Авторизация

Все что есть во вселенной


Из чего состоит Вселенная?

Вы все еще удивляетесь, когда слышите, что ученые обнаружили воду на экзопланете? В действительности, это обыденный факт, который имеет мало интереса для поиска жизни за пределами нашей планеты. В рамках вселенной есть масса других, более удивительных вещей, о которых мы постараемся Вам рассказать в нашем материале. А о распространенности воды Вы сможете узнать из следующей публикации.

Нормальная материя – 5%

Когда речь идет о составе Вселенной, в первую очередь нужно отметить более привычные для нас вещи. Их можно условно объединить в одну категорию «нормальной материи».

Нормальная материя включает: звезды и галактики, газы и нейтрино.

Согласно разным опросам, людям преимущественно кажется, что наша Вселенная в основном состоит из звезд и планет. Кто-то также добавляет газы и черные дыры. Визуально, если учитывать возможности человеческого глаза, телескопы и рядовое современное оборудование, это действительно так.

Вы можете удивиться, но, если мы обратимся глубже в науку, сможем узнать, что вся «нормальная материя» занимает лишь 5% от состава Вселенной. Рассмотрим все составляющие этой материи детальнее.

Тяжелые элементы – 0,03%

В течении первых 500 миллионов лет после рождения нашей Вселенной, единственными существующими элементами оставались водород и гелий. Для образования других, тяжелых элементов, потребовался период рождения и смерти звезд.

Формирование тяжелых элементов происходит, когда звезда сжигает водород или другие элементы в своем ядре. После своей смерти, звезда разбрасывает сформировавшиеся элементы в пространстве в результате образования туманности или взрыва сверхновой. Эти разбросанные элементы в дальнейшем служат для создания новых звезд, планет и других объектов.

Процесс является достаточно медленным, поэтому в нашей Вселенной находится всего 0,03% тяжелых элементов от общего состава.

Нейтрино – 0,3%

Нейтрино создаются во время ядерного синтеза, практически не имеют массы и двигаются со скоростью света. Они имеют крайне слабое взаимодействие с веществом. Изучение нейтрино позволило определить скорость ядерного синтеза Солнца и других звезд, а также подсчитать их количество во Вселенной. Согласно расчетам, эта цифра составляет около 0,3% от всего состава Вселенной.

Звезды – 0,4%

Когда Вы смотрите на ночное небо, то видите много ярких объектов. Практически все их них – звезды. В нашей системе присутствует только одна звезда – Солнце. Однако уже в рамках нашей галактики Млечный путь, их количество возрастает до 200-400 миллиардов. Сложно представить, сколько звезд существует во всей Вселенной. Тем не менее, несмотря на их внушительные размеры и невероятную распространенность, в общем составе они занимают всего 0,4%. Совсем мало.

Газы – 4%

Газы обычно занимают пространство между звездами и даже галактиками. Они более распространены, и преимущественно представлены только водородом и гелием. В основном, мы не видим этот газ через телескоп. Для его обнаружения помогает более сложное оборудование, базирующееся на обнаружении радиоволн, инфракрасных и рентгеновских волн. Но даже газу не удается занять какое-то существенное место в составе Вселенной.

Темная материя – 22%

При детальном анализе галактик, кластеров галактик и их взаимодействия ученые обнаружили, что весь объем газа и пыли не объясняет то, что мы наблюдаем. Согласно подсчетам, около 80% массы в галактиках невидимы на любой длине волны света, радиоволнах и гамма-лучах.

Происхождение этой таинственной массы неизвестно. На сегодняшний день лучшим предложением из существующих является холодная темная материя. Предполагается, что это частицы, схожие с нейтрино, но обладающие гораздо большей массой. Согласно некоторым предположениям, они могли появиться в результате теплового взаимодействия при ранней формации галактик. Пока ученым не удалось обнаружить или искусственно создать темную материю в лабораторных условиях.

Темная энергия – 73%

Понимание темной материи без детального изучения этого вопроса достаточно сложно. Понять темную энергию еще сложнее. Это вещество, которое должно составлять наибольший процент состава Вселенной. И, конечно же, эта составляющая наименее понятна для науки. Вполне вероятно, что темная энергия и вовсе не является очень массивной. Она может существовать в качестве странного и пока необъяснимого свойства пространства-времени. Также, она может быть некой необъяснимой формой энергетического поля, которое буквально пронизывает всю вселенную. Или чем-то совсем другим. Мы пока не знаем. Чтобы понять темную энергию, нам потребуется много времени и гораздо больше информации.

Очень часто можно увидеть, что процентное соотношение разных веществ изменяется. Не воспринимайте это как ошибку. Измерить состав Вселенной крайне точно, в частности, когда существует неизученная темная материя и темная энергия. Показатели в любых таблицах должны сходиться приблизительно к 70% темной энергии, 25% темной материи и 5% нормальной материи.

Мы благодарны Вам за чтение наших материалов!Подписывайтесь на канал Achernar и получайте больше интересных публикаций в своей ленте. Вы можете найти нас и на других площадках:

Вконтакте: vk.com/achernarofficialTelegram: t.me/achernarofficial

zen.yandex.ru

Космос

Вселенная – это огромнейшее и неисследованное место. Важно понимать, что на изучение конкретной темы или даже вопроса могут уходить десятки, а то и сотни лет. Существует миллион различных направлений, включающих сотни ответвлений. Чтобы вас не ошарашил такой информационный массив, мы предлагаем список тем, которые раскрывают информацию о Вселенной.

Некоторые думают, что Вселенная закончится взрывом. Она будет сокращаться, пока не вернется в исходную точку. За этим последует новый Большой Взрыв и образуется следующая Вселенная. Это основа циклической версии.

Большая часть научного сообщества соглашается с тем, что Вселенная плоская. Это основание базируется на показаниях прибора WMAP (изучение реликтового излучения). Но есть и те, кто не согласен. Не будем забывать, что не так давно все свято верили в плоскость Земли, так что в таких вопросах всегда остаются сомнения.

Конечно, вышеописанные сведения – всего лишь кратчайшее изложение, а вот детали вы узнаете по ссылкам. Каждая статья раскрывает интересующий вопрос и излагает все на понятном языке. Поэтому вам не придется тратить всю жизнь на изучение Вселенной, ведь ученые предоставили вам готовые сведения. Вы сможете больше узнать о Солнечной системе с описанием, характеристикой и качественными фото планет, а также изучить звезды, галактики, экзопланеты, туманности, звездные скопления, пульсары, квазары, черные дыры, созвездия, темную энергию и темную материю. Нужно лишь перейти по заинтересовавшей ссылке.

Созвездия
Получив нужные сведения, вы сможете видеть в ночном полотне не просто случайные звезды, а реальных персонажей, за которыми стоят истории, мифы и легенды. Впустите в свою жизнь созвездия, с легкостью находите их в безграничном пространстве и без проблем ориентируйтесь в родной галактике.

Зимнего неба

Весеннего неба

Летнего неба

Осеннего неба

Некоторые даже не понимают, насколько сложным и масштабным выглядит вопрос: «Что такое Вселенная?». Можно потратить десятилетия на исследования и рассекретить лишь верхушку айсберга. Возможно, мы говорим не просто об огромном мире, но бесконечном. Поэтому нужно быть энтузиастом своего дела, чтобы погрузиться во все эти загадки, на расшифровку которых может уйти вся жизнь.

Что же такое Вселенная? Если емко, то это сумма всего существующего. Это все время, пространство, материя и энергия, образовавшиеся и расширяющиеся вот уже 13.8 миллиардов лет. Никто не может точно сказать, насколько обширны просторы нашего мира и пока нет точных предсказаний финала. Но исследования выдвигают множество теорий и пазл за пазлом собирают картинку.

Определение Вселенной

Само слово «Вселенная» происходит от латинского «universum». Впервые его использовал Цицерон, а уже после него оно стало общепринятым у римских авторов. Понятие обозначало мир и космос. На тот момент люди в этих словах видели Землю, все известные живые существа, Луну, Солнце, планеты (Меркурий, Венера, Марс, Юпитер и Сатурн) и звезды.

Геоцентрическая концепция Вселенной Птолемея, созданная Бартоломеу Велью

Иногда вместо «Вселенная» используют «космос», которое с греческого переводится как «мир». Кроме того, среди терминов фигурировали «природа» и «все». В современном понятии вмешают все, что существует во Вселенной – наша система, Млечный Путь и прочие структуры. Также сюда входят все виды энергии, пространство-время и физические законы.

Иерархическое формирование галактик во Вселенной

Астрофизик Ольга Сильченко о свойствах темной материи, веществе в ранней Вселенной и реликтовом фоне:

Материя и антиматерия во Вселенной

изик Валерий Рубаков о ранней Вселенной, стабильности вещества и барионном заряде:

Происхождение Вселенной

Как появился космос и все, что мы знаем? Вселенная берет свое начало 13.8 лет назад с Большого Взрыва. Это не единственное предположение (теория колеблющейся Вселенной или устойчивого состояния), но только ему удается объяснить появление всей материи, физических законов и прочих формирований.  Теория также способна рассказать, почему происходит расширение, что такое реликтовое излучение и прочие известные явления.

Теория Большого Взрыва: сингулярность – стартовая точка, с последующим расширением

Ученые начали рассматривать Вселенную с настоящего момента и постепенно возвращались к стартовой точке. Отсюда выплыло предположение, что все началось с бесконечной плотности и исчисляемого времени, запустивших процесс расширения. После первого этапа температурные показатели упали, что помогло сформироваться субатомным частицам, а после них – простые атомы. Позже гигантские облака этих формирований соединились с гравитационными силами, порождая звезды и галактики.

Официальный возраст Вселенной – 13.8 миллиардов лет. Проводя тесты с ускорителями частиц, теоретическими принципами, а также исследуя небесные объекты, ученым удалось воссоздать этапы событий, чтобы вернуть нас с современности в мгновение начала всего.

Но наиболее отдаленный период Вселенной (от 1043 до 1011 секунд) все еще вызывает споры. Стоит учитывать, что современные физические законы к тому времени еще не применимы, поэтому никто не может понять, как повела себя Вселенная. Но все же есть сторонники некоторых теорий, которые помогли выделить главные временные промежутки вселенской эволюции: сингулярность, инфляция и охлаждение.

Графическое представление сингулярности Вселенной

Сингулярность (эпоха Планка) – самый ранний период Вселенной. На этом этапе материя была собрана в одной точке бесконечной плоскости, где царствовали экстремальные температурные режимы. В физическом плане доминирует исключительно сила гравитации.

Это время длилось от 0 до 1043 секунд. Свое второе название эпоха получила в честь Планка, потому что лишь эта обсерватория способна проникнуть в такой промежуток. Вселенная была лишенной устойчивости, потому что вещество было не просто невероятно накаленным, но и сверхплотным. По мере расширения и снижения накаленности, возникли физические законы. С 1043 до 1036 секунды запустился температурный переход.

Начали выделяться фундаментальные силы, отвечающие за вселенские механизмы. Первой была гравитация, затем электромагнетизм и первая ядерная сила. С 1032 и до сегодня длится инфляция. Моделирование демонстрирует, что Вселенная была наполнена однородной энергией с высокой плотностью. Расширение заставило ее терять температуру.

Это началось с 1037 секунд, когда выделение сил привело к экспоненциальному росту. В этот промежуток стартует барионегез – гипотетическое событие, характеризующееся настолько высокими температурными показателями, что случайные движения частиц осуществлялись на релятивистских скоростях. При столкновениях они создавались и уничтожались. Полагают, что именно из-за этого материя преобладает над антиматерией.

Когда инфляция подошла к концу, пространство представляло собою кварк-глюонную плазменную структуру и прочие элементарные частички. С остыванием материя сливалась и формировала новые структуры. Период охлаждения наступил с уменьшением температуры и плотности. В этом процессе элементарные частички и фундаментальные силы приобрели современный вид.

Есть мнение, что через 1011 секунд энергия стремительно снизилась. Еще спустя 106 секунд кварки и глюоны объединились в барионы, что привело к их переизбытку. Температура больше не достигала необходимой отметки, поэтому у протонов-антипротонов исчезла возможность формировать новые пары. Произошла массовая аннигиляция, оставившая лишь 1010 изначального их количества. То же самое случилось и для электронов и протонов спустя секунду.

Оставшиеся протоны, электроны и нейтроны оставались статичными, поэтому вселенская плотность обеспечивалась только фотонами и нейтрино. Прошло еще несколько минут, и начался нуклеосинтез.

Температура остановилась на отметке в миллиард кельвинов, а плотность уменьшилась. Поэтому протоны и нейтроны начали сливаться, формируя изотоп водорода (дейтерий) и атомы гелия. Но большая часть протонов все же оставалась «одиночной».

Проходит 379000 лет и электроны, объединенные с ядрами водорода, создали атомы, а отделенное излучение продолжило расширяться. Сейчас мы знаем его как реликтовое (древнейший вселенский свет). По мере расширения, его плотность и энергия терялись. Современная температура –  2.7260 ± 0,0013 К (-270,424 °C) и плотность энергии 0,25 эВ/см3. Вы можете посмотреть в любую сторону и повсюду натолкнетесь на остатки этого излучения.

Вселенная до горячей стадии

Физик Валерий Рубаков о реликтовом излучении, зарождении неоднородностей и гравитационных волнах:

Эволюция Вселенной

Как происходил процесс развития и эволюции Вселенной? В течение следующих миллиардов лет гравитация заставила более плотные области притягиваться. В этом процессе формировались газовые облака, звезды, галактические структуры и прочие небесные объекты. Этот период именуют Структурной Эпохой, так как именно в этот временной отрезок зарождалась современная Вселенная. Видимое вещество распределялось на различные формирования (звезды в галактики, а те в скопления и сверхскопления).

Ранняя Вселенная

Физик Валерий Рубаков о расширении Вселенной, Большом взрыве и инфляционной модели:

Инфляционная стадия ранней Вселенной

Физик Алексей Старобинский о самой ранней стадии развития Вселенной, пространстве де Ситтера и метрике пространства-времени:

Если говорить о деталях процесса, то они зависят количества и разновидности материи. Можно выделить 4 типа темной: холодная, теплая, горячая и барионная. Из них стандартной считается Лямбда-CDM (холодная темная материя). В ней частички перемещаются со скоростью, уступающей скорости света.

Она составляет 23% вселенской материи, а барионная достигает лишь 4.6%. Лямбда дает отсылку к космологической константе, созданной Альбертом Эйнштейном. Она доказывала, что равновесие массы-энергии остается в статике.

Этапы эволюции Вселенной. Нажмите на изображение, чтобы его увеличить

Также связана с темной энергией, послужившей причиной ускорения Вселенной и оставляющей ее структуру однородной. Темную энергию нельзя увидеть напрямую, но ее наличие доказывают многочисленные теории. Считается, что 73% пространства насыщено ею.

Гравитация преобладала над всеми процессами еще на ранних этапах, когда барионное вещество располагалось ближе. Но темная энергия росла и стала доминирующей силой. Это привело к ускорению всех процессов и старту Эпохи Ускорения.

Считают, что это время началось 5 миллиардов лет назад. Этот период описывает в своих уравнениях Эйнштейн, хотя все же настоящая природа темной материи еще не раскрыта. Кроме того, все еще не придумали схем, способных объяснить, что произошло во Вселенной до 1015 секунд после возникновения всего.

Однако ученые не теряют надежды и экспериментируют с Большим адронным коллайдером, пытаясь воссоздать необходимые условия для Большого Взрыва. Прорыв в этой области поможет понять, как гравитация взаимодействует со слабой и сильной ядерными силами, а также электромагнетизмом.

Структура Вселенной

Хотя старейший свет достигает 13.8 миллиардов световых лет (реликтовое излучение) это не реальные размеры Вселенной. Не будем забывать, что вот уже миллиарды лет пространство расширяется со скоростью выше скорости света. Именно из-за этого нам не удается увидеть край (если он есть).

Полагают, что Вселенная простирается на 91 миллиардов лет (29 миллиардов парсек) в диаметре. А это значит, что в любую сторону от нашей системы нам доступно 46 миллиардов световых лет наблюдения. Однако, мы все еще не знаем истинного размера космического пространства, так что есть вариант, что Вселенная не имеет границы.

Диаграмма Вселенной Лямбда-CBR (от Большого Взрыва к нашей эре).

Вещество распределяется в соотношении со структурами. Если брать галактические пределы, то мы видим планеты, звезды и туманности, чередующиеся с пустыми участками. Даже если увеличивать картинку, то сама суть остается той же. Галактики отделены газовыми и пылевыми участками. На высшем уровне мы видим сверхскопления, формирующиеся в нити, разделенные гигантскими космическими пустотами.

Пространство-время способно существовать в одной из трех конфигураций: положительно-изогнутая, отрицательно-изогнутая и плоская. Подобные виды основываются на 4 измерениях (координаты x, y, z и время) и зависят от космического расширения (повлияет бесконечность или конечность пространства).

Положительно-изогнутая представляет собою четырехмерную сферу. У нее есть конец, но не виден резкий край. Отрицательно-изогнутую еще называют открытой, потому что напоминает седло, у которого нет границ. Нижний рисунок демонстрирует возможные варианты форм Вселенной.

Возможные формы наблюдаемой Вселенной.

В первом случае, расширение Вселенной должно было остановиться из-за огромного количества энергии. Во втором ее слишком мало, чтобы остановить его. А в последнем – критическое число энергии заставило бы расширение остановиться, но через бесконечное время.

Аккреция

Астрофизик Сергей Попов о сверхмассивных черных дырах, образовании планет и аккреции вещества в ранней Вселенной:

Измерение расстояний до небесных тел

Астроном Владимир Сурдин о цефеидах, вспышках сверхновых звезд и скорости расширения Вселенной:

Что ждет Вселенную?

Если мы знаем о наличии стартовой точки, то нас должен волновать и финиш. Что же нас ждет? Вечное расширение? Или же возвращение в компактный первородный шарик? Как умрет Вселенная? Эти вопросы возродились, когда велись дискуссии об истинной модели Вселенной. В 1990-х годах научное сообщество определилось с Большим Взрывом, создав два возможных варианта конца.

Познакомьтесь с Большим Сжатием. Вселенная продолжит разрастаться до максимального объема, а затем запустит процесс саморазрушения. Это возможно, если массовая плотность превышает критическую. Если же это значение такое же или ниже, тогда в игру вступает Большое Замораживание. Пространство также продолжит расширяться, пока звезды не смогут поддерживать процесс формирования (израсходуется весь газ). Все уже существующие звезды сгорели бы и трансформировались в белых карликов, а нейтронные – в черные дыры.

Возможные варианты конца Вселенной

Конечно, черные дыры стали бы притягиваться, порождая настоящих гигантских монстров. Средняя температура пространства достигла бы абсолютного нуля, и черные дыры испарились. Энтропия вырастет до такой степени, что запустит сценарий тепловой смерти, когда уже просто невозможно извлечь никакой организованной формы энергии.

Есть также теория фантомных энергий. Она полагает, что галактические скопления, планеты, звезды, ядра и даже материя разорвутся из-за расширения. Такой исход называют Большим разрывом.

История изучения Вселенной

Если говорить в общем, то природу вещей изучают еще с начала времен. Наиболее ранние известия о Вселенной представлены в мифах и передавались устно. По большей части все начинается с момента творения, за которое ответственен Бог или боги.

Астрономия появилась в Древнем Вавилоне. Созвездия и календари фигурируют у них еще 2000 лет до н.э. Более того, им даже удалось создать предсказания на последующую тысячу лет. Греческие и индийские ученые подходили к вопросам Вселенной с философской стороны, сосредотачиваясь не на божественном вмешательстве, а на причине и следствии. Можно вспомнить Фалеса и Анаксимандра, утверждавших, что все появилось из первозданной материи.

Эмпедокл (5-й век до н.э.) стал первым в западном мире, кто предположил, что Вселенная представлена землей, воздухом, водой и огнем. Эта система стала очень популярной среди философов, так как сильно походила на китайскую: металл, дерево, вода, огонь и земля.

Ранняя атомная теория утверждала, что разные материалы состоят из атомов различной формы

Только с Демокритом приходит теория о неразделимых частицах (атомов), из которых и состоит пространство. Ее продолжил философ из Индии по имени Канада, считавший, что свет и тепло являются одним веществом, просто представленным в разных формах. Буддийский философ Дигнана еще более продвинулся, заявив, что вся материя – энергия.

Идея о конечности времени вошла в христианство, иудаизм и ислам. Они верили, что у Вселенной есть начало и конец. Космология продолжала развиваться, и греки выдвигают геоцентрическую модель, которая гласит, что в центре всего стоит Земля, вокруг которой вращаются небесные тела. Детальнее всего это описано в «Альмагесте» Птолемеем. Это станет каноном и продлится до Средневековья.

Сравнение геоцентрической и гелиоцентрической моделей Вселенной

Еще до периода научной революции (16-18 века) появлялись ученые, считавшие, что в основе всего должна стоять гелиоцентрическая модель, где в центре нашей системы расположено Солнце. Среди них фигурируют Аристарх Самосский (310-230 гг. до н.э.) и Селевк (190-150 гг. до н.э.).

Хотя в индийские, персидские и арабские философы развивали идеи Птолемея, находились и революционеры. Например, Ас-Сиджизи или Ариабхата. В 16-м веке появляется Николай Коперник. Его заслуга в том, что он выдвинул концепцию гелиоцентрической модели и обосновал доказательства ее верности. Они основывались на 7 принципах:

  • Небесные тела не совершают вращение вокруг одной точки.
  • Луна вращается вокруг Земли, а все сферы совершают оборот вокруг Солнца, расположенного возле вселенского центра.
  • Дистанция Земля-Солнце – это лишь незначительная часть расстояния от Солнца к другим звездам, поэтому мы не видим параллакс.
  • Звезды пребывают в неподвижном состоянии – кажущееся движение вызвано земным осевым вращением.
  • Земля двигается по орбитальному пути, поэтому кажется, что Солнце мигрирует.
  • У Земли наблюдается больше одного движения.
  • Орбитальный земной проход создает впечатление, что другие планеты движутся в обратном направлении.

Титульный лист «Диалога» (1632)

Более расширенная версия его идей появилась в 1532 году, когда дописал «О вращении небесных сфер». В рукописи фигурировали те же аргументы, но уже подкрепленные научными доводами и примерами. Но автор переживал, что его начнут преследовать со стороны церкви и работа увидела свет лишь в 1542 году после его смерти.

За его идеи взялись ученые 16-17-х веков. Особой заслуги достоин Галилео Галилей. При помощи своего нового изобретение (телескоп) он впервые взглянул на Луну, Солнце и Юпитер, которые не вписывались в геоцентрическую модель, зато соответствовали гелиоцентрической.

В начале 17-го века его записи опубликовали. Интересными были наблюдения кратерной поверхности Луны, а также детализация крупнейших спутников Юпитера и выявление солнечных пятен. Не обошел он стороною и Млечный Путь, который до этого считался туманностью. Галилей увидел, что перед ним множество плотно расположенных звезд.

В 1632 году он выступил за гелиоцентрическую модель в трактате «Диалог о двух системах мира». Его аргументы разбили верования Птолемея и Аристотеля. Дальнейшему укреплению способствовала теория Иоганна Кеплера об эллиптических орбитах планет. Дальше появляется Исаак Ньютон, создавший теорию всемирного тяготения. В трактате 1687 года он описал три закона движения:

  • При наблюдении в инерциальной системе, объект пребывает в покое или двигается с постоянной скоростью, пока на него не повлияет внешняя сила.
  • Векторная сумма внешних сил (F) равняется массе (m) объекта, умноженной на вектор ускорения (a): F = ma.
  • Когда первое тело прикладывает силу ко второму, то второе одновременно прикладывает силу, равную по величине и противоположную по направлению к первому.

Демонстрация дистанции между планетами в Солнечной системе

Все вместе эти принципы описывали связь между объектом, воздействующими силами и движением. Это стало основой для классической механики. С их помощью Ньютон определил массы планет, выравнивание Земли на полюсах и выпуклость на экваторе, а также то, что сила тяжести между Солнцем и Луной создает приливы на Земле.

Следующий прорыв произошел в 1755 году. Иммануил Кант выдвигает идею, что Млечный Путь – огромная звездная коллекция, скрепленная общей гравитацией. Звезды вращаются, формируя сплющенный диск, а Солнечная система расположена внутри него.

В 1785 году Уильям Гершель хотел вычислить форму галактики, но он не догадался, что большая ее часть скрыта за пылью и газом. Пришлось ждать 20-го века и появления Эйнштейна с его Специальной и Общей теориями относительности. Началось с того, что он просто хотел решить законы ньютоновской механики законами электромагнетизма. В 1905 году появилась Специальная теория относительности.

Она утверждала, что скорость света одинакова для всех инерциальных систем координат. Но это вступало в противоречие с предыдущим мнением (свет, проходящий сквозь движущуюся среду, будет следовать вдоль среды, то есть, скорость света равняется сумме скорости прохода сквозь среду и скорость самой среды).

Получается, что эта теория сделала так, что среда вообще оказалась лишней. В 1907-1911х гг. Эйнштейн думал, как применить теорию к гравитационным полям. В итоге, он создал Общую теорию относительности (время относится к наблюдателю и зависит от его расположения в гравитационном поле).

Здесь же появляется принцип эквивалентности – гравитационная масса равняется инерционной массе. Он также предсказал замедление гравитационного времени, существование черных дыр и расширение Вселенной.

В 1915 году появляется радиус Шварцшильда – точка, в которой масса сферы будет так сильно сжата, что скорость ухода с поверхности приравнивается к скорости света (является результатом решения уравнение поля Эйнштейна). В 1931 году Субраманьян Чандрасекар использовал наработки Эйнштейна, чтобы понять, что если масса не вращающегося тела вырожденного электрона выше определенной отметки, то оно само рухнет.

В 1929 году Эдвин Хаббл подтвердил, что Вселенная расширяется. Для этого он замерил красное смещение, в котором галактики отходили от Млечного Пути. Кроме того, сумел продемонстрировать, что чем дальше галактика, тем быстрее скорость отдаления.

В 1931 году Жорж Леметр независимо подтвердил расширение и предположил, что Вселенная началась с маленького объекта (зарождение теории Большого Взрыва). То есть, в определенный момент вся масса была сконцентрирована в одной крошечной точке. Эта идея вызвала бурные споры в 1920-1930-х годах, так как все еще были сторонники статичной Вселенной.

Но споры разрешились в 1965 году, когда обнаружили реликтовое излучение. В это же время появляется предположение, что темная материя является недостающей массой Вселенной. Расширили понимание Вселенной наработки Стивена Хокинга и остальных физиков, подтвердивших вариант Большого Взрыва.

В 1990-х годах все силы тратились на попытку разобраться в темной энергии. Ее появление помогло объяснить, почему пространство продолжает ускоряться. Естественно, эпоха новых телескопов позволила впервые заглянуть в глубины космоса, а значит и в прошлое (определение возраста и плотности материи).

Хаббл Deep Field

Результаты 2016 года показывают, что скорость расширения Вселенной выше, чем полагали ранее, а значит, и постоянная Хаббла увеличилась на 5-9%. Появление телескопа нового поколения Джеймс Уэбб позволит совершить дальнейшие прорывы в изучении Вселенной.

Кажется, что человечество серьезно продвинулось в исследовании мира. Но проблема в том, что мы лишь приоткрыли дверь и с удивлением смотрим на все эти чудеса, многим из которых все еще нет объяснения. Поэтому нас ожидает еще множество открытий и сюрпризов.

Космический рентгеновский фон

Астрофизик Михаил Ревнивцев о поиске источников фона, сверхмассивных черных дырах и рентгеновских обсерваториях:

Поиск первичных гравитационных волн

Физик Алексей Старобинский о перспективах открытия гравитационных волн, инфляционной теории ранней Вселенной и скалярных возмущениях:

Вопросы про Вселенную

Общее вопросы про космос

v-kosmose.com

11 УДИВИТЕЛЬНЫХ ВЕЩЕЙ, КОТОРЫЕ ПРОИЗОЙДУТ ДО КОНЦА СУЩЕСТВОВАНИЯ ВСЕЛЕННОЙ

Ничто не вечно. И наша Вселенная, конечно, тоже умрет. Поговаривают, ее ждет вечное расширение и, в конце концов, смерть от энтропии. Вселенная увеличивается, и энтропия растет и будет расти, пока все, что нам дорого, не умрет. Но это сантименты, а мы люди ученые, поэтому нам интересно, как будет выглядеть конец Вселенной? Чем он будет сопровождаться? Не, ну любопытно же.

На ночном небе не останется звезд

Через 150 миллиардов лет ночное небо на Земле будет выглядеть совсем иначе. Пока Вселенная стремится к своей тепловой смерти, пространство расширяется быстрее скорости света. Мы знаем, что скорость света является жестким ограничителем скорости всех объектов во Вселенной. Но это применяется только к объектам, которые находятся в пространстве, а не самой ткани пространства-времени. Это трудно понять на лету, но ткань пространства-времени уже расширяется быстрее скорости света. И в будущем это повлечет за собой странные последствия.

Поскольку само пространство расширяется быстрее света, существует космологический горизонт. Любой объект, который уходит за этот горизонт, потребует от нас способности наблюдать и записывать данные о нем с помощью частиц, путешествующих быстрее света. Но таких частиц не существует. Как только объекты уходят за космологический горизонт, они становятся недоступными для нас. Любая попытка контакта или взаимодействия с далекими галактиками за этим горизонтом потребует от нас технологий, способных двигаться быстрее расширения самого пространства. Пока лишь несколько объектов находятся за пределами нашего космологического горизонта. Но поскольку темная энергия ускоряет расширение, все в конечном итоге окажется за пределами досягаемости наших глаз.

Что это означает для Земли? Представьте, что смотрите в ночное небо через 150 миллиардов лет. Единственное, что будет видно, это несколько звездочек, которые остались в пределах космологического горизонта. В конце концов, уйдут и они. Ночное небо будет полностью чистым, как табула раса. Астрономы будущего не смогут доказать, что во Вселенной есть какой-нибудь другой объект. Все звезды и галактики, которые мы видим сейчас, исчезнут. Для нас во всей Вселенной останется только Солнечная система. Правда, Земля вряд ли доживет до этого, но об этом ниже.

Жизнь после смерти Солнца не исчезнет

Всем известно, что звезды не вечны. Их срок жизни начинается вместе с их образованием, продолжается всю фазу главной последовательности (на которую приходится большая часть жизни звезды) и заканчивается со смертью звезды. В большинстве случаев звезды раздуваются в несколько сотен раз больше своего обычного размера, заканчивая фазу главной последовательности, а вместе с этим поглощают любые планеты, которые оказываются близко к ним.

Тем не менее для планет, которые вращаются вокруг звезды на больших расстояниях (за пределами «линии промерзания» системы), эти новые условия могут фактически стать достаточно теплыми, чтобы поддерживать жизнь. Согласно недавнему исследованию, проведенному в Институте Карла Сагана при Корнелльском университете, эта ситуация у некоторых звездных систем может продолжаться миллиарды лет и привести к появлению совершенно новых форм внеземной жизни.

Примерно через 5,4 миллиарда лет наше Солнце выйдет из фазы главной последовательности. Исчерпав водородное топливо в ядре, пепел инертного гелия, который там соберется, станет нестабильным и коллапсирует под действием собственного же веса. Это приведет к тому, что ядро нагреется и станет плотнее, что, в свою очередь, приведет к увеличению Солнца в размерах — звезда войдет в фазу «ветви красных гигантов».

Этот период начнется, когда наше Солнце станет субгигантом и будет медленно увеличиваться вдвое в течение около полутора миллиардов лет. Следующие полмиллиарда лет оно будет расширяться быстрее, пока не превысит свой текущий размер в 200 раз и не станет в несколько тысяч раз ярче. Потом оно официально станет красным гигантом и его диаметр составит приблизительно 2 а. е. — Солнце выйдет за пределы текущей орбиты Марса.

Очевидно, Земля не переживет появление красного гиганта в Солнечной системе, как и Меркурий, Венера или Марс. Но за «линией промерзания», где достаточно холодно, чтобы летучие соединения — вода, аммиак, метан, диоксид углерода и окись углерода — оставались в замороженном состоянии, останутся газовые гиганты, ледяные гиганты и карликовые планеты. И начнется тотальная оттепель.

Короче говоря, когда звезда расширяется, ее «обитаемая зона» будет делать то же самое, охватывая орбиты Юпитера и Сатурна. Когда это произойдет, ранее нежилое место — вроде спутников Юпитера и Сатурна — может внезапно стать жилым. То же самое справедливо и для многих других звезд во Вселенной, которым суждено стать красными гигантами по мере взросления и умирания.

Когда же наше Солнце дойдет до красной фазы ветви гигантов, ему останется всего 120 миллионов лет активной жизни. Этого времени недостаточно, чтобы появились и развились новые формы жизни, способные стать воистину сложными (вроде людей и других видов млекопитающих). Но согласно недавно опубликованному в The Astrophysical Journal исследованию, некоторые планеты возле других красных гигантов в нашей Вселенной могут оставаться обитаемыми гораздо дольше — до девяти миллиардов лет или больше в некоторых случаях.

Чтобы вы понимали, девять миллиардов лет — это в два раза больше текущего возраста Земли. Предполагая, что интересующие нас миры будут располагать нужным составом элементов, у них будет достаточно времени, чтобы дать начало новым сложным формам жизни. Ведущий автор исследования, профессор Лиза Кальтеннегер, также является директором Института Карла Сагана. Она не понаслышке знает, как искать жизнь во Вселенной:

«Когда звезда стареет и становится ярче, обитаемая зона движется наружу, и вы по сути наблюдаете вторую жизнь планетарной системы. В настоящее время объекты во внешних регионах заморожены в нашей Солнечной системе, как Европа и Энцелад — спутники Юпитера и Сатурна. После того как наше желтое Солнце расширится достаточно, чтобы стать красным гигантом и превратит Землю в выжженную пустыню, в нашей Солнечной системе все еще будут регионы — и в других системах также — где жизнь могла бы процветать».

Когда звезда расширяется, она теряет массу и выталкивает ее наружу в виде солнечного ветра. Планеты, которые вращаются близко к звезде, либо имеют низкую гравитацию на поверхности, могут потерять атмосферу. С другой стороны, планеты с достаточной массой (или расположенные на безопасном расстоянии) могут эту атмосферу сохранить. В контексте нашей Солнечной системы это означает, что через несколько миллиардов лет миры вроде Европы и Энцелада (которые и без того могут иметь жизнь, скрывающуюся под ледяными панцирями) могут стать раем для жизни.

Наше Солнце станет черным карликом

На данный момент наша Вселенная имеет много различных типов звезд. Красные карлики — холодные звезды, испускающие красный свет — являются одними из самых распространенных. Также во Вселенной много белых карликов. Это звездные останки мертвых звезд, состоящие из вырожденного вещества, удерживаемого вместе с помощью квантовых эффектов. В настоящее время астрономы считают, что белые карлики имеют практически бесконечную продолжительность жизни. Но по прошествии определенного времени даже они умрут и станут экзотическими звездами: черными карликами.

Такая судьба ожидает и наше Солнце. В далеком будущем наше Солнце выбросит свои внешние слои и превратится в белую карликовую звезду, которой будет оставаться миллиарды лет. Но однажды даже белые карлики начнут остывать. Спустя 10100 лет они остынут до температуры, равной температуре микроволнового фонового излучения, несколько градусов выше абсолютного нуля.

Когда это произойдет, наше светило станет черным карликом. Поскольку этот тип звезды настолько холодный, человеческому глазу он будет невидим. Для любого, кто попытается найти Солнце, которое подарило нам жизнь, это будет невозможно сделать с помощью оптических систем. Ему придется искать его по гравитационным эффектам. Большинство звезд, которые мы видим в ночном небе, станут черными карликами (еще одна причина, почему ночное небо станет чистым). Но за наше теплое Солнце особенно обидно.

Странные звезды

К тому времени, когда наше Солнце станет черным карликом, звездная эволюция уже завершится. Новые звезды рождаться не будут. Вместо этого Вселенную наводнят холодные останки звезд. И это позволит Вселенной начать создавать странные звезды, которые существенно отличаются от известного нам.

Одна из таких — морозная или холодная звезда. Когда звезды во Вселенной выжигают свое ядерное топливо, они увеличивают свою металличность. В астрономии это мера элементов в звезде, которые тяжелее гелия — практически все элементы, начиная литием. По мере увеличения металличности звезды, они становятся холоднее, поскольку более тяжелые элементы выдают меньше энергии в процессе синтеза. Наконец, звезды станут такими холодными, что будут иметь температуру в 0 градусов, точка замерзания воды.

Если заглянуть еще дальше в будущее, там будет еще более странная звезда. Примерно через 101500 лет в будущем энтропия возьмет свое, и Вселенная будет по сути мертвой. В эти холодные времена управлять Вселенной будут квантовые эффекты.

Квантовое туннелирование позволит легким элементам синтезироваться в нестабильную форму железа. Оно, в свою очередь, будет распадаться на более стабильный изотоп, испуская слабое количество энергии. Эти железные звезды будут единственной формой звезд, возможных в это время. Но они встречаются только в моделях, в которых астрономы не верят в распад протона, так что эта идея не самая популярная.

Все нуклоны распадутся

Перемотаем с точки в 1015 лет после Большого Взрыва до точки в 1034 лет. Если человеческая раса к тому моменту не будет мертва, эту-то эпоху мы уж точно не переживем. Как уже было сказано выше, астрономы постоянно спорят о том, распадется ли протон к концу времен. Допустим, да.

Нуклоны — это частицы в ядре атома, протоны и нейтроны. Свободные нейтроны, как известно, распадаются с периодом полураспада в 10 минут. Но протоны невероятно стабильные. Никто не видел воочию распада протона. Но ближе к концу Вселенной все изменится.

Физики предполагают, что период полураспада протона составляет 1037 лет. Мы не наблюдали этого распада, поскольку Вселенная еще недостаточно стара. В эпоху распада (1034 – 1040 лет) протоны наконец начнут распадаться на позитроны и пионы. К концу эпохи распада все протоны и нейтроны во Вселенной закончатся.

Очевидно, у жизни во Вселенной начнутся проблемы. Если предположить, что человеческая раса пережила изменение Солнца и мигрировала в более дружелюбные части Вселенной, в определенный момент уже законы физики начнут диктовать смерть человеческой расы. Наши тела и все межзвездные объекты состоят из нуклонов. Когда они распадутся, любая жизнь закончится, поскольку сами атомы прекратят существование. Жизнь не сможет продолжить существование в таких условиях (и в такой форме) и Вселенная погрузится в эпоху черных дыр.

Черные дыры наводнят Вселенную

Когда нуклоны исчезнут, черные дыры войдут в права и будут править Вселенной от 1040 года после Большого Взрыва до 10100 года. С этого момента мы начинаем рассуждать о временах настолько долгих, что понять их нашим умишком совершенно невозможно. Спустя время, намного превышающее современный возраст Вселенной, единственными структурами останутся черные дыры.

Когда нуклоны уйдут, главными субатомными частицами станут лептоны — электроны и позитроны. Они будут подпитывать черные дыры. Поглощая остатки вещества во Вселенной, черные дыры будут сами излучать частицы, которые будут наполнять Вселенную фотонами и гипотетическими гравитонами. Но и черным дырам суждено умереть, как решил Стивен Хокинг.

По мнению Хокинга, черные дыры испаряются из-за своего излучения. Излучая они теряют массу в форме энергии. Этот процесс занимает много времени, поэтому мы о нем практически ничего не знаем. Чтобы черная дыра полностью испарилась, должно пройти 1060 лет, поэтому этот процесс еще не протекал до конца на веку нашей Вселенной. Но, как мы уже сказали, в конце концов умрут и черные дыры. От них останутся лишь безмассовые частицы и несколько разрозненных лептонов, которые будут лениво взаимодействовать и терять свою энергию.

Появится атом нового типа

После того, как от нашей Вселенной останется лишь несколько субатомных частиц, может показаться, что говорить больше не о чем. Но жизнь может появиться даже в этом худшем из миров.

Многие годы исследователи частиц говорили о позитронии, атомоподобной связи позитрона и электрона. Две этих частицы имеют противоположные заряды. (Позитрон — это античастица электрона). Следовательно, будут электромагнитно притягиваться. Когда пара таких частиц начнет взаимодействовать, у них могут появиться рудиментарные орбиты и поведение атомов.

Поскольку позитроний будет редким, назвать эту модель позитрониевой «химии» полной нельзя. Но из этих странных «атомов» могут выйти весьма любопытные вещи. Во-первых, они смогут существовать на гигантских орбитах, покрывающих межзвездные пространства. Пока две частицы взаимодействуют, они смогут сохранять пару независимо от расстояний.

Во время эпохи черных дыр некоторые из этих «атомов» будут иметь диаметры, охватывающие расстояния больше, чем наша нынешняя наблюдаемая Вселенная. Состоящие из лептонов позитрониевые атомы переживут распад протона и пройдут через эпоху черных дыр. Кроме того, черные дыры будут создавать позитрониевые атомы в процессе излучения. По прошествии определенного времени распадутся и позитрон-электронные пары. Но до этого Вселенная может родить совершенно неописуемую жизнь.

Все замедлится, даже самая мысль

Когда эпоха черных дыр подойдет к концу и даже эти звездные гиганты исчезнут в темноте, в нашей Вселенной останется лишь несколько вещей, в основном диффузные субатомные частицы и оставшиеся атомы позитрония. После этого во Вселенной все будет происходить чрезвычайно медленно, любое событие может длиться эоны. По мнению некоторых теоретических физиков, таких как Фримен Дайсон, в это время во Вселенной может снова появиться жизнь.

Через долгое-долгое время органическая эволюция может начать развиваться из позитрония. Существа, которые появятся, будут очень отличаться от всего, что мы знаем. Например, они могут быть огромными, охватывая межзвездные расстояния. Поскольку во Вселенной ничего больше не останется, им будет где развернуться. Но поскольку эти формы жизни будут огромными, думать они будут намного медленнее нас. На самом деле, на создание даже одной мысли у такого создания могут уйти триллионы лет.

Нам это может показаться странным, но поскольку эти существа будут существовать на огромных временных отрезках, такая мысль будет для них мгновенной. Они будут существовать невероятно долго, наблюдая за тем, как Вселенная пролетает мимо них. Но и они канут в Лету.

Конец «макрофизики»

К этому моменту Вселенная достигнет практически максимального состояния энтропии, то есть станет однородным полем энергии и нескольких субатомных частиц. Это будет после эпохи черных дыр, много позже после 10100 года. Пространство расширится так сильно, а темная энергия станет настолько мощной, что даже черные дыры перестанут существовать и Вселенная лишится массивных объектов.

Трудно представить себе такую Вселенную. Вы только вдумайтесь: звезды перестанут формироваться, поскольку субатомные частицы, из которых состоит материя, будут разделены такими расстояниями, что никак не смогут встретиться, путешествуя со скоростью света. Даже атомы позитрония не смогут появиться.

Физике настанет конец. Единственной физической моделью, которая продолжит работать, будет квантовая механика. Квантовые эффекты будут происходить даже на огромных межзвездных расстояниях, в гигантских временных рамках. В конце концов, температура Вселенной упадет до абсолютного нуля: не останется энергии, которую можно было бы превратить в работу. В некоторых моделях расширение пространства будет расти, разрывая пространство-время на части. Вселенная прекратит свое существование.

Можно ли сбежать от всего этого?

До сих пор наше путешествие к концу Вселенной сопровождалось лишь мрачными и депрессивными событиями. Но физики не теряют оптимизма и набрасывают для человечества возможные способы пережить конец времен и даже заново запустить нашу Вселенную.

Самый многообещающий способ сбежать из нашей Вселенной с максимальной энтропией — использовать черные дыры, пока распад фотоны не сделает жизнь невозможной. Черные дыры остаются весьма загадочными объектами, но теоретики предлагают использовать их для выхода в новые вселенные.

Современная теория предполагает, что пузырьковые вселенные постоянно рождаются в нашей собственной Вселенной, образуя новые вселенные с материей и возможностью для жизни. Хокинг полагает, что черные дыры могут быть выходами в эти новые вселенные. Но есть одна проблема. Как только вы пересекаете границу черной дыры, пути назад нет. Поэтому если человечество решит отправиться в черную дыру, это будет поездка в один конец.

Для начала придется найти достаточно массивную вращающуюся черную дыру, чтобы пережить поездку через горизонт событий. Вопреки распространенному мнению, через массивные черные дыры безопаснее путешествовать. Космические путешественники будущего могут надеяться, что поездка не закончится плачевно, но никак не смогут связаться со своими друзьями по эту сторону черной дыры и сообщить им о результате. Каждая поездка будет прыжком веры.

Но есть способ убедиться, что по ту сторону нас ждет новая вселенная. По мнению Алана Гута, новорожденной Вселенной нужно всего 1089 протонов, 1089 электронов, 1089 позитронов, 1089 нейтрино, 1089 антинейтрино, 1079 протонов и 1079 нейтронов для старта. Может показаться, что это много, но в сумме это не больше кирпича.

Люди будущего могли бы произвести ложный вакуум — область пространства с потенциалом для расширения — с помощью сверхсильного гравитационного поля. В далеком будущем люди могли бы заполучить технологию для создания ложного вакуума и начать собственную вселенную. Поскольку изначальная инфляция вселенной длится долю секунды, новая вселенная расширится мгновенно и станет новым домом для людей. Быстрый прыжок через червоточину — и мы спасены.

Случайное квантовое туннелирование может перезапустить вселенную

Что будет со Вселенной, которую мы оставили позади? Через некоторое время она наконец достигнет максимальной энтропии и станет совершенно непригодной для жизни. Но даже в этой мертвой вселенной у жизни будет шанс. Исследователи квантовой механики знают об эффекте квантового туннелирования. Это когда субатомная частица может войти в энергетическое состояние, невозможное классически.

В классической механике, например, мяч не может спонтанно взять и закатиться на холм. Это запрещенное энергетическое состояние. У элементарных частиц также есть запрещенные энергетические состояния с точки зрения классической механики, но квантовая механика переворачивает все с ног на голову. Некоторые частицы могут «туннелировать» в эти энергетические состояния.

Этот процесс уже происходит в звездах. Но применительно к концу вселенной возникает странная возможность. Частицы в классической статистической механике не могут переходить от более высокого состояния энтропии на более низкое. Но с квантовым туннелированием — могут и будут. Физики Шон Кэрролл и Дженнифер Чен предложили идею, что через определенное время квантовое туннелирование может спонтанно уменьшить энтропию в мертвой вселенной, привести к новому Большому Взрыву и перезапуску вселенной. Но не задерживайте дыхание. Чтобы спонтанное уменьшение энтропии случилось, придется ждать 1010^10^56 лет.

Есть и другая теория, которая дает нам надежду на новую вселенную — в этот раз от математиков. В 1890 году Анри Пуанкаре опубликовал свою рекуррентную теорему, согласно которой спустя невероятно долгое время все системы возвращаются в состояние, очень близкое к исходному. Это применимо и к термодинамике, в которой случайные тепловые флуктуации во вселенной с высокой энтропией могут привести к ее возврату в изначальное состояние, после чего все начнется снова. Пройдет время, и Вселенная может сформироваться снова, а существа, которые будут в ней жить, не будут иметь ни малейшего понятия о том, что живут в нашей вселенной.

Источник: http://hi-news.ru/science/11-udivitelnyx-veshhej-kotorye-pro...

pikabu.ru

Что есть во вселенной и как она устроена

Большинство ученых считают, что возраст Вселенной составляет 14 млрд лет. Также считается доказанной теория Большого взрыва, однако его причины пока описываются только гипотезами. В частности, одна из теорий предполагает, что причиной стали колебания квантов в вакууме, а согласно теории струн причиной взрыва стало воздействие извне. В связи с этим ряд исследователей ставят под вопрос уникальность Вселенной, считая, что их существует несколько или даже бесконечное множество, так как они образуются постоянно.

После Большого взрыва Вселенная прошла этап быстрого расширения. Считается, что в то время привычная нам материя еще не существовала. Она появилась позднее из энергии, возникшей при Большом взрыве. Первые звезды появились не ранее, чем через 500 млн лет после Большого взрыва. Нужно отметить, что процесс расширения Вселенной продолжается до сих пор.В целом, большинство глобальных процессов Вселенной, например ее расширение, мало повлияет на жизнь на Земле в обозримом будущем.

Как указывают ученые, основной химический элемент во Вселенной - это водород, из него она состоит на 75%. Также основные химические элементы всего окружающего пространства - это гелий, кислород и углерод. Большую часть Вселенной занимает так называемая темная энергия и темная материя, эти субстанции мало изучены, а представления о них в основном абстрактны. Привычное вещество занимает только 5-10%.

Основная форма организации вещества во Вселенной - это звезды и планеты. Они образуют галактики - скопления, в которых небесные тела испытывают взаимное притяжение и влияют друг на друга. Эти системы отличаются по форме, например, Млечный Путь относится к спиральным галактикам. Галактики объединяются в группы, а те, в свою очередь, в сверхскопления. Солнечная система находится в галактике Млечный Путь, которая, в свою очередь, принадлежит к сверхскоплению Девы. Нужно отметить, что Земля расположена не в центре мироздания, но и не на окраине Вселенной.Солнце - это относительно небольшая звезда по масштабам Вселенной.

Кроме звезд и планет, во Вселенной существуют и другие объекты, например кометы. Хотя их траектория шире, чем у планет, они все же движутся по своей орбите. Например, комета Галлея пролетает рядом с Солнцем каждые 76 лет. Еще одна известная категория космических объектов - это астероиды. Они имеют меньший размер, чем планеты, а также на них отсутствует атмосфера. Астероиды могут представлять реальный риск для Земли - часть ученых считает, что исчезновение динозавров и другие изменения флоры и фауны того периода могло быть связано со столкновением Земли с этим небесным телом.

www.kakprosto.ru

О Вселенной

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. 

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

Вселенная – 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 галактик.

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.

Большой взрыв.

Большой взрыв – 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 Землю) 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 тут.

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...

o-planete.ru

Размер Вселенной

Знаете ли вы о том, что наблюдаемая нами Вселенная имеет довольно определённые границы? Мы привыкли ассоциировать Вселенную с чем-то бесконечным и непостижимым. Однако современная наука на вопрос о «бесконечности» Вселенной предлагает совсем другой ответ на столь «очевидный» вопрос.

Согласно современным представлениям, размер наблюдаемой Вселенной составляет примерно 45,7 миллиардов световых лет (или 14,6 гигапарсек). Но что означают эти цифры?

Граница безграничного

Первый вопрос, который приходит в голову обычному человеку – как Вселенная вообще не может быть бесконечной? Казалось бы, бесспорным является то, что вместилище всего сущего вокруг нас не должно иметь границ. Если эти границы и существуют, то что они вообще собой представляют?

Допустим, какой-нибудь астронавт долетел до границ Вселенной. Что он увидит перед собой? Твёрдую стену? Огненный барьер? А что за ней – пустота? Другая Вселенная? Но разве пустота или другая Вселенная могут означать, что мы на границе мироздания? Ведь это не означает, что там находится «ничего». Пустота и другая Вселенная – это тоже «что-то». А ведь Вселенная – это то, что содержит абсолютно всё «что-то».

Мы приходим к абсолютному противоречию. Получается, граница Вселенной должна скрывать от нас что-то, чего не должно быть. Или граница Вселенной должна отгораживать «всё» от «чего-то», но ведь это «что-то» должно быть также частью «всего». В общем, полный абсурд. Тогда как учёные могут заявлять о граничном размере, массе и даже возрасте нашей Вселенной? Эти значения хоть и невообразимо велики, но всё же конечны. Наука спорит с очевидным? Чтобы разобраться с этим, давайте для начала проследим, как люди пришли к современному понимаю Вселенной.

Расширяя границы

Человек с незапамятных времён интересовался тем, что представляет собой окружающий их мир. Можно не приводить примеры о трёх китах и прочие попытки древних объяснить мироздание. Как правило, в конечном итоге все сводилось к тому, что основой всего сущего является земная твердь. Даже во времена античности и средневековья, когда астрономы имели обширные познания в закономерностях движения планет по «неподвижной» небесной сфере, Земля оставалась центром Вселенной.

Естественно, ещё в Древней Греции существовали те, кто считал то, что Земля вращается вокруг Солнца. Были те, кто говорил о множестве миров и бесконечности Вселенной. Но конструктивные обоснования этим теориям возникли только на рубеже научной революции.

В 16 веке польский астроном Николай Коперник совершил первый серьёзный прорыв в познании Вселенной. Он твёрдо доказал, что Земля является лишь одной из планет, обращающихся вокруг Солнца. Такая система значительно упрощала объяснение столь сложного и запутанного движения планет по небесной сфере. В случае неподвижной Земли астрономам приходилось выдумывать всевозможные хитроумные теории, объясняющие такое поведение планет. С другой стороны, если Землю принять подвижной, то объяснение столь замысловатым движениям приходит, само собой. Так в астрономии укрепилась новая парадигма под названием «гелиоцентризм».

Множество Солнц

Вега, снимок ESO

Однако даже после этого астрономы продолжали ограничивать Вселенную «сферой неподвижных звёзд». Вплоть до 19 века им не удавалось оценить расстояние до светил. Несколько веков астрономы безрезультатно пытались обнаружить отклонения положения звёзд относительно движения Земли по орбите (годичные параллаксы). Инструменты тех времён не позволяли проводить столь точные измерения.

Наконец, в 1837 году русско-немецкий астроном Василий Струве измерил параллакс α Лиры. Это ознаменовало новый шаг в понимании масштабов космоса. Теперь учёные могли смело говорить о том, что звезды являют собой далекие подобия Солнца. И наше светило отныне не центр всего, а равноправный «житель» бескрайнего звёздного скопления.

Астрономы ещё больше приблизились к пониманию масштабов Вселенной, ведь расстояния до звёзд оказались воистину чудовищными. Даже размеры орбит планет казались по сравнению с этим чем-то ничтожным. Дальше нужно было понять, каким образом звёзды сосредоточены во Вселенной.

Множество Млечных Путей

Млечный путь

Известный философ Иммануил Кант ещё в 1755 предвосхитил основы современного понимания крупномасштабной структуры Вселенной. Он выдвинул гипотезу о том, что Млечный Путь является огромным вращающимся звёздным скоплением. В свою очередь, многие наблюдаемые туманности также являются более удалёнными «млечными путями» — галактиками. Не смотря на это, вплоть до 20 века астрономы придерживались того, что все туманности являются источниками звёздообразования и входят в состав Млечного Пути.

Ситуация изменилась, когда астрономы научились измерять расстояния между галактиками с помощью цефеид. Абсолютная светимость звёзд такого типа лежит в строгой зависимости от периода их переменности. Сравнивая их абсолютную светимость с видимой, можно с высокой точностью определить расстояние до них. Этот метод был разработан в начале 20 века Эйнаром Герцшрунгом и Харлоу Шелпи. Благодаря ему советский астроном Эрнст Эпик в 1922 году определил расстояние до Андромеды, которое оказалось на порядок больше размера Млечного Пути.

Эдвин Хаббл продолжил начинание Эпика. Измеряя яркости цефеид в других галактиках, он измерил расстояние до них и сопоставил его с красным смещением в их спектрах. Так в 1929 году он разработал свой знаменитый закон. Его работа окончательно опровергла укрепившееся мнение о том, что Млечный Путь является краем Вселенной. Теперь он был одной из множества галактик, которые ещё когда-то считали его составной частью. Гипотеза Канта подтвердилась почти через два столетия после её разработки.

В дальнейшем, открытая Хабблом связь расстояния галактики от наблюдателя относительно скорости её удаления от него, позволило составить полноценную картину крупномасштабной структуры Вселенной. Оказалось, галактики были лишь её ничтожной частью. Они связывались в скопления, скопления в сверхскопления. В свою очередь, сверхскопления складываются в самые большие из известных структур во Вселенной – нити и стены. Эти структуры, соседствуя с огромными сверхпустотами (войдами) и составляют крупномасштабную структуру, известной на данный момент, Вселенной.

Очевидная бесконечность

Из вышесказанного следует то, что всего за несколько веков наука поэтапно перепорхнула от геоцентризма к современному пониманию Вселенной. Однако это не даёт ответа, почему мы ограничиваем Вселенную в наши дни. Ведь до сих пор речь шла лишь о масштабах космоса, а не о самой его природе.

Эволюция Вселенной

Первым, кто решился обосновать бесконечность Вселенной, был Исаак Ньютон. Открыв закон всемирного тяготения, он полагал, что будь пространство конечно, все её тела рано или поздно сольются в единое целое. До него мысль о бесконечности Вселенной если кто-то и высказывал, то исключительно в философском ключе. Без всяких на то научных обоснований. Примером тому является Джордано Бруно. К слову, он подобно Канту, на много столетий опередил науку. Он первым заявил о том, что звёзды являются далёкими солнцами, и вокруг них тоже вращаются планеты.

Казалось бы, сам факт бесконечности довольно обоснован и очевиден, но переломные тенденции науки 20 века пошатнули эту «истину».

Стационарная Вселенная

Первый существенный шаг на пути к разработке современной модели Вселенной совершил Альберт Эйнштейн. Свою модель стационарной Вселенной знаменитый физик ввёл в 1917 году. Эта модель была основана на общей теории относительности, разработанной им же годом ранее. Согласно его модели, Вселенная является бесконечной во времени и конечной в пространстве. Но ведь, как отмечалось ранее, согласно Ньютону Вселенная с конечным размером должна сколлапсироваться. Для этого Эйнштейн ввёл космологическую постоянную, которая компенсировала гравитационное притяжение далёких объектов.

Как бы это парадоксально не звучало, саму конечность Вселенной Эйнштейн ничем не ограничивал. По его мнению, Вселенная представляет собой замкнутую оболочку гиперсферы. Аналогией служит поверхность обычной трёхмерной сферы, к примеру – глобуса или Земли. Сколько бы путешественник ни путешествовал по Земле, он никогда не достигнет её края. Однако это вовсе не означает, что Земля бесконечна. Путешественник просто-напросто будет возвращаться к тому месту, откуда начал свой путь.

На поверхности гиперсферы

Точно также космический странник, преодолевая Вселенную Эйнштейна на звездолёте, может вернуться обратно на Землю. Только на этот раз странник будет двигаться не по двумерной поверхности сферы, а по трёхмерной поверхности гиперсферы. Это означает, что Вселенная имеет конечный объём, а значит и конечное число звёзд и массу. Однако ни границ, ни какого-либо центра у Вселенной не существует.

Будущее Вселенной

К таким выводам Эйнштейн пришёл, связав в своей знаменитой теории пространство, время и гравитацию. До него эти понятия считались обособленными, отчего и пространство Вселенной было сугубо евклидовым. Эйнштейн доказал, что само тяготение является искривлением пространства-времени. Это в корне меняло ранние представления о природе Вселенной, основанной на классической ньютоновской механике и евклидовой геометрии.

Расширяющаяся Вселенная

Даже сам первооткрыватель «новой Вселенной» не был чужд заблуждений. Эйнштейн хоть и ограничил Вселенную в пространстве, он продолжал считать её статичной. Согласно его модели, Вселенная была и остаётся вечной, и её размер всегда остаётся неизменным. В 1922 году советский физик Александр Фридман существенно дополнил эту модель. Согласно его расчётам, Вселенная вовсе не статична. Она может расширяться или сжиматься со временем. Примечательно то, Фридман пришёл к такой модели, основываясь на всё той же теории относительности. Он сумел более корректно применить эту теорию, минуя космологическую постоянную.

Альберт Эйнштейн не сразу принял такую «поправку». На помощь этой новой модели пришло, упомянутое ранее открытие Хаббла. Разбегание галактик бесспорно доказывало факт расширения Вселенной. Так Эйнштейну пришлось признать свою ошибку. Теперь Вселенная имела определённый возраст, который строго зависит от постоянной Хаббла, характеризующей скорость её расширения.

Дальнейшее развитие космологии

По мере того, как учёные пытались решить этот вопрос, были открыты многие другие важнейшие составляющие Вселенной и разработаны различные её модели. Так в 1948 году Георгий Гамов ввёл гипотезу «о горячей Вселенной», которая в последствие превратится в теорию большого взрыва. Открытие в 1965 году реликтового излучения подтвердило его догадки. Теперь астрономы могли наблюдать свет, дошедший с того момента, когда Вселенная стала прозрачна.

Тёмная материя, предсказанная в 1932 году Фрицом Цвикки, получила своё подтверждение в 1975 году. Тёмная материя фактически объясняет само существование галактик, галактических скоплений и самой Вселенской структуры в целом. Так учёные узнали, что большая часть массы Вселенной и вовсе невидима.

Из чего состоит Вселенная

Наконец, в 1998 в ходе исследования расстояния до сверхновых типа Ia было открыто, что Вселенная расширяется с ускорением. Этот очередной поворотный момент в науке породил современное понимание о природе Вселенной. Введённый Эйнштейном и опровергнутый Фридманом космологический коэффициент снова нашёл своё место в модели Вселенной. Наличие космологического коэффициента (космологической постоянной) объясняет её ускоренное расширение. Для объяснения наличия космологической постоянной было введено понятия тёмной энергии – гипотетическое поле, содержащее большую часть массы Вселенной.

Современное представление о размере наблюдаемой Вселенной

Современная модель Вселенной также называется ΛCDM-моделью. Буква «Λ» означает присутствие космологической постоянной, объясняющей ускоренное расширение Вселенной. «CDM» означает то, что Вселенная заполнена холодной тёмной материей. Последние исследования говорят о том, что постоянная Хаббла составляет около 71 (км/с)/Мпк, что соответствует возрасту Вселенной 13,75 млрд. лет. Зная возраст Вселенной, можно оценить размер её наблюдаемой области.

Эволюция Вселенной

Согласно теории относительности информация о каком-либо объекте не может достигнуть наблюдателя со скоростью большей, чем скорость света (299792458 м/c). Получается, наблюдатель видит не просто объект, а его прошлое. Чем дальше находится от него объект, тем в более далёкое прошлое он смотрит. К примеру, глядя на Луну, мы видим такой, какой он была чуть более секунды назад, Солнце – более восьми минут назад, ближайшие звёзды – годы, галактики – миллионы лет назад и т.д. В стационарной модели Эйнштейна Вселенная не имеет ограничения по возрасту, а значит и её наблюдаемая область также ничем не ограничена. Наблюдатель, вооружаясь всё более совершенными астрономическими приборами, будет наблюдать всё более далёкие и древние объекты.

Другую картину мы имеем с современной моделью Вселенной. Согласно ей Вселенная имеет возраст, а значит и предел наблюдения. То есть, с момента рождения Вселенной никакой фотон не успел бы пройти расстояние большее, чем 13,75 млрд световых лет. Получается, можно заявить о том, что наблюдаемая Вселенная ограничена от наблюдателя шарообразной областью радиусом 13,75 млрд. световых лет. Однако, это не совсем так. Не стоит забывать и о расширении пространства Вселенной. Пока фотон достигнет наблюдателя, объект, который его испустил, будет от нас уже в 45,7 миллиардах св. лет. Этот размер является горизонтом частиц, он и является границей наблюдаемой Вселенной.

За горизонтом

Итак, размер наблюдаемой Вселенной делится на два типа. Видимый размер, называемый также радиусом Хаббла (13,75 млрд. световых лет). И реальный размер, называемый горизонтом частиц (45,7 млрд. св. лет). Принципиально то, что оба эти горизонта совсем не характеризуют реальный размер Вселенной. Во-первых, они зависят от положения наблюдателя в пространстве. Во-вторых, они изменяются со временем. В случае ΛCDM-модели горизонт частиц расширяется со скоростью большей, чем горизонт Хаббла. Вопрос на то, сменится ли такая тенденция в дальнейшем, современная наука ответа не даёт. Но если предположить, что Вселенная продолжит расширяться с ускорением, то все те объекты, которые мы видим сейчас рано или поздно исчезнут из нашего «поля зрения».

На данный момент самым далёким светом, наблюдаемым астрономами, является реликтовое излучение. Вглядываясь в него, учёные видят Вселенную такой, какой она была через 380 тысяч лет после Большого Взрыва. В этот момент Вселенная остыла настолько, что смогла испускать свободные фотоны, которые и улавливают в наши дни с помощью радиотелескопов. В те времена во Вселенной не было ни звёзд, ни галактик, а лишь сплошное облако из водорода, гелия и ничтожного количества других элементов. Из неоднородностей, наблюдаемых в этом облаке, в последствие сформируются галактические скопления. Получается, именно те объекты, которые сформируются из неоднородностей реликтового излучения, расположены ближе всего к горизонту частиц.

Истинные границы

То, имеет ли Вселенная истинные, не наблюдаемые границы, до сих пор остаётся предметом псевдонаучных догадок. Так или иначе, все сходятся на бесконечности Вселенной, но интерпретируют эту бесконечность совсем по-разному. Одни считают Вселенную многомерной, где наша «местная» трёхмерная Вселенная является лишь одним из её слоёв. Другие говорят, что Вселенная фрактальна – а это означает, что наша местная Вселенная может оказаться частицей другой. Не стоит забывать и о различных моделях Мультивселенной с её закрытыми, открытыми, параллельными Вселенными, червоточинами. И ещё много-много различных версий, число которых ограничено лишь человеческой фантазией.

Но если включить холодный реализм или просто отстраниться от всех этих гипотез, то можно предположить, что наша Вселенная является бесконечным однородным вместилищем всех звёзд и галактик. Причем, в любой очень далёкой точке, будь она в миллиардах гигапарсек от нас, всё условия будут точно такими же. В этой точке будут точно такими же горизонт частиц и сфера Хаббла с таким же реликтовым излучением у их кромки. Вокруг будут такие же звёзды и галактики. Что интересно, это не противоречит расширению Вселенной. Ведь расширяется не просто Вселенная, а само её пространство. То, что в момент большого взрыва Вселенная возникла из одной точки говорит только о том, что бесконечно мелкие (практические нулевые) размеры, что были тогда, сейчас превратились в невообразимо большие. В дальнейшем будем пользоваться именно этой гипотезой для того, что наглядно осознать масштабы наблюдаемой Вселенной.

Наглядное представление

В различных источниках приводятся всевозможные наглядные модели, позволяющие людям осознать масштабы Вселенной. Однако нам мало осознать, насколько велик космос. Важно представлять, каким образом проявляют такие понятия, как горизонт Хаббла и горизонт частиц на самом деле. Для этого давайте поэтапно вообразим свою модель.

Забудем о том, что современная наука не знает о «заграничной» области Вселенной. Отбросив версии о мультивселенных, фрактальной Вселенной и прочих её «разновидностях», представим, что она просто бесконечна. Как отмечалось ранее, это не противоречит расширению её пространства. Разумеется, учтём то, что её сфера Хаббла и сфера частиц соответственно равны 13,75 и 45,7 млрд световых лет.

Масштабы Вселенной

Нажмите кнопку СТАРТ и откройте для себя новый, неизведанный мир!

Для начала попробуем осознать, насколько велики Вселенские масштабы. Если вы путешествовали по нашей планете, то вполне можете представить, насколько для нас велика Земля. Теперь представим нашу планету как гречневую крупицу, которая движется по орбите вокруг арбуза-Солнца размером с половину футбольного поля. В таком случае орбита Нептуна будет соответствовать размеру небольшого города, область облака Оорта – Луне, область границы воздействия Солнца – Марсу. Получается, наша Солнечная Система настолько же больше Земли, насколько Марс больше гречневой крупы! Но это только начало.

Теперь представим, что этой гречневой крупой будет наша система, размер которой примерно равен одному парсеку. Тогда Млечный Путь будет размером с два футбольных стадиона. Однако и этого нам будет не достаточно. Придётся и Млечный Путь уменьшить до сантиметрового размера. Она чем-то будет напоминать завёрнутую в водовороте кофейную пенку посреди кофейно-чёрного межгалактическое пространства. В двадцати сантиметрах от неё расположиться такая же спиральная «кроха» — Туманность Андромеды. Вокруг них будет рой малых галактик нашего Местного Скопления. Видимый же размер нашей Вселенной будет составлять 9,2 километра. Мы подошли к понимаю Вселенских размеров.

Внутри вселенского пузыря

Однако нам мало понять сам масштаб. Важно осознать Вселенную в динамике. Представим себя гигантами, для которых Млечный Путь имеет сантиметровым диаметр. Как отмечалось только что, мы окажемся внутри шара радиусом 4,57 и диаметром 9,24 километров. Представим, что мы способны парить внутри этого шара, путешествовать, преодолевая за секунду целые мегапарсеки. Что мы увидим в том случае, если наша Вселенная будет бесконечна?

Разумеется, пред нами предстанет бесчисленное множество всевозможных галактик. Эллиптические, спиральные, иррегулярные. Некоторые области будут кишить ими, другие – пустовать. Главная особенность будет в том, что визуально все они будут неподвижны, пока неподвижными будем мы. Но стоит нам сделать шаг, как и сами галактики придут в движение. К примеру, если мы будем способны разглядеть в сантиметровом Млечном Пути микроскопическую Солнечную Систему, то сможем пронаблюдать её развитие. Отдалившись от нашей галактики на 600 метров, мы увидим протозвезду Солнце и протопланетный диск в момент формирования. Приближаясь к ней, мы увидим, как появляется Земля, зарождается жизнь и появляется человек. Точно также мы будем видеть, как видоизменяются и перемещаются галактики по мере того, как мы будем удаляться или приближаться к ним.

Следовательно, чем в более далёкие галактики мы будем вглядываться, тем более древними они будут для нас. Так самые далёкие галактики будут расположены от нас дальше 1300 метров, а на рубеже 1380 метров мы будем видеть уже реликтовое излучение. Правда, это расстояние для нас будет мнимым. Однако, по мере того, как будем приближаться к реликтовому излучению, мы будем видеть интересную картину. Естественно, мы будем наблюдать то, как из первоначального облака водорода будут образовываться и развиваться галактики. Когда же мы достигнем одну из этих образовавшихся галактик, то поймем, что преодолели вовсе не 1,375 километров, а все 4,57.

Уменьшая масштабы

В качестве итога мы ещё больше увеличимся в размерах. Теперь мы можем разместить в кулаке целые войды и стены. Так мы окажемся в довольно небольшом пузыре, из которого невозможно выбраться. Мало того, что расстояние до объектов на краю пузыря будет увеличиваться по мере их приближения, так ещё и сам край будет бесконечно смещаться. В этом и заключается вся суть размера наблюдаемой Вселенной.

Какой бы Вселенная не была большой, для наблюдателя она всегда останется ограниченным пузырём. Наблюдатель всегда будет в центре этого пузыря, фактически он и есть его центр. Пытаясь добраться до какого-либо объекта на краю пузыря, наблюдатель будет смещать его центр. По мере приближения к объекту, этот объект всё дальше будет отходить от края пузыря и в тоже время видоизменяться. К примеру – от бесформенного водородного облачка он превратится в полноценную галактику или дальше галактическое скопление. Ко всему прочему, путь до этого объекта будет увеличиваться по мере приближения к нему, так как будет меняться само окружающее пространство. Добравшись до этого объекта, мы лишь сместим его с края пузыря в его центр. На краю Вселенной всё также будет мерцать реликтовое излучение.

Если предположить, что Вселенная и дальше будет расширяться ускоренно, то находясь в центре пузыря и мотая время на миллиарды, триллионы и даже более высокие порядки лет вперёд, мы заметим ещё более интересную картину. Хотя наш пузырь будет также увеличиваться в размерах, его видоизменяющиеся составляющие будут отдаляться от нас ещё быстрее, покидая край этого пузыря, пока каждая частица Вселенной не будет разрозненно блуждать в своём одиноком пузыре без возможности взаимодействовать с другими частицами.

Итак, современная наука не располагает сведениями о том, каковы реальные размеры Вселенной и имеет ли она границы. Но мы точно знаем о том, что наблюдаемая Вселенная имеет видимую и истинную границу, называемую соответственно радиусом Хаббла (13,75 млрд св. лет) и радиусом частиц (45,7 млрд. световых лет). Эти границы полностью зависят от положения наблюдателя в пространстве и расширяются со временем. Если радиус Хаббла расширяется строго со скоростью света, то расширение горизонта частиц носит ускоренный характер. Вопрос о том, будет ли его ускорение горизонта частиц продолжаться дальше и не сменится ли на сжатие, остаётся открытым.

comments powered by HyperComments

spacegid.com


Смотрите также