Невидимая сторона вселенной. Что находится за границами вселенной

Доктор педагогических наук Е. ЛЕВИТАН, действительный член Российской академии естественных наук

Наука и жизнь // Иллюстрации

Одна из лучших современных астрофизических обсерваторий - Европейская южная обсерватория (Чили). На снимке: уникальный инструмент этой обсерватории - "Телескоп новых технологий" (NТТ).

Фотография обратной стороны 3,6-метрового главного зеркала "Телескопа новых технологий".

Спиральная галактика NGC 1232 в созвездии Эридана (расстояние до нее около 100 млн световых лет). Размер - 200 световых лет.

Перед вами огромный, возможно, раскаленный до сотен миллионов градусов по Кельвину газовый диск (его диаметр около 300 световых лет).

Странный, казалось бы, вопрос. Разумеется, мы видим и Млечный Путь и другие, более близкие к нам звезды Вселенной. Но вопрос, поставленный в заглавии статьи, на самом-то деле не так уж прост, а потому постараемся разобраться в этом.

Яркое Солнце днем, Луна и звездная россыпь на ночном небе всегда привлекали к себе внимание человека. Судя по наскальным рисункам, на которых древнейшие живописцы запечатлели фигуры наиболее приметных созвездий, уже тогда люди, по крайней мере наиболее любознательные из них, вглядывались в таинственную красоту звездного неба. И уж конечно проявляли интерес к восходу и заходу Солнца, к загадочным изменениям вида Луны... Вероятно, так зарождалась "примитивно-созерцательная" астрономия. Произошло это на много тысяч лет раньше, чем возникла письменность, памятники которой стали для нас уже документами, свидетельствующими о зарождении и развитии астрономии.

Сначала небесные светила, может быть, были только предметом любопытства, потом - обожествления и, наконец, стали помогать людям, выполняя роль компаса, календаря, часов. Серьезным поводом для философствования о возможном устройстве Вселенной могло стать открытие "блуждающих светил" (планет). Попытки разгадать непонятные петли, которые описывают планеты на фоне якобы неподвижных звезд, привели к построению первых астрономических картин или моделей мира. Апофеозом их по праву считается геоцентрическая система мира Клавдия Птолемея (II век н. э.). Древние астрономы пытались (в основном безуспешно) определить (но еще не доказать!), какое место Земля занимает по отношению к семи известным тогда планетам (таковыми считались Солнце, Луна, Меркурий, Венера, Марс, Юпитер и Сатурн). И только Николаю Копернику (1473-1543) это наконец удалось.

Птолемея называют создателем геоцентрической, а Коперника - гелиоцентрической системы мира. Но принципиально эти системы отличались только содержащимися в них представлениями о расположении Солнца и Земли по отношению к истинным планетам (Меркурию, Венере, Марсу, Юпитеру, Сатурну) и к Луне.

Коперник, по существу, открыл Землю как планету, Луна заняла подобающее ей место спутника Земли, а центром обращения всех планет оказалось Солнце. Солнце и движущиеся вокруг него шесть планет (включая Землю) - это и была Солнечная система, какой ее представляли в XVI веке.

Система, как мы теперь знаем, далеко не полная. Ведь в нее кроме известных Копернику шести планет входят еще Уран, Нептун, Плутон. Последний был открыт в 1930 году и оказался не только самой далекой, но и самой маленькой планетой. Кроме того, в Солнечную систему входят около сотни спутников планет, два пояса астероидов (один - между орбитами Марса и Юпитера, другой, недавно открытый, - пояс Койпера - в области орбит Нептуна и Плутона) и множество комет с разными периодами обращения. Гипотетическое "Облако комет" (что-то вроде сферы их обитания) находится, по разным оценкам, на расстоянии порядка 100-150 тысяч астрономических единиц от Солнца. Границы Солнечной системы соответственно многократно расширились.

В начале 2002 года американские ученые "пообщались" со своей автоматической межпланетной станцией "Пионер-10", которая была запущена 30 лет назад и успела улететь от Солнца на расстояние 12 млрд километров. Ответ на радиосигнал, посланный с Земли, пришел через 22 ч 06 мин (при скорости распространения радиоволн около 300 000 км/сек). Учитывая сказанное, "Пионеру-10" еще долго придется лететь до "границ" Солнечной системы (конечно, достаточно условных!). А дальше он полетит к ближайшей на его пути звезде Альдебаран (самая яркая звезда в созвездии Тельца). Туда "Пионер-10", возможно, домчится и доставит заложенные в нем послания землян только через 2 млн лет...

От Альдебарана нас отделяют не менее 70 световых лет. А расстояние до самой близкой к нам звезды (в системе a Центавра) всего 4,75 светового года. Сегодня даже школьникам надлежит знать, что такое "световой год", "парсек" или "мегапарсек". Это уже вопросы и термины звездной астрономии, которой не только во времена Коперника, но и много позже просто не существовало.

Предполагали, что звезды - далекие светила, но природа их была неизвестна. Правда, Джордано Бруно, развивая идеи Коперника, гениально предположил, что звезды - это далекие солнца, причем, возможно, со своими планетными системами. Правильность первой части этой гипотезы стала совершенно очевидной только в XIX веке. А первые десятки планет около других звезд были открыты лишь в самые последние годы недавно закончившегося XX века. До рождения астрофизики и до применения в астрономии спектрального анализа к научной разгадке природы звезд просто невозможно было приблизиться. Вот и получалось, что звезды в прежних системах мира почти никакой роли не играли. Звездное небо было своеобразной сценой, на которой "выступали" планеты, а о природе самих звезд особо не задумывались (иногда упоминали о них, как... о "серебряных гвоздиках", воткнутых в твердь небесную). "Сфера звезд" была своеобразной границей Вселенной и в геоцентрической и в гелиоцентрической системе мира. Вся Вселенная, естественно, считалась видимой, а то, что за ее пределами, - "царствие небесное"...

Сегодня мы знаем, что невооруженным глазом видна лишь ничтожная часть звезд. Белесоватая полоса, протянувшаяся через все небо (Млечный Путь), оказалась, как догадывались еще некоторые древние греческие философы, множеством звезд. Наиболее яркие из них Галилей (в начале XVII века) различил даже с помощью своего весьма несовершенного телескопа. По мере увеличения размеров телескопов и их совершенствования астрономы получали возможность постепенно проникать в глубь Вселенной, как бы зондируя ее. Но далеко не сразу стало понятно, что звезды, наблюдаемые в разных направлениях неба, имеют какое-то отношение к звездам Млечного Пути. Одним из первых, кому удалось это доказать, был английский астроном и оптик В. Гершель. Поэтому с его именем связывают открытие нашей Галактики (ее иногда так и называют - Млечный Путь). Однако увидеть целиком нашу Галактику простому смертному, видимо, не дано. Конечно, достаточно заглянуть в учебник астрономии, чтобы обнаружить там ясные схемы: вид Галактики "сверху" (с отчетливой спиральной структурой, с рукавами, состоящими из звезд и газово-пылевой материи) и вид "сбоку" (в этом ракурсе наш звездный остров напоминает двояковыпуклую линзу, если не вдаваться в некоторые детали строения центральной части этой линзы). Схемы, схемы... А где же хотя бы одна фотография нашей Галактики?

Гагарин был первым из землян, кто увидел нашу планету из космического пространства. Теперь, наверное, каждый видел фотографии Земли из космоса, переданные с борта искусственных спутников Земли, с автоматических межпланетных станций. Сорок один год минул со времени полета Гагарина, и 45 лет со дня запуска первого ИСЗ - начала космической эры. Но и поныне никто не знает, сможет ли когда-нибудь человек увидеть Галактику, выйдя за ее пределы... Для нас это вопрос из области фантастики. А потому вернемся к реальности. Но только при этом, пожалуйста, подумайте о том, что всего лишь лет сто назад нынешняя реальность могла показаться самой невероятной фантастикой.

Итак, открыты Солнечная система и наша Галактика, в которой Солнце - одна из триллионов звезд (невооруженным глазом на всей небесной сфере видно около 6000 звезд), а Млечный Путь - проекция части Галактики на небесную сферу. Но подобно тому, как в XVI веке земляне поняли, что наше Солнце - самая рядовая звезда, мы теперь знаем, что наша Галактика - одна из множества ныне открытых других галактик. Среди них, как и в мире звезд, есть гиганты и карлики, "обычные" и "необычные" галактики, относительно спокойные и чрезвычайно активные. Они находятся на громадных расстояниях от нас. Свет от самой близкой из них мчится к нам почти два миллиона триста тысяч лет. А ведь эту галактику мы видим даже невооруженным глазом, она в созвездии Андромеды. Это очень большая спиральная галактика, похожая на нашу, и поэтому ее фотографии в какой-то степени "компенсируют" отсутствие снимков нашей Галактики.

Почти все открытые галактики удается рассмотреть лишь на фотографиях, полученных с помощью современных наземных телескопов-гигантов или космических телескопов. Применение радиотелескопов и радиоинтерферометров помогло существенно дополнить оптические данные. Радиоастрономия и внеатмосферная рентгеновская астрономия приоткрыли завесу над тайной процессов, происходящих в ядрах галактик и в квазарах (самых далеких из известных ныне объектов нашей Вселенной, почти неотличимых от звезд на фотографиях, полученных с помощью оптических телескопов).

В чрезвычайно огромном и практически скрытом от глаз мегамире (или в Метагалактике) удалось открыть его важные закономерности и свойства: расширение, крупномасштабную структуру. Все это несколько напоминает другой, уже открытый и во многом разгаданный микромир. Там исследуются совсем близкие к нам, но тоже невидимые кирпичики мироздания (атомы, адроны, протоны, нейтроны, мезоны, кварки). Познав устройство атомов и закономерности взаимодействия их электронных оболочек, ученые буквально "оживили" Периодическую систему элементов Д. И. Менделеева.

Самое важное то, что человек оказался способным открыть и познать непосредственно не воспринимаемые им миры различных масштабов (мегамир и микромир).

В этом контексте астрофизика и космология вроде бы не оригинальны. Но тут мы приближаемся к самому интересному.

"Занавес" издавна известных созвездий открылся, унося с собой последние потуги нашего "центризма": геоцентризма, гелиоцентризма, галактикоцентризма. Мы сами, как и наша Земля, как Солнечная система, как Галактика, - всего лишь "частицы" невообразимой по обыденным масштабам и по сложности структуры Вселенной, именуемой "Метагалактика". Она включает в себя множество систем галактик разной сложности (от "двойных" до скоплений и сверхскоплений). Согласитесь, что при этом осознание масштаба собственной ничтожной величины в необъятном мегамире не унижает человека, а, наоборот, возвышает мощь его Разума, способного открыть все это и разобраться в том, что было открыто ранее.

Казалось бы, пора и успокоиться, поскольку современная картина строения и эволюции Метагалактики в общих чертах создана. Однако, во-первых, она таит в себе много принципиально нового, ранее неведомого для нас, а во-вторых, не исключено, что кроме нашей Метагалактики есть и другие мини-вселенные, образующие пока еще гипотетическую Большую Вселенную...

Может быть, на этом стоит пока остановиться. Потому что нам бы сейчас, как говорится, со своей Вселенной разобраться. Дело в том, что она в конце ХХ века преподнесла астрономии большой сюрприз.

Тем, кто интересуется историей физики, известно, что в начале ХХ века некоторым великим физикам показалось, будто бы их титанический труд завершен, ибо все главное в этой науке уже открыто и исследовано. Правда, на горизонте оставалась пара странных "облачков", но мало кто предполагал, что они вскоре "обернутся" теорией относительности и квантовой механикой... Неужели что-то подобное ожидает астрономию?

Вполне вероятно, потому что наша Вселенная, наблюдаемая с помощью всей мощи современных астрономических инструментов и вроде бы уже довольно основательно изученная, может оказаться лишь вершиной вселенского айсберга. А где же его остальная часть? Как могло возникнуть столь дерзкое предположение о существовании еще чего-то громадного, материального и совершенно доселе неизвестного?

Вновь обратимся к истории астрономии. Одной из ее триумфальных страниц было открытие планеты Нептун "на кончике пера". Гравитационное воздействие какой-то массы на движение Урана натолкнуло ученых на мысль о существовании неизвестной еще планеты, позволило талантливым математикам определить ее местоположение в Солнечной системе, а потом точно указать астрономам, где ее искать на небесной сфере. И в дальнейшем гравитация оказывала астрономам подобные услуги: помогала открывать разные "диковинные" объекты - белых карликов, черные дыры. Так вот и теперь исследование движения звезд в галактиках и галактик в их скоплениях привело ученых к выводу о существовании таинственного невидимого ("темного") вещества (а может быть, вообще какой-то неведомой нам формы материи), и запасы этого "вещества" должны быть колоссальными.

По наиболее смелым оценкам, все то, что мы наблюдаем и учитываем во Вселенной (звезды, газово-пылевые комплексы, галактики и т. д.), составляет лишь 5 процентов от массы, которая "должна была бы быть" по расчетам, основанным на законах гравитации. Эти 5 процентов включают весь известный нам мегамир от пылинок и распространенных в космосе атомов водорода до сверхскоплений галактик. Некоторые астрофизики относят сюда даже всепроникающие нейтрино, считая, что, несмотря на их небольшую массу покоя, нейтрино своим бессчетным количеством вносят определенный вклад все в те же 5 процентов.

Но, может быть, "невидимое вещество" (или по крайней мере часть его, неравномерно распределенная в пространстве) - это масса потухших звезд или галактик либо таких невидимых космических объектов, как черные дыры? В какой-то мере подобное допущение не лишено смысла, хотя недостающие 95 процентов (или, по другим оценкам, 60-70 процентов) восполнить не удастся. Астрофизики и космологи вынуждены перебирать различные другие, в основном гипотетические, возможности. Наиболее фундаментальные идеи сводятся к тому, что значительная часть "скрытой массы" - это "темное вещество", состоящее из не известных нам элементарных частиц.

Дальнейшие исследования в области физики покажут, какие элементарные частицы кроме тех, которые состоят из кварков (барионы, мезоны и др.) или являются бесструктурными (например, мюоны), могут существовать в природе. Разгадать эту загадку будет, вероятно, легче, если объединить силы физиков, астрономов, астрофизиков, космологов. Немалые надежды возлагаются на данные, которые могут быть получены уже в ближайшие годы в случае успешных запусков специализированных космических аппаратов. Например, планируется запустить космический телескоп (диаметр 8,4 метра). Он сможет зарегистрировать огромное число галактик (до 28-й звездной величины; напомним, что невооруженным глазом видны светила до 6-й звездной величины), а это позволит построить карту распределения "скрытой массы" по всему небу. Из наземных наблюдений тоже можно извлечь определенную информацию, поскольку "скрытое вещество", обладая большой гравитацией, должно искривлять лучи света, идущие к нам от далеких галактик и квазаров. Обрабатывая на компьютерах изображения таких источников света, можно зарегистрировать и оценить невидимую гравитирующую массу. Подобного рода обзоры отдельных участков неба уже сделаны. (См. статью академика Н. Кардашева "Космология и проблемы SETI", недавно опубликованную в научно-популярном журнале президиума РАН "Земля и Вселенная", 2002, № 4.)

В заключение вернемся к вопросу, сформулированному в названии данной статьи. Думается, что после всего сказанного вряд ли на него можно уверенно дать положительный ответ... Древнейшая из самых древних наук - астрономия только начинается.

Что находится за пределами Вселенной? Этот вопрос слишком сложный для человеческого понимания. Это связано с тем, что в самую первую очередь необходимо определить ее границы, а это далеко не просто.

Общепринятый ответ учитывает только наблюдаемую Вселенную. Согласно ему размеры определяются скоростью света, потому что возможно видеть только свет, который излучают или отражают объекты в космосе. Невозможно заглянуть дальше, чем наиболее отдаленный свет, который путешествует все время существования Вселенной.

Пространство продолжает увеличиваться, но все еще конечно. Его размер иногда упоминается как объем или сфера Хаббла. Человек во Вселенной, вероятно, никогда не сможет узнать, что за пределами ее границ. Так что для всех исследований это единственное пространство, с которым когда-либо придется взаимодействовать. По крайней мере, в ближайшее время.

Величие

Всем известно, что Вселенная велика. На сколько миллионов световых лет она простирается?

Астрономы тщательно изучают космическое излучение микроволнового фона - послесвечения Большого взрыва. Они ищут связь между тем, что происходит на одной стороне неба, и тем, что на другой. И пока нет никаких доказательств, что там есть что-то общее. Это означает, что на протяжении 13,8 миллиардов лет в любом направлении Вселенная не повторяется. Столько нужно времени свету, чтобы он достиг хотя бы видимого края этого пространства.

Нас все еще волнует вопрос, что находится за пределом Вселенной, которую можно наблюдать. Астрономы допускают, что космос бесконечен. «Вещество» в нем (энергия, галактики и т. д.) распределено точно таким же образом, как и в наблюдаемой Вселенной. Если это действительно так, тогда появляются разные аномалии того, что находится на краю.

За пределами объема Хаббла расположено не просто больше разных планет. Там можно найти вообще все, что только может существовать. Если продвинуться достаточно далеко, можно даже найти другую солнечную систему с Землей, идентичной во всех отношениях, за исключением того, что у вас была на завтрак каша вместо яичницы. Или завтрак отсутствовал вовсе. Или, допустим, вы встали пораньше и ограбили банк.

На самом деле космологи считают, что, если пройти достаточно далеко, то можно найти еще одну сферу Хаббла, которая совершенно идентична нашей. Большинство ученых считают, что известная нам Вселенная имеет границы. Что за их пределом, остается величайшей загадкой.

Космологический принцип

Это понятие означает, что независимо от места и направления наблюдателя, каждый видит одну и ту же картину Вселенной. Разумеется, это не относится к исследованиям меньшего масштаба. Такая однородность пространства вызвана равноправием всех его точек. Обнаружить это явление можно лишь в масштабах скопления галактик.

Что-то, сродни этому понятию было впервые предложено сэром Исааком Ньютоном в 1687 году. И впоследствии, в 20 веке, это же было подтверждено наблюдениями других ученых. Логично, если все возникло из одной точки Большого взрыва, а затем расширилось до Вселенной, то будет оставаться довольно однородным.

Расстояние, на котором можно наблюдать за космологическим принципом, чтобы найти это очевидное равномерное распределение материи, занимает примерно 300 миллионов световых лет от Земли.

Однако все изменилось в 1973 году. Тогда была обнаружена аномалия, нарушающая космологический принцип.

Великий аттрактор

Огромная концентрация массы обнаружилась на расстоянии 250 миллионов световых лет, близ созвездий Гидры и Центавра. Ее вес настолько велик, что его можно было бы сравнить с десятком тысяч масс Млечных Путей. Эта аномалия считается галактическим сверхскоплением.

Этот объект получил название Великий аттрактор. Его гравитационная сила настолько сильна, что воздействует на другие галактики и их скопления в течение нескольких сотен световых лет. Он долгое время оставался одной из самых больших тайн космоса.

В 1990 г. было обнаружено, что движение колоссальных скоплений галактик, называющихся Великим аттрактором, стремится к другой области космоса - за край Вселенной. Пока что за этим процессом можно наблюдать, хотя сама аномалия находится в «зоне избегания».

Темная энергия

Согласно Закону Хаббла, все галактики должны двигаться равномерно друг от друга, сохраняя космологический принцип. Однако в 2008 г. появилось новое открытие.

Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) обнаружил большую группу кластеров, которые двигались в одном направлении со скоростью до 600 миль в секунду. Все они держали путь к небольшой области неба между созвездиями Центавра и Паруса.

Этому нет никакой очевидной причины, и, поскольку это было необъяснимое явление, его назвали «темной энергией». Она вызвана чем-то вне пределов наблюдаемой Вселенной. В настоящее время есть только догадки о ее природе.

Если скопления галактик тянутся к колоссальной черной дыре, то их движение должно ускоряться. Темная энергия указывает на постоянную скорость космических тел в миллиарды световых лет.

Одна из возможных причин этого процесса - массивные структуры, что находятся за пределами Вселенной. Они оказывают огромное гравитационное влияние. Внутри наблюдаемой Вселенной нет гигантских структур с достаточной гравитационной тяжестью, чтобы вызвать это явление. Но это не значит, что они не могли существовать за пределами наблюдаемой области.

Это означало бы, что устройство Вселенной не является однородным. Что касается самих структур, они могут быть буквально любыми, от агрегатов материи и до энергии в масштабах, которые едва можно представить. Возможно даже, что это направляющие гравитационные силы из других Вселенных.

Бесконечные пузыри

Говорить о чем-то за пределами сферы Хаббла не совсем верно, так как это по-прежнему имеет идентичное устройство Метагалактики. «Неизвестность» имеет те же физические законы Вселенной и константы. Есть версия, что Большой взрыв вызвал появление пузырей в структуре пространства.

Сразу после него, до момента начала инфляции Вселенной, возникла своего рода «космическая пена», существующая как скопление «пузырей». Один из объектов этого вещества внезапно расширился, со временем став Вселенной, известной сегодня.

Но что получилось из других пузырей? Александр Кашлинский - глава команды НАСА, организации, которая обнаружила «темную энергию», - заявил: «Если отдалиться на достаточно большое расстояние, то можно увидеть структуру, которая находится вне пузыря, за пределами Вселенной. Эти структуры должны вызвать движение».

Таким образом, «темная энергия» воспринимается как первое свидетельство существования другой Вселенной, или даже «Мультивселенной».

Каждый пузырь - это область, которая перестала растягиваться вместе с остальной частью пространства. Она сформировала свою собственную Вселенную со своими особыми законами.

В этом сценарии пространство бесконечно, и каждый пузырь также не имеет границ. Даже если можно нарушить рубеж одного из них, пространство между ними все еще расширяется. Со временем будет невозможно добраться до следующего пузыря. Такое явление до сих пор остается одной из величайших тайн космоса.

Черная дыра

Теория, предложенная физиком Ли Смолином, предполагает, что каждый подобный космический объект в устройстве Метагалактики вызывает образование нового. Стоит только представить сколько черных дыр во Вселенной. Внутри каждой действуют физические законы, отличные от тех, что были у предшественника. Подобная гипотеза была впервые изложена в 1992 году в книге «Жизнь Космоса».

Звезды во всем мире, которые попадают в черные дыры, сжимаются до невероятно экстремальной плотности. В таких условиях это пространство взрывается и расширяется до собственной новой Вселенной, отличной от оригинала. Точка, где время останавливается внутри черной дыры, - это начало Большого взрыва новой Метагалактики.

Экстремальные условия внутри разрушенной черной дыры приводят к небольшим случайным изменениям основных физических сил и параметров в дочерней Вселенной. У каждого из них есть отличные от родительской характеристики и показатели.

Существование звезд является предпосылкой для формирования жизни. Это связано с тем, что углерод и другие сложные молекулы, обеспечивающие жизнь, создаются именно в них. Поэтому для формирования существ и Вселенной нужны одни и те же условия.

Критика космического естественного отбора как научной гипотезы заключается в отсутствии прямых доказательств на данном этапе. Но следует иметь в виду, что с точки зрения убеждений он не хуже, чем предлагаемые научные альтернативы. Нет подтверждений того, что находится за пределами Вселенной, будь это Мультивселенная, теория струн или циклическое пространство.

Множество параллельных Вселенных

Эта идея кажется чем-то, что мало относится к современной теоретической физике. Но мысль о существовании Мультиверса уже давно считается научной возможностью, хотя все еще вызывает активные дискуссии и деструктивные споры среди физиков. Этот вариант полностью разрушает представление о том, сколько Вселенных в космосе.

Важно иметь в виду, что Мультиверс не теория, а скорее следствие современного понимания теоретической физики. Это отличие имеет решающее значение. Никто не махнул рукой и не сказал: «Пусть будет Мультивселенная!». Эта идея была получена из текущих учений, таких как квантовая механика и теория струн.

Мультиверс и квантовая физика

Многим известен мысленный эксперимент «Кот Шредингера». Его суть заключается в том, что Эрвин Шредингер, австрийский физик-теоретик, указывал на несовершенство квантовой механики.

Ученый предлагает представить животное, которое поместили в закрытую коробку. Если открыть ее, можно узнать одно из двух состояний кота. Но пока коробка закрыта, животное либо живое, либо мертвое. Это доказывает то, что не существует состояния, сочетающего жизнь и смерть.

Все это кажется невозможным просто потому, что человеческое восприятие не может этого осознать.

Но это вполне реально в соответствии со странными правилами квантовой механики. Пространство всех возможностей в ней огромно. Математически квантовомеханическое состояние представляет собой сумму (или суперпозицию) всех возможных состояний. В случае «Кота Шредингера», эксперимент представляет собой суперпозицию «мертвых» и «живых» положений.

Но как это интерпретировать, чтобы оно имело какой-либо практический смысл? Популярный способ состоит в том, чтобы думать обо всех этих возможностях так, что единственным «объективно истинным» состоянием кота является - наблюдаемый. Однако можно также согласиться с тем, что эти возможности верны и все они существуют в разных Вселенных.

Теория струн

Это самая перспективная возможность объединить квантовую механику и гравитацию. Это трудно, потому что сила тяготения так же неописуема в небольших масштабах, как и атомы и субатомные частицы в рамках квантовой механики.

Но теория струн, в которой говорится, что все фундаментальные частицы состоят из мономерных элементов, описывает сразу все известные силы природы. К ним относят гравитацию, электромагнетизм и ядерные силы.

Однако для математической теории струн требуется не менее десяти физических измерений. Мы можем наблюдать только четыре измерения: высоту, ширину, глубину и время. Поэтому дополнительные измерения от нас скрыты.

Чтобы иметь возможность использовать теорию для объяснения физических явлений, эти дополнительные исследования «уплотнены» и слишком малы в небольших масштабах.

Проблема или особенность теории струн заключается в том, что существует много способов произвести компактификацию. Каждая из них приводит к созданию Вселенной с различными физическими законами, такими как отличные массы электронов и константы силы тяжести. Однако есть также серьезные возражения против методологии компактификации. Поэтому проблема не совсем решена.

Но возникает очевидный вопрос: в какой из этих возможностей мы живем? Теория струн не обеспечивает механизм определения этого. Она делает ее бесполезной, поскольку не представляется возможным ее досконально протестировать. Но исследование края Вселенной превратило эту ошибку в особенность.

Последствия Большого взрыва

Во время самого раннего устройства Вселенной был период ускоренного расширения, называемый инфляцией. Первоначально она объясняла, почему сфера Хаббла почти однородна по температуре. Однако инфляция также предсказала спектр флуктуаций температуры вокруг этого равновесия, который позднее был подтвержден несколькими космическими аппаратами.

Хотя точные детали теории все еще горячо обсуждаются, инфляция широко принимается физиками. Однако следствие этой теории состоит в том, что должны быть другие объекты во Вселенной, которые все еще ускоряются. Из-за квантовых флуктуаций пространства-времени некоторые ее части никогда не достигнут конечного состояния. Это означает, что пространство будет вечно расширяться.

Этот механизм генерирует бесконечное количество Вселенных. Комбинируя этот сценарий с теорией струн, есть вероятность, что каждая из них обладает другой компактификацией дополнительных размеров и, следовательно, имеет разные физические законы Вселенной.

Согласно учению Мультиверс, предсказанному теорией струн и инфляцией, все Вселенные живут в одном и том же физическом пространстве и могут пересекаться. Они неизбежно должны сталкиваться, оставляя следы в космическом небе. Их характер имеет широкий спектр - от холодных или горячих точек на космическом микроволновом фоне до аномальных пустот в распределение галактик.

Поскольку столкновение с другими Вселенными должно происходить в определенном направлении, ожидается, что любые вмешательства нарушают однородность.

Некоторые ученые ищут их через аномалии в космическом микроволновом фоне, послесвечении Большого Взрыва. Другие в гравитационных волнах, которые рябят в пространстве-времени по мере прохождения массивных объектов. Эти волны могут непосредственно доказывать существование инфляции, которая в конечном итоге усиливает поддержку теории Мультивселенной.

Всем привет! Хочу сегодня поделится с Вами впечатлениями о Вселенной. Только представить, нет конца, всегда было интересно, а такое может быть? Из этой статьи можно узнать о звездах, их видах и жизни, о большом взрыве, о черных дырах, о пульсарах и еще о некоторых важных вещах.

– это все что существует: пространство, материя, время, энергия. В нее входят все планета, звезды, и другие космические тела.

– это весь существующий материальный мир, она безгранична в пространстве и времени и разнообразна формами, которые в процессе своего развития принимает материя.

Изучаемая астрономией Вселенная – это часть материального мира, которая доступна исследованиям астрономическими способами, которые отвечают достигнутому уровню науки (эту часть Вселенной иногда называют Метагалактикой).

Метагалактика – доступна современным методам исследования часть Вселенной. Метагалактика вмещает в себя несколько миллиардов .

Вселенная столь огромна, что ее размеры осознать невозможно. Давайте поговорим о Вселенной: ее часть, которая нам видима, простирается на 1,6 млн. млн. млн. млн. км, — и насколько она велика за пределами видимого, никому не ведомо.

Как вселенная приобрела свой сегодняшний вид и из чего она возникла, пытаются объяснить очень многие теории. Согласно самой популярной теории, 13 млрд. лет назад она зародилась в результате гигантского взрыва. Время, космос, энергия, материя – все это возникло вследствие этого феноменального взрыва. Что было до так называемого «большого взрыва», говорить бессмысленно, до него ничего не было.

– по современным представлениям, это состояние Вселенной в прошлом (около 13 млрд. лет назад), когда его средняя плотность во много раз превышала современную. Со временем плотность Вселенной уменьшается из-за ее расширения.

Соответственно при углублении в прошлое плотность увеличивается, аж к тому моменту, когда классические представления о времени и пространстве теряют силу. За начало отсчета времени можно принять этот момент. Интервал времени от 0 до нескольких секунд условно называют периодом большого Взрыва.

Вещество Вселенной, в начале этого периода, получило колоссальные относительные скорости («взорвалось» и отсюда название).

Наблюдаемые в наше время, свидетельства большого Взрыва есть значение концентрации гелия, водорода и некоторых других легких элементов, реликтовое излучение, распределение неоднородностей во Вселенной (например, галактик).

Астрономы полагают, что Вселенная была невероятно раскалена и полна радиации после большого взрыва.

Атомные частицы – протоны, электроны и нейтроны сформировались приблизительно через 10 секунд.

Сами же атомы – атомы гелия и водорода – образовались лишь несколько сотен тысяч лет спустя, когда Вселенная остыла и значительно расширилась в размерах.

Отголоски большого взрыва.

Если большой взрыв произошел 13 млрд. лет назад, к настоящему времени Вселенная должна была бы охладеть до температуры около 3 градусов по Кельвину, то есть до 3 градусов выше абсолютного ноля.

Ученные зарегистрировали фоновые радиошумы, используя телескопы. Эти радиошумы по всему звездному небу, соответствуют этой температуре и их считают до сих пор доходящими до нас отголосками большого взрыва.

Согласно одной из самых популярных научных легенд, Исаак Ньютон увидел, как на землю упало яблоко, и понял, что это случилось под действием исходящей от самой Земли силы тяжести. От массы тела зависит величина этой силы.

Сила тяжести яблока, имеющего малую массу, не влияет на движение нашей планеты, у Земли большая масса и она притягивает яблоко к себе.

На космических орбитах силы притяжения удерживают все небесные тела. По орбите Земли движется Луна и не отдаляется от нее, на околосолнечных орбитах сила притяжения Солнца удерживает планеты, а Солнце удерживает в положении по отношению к другим звездам, сила, которая намного больше гравитационной.

Наше Солнце – звезда, причем довольно обычная и самых средних размеров. Солнце, как и все остальные звезды, представляет собой из светящегося газа шар, и подобно колоссальной печи, выделяющей тепло, свет и другие формы энергии. Солнечную систему образуют планеты на солнечной орбите и конечно же само Солнце.

Другие звезды, потому что очень далеки от нас, кажутся на небе крошечными, но на самом деле, некоторые из них, в сотни раз превышают наше Солнце в диаметре.

Звезды и галактики.

Местоположение звезд астрономы определяют, располагая их в созвездия или по отношению к ним. Созвездие – это группа видимых на определенном участке ночного неба звезд, но не всегда, в действительности, находящихся поблизости.

В звездные архипелаги, именуемые галактиками, группируются звезды в безбрежных космических просторах. Наша Галактика, которая называется млечный Путь, входит Солнце со всеми его планетами. Наша галактика далеко не самая большая, но достаточно огромна, чтобы ее представить.

По отношению к скорости света во Вселенной измеряются расстояния, быстрее нее человечество ничего не знает. Скорость света равна 300 тыс. км/сек. Как световой год, астрономы пользуются такой единицей – это расстояние, прошел бы за год луч света, тот есть 9,46 млн. млн. км.

Проксима в созвездии Кентавра – ближайшая к нам звезда. Она находится на отдалении 4,3 световых года. Мы не видим ее такой, глядя на нее, какой она была более четырех лет назад. А свет Солнца до нас доходит за 8 минут и 20 секунд.

Форму гигантского вращающегося колеса с выступающей осью – ступицей, имеет Млечный путь с сотнями тысяч миллионов его звезд. В 250 тыс. световых лет от его оси – ближе к ободу этого колеса расположено Солнце. Вокруг центра Галактики Солнце оборачивается по своей орбите за 250 млн. лет.

Наша Галактика – одна из многих, и никто не знает, сколько их всего. Более миллиарда Галактик уже открыты, и многие миллионы звезд в каждой из них. В сотнях миллионов световых лет от землян находятся наиболее далекие из уже известных Галактик.

В самое отдаленное прошлое Вселенной мы вглядываемся, изучая их. От нас и друг от друга отдаляются все Галактики. Похоже, что Вселенная все еще расширяется, а большой взрыв был ее первоначалом.

Какие бывают звезды?

Звезды – световые газовые (плазменные) шары, подобные Солнцу. Образуются из пыльно-газовой среды (большим образом из гелия и водорода), вследствие гравитационной неустойчивости.

Звезды бывают разные, но когда-то они все возникли и через миллионы лет они исчезнут. Нашему Солнцу почти 5 млрд. лет и по подсчетам астрономов, оно еще столько же просуществует, а потом начнет умирать.

Солнце – это одинарная звезда, многие другие звезды являются бинарными, то есть, по сути, состоят из двух звезд, которые вращаются друг вокруг друга. Так же астрономам известны тройные и так называемые кратные звезды, которые состоят их многих звездных тел.

Сверхгиганты – самые крупные звезды.

Антарес, диаметром в 350 раз больше диаметра Солнца, относится к этим звездам. Впрочем, очень малая плотность у всех сверхгигантов. Гиганты – менее крупные звезды с диаметром в 10 – 100 раз больше Солнечного.

Их плотность тоже мала, но она больше чем у сверхгигантов. Большинство видимых звезд, включая Солнце, классифицируются как звезды главной последовательности, или средние звезды. Их диаметр может быть как в десять раз меньше, так и в десять раз больше диаметра Солнца.

Красными карликами называются самые малые звезды главной последовательности, а белыми карликами – называются еще меньшие тела, которые уже не относятся к звездам главной последовательности.

Белые карлики (размерами с нашу ) чрезмерно плотны, но очень тусклы. Их плотность во много миллионов раз больше плотности воды. До 5 млрд. белых карликов может быть только в Млечном Пути, хотя ученные до сих пор открыли лишь несколько сотен таких тел.

Давайте для примера посмотрим видео сравнения размеров звезд.

Жизнь звезды.

Каждая звезда, как упоминалось ранее, рождается из облака пыли и водорода. Вселенная полна таких облаков.

Формирование звезды начинается, когда под влиянием какой-то еще (никем не понятной) силы и под действием тяготения происходит, как говорят астрономы, коллапс, или «схлопывание» небесного тела: облако начинает вращаться, а его центр нагревается. Эволюцию звезд можно посмотреть .

Ядерные реакции начинаются, когда внутри звездного облака температура достигает миллиона градусов.

В ходе этих реакций ядра атомов водорода соединяются и образуют гелий. Энергия, производимая реакциями, высвобождается в виде света и тепла, и загорается новая звезда.

Звездная пыль и остаточные газы наблюдаются вокруг новых звезд. Планеты образовались вокруг нашего Солнца из этой материи. Наверняка, вокруг других звезд, образовались похожие планеты, и вероятны какие-то формы жизни на многих планетах, об открытии которых не знает человечество.

Звездные взрывы.

От массы во многом зависит судьба звезды. Когда такая звезда, вроде нашего Солнца, использует свое водородное «топливо» — сжимается гелиевая оболочка, а расширяются внешние слои.

Звезда становится красным гигантом на этом этапе своего существования. После, со временем, ее внешние слои резко отходят, и оставляют за собой лишь малое яркое ядро звезды – белого карлика. Черным карликом (огромной углеродной массой) звезда становится, постепенно охладившись.

Более драматичная судьба ожидает звезды, массой в несколько раз превышающих массу Земли.

Они превращаются в сверхгигантов, намного крупнее красных гигантов, это происходит по мере истощения их ядерного топлива из-за чего они, и расширяются, становясь такими огромными.

После, под воздействием тяготения, происходит резкое схлопывание их ядер. Звезду на куски разносит невообразимым взрывом высвобожденная энергия.

Астрономы такой взрыв называют рождением сверхновой. В миллионы раз ярче Солнца какое-то время светит сверхновая. Впервые, за последние 383 года, в феврале 1987 года, невооруженным глазом было видно сверхновую из соседней галактики с Земли.

В зависимости от исходной массы звезды, после сверхновой может остаться небольшое тело, называемое нейтронной звездой. С диаметром не более нескольких десятков километров, такая звезда, состоит из твердых нейтронов, от этого ее плотность во много раз превышает огромную плотность белых карликов.

Черные дыры.

Сила коллапса ядра в некоторых сверхновых столь велика, что сжатие материи практически не приводит к ее исчезновению. Участок космического пространства с невероятно высокой гравитацией, остается вместо материи. Такой участок называют черной дырой, ее сила настолько мощна, что втягивает все в себя.

Черные дыры не могут быть видимы в силу своей природы. Тем не менее, астрономы полагают, что установили их местонахождение.

Астрономы ищут системы двойных звезд с мощным радиационным излучением и считают, что оно возникает вследствие выхода материи в черную дыру, сопровождающегося нагреванием температур в миллионы градусов.

В созвездии Лебедя (т. н. черная дыра Лебедя Х-1) обнаружен такой источник излучения. Некоторые ученные полагают, что кроме черных дыр, ещё существуют и белые. Эти белые дыры возникают в том месте, где к образованию новых звездных тел готовится приступить собравшаяся материя.

Так же Вселенная таит в себе загадочные образования, именуемые квазарами. Наверное, это ядра далеких галактик, которые ярко светятся, а дальше них, мы ничего не видим во Вселенной.

Вскоре после образования Вселенной, в нашем направлении начал двигаться их свет. Ученные считают, что энергия, равная энергии квазаров, может происходить только от космических дыр.

Пульсары – не менее таинственны. Пульсары – это регулярно испускающие пучки энергии образования. Они, по мнению ученных, являются звездами, которые быстро вращаются, а от них исходят световые лучи, как от космических маяков.

Будущее Вселенной.

Каков удел нашей вселенной не знает никто. Похоже на то, что после изначального взрыва, оно все еще расширяется. Возможны два сценария в очень далеком будущем.

Согласно первому из них, теории открытого пространства, Вселенная будет расширяться до тех пор, пока вся энергия не израсходуется на все звезды и галактики не прекратят своего существования.

Второй – теория закрытого пространства, согласно которой, расширение Вселенной когда-нибудь прекратится, она вновь начнет сжиматься и будет сокращаться, пока в процессе не исчезнет.

Ученные назвали этот процесс по аналогии с большим взрывом — большим сжатием. В результате может произойти еще один большой взрыв, сотворивши новую Вселенную.

Вот так, всему было начало и будет конец, только какой, никто этого не знает...

Обычно, когда говорят о размерах Вселенной, подразумевают локальный фрагмент Вселенной (Мироздания) , который доступен нашему наблюдению.

Это так называемая наблюдаемая Вселенная – область пространства, видимая для нас с Земли.

А так как возраст Вселенной около 13 800 000 000 лет, то независимо от того в каком мы направлении смотрим, мы видим свет, который достиг нас за 13,8 миллиарда лет.

Так что, исходя из этого, логично думать, что наблюдаемая Вселенная должна быть 13,8 х 2 = 27 600 000 000 световых лет в поперечнике.

Но это не так! Потому что с течением времени космос расширяется. И те далекие объекты, которые испустили свет 13,8 млрд. лет назад, за это время улетели еще дальше. Сегодня они уже более чем в 46,5 миллиардах световых лет от нас. Удвоив это, получаем 93 миллиарда световых лет.

Таким образом, реальный диаметр наблюдаемой вселенной составляет 93 млрд. св. лет.

Визуальное (в виде сферы) представление трёхмерной структуры наблюдаемой Вселенной, видимой с нашей позиции (центр круга).

Белыми линиями обозначены границы наблюдаемой Вселенной.
Пятнышки света - это скопления скоплений галактик – суперкластеры (supercluster) – самые большие известные структуры в космосе.
Масштабная линейка: одно деление сверху - 1 миллиард световых лет, снизу – 1 миллиард парсек.
Наш дом (в центре) здесь обозначен как Сверхскопление Девы (Virgo Supercluster) – это система, включающая десятки тысяч галактик, в том числе нашу собственную – Млечный Путь (Milky Way).

Более наглядное представление о масштабах обозримой Вселенной даёт следующее изображение:

Схема расположения Земли в наблюдаемой Вселенной – серия из восьми карт

слева направо верхний ряд: Земля – Солнечная система – Ближайшие звезды – Галактика Млечный Путь, нижний ряд: Местная группа галактик – Скопление Девы – Местное Сверхскопление – Обозримая (наблюдаемая) Вселенная.

Чтобы лучше прочувствовать и осознать, о каких колоссальных, не сопоставимых с нашими земными представлениями, масштабах идет речь, стоит посмотреть увеличенное изображение этой схемы в медиа просмотрщике .

А что можно сказать о всей Вселенной? Размер всей Вселенной (Мироздания, Метавселенной), надо полагать, гораздо больше!

Но, вот какая она эта вся Вселенная и как устроена, это пока остается для нас загадкой…

А как насчет центра Вселенной? Наблюдаемая Вселенная имеет центр - это мы! Мы находимся в центре наблюдаемой Вселенной, потому что наблюдаемая Вселенная - это просто участок космоса, видимый нам с Земли.

И подобно тому, как с высокой башни мы видим круглую область с центром в самой башне, также мы видим область космоса с центром от наблюдателя. На самом деле, если говорить точнее, каждый из нас - центр своей собственной наблюдаемой Вселенной.

Но это не значит, что мы находимся в центре всей Вселенной, как и башня - отнюдь не центр мира, а только центр того кусочка мира, который с нее видно - до горизонта.

То же и с наблюдаемой Вселенной.

Когда мы смотрим в небо, мы видим свет, который 13,8 миллиарда лет летел к нам из мест, которые уже в 46,5 миллиардах световых лет от нас.

Мы не видим то, что за этим горизонтом.

Инструкция

«Открылась бездна, звезд полна; звездам числа нет, бездне – дна», - писал в одном из стихотворений гениальный российский ученый Михаил Васильевич Ломоносов. Это и есть поэтическое утверждение бесконечности Вселенной.

Возраст «бытия» обозримой Вселенной - около 13,7 миллиардов земных лет. Свет, который приходит от далеких галактик «с края мира», идет до Земли более 14 миллиардов лет. Получается, диаметральные размеры Вселенной можно вычислить, если примерно 13,7 умножить на два, то есть 27,4 миллиарда световых лет. Радиальный размер сферической модели - примерно 78 млрд световых лет, а диаметр – 156 млрд световых лет. Это - одна из последних версий американских ученых, результат многолетних астрономических наблюдений и расчетов.

В обозримой вселенной 170 миллиардов галактик, подобных нашей. Наша как бы находится в центре гигантского шара. От самых дальних космических объектов виден реликтовый свет – фантастически древний с точки зрения человечества. Если проникнуть очень глубоко в систему пространство-время, можно увидеть юность планеты Земля.

Существует конечный предел возраста наблюдаемых с Земли светящихся космических объектов. Вычислив предельный возраст, зная время, которое понадобилось свету для того, чтобы пройти расстояние от них до поверхности Земли, и зная константу, скорость света, по известной со школы формуле S=Vxt (путь = скорость, умноженная на время) ученые и определили вероятные размеры наблюдаемой Вселенной.

Представлять Вселенную в форме трехмерного шара – не единственный путь построения модели Вселенной. Есть гипотезы, предполагающие, что Вселенная имеет не три, а бесконечное число измерений. Есть версии, что она, подобно матрешке, состоит из бесконечного множества вложенных друг в друга и отстоящих друг от друга шарообразных образований.

Есть предположение, что Вселенной неисчерпаема по различным критериям и разным осям координат. Люди считали мельчайшей частицей материи «корпускулу», потом «молекулу», потом «атом», потом «протоны и электроны», потом заговорили об элементарных частицах, которые оказались совсем не элементарными, о квантах, нейтрино и кварках… И никто не даст гарантию, что внутри очередной супермикроминичастицы материи не находится очередная Вселенная. И наоборот – что видимая Вселенная не представляет собой только микрочастицу материи Супер-Мега-Вселенной, размеры которой никому не дано даже вообразить и подсчитать, настолько они велики.