайд 11
Еще довольно веских фактов можно привести много, и кажется что, ученые правы, правы относительно «нашей Вселенной», но вот вопрос сколько существует вселенных, и бесконечна ли наша Вселенная? Очевидно, знает только Создатель…
Посмотреть все слайды
Скопления галактик, рассеянные в пространстве, называются одним словом — Вселенная. Большинство исследователей склоняется к тому, что Вселенная бесконечна.
Земля, вместе с Солнечной системой, находится в спиральной галактике, которая, в свою очередь, входит в скопление галактик.
Бурно развивающаяся космология достигла значительных успехов - современное состояние и ближайшее прошлое Вселенной в значительной мере можно считать известными.
Во-первых, доказана изотропия свойств Вселенной — все направления в ней равноправны: видимая картина Вселенной не зависит от направления луча зрения.
Приняв изотропную и однородную модель Вселенной, можно сделать выводы для этой модели из известных законов физики.
Вот тут-то и встает вопрос: можно ли для этого пользоваться законами, установленными в лаборатории?
Не окажется ли, что при переходе к грандиозным масштабам Вселенной сами эти законы придется менять?
Большинство ученых полагает, что такое изменение физических законов уже произошло, когда возникла общая теория относительности и появилось представление о кривизне пространства-времени.
До сих пор нет никаких данных, указывающих на ограниченность применения общей теории относительности к масштабам бесконечной Вселенной.
Релятивистская космология приводит к выводу о том, что в прошлом вещество Вселенной имело огромную плотность, а пространство-время огромную кривизну.
Такое состояние называется сингулярным, особым. Оно удалено от нас по времени более чем на 10 миллиардов лет. Однако нельзя забывать, что каждая частица (или ее предки) вышла из горнила сингулярности.
Настоящее и будущее Вселенной зависят от ее прошлого. Общая же теория относительности неприменима для сингулярного состояния. Вся совокупность теоретических, экспериментальных и наблюдаемых фактов говорит о применимости законов общей теории относительности для описания развития Вселенной лишь «почти с самого начала».
Наблюдения показывают, что мы живем в эволюционирующей, развивающейся и расширяющейся Вселенной. Это свойство вытекает из космологической модели советского математика А. А. Фридмана (1922 г.) и открытого Э. Хабблом красного смещения в спектрах галактик (1929 г.).
Средняя плотность материи во Вселенной
Судить о направлении эволюции Вселенной можно, зная современную плотность материи во Вселенной. Из общей теории относительности вытекает, что существует некоторое критическое значение плотности; если нынешняя плотность меньше этого значения, то расширение будет продолжаться неограниченно, если плотность больше, то расширение в будущем сменится сжатием.
Определение средней плотности материи во Вселенной непосредственно из астрономических наблюдений различных небесных тел и излучений — задача очень сложная.
Средняя плотность вещества, находящегося сейчас в галактиках, примерно известна. Если его «размазать» по всему пространству, то величина плотности составит 3*10 -31 г/см 3 , то есть величину, в 20 раз меньшую, чем критическая плотность.
В самое последнее время появились указания на то, что галактики, возможно, окружены «коронами», состоящими из звезд малой светимости и поэтому очень трудно обнаружимыми.
При учете массы «корон» средняя плотность вещества во Вселенной может увеличиться в несколько раз.
Кроме того, трудно учесть плотность других видов материи. В настоящее время нет надежных оценок возможного количества потухших звезд, квазаров и каких-либо других слабо светящихся или не светящихся объектов между галактиками.
Таким образом, ответа на вопрос, какова средняя плотность вещества Вселенной — больше или меньше она, чем критическая,- пока нет. И, следовательно, до сих пор не ясно, Вселенная бесконечна или она конечна.
В повседневной жизни человеку чаще всего приходится иметь дело с конечными величинами. Поэтому наглядно представить себе ничем не ограниченную бесконечность бывает очень сложно. Это понятие окутано ореолом таинственности и необычности, к которому примешивается благоговение перед Вселенной, границы которой определить практически невозможно.
Пространственная бесконечность мира принадлежит к наиболее сложным и спорным научным проблемам. Древние философы и астрономы пытались разрешить этот вопрос посредством самых простых логических построений. Для этого достаточно было допустить, что можно достичь предполагаемого края Вселенной. Но если в этот момент вытянуть руку, то граница отодвигается на какое-то расстояние. Эту операцию можно повторять бесчисленное количество раз, что доказывает бесконечность Вселенной.
Бесконечность Вселенной трудно себе представить, но не менее сложно , как мог бы выглядеть ограниченный мир. Даже у тех, кто не сильно продвинут в изучении космологии, в этом случае возникает естественный вопрос: а что находится за границей Вселенной? Впрочем, подобные рассуждения, построенные на здравом смысле и житейском опыте, не могут служить прочным основанием для строгих научных выводов.
Современные представления о бесконечности Вселенной
Современные ученые, исследуя множественные космологические парадоксы, пришли к выводу, что существование конечной Вселенной в принципе противоречит законам физики. Мир за пределами планеты Земля, по всей видимости, не имеет границ ни в пространстве, ни во времени. В этом смысле бесконечность предполагает, что ни количество заключенного во Вселенной вещества, ни ее геометрические размеры нельзя выразить даже самым большим числом («Эволюция Вселенной», И.Д. Новиков, 1983).
Даже если принять во внимание гипотезу о том, что Вселенная около 14 млрд лет назад образовалась в результате так называемого Большого взрыва, это вполне может означать лишь, что в те чрезвычайно отдаленные времена мир прошел через очередной этап закономерной трансформации. В целом же бесконечная Вселенная никогда не появлялась в ходе первоначального толчка или необъяснимого развития какого-то нематериального объекта. Предположение о бесконечной Вселенной ставит крест на гипотезе Божественного творения мира.
В 2014 году американские астрономы опубликовали результаты самых последних исследований, которые подтверждают гипотезу о существовании бесконечной и плоской Вселенной. С высокой точностью ученые измерили расстояние между галактиками, расположенными на расстоянии в несколько миллиардов световых лет друг от друга. Оказалось, что эти колоссальные по размерам космические звездные скопления расположены по кругам, имеющим постоянный радиус. Построенная исследователями космологическая модель косвенно доказывает, что Вселенная бесконечна как в пространстве, так и во времени.