"На самом деле, что они рисуют на шарике они рисуют на плоскости и, соответственно, в пространстве аналогия должна быть другой."
Когда шарик _очень_ большой, отличить его от плоскости весьма затруднительно. Раньше люди были, например, уверены, что Земля плоская.
"Геометрический центр существует [...] не знают, где искать[...]"
А Вы подскажите им. Если бы они знали, какого размера пальцы, это помогло бы.Ответить
Вот что пишет Стивен Вайнберг, лауреат нобелевской по физике:
"Вначале был взрыв. Не такой взрыв, который знаком нам на Земле и который начинается из определенного центра и затем распространяется, захватывая всё больше и больше пространства, а взрыв, который произошел одновременно везде, заполнив с самого начала "всё пространство", причем каждая частица материи устремилась прочь от любой другой частицы. В этом контексте «всё пространство» может означать либо всё пространство бесконечной Вселенной, либо всё пространство конечной Вселенной, которое замкнуто на себя, как поверхность сферы."Так что ответ есть: центра не было, тем более геометрического, так как не было пространства как такового. Такой себе Безсчелчковый BigBang.
Да и вообще эти словесные описания с помощью аналогий даны для неспециалистов и они не претендуют на точность и тем более критикоустойчивость. Поэтому чтобы понять суть полностью нужно смотреть формулы описывающие процесс, предварительно подняв уровень знаний матана до соответсвующего.
Ответить
Ах! Какое красивое лукавство! "Измученные наукой" люди сумели ввести в заблуждение человечество этой сказкой о воздушном шарике. На самом деле, что они рисуют на шарике они рисуют на плоскости и, соответственно, в пространстве аналогия должна быть другой. Геометрический центр существует - область пространства, где Господь "щелкнул пальцами". Почему это не афишируют - вот вопрос! Я вижу два ответа - либо, элементарно, незнают где искать, либо запрещено...
Ответить
Аналогия с надуваемым шариком, не верна и приводит людей в еще больший ступор.
Я придерживаюсь следующей аналогии.
Допустим мы живем в самом обычном для нас, евклидовом, трехмерном пространстве. И ничего необычного в нем не происходит, кроме одного. Все линейки, и вообще все приборы для измерения расстояния уменьшаются на некоторое расстояние в год, к примеру на один миллиметр на метр длинны, и у нас нет такого способа что бы остановить этот процесс. Мы просто замечаем, что расстояния между предметами увеличиваются относительно измерительных приборов. То есть, если вы где угодно нарисуете точку, потом отложите от нее расстояние равное 5 метровых линеек, и поставите еще одну точку. То через десять лет расстояние между точками будет составлять 5 метровых линеек и, приблизительно, 50 миллиметров. Так как линейки стали меньше, и нам необходимо больше линеек для того чтоб измерить расстояние. И где бы вы не ставили такие точки, то везде происходит одно и тоже, расстояние между ними увеличивается. То есть, у нас получилось, что вселенная расширяется. Но, позвольте, где же центр этого расширения? А нет его! Он и не нужен для представления этой аналогии. Центром является наблюдатель, который видит как от него удаляются все предметы. И все наблюдатели будут думать, что они и есть центр расширения, но центр, это точка, а точка не может быть размером со всю вселенную,- такого быть не может. Таким образом получается что центр расширения вселенной везде, и это есть фундаментальное свойство вселенной - «Она расширяется».
На самом деле, линейки не уменьшаются, а расширяется пространство, т.е. расстояния между объектами увеличиваются. В реальной Вселенной скорость уменьшения намного мала. Но если бы линейка была размером в один мегапарсек, то скорость ее уменьшения относительно пространства, была бы равна 74 км/с. Ну, а метровая линейка из нашей аналогии, уменьшится на миллиметр не за один год, а за 14 миллионов лет. Обнаружил это Эдвин Хаббл, он определил, что всё что находится от наблюдателя на расстоянии один мегапарсек, отдаляется от него со скоростью 74,2 ± 3,6 км/с, и эта величина называется - «Постоянная Хаббла». То есть, если в наше время взять две точки в пространстве, расстояние между которыми равно один метр, то через 14 миллионов лет, они (точки) отдалятся друг от друга, на один миллиметр, и расстояние между ними будет 1001 миллиметр.
Но давайте попробуем представить что было 14 миллионов лет назад, получится, что расстояние между этими точками было 999 миллиметров. Ну, а 28 миллионов лет назад - 998 миллиметров. Если мы продолжим счет, то обнаружим, что 14 миллиардов лет назад (тысячу раз по 14 миллионов лет) расстояние между нашими точками было ноль миллиметров. При этом неважно, какие точки, в нашем времени, мы возьмем, на расстоянии один метр, или один мегапарсек, расстояние между любыми точками 14 миллиардов лет назад, было равно нулю. То есть в истории Вселенной есть одна знаменательная дата, когда все расстояния были равны нулю, и вещество, как будто было сжато в точку.
Получается, что 14 миллиардов лет назад, что-то произошло, и после этого все точки начали отдалятся друг от дружки, пространство начало расширятся. Так как в повседневной жизни мы видим разного рода взрывы, салют к примеру, то ученые назвали то, что случилось 14 миллиардов лет назад, не просто взрывом, а Большим Взрывом, Вселенная как никак расширяться начала. Но, как мы уже поняли, со взрывом это ничего общего не имеет.
P.S. Одно миллиметровый прирост на метр длинны за, приблизительно, 14 миллионов лет, это просто приведение постоянной Хаббла, к обыденным понятиям. При расчетах я немного упрощал, и округлял. В данный момент, возраст вселенной оценивается как 13,75 ± 0,11 млрд лет, то есть, моя грубая оценка в 14 миллиардов лет, не такая уж и грубая.
Спасибо за внимание. Рад буду выслушать Ваши вопросы.
Ответить
Вопрос простой и может быть не очень умный: сказывается ли расширение пространства на расстояния между "близкими" объектами: планетами в звездных системах, например, или звездами в пределах галактики?
Ответить
В современную эпоху, эта модель действует только в большом масштабе, примерно масштабе сверхскоплений галактик и более. В меньших масштабах материя собранная вместе в сгустки под воздействием гравитационного притяжения, и эти сгустки индивидуально не расширяются, хотя они продолжают отступать друг от друга.
Ответить
Да, понятно, спасибо. Т.е. можно считать, что любая "структура", внутри которой действуют гравитационные силы - не подвержена расширению вследствие расширения пространства и все изменения происходят только за счет гравитационных сил? А почему именно так происходит? Влияет ли именно гравитация на то, что такие объекты остаются "стабильными" в расширяющемся пространстве?
Ответить
Тут немного двояко. Расширение пространства, было обнаружено на невообразимо огромных расстояниях, на коротких же расстояниях, данные эффекты неопределимы. Т.е. нельзя (может и можно, но не придумали как) поставить эксперимент, что бы обнаружить расширение пространства внутри лаборатории. Поэтому ученые идут от обратного, и придумывают математические модели того, как расширяется вселенная. И после этого, смотрят, вписывается ли модель в экспериментальные данные или нет. Но как только, кто-либо поставит эксперимент, который не вписывается в существующую модель, то текущая модель модифицируется таким образом, что бы соответствовать эксперименту. Это тоже самое, как мы в детстве подгоняли решение какой-нибудь математической задачки, под правильный ответ. Но в отличие от школы, где правильный ответ был всегда один и 100% точный. В реальной жизни у ученых не так, сегодня он один, но с 95% точностью, завтра чуть чуть другой, но более точный. Прикол в том, что ученые, во время подгонки модели под эксперимент, делают так же как и дети в школе, когда ответ не сходятся, они начинают придумывать всякие интересные конструкции, с помощью которых решение более менее начинает описывать эксперимент. Так, к примеру, "придумали" черную материю, черную энергию. Но, если нерадивый школьник, подгоняет задачу под ответ из-за лени. То ученые это делают для того, что бы ну хоть как то объяснить то, что происходит. Это на самом деле не плохо, все "придумки" ученых, обычно потом открывают экспериментально. Примеры: планета Нептун, Плутон, электрон, нейтрино, спин у элементарных частиц.
Это была прилюдия, теперь ответы на вопрос.
1) Т.е. можно считать, что любая "структура", внутри которой действуют гравитационные силы - не подвержена расширению вследствие ДЕЙСТВИЯ ГРАВИТАЦИОННЫХ СИЛ?
Насколько я понял текущую модель, то да.
2) Влияет ли именно гравитация на это?
Судя по всему да.3) А почему именно так происходит?
Это фундаментальный вопрос. И на него нет ответа. Но можно сказать, что это происходит так, потому что следствия той модели, которую придумали ученые, говорят об этом.PS. Извиняюсь за многобуков, но на фундаментальные вопросы, наверное так и отвечают:-). Надеюсь что Вам немного стало понятно.
Ответить
Да, все понятно, спасибо большое за столь подробное объяснение. Как Вы понимаете, особо позадавать подобные "детские" вопросы некому. Вам не нужно "оправдывать" науку в ее "подгоночной" стратегии познания Мира, мне кажется это единственно возможный путь познания действительности - строить модели на основе наблюдений и уточнять или изменять их по мере поступления новых наблюдений. :)
А что касается моего вопроса, то он был вызван тем, что при попытке представить расширяющееся пространство, возникает интуитивно-ошибочная идея о том, что раз расширяется само пространство, то расширяется и все в нем находящееся. Но раз это не так, и материальные объекты в виде "нераздельных кусков материи" или даже значительно более крупные структуры при этом не расширяются (или же нет возможности зафиксировать подобное расширение), то это как раз и порождает эти вопросы... получается, что пространство, расширяясь, "выползает из под" находящихся в нем объектов... или же я делаю в своих рассуждениях какие-то фундаментальные ошибки в силе недостаточной образованности в этой области:)
Еще раз спасибо за разъяснения:))
Ответить
-
Извините если это оффтопик. Но по поводу фундаментальных ошибок, ну или я не знаю как это назвать. Пример - ученые несколько десятилетий ищут бозон Хиггса. Построили Теватрон - мало, решили большой адронный коллайдер построить, и специализировать его для поиска бозона Хиггса. Но за 2 года работы, еще ничего не нашли. Прикол в том, что так называемая Стандартная Модель - теоретическая конструкция в физике элементарных частиц, описывающая электромагнитное, слабое и сильное взаимодействие всех элементарных частиц, но не включает в себя гравитацию. Так вот, с ней согласуются практически все опыты, на уровне элементарных частиц. Но из нее (СМ) вытекает существование бозона Хиггса, которого вот никак найти не могут. То ли плохо ищут, то ли модель неверна, вот такая дилемма.
Но, отсутствие - тоже результат, и сейчас параллельно разрабатывается без хиггсовая модель мира.Это про ошибки. Они то тоже учат нас чему-то.
Ответить
-
ну да, хорошее и хорошо известное объяснение. Но в паре мест оно не лучше (или даже хуже) шарикового примера:
- тоже присутствует "вот только всё наоборот" (не линейка сжимается, на самом деле)
- никаких подступов к тому, почему был БУМ, а теперь плавно
- никаких подступов к тому, почему не просто "всё было в нуле расстояния", а ещё и не было никаких там протонов - а потом БАЦ и появились.
Ответить
Если брать за основу теорию большого взрыва то весь этот шарик когда то был точной, и если движение в границ "шарика"-пространства было одинаковое во все стороны то геометрический центр вселенной и есть та точка откуда началось расширение. И этот центр высчитывается элементарно.
Надо данные красных смещениях галактик с двух точек в пространстве. И чем дальше эти точки будут удалены друг от друга тем точнее будет рассчитан центр.
Ответить
Здесь на сайте есть статья А.Левина, "Всемогущая инфляция", которая объясняет почему ненаблюдаемо событие Большого Взрыва. Существует горизонт наблюдаемости Вселенной, который не позволяет наблюдать всю Вселенную целиком, а потому неизвестны пространственно временные параметры события под названием Большой Взрыв.
Ответить
Ответ на такой совсем не детский вопрос поставил меня в тупик.
Допустим, есть три галактики A, B и C, лежащие на одной прямой и при этом разлетающиеся друг от друга. Не следует ли из этого, что пара из этих галактик движется в одном направлении, пусть и с разными скоростями?
Должна быть точка на этой прямой, из которой галактики начали движение?
Или Эвклидова геометрия здесь не работает?
Извините, если вопрос получился совсем уж глупым.
Ответить
Если на шаре искать центр на поверхности, то его там нет, а если провести несколько перпендикуляров к этой поверхности то они пересекутся в центре шара. Он есть. Наша вселенная четырехмерна и если искать центр в трех измерениях то его нет. Проведем перпендикуляры в четвертом измерении и получим центр нашей вселенной на расстоянии 13.7 миллиардов лет тому назад.Четвертое измерение это время. Мы существа которые в четвертом измерении движемся только в одну сторону (Мы трехмерные существа). Поэтому можем наблюдать расширение вселенной. А разум помагает нам посмотреть назад и далеко вперед. А центр Вселенной находится на расстояни 13.7 миллиардов лет тому назад.
KOP.
Ответить
Предложенная аналогия с шариком не получается.
Поверхность шарик 2-мерная, и чтобы не было центра, он должен быть изогнут в 3-м измерении.
Наш мир 3-х мерный, и чтобы не было центра, он должен быть изогнут в 4-м измерении. А согласно последним данным, он плоский, с высокой точностью.
Ответить
Кас: Где находится центр Вселенной?
"Элементарно Ватсон!"
Смысл не в том, чтобы определить центр, а в том, что находясь во Вселенной невозможно указать в какой части её ты находишься. Это основа Общей Теории Относительности, проверенная и доказанная многократно. Конечная или Бесконечная Вселенная "изнутри" выглядят одинаково. Если представить Вселенную как конечную, то чем ближе "к краю", тем раньше во времени от её начала. Пространство-Время - это единая физическая сущность. Нельзя перемещаться в Пространстве, не перемещаясь во Времени.
Ответить
В центре шарика есть точка, относительно которой он и расширяется (каждая точка шарика при надувании имеет равную по модулю скорость относительно данной точки). Значит, и во Вселенной существует такая точка, разве не так?
Ответить
Не забываем что Большой Взрыв всего лишь одна из теорий, пока не противоречащая неблюдениям. Совсем не удивлюсь если лет через 300 наука откажется от этой теории. Поэтому не совсем корректно писать "На самом деле у расширения Вселенной центра быть не должно..." Особенно для детей.
Правильнее было бы сказать что "как полагает современная наука у расширения Вселенной центра быть не должно...". Думаю это важно, для поощрения любознательности, и избежания того что современное естествознание дети будут заучивать как серию догм.
Ответить
Слишком много неизвестно.... Сколько там составляет темная энергия и материя и что это вообще? ... На примере надувающегося шарика "вселенной": может внутри этого шарика, есть другой... "темный" центр вселенный, который также надувается, но находится в другой метрике и присутствует рядом с каждой галактикой, а замечаем мы его по несоответствию гравитаций... черт его знает, может через этот темный центр можно попасть в любую точку вселенной..
Ответить
Господин Вибе, а вы шельмуете, когда представляете нашу Вселенную в виде двумерной поверхности резинового шарика! А вы возьмите и поместите во внутрь этого шарика такие же галактики и звёзды и прочие чёрные и белые дырки и тогда, продолжая надувать шарик и нас, скажите нам, что у шарика нет центра! И вот так у вас везде и всюду: сплошное надувательство и сплошная метафизика! Неужели не понимаете, что так вы точно уничтожите физическую науки и что давно пора снять пути с ног нашей резвой лошадки по имени Наука-физика и отпустит её на вольные хлеба - на вселенские просторы! Не вы её породитель не вам и управлять ею и умами мыслящих людей!
Попробую дать своё пояснение в меру своих скромных возможностей. Прежде всего надо отметить, что до Большого Взрыва (БВ) не существовало того пространства, центр которого мы ищем, так как это пространство возникло как раз благодаря БВ. Это значит, что не было такого места в пространстве, в котором случился БВ, и которое можно было бы считать центром.
Кроме того, в процессе взрыва пространство расширялось (и продолжает это делать) так, что плотность распределения энергии и материи во всём пространстве оставалась в среднем одинаковой. Иначе говоря не было разлёта продуктов взрыва, характерного для обычного взрыва. При обычном взрыве траектория осколков показывает, где находится центр, но в случае БВ пространство взрывалось вместе с "содержимым", и никакого разлёта осколков не было.
Вы можете возразить, что и в этом случае можно найти центр, если представить Вселенную в виде шарика. При этом центром будет точка, равноудалённая от границ шарика. Но и тут "сюрприз": Вселенная хоть и конечна (кол-во вещества, энергии и объём пространства - величины небесконечные), но при этом безгранична. То есть границ, от которых можно было бы отмерять расстояние, просто нет. В некотором смысле центром можно считать любую точку Вселенной. Любой из нас может назвать, например, себя центром Вселенной и будет прав. "Как же такое возможно?!", - воскликнет иной читатель. А дело тут вот в чём.
Давайте снова представим Вселенную как "шарик", и себя внутри этого шарика. Допустим мы летим по прямой в поисках края Вселенной. Подлетев к тому месту, где должен быть край, мы ничего особенного не увидим - будет всё тоже, что и везде: звёзды, галактики и прочее. Просто окажется, что вылетев за пределы "шарика" мы тут же влетели в него с противоположной стороны. Продолжив прямолинейное движение, мы вернёмся в то же место, откуда начали движение. И это не зависит от направления.
Из этого можно вывести интересное следствие. Представьте, что мы обладаем таким зрением, которое способно "тонкой иглой" пронзать бездну на любые расстояния. И вот мы стоим, смотрим в небо, и вдруг мы замечаем, что куда бы мы ни посмотрели, мы видим... себя! Да-да, бросив взгляд в любом направлении, мы обнаруживаем, что смотрим себе в затылок. И этот "другой человек" - не копия, не другой экземпляр, а это мы и есть в единственном экземпляре.
Надеюсь, не сильно "загрузил"? Достаточно популярно?
Ответить
"Загрузил" не сильно кроме вот этого: "До БВ не существовало пространства" и "оно возникло благодаря БВ".
По моему скромному мнению (не обязательно правильному) все проблемы физики, вызывающие "детские" вопросы, на которые она не может адекватно ответить, связаны с тем, что физику загнали в математический тупик, когда при объяснении "детских"вопросов раскрывают не сущность явлений, а делают ссылку на формулы и составляющие их члены. Но суть этих членов абсолютно не определена. Например, раскройте суть фундаментального понятия ЭНЕРГИЯ.
Известны её формы: материя и излучение, известны виды её проявления: квантовые поля различной природы (вещественные, поля взаимодействия и др.), существует фундаментальный закон сохранения энергии (вопреки теории БВ). Но вот что это за субстанция под названием Энергия, не раскрывается. И нельзя сказать, что это пустой термин, поскольку масса и весь материальный мир суть сгустки энергии (Е=mс2, отсюда m - особая форма энергии).
С большой долей вероятности можно предположить, что Энергия является основой Мироздания. При отсутствии внешних импульсов Энергия нейтральна и имеет однородную плотность. Внешние импульсы вызывают её возмущения в виде волн различного типа (электромагнитных, гравитационных и др.) и формирование разномасштабных"сгустков", обладающих массой (электронов, нейтронов, протонов, кварков и других вещественных частиц) и, в конечном итоге, материальной структуры нашей Вселенной. В этих рассуждениях неясна природа и происхождение импульсов, выводящих Энергию из состояния покоя и равновесия. Можно предположить, что они возникали неоднократно и в различных участках пространства.
Теперь о пространстве и проблеме его бесконечности. Человек возомнил себя "пупом Вселенной", хотя по своим параметрам он никак не соответствует её размерам, но пытается изучить её своей метрикой. Отсюда и непонимание его бесконечности. С улучшением методов и инструментария исследований человечество будет все дальше отодвигать "границы" Вселенной, убеждаясь в её бесконечности.
Спасибо всем, кто дочитал этот пост до конца, и тем, кто что-нибудь из него понял.
Ответить
По довольно хорошо проверенной теории Эйнштейна, в какой бы точке Вселенной мы не находились, она выглядит одинаково. Каждая точка отличается только в тем, сколько времени в ней прошло от начала расширения. Поэтому, центр является самым "старым" местом, но определить его невозможно.
Но, вспомнив принцип: "никогда не говори "никогда", подумал, если не центр, то направление на "центр расширения", возможно будет указать при сравнении карт анизотропии реликтовых излучений электромагнитного, нейтринного и гравитационного. Если последние два когда-нибудь измерят.
Ответить
Центр у Вселенной возможен, только его трудно выявить. Представьте, вся наша Вселенная больше видимой нами её части в миллиарды раз. И вот эта часть, расширяясь вместе со всей Вселенной, улетает от её центра со сверхсветовой скоростью.
Как это можно заметить? Если энергетическая плотность вселенской среды - эфира/вакуума - почти одинакова что внутри нашей части Вселенной, что за её границами (за сферой Хаббла). Какой-то заметной анизотропии по температуре реликтового излучения это не вызовет. Наличие центра и края нашей Вселенной можно лишь предполагать в рамках версии множественности расширяющихся вселенных. И проверять это предположение надо косвенным путём - по выявлению следствий такого варианта мультиверса в прошлых или будущих экспериментах.
Ответить
Написать комментарий
Вселенная… Слово-то какое страшное. Масштабы того, что обозначается эти словом, не поддаются никакому осмыслению. Для нас проехать 1000 км - это уже расстояние, а что они значат в сравнении с гигантской цифрой, которая обозначает минимально возможный, с точки зрения учёных, диаметр нашей Вселенной.
Эта цифра не просто колоссальна - она ирреальна. 93 миллиарда световых лет! В километрах это выражается следующим числом 879 847 933 950 014 400 000 000.
Что такое Вселенная?
Что же такое Вселенная? Как объять разумом сие необъятное, ведь это же, как писал Козьма Прутков, никому не дано. Давайте обопрёмся на всем нам знакомые, простые вещи, способные путём аналогий привести нас к искомому постижению.
Из чего состоит наша Вселенная?
Чтобы разобраться в этом вопросе, пойдите прямо сейчас на кухню и возьмите поролоновую губку, которую вы используете для мытья посуды. Взяли? Так вот, вы держите в руках модель Вселенной. Если вы через лупу рассмотрите структуру губки поближе, то увидите, что она представляет собой множество открытых пор, ограниченных даже не стенками, а скорее перемычками.
Нечто подобное представляет собой и Вселенная, но только в качестве материала для перемычек используется не поролон, а… … Не планет, не звёздных систем, а галактик! Каждая из этих галактик состоит из сотен миллиардов звёзд, вращающихся вокруг центрального ядра, и каждая может иметь размер до сотен тысяч световых лет. Расстояние между галактиками обычно составляет около миллиона световых лет.
Расширение Вселенной
Вселенная не просто большая, она ещё вдобавок постоянно расширяется. Этот установленный с помощью наблюдения красного смещения факт, лёг в основу теории Большого взрыва.
Согласно данным НАСА возраст Вселенной с момента Большого взрыва, положившего ей начало, составляет приблизительно 13,7 миллиардов лет.
Что означает слово «Вселенная»?
Слово «Вселенная» имеет старославянские корни и, фактически, является калькой с греческого слово ойкумента (οἰκουμένη) , происходящего от глагола οἰκέω «населяю, обитаю» . Изначально этим словом обозначалась вся обитаемая часть мира. В церковном языке и по сей день сохраняется подобное значение: например, Константинопольский Патриарх в своём титуле имеет слово «Вселенский».
Термин происходит от слова «вселение» и только лишь созвучен слову «всё».
Что находится в центре Вселенной?
Вопрос о центре Вселенной - крайне запутанная штука и однозначно ещё не решён. Проблема в том, что непонятно, есть он вообще или его нет. Логично предположить, что, раз был Большой взрыв, из эпицентра которого и начали разлетаться бесчисленные галактики, значит, проследив траекторию каждой из них, можно на пересечении этих траекторий найти центр Вселенной. Но дело в том, что все галактики удаляются друг от друга приблизительно с равной скоростью и из каждой точки Вселенной наблюдается практически одна и та же картина.
Натеоретизировано здесь столько, что любой академик свихнётся. Даже привлекалось не раз четвёртое измерение, будь оно неладно, но особой чёткости в вопросе нет и по сей день.
Если же нет внятного определения центра Вселенной, то говорить о том, что находится в этом самом центре, мы считаем пустым занятием.
Что находится за пределами Вселенной?
О, это вопрос очень интересный, но такой же неопределённый, как и предыдущий. Вообще неизвестно, есть ли у Вселенной пределы. Возможно, их нет. Возможно, они есть. Возможно, кроме нашей Вселенной есть и другие с иными свойствами материи, с отличными от наших законами природы и мировыми константами. Никто не может доказательно дать ответ на подобный вопрос.
Проблема заключается в том, что мы имеем возможность наблюдать Вселенную лишь на расстоянии в 13,3 миллиарда световых лет. Почему? Очень просто: мы же помним, что возраст Вселенной составляет 13,7 миллиардов лет. Учитывая, что наше наблюдение происходит с задержкой, равной времени, потраченному светом на прохождение соответствующего расстояния, мы не можем наблюдать Вселенную ранее того момента как она, собственно, появилась на свет. На этом расстоянии мы видим Вселенную ясельного возраста…
Что ещё мы знаем о Вселенной?
Очень много и ничего! Мы знаем о реликтовом свечении, о космических струнах, о квазарах, чёрных дырах и о многом и многом другом. Некоторая часть этих знаний может быть обоснована и доказана; кое-что является лишь теоретическими выкладками, которые не могут быть подтверждены доказательно, а что-то - лишь плод богатой фантазии псевдоучёных.
Но одно мы знаем наверняка: никогда не настанет момент, в который мы сможем, облегчённо вытерев пот со лба, сказать: «Фу-у-х! Вопрос, наконец-то полностью изучен. Здесь больше ловить нечего!»
- Перевод
Вселенная выглядит примерно одинаково по всем направлениям, но удалённые галактики выглядят болеем молодыми и менее эволюционировавшими, чем те, что находятся ближе
Мы знаем, что наша Вселенная началась с Большого Взрыва, но это не значит, что мы все правильно его себе представляем. Большая часть людей представляет себе его, как взрыв: когда всё началось с горячего и плотного состояния, а потом расширялось в стороны и остывало, в то время, как различные фрагменты-осколки удалялись друг от друга. Но, какой бы ни была эта картина притягательной, она неверная. Наш читатель задаёт связанный с этим вопрос?
Интересно, как получается, что у вселенной нет центра и реликтовое излучение отдалено в любую сторону на равное от нас расстояние. Мне кажется, что если вселенная расширяется, то всегда можно найти место, откуда она начала расширяться.
Давайте для начала подумаем о физике взрыва, и о том, какой бы была наша Вселенная, если бы она началась со взрыва.
Первые стадии взрыва во время ядерного испытания Тринити , 16 миллисекунд после детонации. Верхняя часть взрыва достигла 200 м.
Взрыв начинается в определённой точке и быстро расширяется во все стороны. Самые быстро движущиеся обломки двигаются наружу быстрее остальных. Чем дальше вы находитесь от центра взрыва, тем меньше материала долетит до вас. Плотность энергии со временем повсеместно уменьшается, но дальше от центра взрыва она уменьшается быстрее, поскольку на окраинах взрыва материал более рассеянный. Неважно, где вы находитесь – если взрыв вас не уничтожил, вы всегда сможете реконструировать центр взрыва.
Крупномасштабная структура Вселенной меняется со временем, небольшие несовершенства вырастают и формируют первые звёзды и галактики, затем сливаются вместе, формируя крупные, современные галактики, видимые нам сегодня. Заглядывая на дальние дистанции, мы видим более молодую Вселенную, такую, каким был наш местный регион в прошлом.
Но мы наблюдаем не такую Вселенную. Она одинаково выглядит на дальних и ближних расстояниях: та же плотность, та же энергия, то же количество галактик. Удалённые объекты, двигающиеся от нас с большей скоростью, не выглядят схожими по возрасту с теми, что расположены ближе к нам и двигаются медленнее; они выглядят моложе. На дальних расстояниях объектов не становится меньше, их становится больше. А если взглянуть на схему движения во Вселенной, мы увидим, что несмотря на то, что мы можем заглянуть на десятки миллиардов световых лет, центр неизменно оказывается рядом с нами.
Сверхскопление Ланиакея , расположение Млечного Пути в котором показано красным, представляет собой всего лишь одну миллиардную объёма наблюдаемой Вселенной. Если Вселенная началась в результате взрыва, то Млечный Путь должен был быть рядом с центром
Значит ли это что мы, из триллионов галактик Вселенной, случайно оказались в центре Большого Взрыва? И что изначальный взрыв был подстроен именно таким образом, и были учтены нерегулярные, негомогенные плотности, энергии, и загадочное свечение температурой 2,7 К? Какой мелочной была бы Вселенная, если бы она была подстроена таким нереалистичным образом с самого начала.
Взрыв в космосе заставил бы внешние слои материала двигаться вовне быстрее остальных, что означает, что они становились бы менее плотными, теряли бы энергию быстрее других и демонстрировали разные свойства по мере удаления от центра. Также взрыву нужно было бы расширяться куда-то, а не растягивать само пространство. Наша Вселенная такому описанию не соответствует.
Вместо этого, Общая теория относительности предсказывает не взрыв, а расширение. Вселенная, начавшаяся с горячего, плотного состояния, у которой расширяется сама её ткань. Существует заблуждение, что это процесс начинался с одной точки – это не так! Существовал регион космоса с такими свойствами, наполненный материей, энергией и т.п., а затем Вселенная начала свою эволюцию под влиянием законов гравитации.
У неё повсюду схожие свойства, включая плотность, температуру, количество галактик, и т.п. Если мы выглянем наружу, то найдём свидетельства эволюционирующей Вселенной. Поскольку Большой взрыв случился повсюду одновременно конечное время назад на целом участке космоса, и мы можем наблюдать только этот участок, то когда мы смотрим с нашей точки наблюдения, мы видим участок пространства, не очень сильно отличающийся с нашего местоположения в прошлом.
Заглядывать на космические дистанции – значит, заглядывать в прошлое. Мы живём спустя 13,8 млрд лет после Большого взрыва, но Большой взрыв случился и во всех других доступных для наблюдения местах. Время распространения света до других галактик означает, что мы видим эти удалённые регионы такими, какие они были в прошлом.
Галактики, свету которых потребовался миллиард лет на то, чтобы дойти до нас, выглядят такими, какими они были миллиард лед назад! 13,8 млрд лет назад во Вселенной преобладало излучение, а не материя, и когда во Вселенной впервые сформировались нейтральные атомы, это излучение осталось, а потом охладилось и испытало красное смещение из-за расширения Вселенной. То, что мы наблюдаем в качестве реликтового излучения – это не только остаточное свечение от Большого взрыва, но это излучение можно увидеть с любого места Вселенной.
Только несколько сотен микрокельвинов – несколько частей в 100000 – отделяют самые горячие участки от самых холодных на схеме реликтового излучения.
У Вселенной не обязательно есть центр; то, что мы называем «участком» пространства, в котором произошёл Большой взрыв, может быть бесконечного размера. Если центр есть, он буквально может быть везде, и мы бы об этом не узнали; части наблюдаемой нами Вселенной недостаточно для того, чтобы это узнать. Нам нужно было бы увидеть край, фундаментальную анизотропию (где разные направления отличаются друг от друга) по температурам и количеству галактик, и наша Вселенная, на крупнейших масштабах, на самом деле выглядит одинаково везде и во всех направлениях.
Логарифмическое изображение наблюдаемой Вселенной в представлении художника
Не существует места, с которого Вселенная начала расширяться из-за Большого взрыва; существует время, с которого Вселенная начала расширяться. Именно это и есть Большой Взрыв – условие, влияющее на всю наблюдаемую Вселенную в определённый момент. Поэтому смотреть на дальние расстояния во всех направлениях – значит, смотреть в прошлое. Поэтому у всех направлений примерно одинаковые свойства. И поэтому нашу историю космической эволюции можно отследить назад, так далеко, как далеко могут заглянуть наши наблюдения.
Галактики, похожие на Млечный Путь, и их прошлое
Возможно, у Вселенной конечный размер и форма, но если так – эта информация нам недоступна. Часть доступной нам для наблюдений Вселенной конечна, и та информация внутри этой части не содержится. Если вы будете представлять Вселенную в форме шарика, батона или другой понравившейся вам аналогии, помните, что у вас есть доступ только к крохотной части настоящей Вселенной. То, что мы наблюдаем – это нижний предел того, что там есть. Она может быть конечной, может быть бесконечной, мы уверены только в том, что она расширяется, у неё уменьшается плотность, и чем дальше мы смотрим, тем глубже в прошлое можем заглянуть. Как сказала астрофизик Кэти Мэк:
Вселенная расширяется так, как расширяется ваше сознание. Оно ведь не расширяется куда-то; вы просто становитесь менее тупым [dense (англ.) – «плотный», а также «тупой» / прим. перев. ]
Слово «Вселенная» известно всем с раннего детства. Именно его мы вспоминаем, когда поднимаем голову и, затаив дыхание, смотрим в бескрайнее небо, наполненное огоньками звезд. Мы спрашиваем себя: «Насколько бесконечна наша Вселенная? Есть ли у нее конкретные пространственные границы, наконец, можно ли найти то место, в котором находится центр Вселенной?»
Что такое Вселенная
Под этим термином принято понимать все разнообразие звезд, которое можно увидеть не только невооруженным глазом, но и при помощи таких, как телескоп. В ее состав входит множество галактик. Поскольку мы не можем пока видеть Вселенную полностью, то и ее границы недоступны для наших глаз. Вполне может оказаться, что она и вовсе бесконечна. Также невозможно определить наверняка ее форму. Чаще всего ее представляют в форме диска, но она вполне может оказаться и шарообразной, и овальной. И не меньше споров возникает вокруг вопроса о том, где находится центр Вселенной.
Где расположен центр Вселенной
Существуют различные теории объяснения этого понятия. Так, можно вспомнить Эйнштейна: согласно ей центром Вселенной может считаться любая точка, относительно которой производятся измерения. За годы существования человечества взгляд на эту проблему претерпел серьезные изменения. Когда-то считалось, что именно Земля - центр Вселенной и всего мироздания. По мнению древних, она должна была иметь плоскую форму и опираться на четырех слонов, которые, в свою очередь, стоят на черепахе. Позже была принята гелиоцентрическая модель, в соответствии с которой центр Вселенной находился на Солнце. И только тогда, когда ученые осознали, что Солнце является всего лишь одной из небесных звезд, причем не самой большой, представления о центре Вселенной пришли к тому виду, какой мы имеем сегодня.
Так называемая «Теория Большого взрыва» была предложена всему астрономическому сообществу Фредом Хойлом - известным ученым-физиком - как объяснение возникновения Вселенной. На сегодняшний день именно она, пожалуй, наиболее популярна в самых различных кругах. Согласно этой теории, пространство, которое занимает теперь наша Вселенная, возникло в результате очень быстрого, напоминающего взрыв, расширения из ничтожно малого первоначального объема. С одной стороны, по всем человеческим представлениям такая модель должна иметь не только вполне определенные границы, но и центр, который находится в том месте, из которого, собственно, и началось расширение. Но существуют материи, которые людям, живущим в ограниченном просто невозможно себе представить. Так и точка, которая является астрономическим центром пространства, может находится в другом, недоступном нам, измерении.
Исследования телескопа «Хаббл»
Недавно в средствах массовой информации появились сообщения о том, что орбитальный телескоп «Хаббл» сделал серию снимков ядра нашей Вселенной. И был обнаружен некий город в центре Вселенной, от которого веером разбегаются галактики. Подробно исследовать его пока не представляется возможным, поскольку расположен он слишком далеко.
Где бы ни находилась точка астрономического центра нашей Вселенной, мы пока не сможем не только достичь ее, но даже просто увидеть.
Наша Вселенная началась с Большого Взрыва, но это не означает, что мы правильно ее себе нарисовали. Большинство из нас представляют это как настоящий взрыв: когда все начинается с горячего и плотного, а потом остывает и охлаждается, пока отдельные фрагменты разлетаются все дальше и дальше. Но это же вообще не соответствует действительности. Поэтому и рождается вопрос: а есть ли у Вселенной центр? Действительно ли космическое фоновое излучение одинаково удалено от нас, куда ни посмотри? Ведь если Вселенная расширяется, должно же это расширение было с чего-то начинаться?
Давайте на мгновение задумаемся о физике взрыва и какой была бы наша Вселенная, если бы с него началась.
Первые этапы взрыва во время ядерного испытания «Тринити», спустя 16 миллисекунд после взрыва. Вершина огненного шара на высоте 200 метров. 16 июля 1945 года
Взрыв начинается в точке и быстро расширяется наружу. Самый быстро движущийся материал выходит наружу быстрее всего, а значит и распространяется быстрее всего. Чем дальше вы от центра взрыва, тем меньше материала вас догонит. Плотность энергии снижается по мере течения времени, но дальше от взрыва она падает быстрее, потому что на окрестностях энергетический материал более разреженный. Независимо от того, где вы находитесь, вы всегда будете в состоянии - если вас не уничтожит - реконструировать центр взрыва.
Крупномасштабная структура Вселенной меняется с течением времени, поскольку крошечные дефекты растут и образуют первые звезды и галактики, а затем сливаются с образованием больших, современных галактик, которые мы видим сегодня. Чем дальше вы смотрите, тем моложе Вселенная.
Но это не та Вселенная, которую мы видим. Вселенная выглядит одинаково на больших и малых расстояниях: те же плотности, те же энергии, те же галактики и т. п. Далекие объекты, которые удаляются от нас на больших скоростях, не совпадают возрастом с объектами, которые расположены ближе к нам и движутся с меньшими скоростями; они кажутся моложе. И на большом удалении объектов становится не меньше, а больше. И если мы посмотрим на то, как движется все во Вселенной, мы увидим, что несмотря на то, что мы видим на десятки миллиардов световых лет, мы реконструировали центр прямо там, где находимся.
Сверхскопление Ланиакея, на котором положение Млечного Пути отмечено красным, представляет всего лишь одну миллиардную долю объема наблюдаемой Вселенной. Если Вселенная началась со взрыва, Млечный Путь был бы точно в центре.
Означает ли это, что мы, из всех триллионов галактик во Вселенной, оказались в центре Большого Взрыва? И что изначальный «взрыв» был настроен именно таким образом - с нерегулярными, неоднородными плотностями энергии, «точками отсчета» и загадочным свечением в 2,7 К - чтобы мы оказались в его центре? Как щедро было бы со стороны Вселенной настроить себя таким образом, чтобы мы оказались в этой невероятно нереалистичной точке на старте.
Во время взрыва в космосе внешний материал будет удаляться быстрее всего, а значит, именно он будет быстрее всего демонстрировать другие свойства, удаляясь от центра, поскольку будет быстрее терять энергию и плотность.
Но общая теория относительности подсказывает нам, что это не взрыв, а расширение. Вселенная началась с горячего, плотного состояния и расширялась именно ее ткань. Существует заблуждение, что это должно было начинаться с одной точки, но нет. Целая область имела такие свойства - заполненная веществом, энергией и пр. - и затем в действие вступала просто вселенская гравитация.
Эти свойства были одинаковыми везде и всюду - плотность, температура, число галактик и т. п. Но если бы мы могли это увидеть, мы обнаружили бы свидетельства развивающейся Вселенной. Поскольку Большой Взрыв происходил сразу и везде определенное время назад в некой области пространства, а эта область - все, что мы можем видеть, если смотрим с нашей точки зрения - мы видим область пространства, которая не слишком отличается от нашей собственной позиции в прошлом. Это сложно понять, но вы постарайтесь.
Смотреть назад на большие космические расстояния - как смотреть назад во времени. Прошло 13,8 миллиарда лет с Большого Взрыва там, где мы сейчас есть, но Большой Взрыв также происходил и в других местах. Свет, путешествующий во времени от тех галактик, означает, что мы видим удаленные регионы, какими они были в прошлом.
Галактики, свет которых добирался до нас миллиард лет, видны для нас такими, какими они были миллиард лет назад; галактики, которые проявляются нам спустя десять миллиардов лет, выглядят такими, какими они были именно такое время назад. 13,8 миллиарда лет назад Вселенная была полна излучения, а не вещества, и когда впервые сформировались нейтральные атомы, это излучение никуда не делось, остыло и прошло через красное смещение из-за расширения Вселенной. То, что мы видим как космический микроволновый фон, не только послесвечение Большого Взрыва, но его видно из любой точки Вселенной.
У Вселенной не обязательно будет центр. То, что мы называем «областью» пространства, в которой произошел Большой Взрыв, может быть и бесконечностью. Если центр и есть, он может быть буквально где угодно, и мы об этом не знали бы, потому что наблюдаем недостаточно Вселенной, чтобы получить полную информацию. Нам нужно было бы увидеть край, фундаментальную анизотропию (когда разные направления выглядят по-разному) в температурах и числах галактик, а наша Вселенная на самых больших масштабах кажется одинаковой везде и во всех направлениях.
Не существует места, с которого Вселенная начала расширяться, есть время, когда Вселенная начала расширяться. Именно это и являл собой Большой Взрыв: состояние, в которое перешла вся наблюдаемая Вселенная в определенный момент. Именно поэтому вглядываться во всех направлениях означает смотреть назад во времени. Именно поэтому во всех направлениях Вселенная однородна. Именно поэтому нашу историю космической эволюции можно проследить настолько, насколько наши обсерватории могут видеть.
Возможно, Вселенная имеет конечную форму и размер, но если это и так, то эта информация нам недоступна. Часть наблюдаемой нами Вселенной конечна, и эта информация в ней не заключена. Если вы представляете себе Вселенную как воздушный шар, буханку хлеба или что-нибудь еще по аналогии, не забывайте, что мы можем получить доступ лишь к крошечной части настоящей Вселенной. Все, что мы видим, это ее небольшая часть. И будь она конечной или бесконечной, она не перестает расширяться и разуплотняться.
Вселенная не расширяется в чем-то; она просто становится менее плотной.