Vidste du, at det univers, vi observerer, har ret bestemte grænser? Vi er vant til at knytte universet til noget uendeligt og uforståeligt. Imidlertid tilbyder moderne videnskab til spørgsmålet om universets "uendelighed" et helt andet svar på et så "indlysende" spørgsmål.
I henhold til moderne begreber er størrelsen på det observerbare univers cirka 45,7 milliarder lysår (eller 14,6 gigaparsec). Men hvad betyder disse tal?
Grænsen til de grænseløse
Det første spørgsmål, der kommer til en almindelig person, er, hvordan universet overhovedet ikke kan være uendelig? Det synes uomtvisteligt, at beholderen med alt, hvad der findes omkring os, ikke skal have grænser. Hvis disse grænser findes, hvad er de så?
Lad os sige, at en astronaut fløj til universets grænser. Hvad vil han se foran ham? En solid væg? Brandbarriere? Og hvad er der bagved - tomhed? Et andet univers? Men kan tomhed eller et andet univers betyde, at vi er på universets grænse? Det betyder trods alt ikke, at der er "intet". Tomheden og det andet univers er også”noget”. Men universet er noget, der indeholder absolut alt”noget”.
Vi kommer til en absolut modsigelse. Det viser sig, at universets grænse skulle skjule for os noget, som ikke burde være. Eller universets grænse skal hegn”alt” fra “noget”, men dette”noget” bør også være en del af”alt”. Generelt en fuldstændig absurditet. Så hvordan kan forskere hævde den begrænsende størrelse, masse og endda alder i vores univers? Disse værdier, selv om de ikke kan forestille sig store, er stadig begrænsede. Argumenterer videnskab med det åbenlyse? Lad os først spore, hvordan mennesker kom til en moderne forståelse af universet for at tackle dette.
Salgsfremmende video:
Udvidelse af grænserne
Fra tidlige tider har mennesket været interesseret i, hvad verden omkring dem er. Man behøver ikke give eksempler på de tre hvaler og andre forsøg fra de gamle til at forklare universet. Som regel kom det til sidst ned på det faktum, at grundlaget for alt, hvad der eksisterer, er det jordiske himmelbund. Selv i antikken og middelalderen, da astronomer havde omfattende kendskab til lovene, der styrede bevægelse af planeter langs den "faste" himmelkugle, forblev Jorden centrum af universet.
Selv i det antikke Grækenland var der naturligvis dem, der troede, at Jorden drejede sig omkring Solen. Der var dem, der talte om de mange verdener og universets uendelighed. Men konstruktiv underbyggelse af disse teorier opstod først ved den videnskabelige revolution.
I det 16. århundrede gjorde den polske astronom Nicolaus Copernicus det første store gennembrud i forståelsen af universet. Han beviste bestemt, at Jorden kun er en af planeterne, der kredser om Solen. Et sådant system forenkler i høj grad forklaringen på en så kompleks og indviklet bevægelse af planeterne i den himmelske sfære. I tilfælde af en stationær jord måtte astronomer opfinde alle slags geniale teorier for at forklare planetenes opførsel. På den anden side, hvis Jorden anses for at være mobil, kommer forklaringen på sådanne komplicerede bevægelser naturligt. Sådan blev der etableret et nyt paradigme kaldet "heliocentrisme" i astronomi.
Mange solskin
Selv efter dette fortsatte astronomer imidlertid med at begrænse universet til "sfære af faste stjerner." Indtil 1800-tallet kunne de ikke estimere afstanden til stjernerne. I adskillige århundreder har astronomer forgæves forsøgt at opdage afvigelser i stjernernes position i forhold til jordens orbitalbevægelse (årlige parallakser). Tidens instrumenter tillader ikke så nøjagtige målinger.
Vega, skudt af ESO
Endelig, i 1837, målte den russisk-tyske astronom Vasily Struve parallaxa Ly af Lyra. Dette markerede et nyt skridt i forståelsen af rumskalaen. Nu kunne forskere med sikkerhed sige, at stjerner er fjerne ligheder med Solen. Og fra nu af er vores lys ikke centrum for alt, men en lige "indbygger" i den uendelige stjerne klynge.
Astronomer er kommet endnu tættere på at forstå universets skala, fordi afstandene til stjernerne viste sig at være virkelig uhyrlige. Selv størrelsen på planeternes baner virkede ubetydelig i sammenligning med dette. Derefter var det nødvendigt at forstå, hvordan stjernerne er koncentreret i universet.
Mange Mælkeveje
Den berømte filosof Immanuel Kant forventede grundlæggene i den moderne forståelse af universets store struktur i 1755. Han antog, at Mælkevejen er en enorm roterende klynge af stjerner. Til gengæld er mange af de observerede nebler også fjernere "mælkeagtige måder" - galakser. På trods af dette fulgte astronomer indtil det 20. århundrede, at alle tåge er kilder til stjernedannelse og er en del af Mælkevejen.
Situationen ændrede sig, da astronomer lærte at måle afstanden mellem galakser ved hjælp af Cepheids. Den absolutte lysstyrke for stjerner af denne type er strengt afhængig af perioden med deres variation. Ved at sammenligne deres absolutte lysstyrke med den synlige er det muligt at bestemme afstanden til dem med stor nøjagtighed. Denne metode blev udviklet i begyndelsen af det 20. århundrede af Einar Herzsrung og Harlow Shelpy. Takket være ham bestemte den sovjetiske astronom Ernst Epik i 1922 afstanden til Andromeda, hvilket viste sig at være en størrelsesorden større end mælkevejen.
Edwin Hubble fortsatte Epics bestræbelser. Ved at måle Cepheids lysstyrke i andre galakser målte han afstanden til dem og sammenlignede den med rødskiftet i deres spektre. Så i 1929 udviklede han sin berømte lov. Hans arbejde tilbageviste definitivt den etablerede tro på, at Mælkevejen er universets kant. Det var nu en af mange galakser, der engang var blevet betragtet som en integreret del af den. Kants hypotese blev bekræftet næsten to århundreder efter dens udvikling.
Senere gjorde forbindelsen mellem afstanden fra galaksen fra observatøren og hastigheden for fjernelse af den fra observatøren, opdaget af Hubble, det muligt at komponere et komplet billede af den store skala af universet. Det viste sig, at galakserne kun var en lille del af den. De koblede ind i klynger, klynger til superklynger. Til gengæld foldes superklynger ind i de største kendte strukturer i universet - filamenter og vægge. Disse strukturer, der støder op til enorme supervoids (hulrum), udgør den store struktur i det i øjeblikket kendte univers.
Tilsyneladende uendelig
Fra det foregående følger det, at videnskaben i løbet af få århundreder gradvist er steget fra geocentrisme til en moderne forståelse af universet. Dette giver dog ikke noget svar på, hvorfor vi begrænser universet i disse dage. Når alt kommer til alt handlede det indtil nu kun om kosmosens omfang og ikke om dets natur.
Universets udvikling
Den første, der besluttede at retfærdiggøre universets uendelighed, var Isaac Newton. Efter at have opdaget loven om universal tyngdekraft troede han, at hvis pladsen var endelig, ville alle hendes kroppe før eller senere smelte sammen til en enkelt helhed. Før nogen udtrykte tanken om universets uendelighed før ham, var det udelukkende i en filosofisk nøgle. Uden nogen videnskabelig begrundelse. Et eksempel på dette er Giordano Bruno. I øvrigt var han ligesom Kant foran videnskaben i mange århundreder. Han var den første til at erklære, at stjernerne er fjerne soler, og planeter kredser også omkring dem.
Det ser ud til, at selve uendelighedens faktum er ret begrundet og indlysende, men vendepunkterne for videnskaben i det 20. århundrede rystede denne "sandhed".
Stationært univers
Albert Einstein tog det første betydningsfulde skridt hen imod udviklingen af en moderne universel model. Den berømte fysiker introducerede sin model af et stationært univers i 1917. Denne model var baseret på den generelle relativitetsteori, som han udviklede samme år tidligere. I henhold til hans model er universet uendelig i tid og begrænset i rummet. Men som nævnt tidligere, ifølge Newton, bør et univers af endelig størrelse kollapse. For at gøre dette introducerede Einstein en kosmologisk konstant, der kompenserede for de tunge attraktioner fra fjerne objekter.
Så paradoksalt som det måske lyder, begrænsede Einstein ikke universets meget finitet. Efter hans mening er universet en lukket skal af en hypersfære. En analogi er overfladen på en almindelig tredimensionel sfære, for eksempel en klode eller Jorden. Uanset hvor meget en rejsende rejser rundt på Jorden, vil han aldrig nå dens kant. Dette betyder dog slet ikke, at Jorden er uendelig. Den rejsende vender ganske enkelt tilbage til det sted, hvor han startede sin rejse.
På overfladen af hypersfæren
Ligeledes kan en rumvandrer, der overvinder Einsteins univers i et stjerneskib, vende tilbage til Jorden. Kun denne gang bevæger sig sig ikke langs den to-dimensionelle overflade af kuglen, men langs den tredimensionelle overflade af hypersfæren. Dette betyder, at universet har et begrænset volumen og dermed et begrænset antal stjerner og masse. Universet har dog ingen grænser eller noget center.
Universets fremtid
Einstein kom til sådanne konklusioner ved at forbinde rum, tid og tyngdekraft i sin berømte teori. Forud for ham blev disse begreber betragtet som separate, hvorfor verdensrummet var rent euklidisk. Einstein beviste, at tyngdekraften i sig selv er en krumning af rumtiden. Dette ændrede radikalt den tidlige forståelse af universets natur, baseret på klassisk Newtonsk mekanik og euklidisk geometri.
Ekspanderende univers
Selv opdageren af det "nye univers" var ikke fremmed for vrangforestillinger. Selvom Einstein begrænsede universet i rummet, fortsatte han med at betragte det som statisk. Ifølge hans model var og forbliver universet evigt, og dets størrelse forbliver altid den samme. I 1922 udvidede den sovjetiske fysiker Alexander Fridman denne model markant. Ifølge hans beregninger er universet slet ikke statisk. Det kan udvide sig eller trække sig sammen over tid. Det er bemærkelsesværdigt, at Friedman kom til en sådan model, baseret på den samme relativitetsteori. Han var i stand til mere korrekt at anvende denne teori ved at omgå den kosmologiske konstant.
Albert Einstein accepterede ikke straks dette "ændringsforslag". Den tidligere nævnte Hubble-opdagelse reddede denne nye model. Spredningen af galakser beviste udiskutabelt faktum for udvidelsen af universet. Så Einstein måtte indrømme sin fejltagelse. Nu havde universet en bestemt tidsalder, som strengt afhænger af Hubble-konstanten, som kendetegner hastigheden for dens ekspansion.
Videreudvikling af kosmologi
Da forskere forsøgte at løse dette spørgsmål, blev mange andre vigtige komponenter i universet opdaget, og forskellige modeller blev udviklet. Så i 1948 introducerede Georgy Gamov hypotesen "om et varmt univers", som senere skulle blive til big bang-teorien. Opdagelsen i 1965 af relikviesstrålingen bekræftede hans gæt. Astronomer kunne nu observere det lys, der kom fra det øjeblik universet blev gennemsigtigt.
Mørk stof, der blev forudsagt i 1932 af Fritz Zwicky, blev bekræftet i 1975. Mørket stof forklarer faktisk selve eksistensen af galakser, galaktiske klynger og selve universet som helhed. Så videnskabsmænd lærte, at det meste af universets masse er helt usynlig.
Hvad universet er lavet af
Endelig i 1998, under en undersøgelse af afstanden til type Ia-supernovaer, blev det opdaget, at universet ekspanderer med acceleration. Dette næste vendepunkt i videnskab gav anledning til den moderne forståelse af universets natur. Den kosmologiske koefficient, der blev indført af Einstein og tilbagevist af Friedman, fandt igen sin plads i universets model. Tilstedeværelsen af den kosmologiske koefficient (kosmologisk konstant) forklarer dens accelererede ekspansion. For at forklare tilstedeværelsen af en kosmologisk konstant blev begrebet mørk energi introduceret - et hypotetisk felt indeholdende det meste af universets masse.
Universets nuværende model kaldes også ΛCDM-modellen. Brevet "Λ" angiver tilstedeværelsen af en kosmologisk konstant, der forklarer universets accelererede ekspansion. CDM betyder, at universet er fyldt med kold mørk stof. Nylige undersøgelser viser, at Hubble-konstanten er omkring 71 (km / s) / Mpc, hvilket svarer til alderen på universet 13,75 milliarder år. Når man kender universets alder, kan man estimere størrelsen på det observerbare område.
Universets udvikling
I henhold til relativitetsteorien kan information om ethvert objekt ikke nå frem til observatøren med en hastighed, der er større end lysets hastighed (299792458 km / s). Det viser sig, at observatøren ikke kun ser et objekt, men dets fortid. Jo længere objektet er derfra, jo fjernere fortid ser det ud. Når vi for eksempel ser på Månen, ser vi, hvad det var for lidt mere end et sekund siden, Solen - for mere end otte minutter siden, de nærmeste stjerner - år, galakser - for millioner af år siden osv. I Einsteins stationære model har universet ingen aldersgrænse, hvilket betyder, at dets observerbare region også er ubegrænset. Observatøren, bevæbnet med mere og mere avancerede astronomiske instrumenter, vil observere mere og mere fjerne og gamle objekter.
Vi har et andet billede med den moderne model af universet. Ifølge hende har universet en alder og derfor en observationsgrænse. Det vil sige, siden universets fødsel ikke ville nogen foton have haft tid til at rejse en afstand større end 13,75 milliarder lysår. Det viser sig, at vi kan konstatere, at det observerbare univers er begrænset fra observatøren af en sfærisk region med en radius på 13,75 milliarder lysår. Dette er dog ikke helt sandt. Glem ikke udvidelsen af verdensrummet. Indtil fotonet når observatøren, vil objektet, der udsendte det, være 45,7 milliarder sv. Fra os. år gammel. Denne størrelse er partiklerens horisont, og det er grænsen for det observerbare univers.
Så størrelsen på det observerbare univers er delt i to typer. Synlig størrelse, også kaldet Hubble-radius (13,75 milliarder lysår). Og den reelle størrelse, kaldet partikelhorisonten (45,7 milliarder lysår). I det væsentlige karakteriserer begge disse horisonter slet ikke universets reelle størrelse. For det første afhænger de af observatørens position i rummet. For det andet ændrer de sig over tid. For ΛCDM-modellen udvides partikelhorisonten med en hastighed, der er større end Hubble-horisonten. Spørgsmålet om, hvorvidt denne tendens vil ændre sig i fremtiden, giver moderne videnskab ikke svar. Men hvis vi antager, at universet fortsætter med at ekspandere med acceleration, forsvinder alle de objekter, som vi ser nu, før eller senere fra vores "synsfelt."
I øjeblikket er det fjerneste lys, som astronomerne observerer, mikrobølgebaggrundsstrålingen. Når man kigger ind i det, ser forskere universet, som det var 380 tusind år efter Big Bang. I dette øjeblik er universet afkølet så meget, at det var i stand til at udsende gratis fotoner, der fanges i dag ved hjælp af radioteleskoper. I disse dage var der ingen stjerner eller galakser i universet, men kun en solid sky af brint, helium og en ubetydelig mængde andre elementer. Fra de inhomogeniteter, der er observeret i denne sky, dannes der efterfølgende galaktiske klynger. Det viser sig, at nøjagtigt de objekter, der er dannet fra relikstrålingens inhomogeniteter, er placeret tættest på partikelhorisonten.
Sande grænser
Hvorvidt universet har ægte, uobserverbare grænser er stadig genstand for pseudovidenskabelige formoder. En eller anden måde konvergerer alle i universets uendelighed, men de fortolker denne uendelighed på helt forskellige måder. Nogle betragter universet som multidimensionalt, hvor vores “lokale” tredimensionelle univers kun er et af dets lag. Andre siger, at universet er fraktalt - hvilket betyder, at vores lokale univers kan være en partikel af en anden. Glem ikke de forskellige modeller af Multiverse med dens lukkede, åbne, parallelle universer, ormehuller. Og der er mange, mange forskellige versioner, hvis antal kun er begrænset af menneskelig fantasi.
Men hvis vi tænder for den kolde realisme eller blot bevæger os væk fra alle disse hypoteser, kan vi antage, at vores univers er en uendelig homogen opbevaring af alle stjerner og galakser. På alle meget fjerne punkter, uanset om det er milliarder af gigaparsecs fra os, vil alle forhold være nøjagtig de samme. På dette tidspunkt vil der være nøjagtigt den samme horisont for partikler og Hubble-kuglen med den samme relikvie-stråling ved deres kant. Der vil være de samme stjerner og galakser omkring. Interessant nok er dette ikke i modstrid med udvidelsen af universet. Det er trods alt ikke kun universet, der udvides, men dets meget plads. Den kendsgerning, at universet i øjeblikket med big bang opstod fra et punkt, siger kun, at de uendeligt små (praktisk talt nul) dimensioner, som dengang var, nu er blevet til ufattelig store. I det følgende bruger vi netop denne hypotese til at sikre detder klart forstår omfanget af det observerbare univers.
Visuel repræsentation
Forskellige kilder giver alle former for visuelle modeller, der giver folk mulighed for at forstå universets omfang. Det er dog ikke nok for os at indse, hvor stort kosmos er. Det er vigtigt at forstå, hvordan koncepter som Hubble-horisonten og partikelhorisonten faktisk manifesterer sig. For at gøre dette, lad os forestille os vores model trin for trin.
Lad os glemme, at moderne videnskab ikke kender til den "fremmede" region af universet. Hvis du kasserer versionerne om multiversen, det fraktale univers og dets andre "sorter", kan du forestille dig, at det simpelthen er uendeligt. Som nævnt tidligere er dette ikke i modstrid med udvidelsen af hendes rum. Lad os naturligvis tage højde for det faktum, at dens Hubble-sfære og partikernes sfære er henholdsvis 13,75 og 45,7 milliarder lysår.
Omfanget af universet
Til at begynde med, lad os prøve at indse, hvor stor den universelle skala er. Hvis du har rejst rundt på vores planet, kan du godt forestille dig, hvor stor Jorden er for os. Lad os forestille os vores planet som et boghvede korn, der kredser rundt om en vandmelon-sol halvt så stor som en fodboldbane. I dette tilfælde vil Neptuns bane svare til størrelsen på en lille by, regionen af Oort-skyen til Månen, regionen for grænsen til solens indflydelse til Mars. Det viser sig, at vores solsystem er lige så meget større end Jorden, som Mars er større end boghvede! Men dette er bare begyndelsen.
Lad os forestille os, at denne boghvede vil være vores system, hvis størrelse er omtrent lig med en parsec. Derefter vil Mælkevejen være på størrelse med to fodboldstadioner. Selv dette vil imidlertid ikke være nok for os. Vi bliver nødt til at reducere Mælkevejen til en centimeter størrelse. Det vil noget ligne kaffeskum pakket ind i et boblebad midt i det kaffesorte intergalaktiske rum. 20 centimeter derfra er der den samme spiral "krumme" - Andromeda-tågen. Omkring dem vil der være en sverm af små galakser fra vores lokale klynge. Den tilsyneladende størrelse på vores univers vil være 9,2 kilometer. Vi er kommet til en forståelse af de universelle dimensioner inde i den universelle boble
Det er dog ikke nok for os at forstå selve skalaen. Det er vigtigt at forstå universets dynamik. Lad os forestille os os som giganter, som Mælkevejen har en centimeter i diameter. Som nævnt lige nu befinder vi os inden i en kugle med en radius på 4,57 og en diameter på 9,24 kilometer. Lad os forestille os, at vi er i stand til at svæve inde i denne sfære, rejse og overvinde hele megaparsek på et sekund. Hvad vil vi se, hvis vores univers er uendeligt?
Før os vil der selvfølgelig være et uendeligt antal af alle slags galakser. Elliptisk, spiral, uregelmæssig. Nogle områder vrimler af dem, andre vil være tomme. Hovedfunktionen vil være, at de visuelt alle vil være bevægelsesløse, mens vi er ubevægelige. Men så snart vi tager et skridt, begynder galakserne selv at bevæge sig. For eksempel, hvis vi er i stand til at se det mikroskopiske solsystem i centimeter mælkevejen, kan vi observere dets udvikling. Bevægelse 600 meter væk fra vores galakse, vil vi se protostaren Sol og den protoplanetære disk på dannelsestidspunktet. Når vi nærmer os det, vil vi se, hvordan Jorden ser ud, livet opstår og mennesket vises. Ligeledes vil vi se, hvordan galakser ændrer sig og bevæger sig, når vi bevæger os væk eller nærmer sig dem.
Derfor, jo fjernere galakser vi ser, jo ældre vil de være for os. Så de fjerneste galakser vil være placeret længere end 1300 meter fra os, og ved starten af 1380 meter vil vi se relikviesstrålingen. Det er sandt, at denne afstand vil være imaginær for os. Men når vi kommer tættere på relikviesstrålingen, vil vi se et interessant billede. Naturligvis vil vi observere, hvordan galakser vil danne og udvikle sig fra den originale brintsky. Når vi når en af disse dannede galakser, vil vi forstå, at vi overhovedet ikke har overvundet 1.375 kilometer, men alle 4.57.
nedskæringer
Som et resultat vil vi vokse endnu mere i størrelse. Nu kan vi placere hele hulrum og vægge i knytnæven. Så vi befinder os i en temmelig lille boble, hvorfra det er umuligt at komme ud. Ikke kun vil afstanden til genstande i kanten af boblen stige, når de kommer nærmere, men selve kanten vil drive uendeligt. Dette er hele punktet med størrelsen på det observerbare univers.
Uanset hvor stort universet er, for observatøren vil det altid forblive en begrænset boble. Observatøren vil altid være i midten af denne boble, faktisk er han dens centrum. Forsøger at komme til ethvert objekt i kanten af boblen, vil observatøren flytte sit centrum. Når det nærmer sig objektet, vil dette objekt bevæge sig længere og længere fra kanten af boblen og samtidig ændre sig. For eksempel vil det fra en formløs brintsky sky blive til en fuldgyldig galakse eller længere ind i en galakse klynge. Derudover øges stien til dette objekt, når du nærmer dig det, da det omgivende rum i sig selv ændrer sig. Når vi når til dette objekt, flytter vi det bare fra kanten af boblen til dets centrum. Ved kanten af universet vil relikviesstrålingen også flimre.
Hvis vi antager, at universet vil fortsætte med at ekspandere med en accelereret hastighed, og derefter være i midten af boblen og snoede tid for milliarder, billioner og endnu højere ordrer for de kommende år, vil vi bemærke et endnu mere interessant billede. Selvom vores boble også vokser i størrelse, vil dens muterende komponenter bevæge sig væk fra os endnu hurtigere og forlade kanten af denne boble, indtil hver partikel af universet vandrer spredt i sin ensomme boble uden evnen til at interagere med andre partikler.
Så moderne videnskab har ikke information om, hvad universets reelle dimensioner er, og om det har grænser. Men vi ved med sikkerhed, at det observerbare univers har en synlig og sand grænse, der kaldes Hubble-radius (henholdsvis 13,75 milliarder lysår) og partiklerradius (45,7 milliarder lysår). Disse grænser er helt afhængige af observatørens position i rummet og udvides med tiden. Hvis Hubble-radius udvides strengt med lysets hastighed, accelereres udvidelsen af partikelhorisonten. Spørgsmålet om, hvorvidt dens acceleration af partikelhorisonten vil fortsætte yderligere, og om den ikke vil ændre sig til kompression forbliver åben.