Возраст Вселенной составляет 13,8 миллиарда лет, а это значит, что свету с самого дальнего края наблюдаемой Вселенной потребовалось 13,8 миллиарда световых лет, чтобы достичь нас. Но за это время Вселенная продолжала расширяться, и хотя сегодня учёные считают, что скорость этого расширения падает, из-за того, что по всему объёму Вселенной постоянно появляется новое пространство, воспринимаемая скорость разбегания далёких объектов постоянно растёт. Сейчас край наблюдаемой Вселенной переместился и находится на расстоянии 46,5 миллиарда световых лет.
Это огромное пространство включает в себя, по разным оценкам, от 200 миллиардов до 2 триллионов галактик. И в каждой галактике в среднем насчитывается около 100 миллиардов звёзд.
Учёные используют различные инструменты и методы, называемые «лестницей космических расстояний", для оценки расстояний между объектами в необъятном космосе. Они начинают с расстояний, которые можно измерить напрямую. Например, с помощью отражения радиоволн от близлежащих тел в Солнечной системе, отмечая время, необходимое для возвращения волн на Землю.
Лестница космических расстояний
Для расстояний, которые труднее измерить, например, для галактик на границе Вселенной, астрономы используют выводы, основанные на расчётах и наблюдениях. Например, они используют «измерение параллакса», которое основано на измерении смещения звезды относительно объектов на её фоне, а также «подгонку к главной последовательности», которая использует наши знания о звёздной эволюции. Знание того, как яркость связана с расстоянием, имеет первостепенное значение для определения местоположения далёких объектов. Так же как и анализ красного смещения, который включает в себя измерение изменений в длине волн света, исходящего от далёких галактик.
Когда объект удаляется от нас, идущий от него свет меняет характеристики, его длина волны увеличивается, то есть смещается в красную сторону спектра. Этот эффект называется красным смещением. Красное смещение объекта измеряется путём изучения линий поглощения или излучения в его спектре. Эти линии уникальны для каждого элемента периодической таблицы, а расстояние между ними остаётся постоянным. Когда объект в космосе движется к нам или от нас, линии можно обнаружить на других длинах волн, чем если бы объект не двигался (относительно нас).
Классы звёзд
Космологическое красное смещение является следствием расширения пространства. Расширение пространства растягивает длины волн проходящего через него света. Поскольку красный свет имеет большую длину волны, чем синий, мы называем это растяжение красным смещением. Источник света, удаляющийся от нас через пространство, также вызывает красное смещение — в данном случае из-за эффекта Доплера. Однако космологическое красное смещение — это не то же самое, что доплеровское красное смещение, потому что доплеровское красное смещение происходит из-за движения через пространство, а космологическое красное смещение — из-за расширения самого пространства.
Чем дальше мы смотрим в любом направлении, тем дальше в прошлое мы видим. Ближайшая галактика, находящаяся на расстоянии около 2,5 миллиона световых лет, кажется нам такой, какой она была 2,5 миллиона лет назад, потому что свету требуется столько времени, чтобы добраться до наших глаз с момента его излучения. Более удалённые галактики кажутся нам такими, какими они были десятки миллионов, сотни миллионов или даже миллиарды лет назад. По мере того как мы смотрим всё дальше в космос, мы видим свет Вселенной таким, каким он был, когда она была моложе. Так что если мы ищем свет, который был испущен 13,8 миллиарда лет назад, как реликт горячего Большого взрыва, мы действительно можем его найти. Он так и называется: реликтовое излучение (РИ).
Картина реликтового излучения несёт в себе флуктуации, вызванные изначальными мелкими несовершенствами Вселенной, существовавшими в те времена, когда она была очень маленькой. Эта картина флуктуаций невероятно сложна, в ней содержатся различные средние значениями температур на разных угловых масштабах. Она также содержит невероятное количество информации о Вселенной, включая поразительный факт: кривизна пространства, насколько мы можем судить, совершенно плоская. Если бы пространство было положительно искривлено, как будто мы живём на поверхности четырёхмерной сферы, мы бы видели, как сходятся эти далёкие лучи света, и это могло бы намекнуть на конечность Вселенной. Если бы оно было отрицательно искривлено, как если бы мы жили на поверхности четырёхмерного седла, мы бы увидели, что эти далёкие лучи света расходятся. Вместо этого удалённые лучи света движутся в своём первоначальном направлении, а имеющиеся колебания указывают на идеальную плоскостность. А раз, насколько мы можем видеть, Вселенная не «закругляется», она вполне может оказаться и бесконечной.
Реликтовое излучение
Исходя из космического микроволнового фона и крупномасштабной структуры Вселенной (через барионные акустические колебания), мы можем сделать вывод, что если Вселенная конечна и зацикливается сама на себе, то она должна быть как минимум в 250 раз больше наблюдаемой нами её части. Поскольку мы живём в трёх измерениях, 250-кратный радиус означает 2503-кратный объём, или более чем в 15 миллионов раз больше пространства. Но как бы ни было велико это пространство, оно всё равно не бесконечно. Нижняя граница Вселенной, составляющая не менее 11 триллионов световых лет во всех направлениях, огромна, но она всё равно конечна.
Это означает, что если мы начнём с почти идеально однородной Вселенной, но в которой с рождения присутствуют небольшие перегрузки и недогрузки, мы можем ожидать, что структура будет формироваться особым образом, зависящим от типа начальных условий. В частности, отпечатки этих начальных условий проявляются сегодня двумя разными способами: как было сказано выше, в пиках и валах температурных флуктуаций, запечатлевшихся в реликтовом излучении, а также в крупномасштабной кластеризации галактик, наблюдаемой на протяжении всей космической истории.
Изучение крупномасштабной структуры — это попытка разгадать скелет нашей Вселенной. Мы пытаемся выяснить, как материя или, по крайней мере, светящаяся материя, наблюдаемая в виде галактик и скоплений галактик, распределена в пространстве. Первые наблюдения показали, что если на малых масштабах галактики имеют тенденцию объединяться в группы и богатые скопления (что статистически выражается в корреляционной функции галактик), то на больших масштабах большая часть светящегося вещества во Вселенной распределена случайным образом. В последние годы эта картина относительно «гладкого» вселенского каркаса быстро и радикально меняется, поскольку новые данные наблюдений начали выявлять Вселенную с обширной структурой и движением на очень крупных масштабах. Новые данные о крупномасштабной структуре привели к серьёзным изменениям в существующих теоретических представлениях о том, как могли сформироваться галактики и крупномасштабная структура. Несколько прежних моделей оказались неадекватными для объяснения новых наблюдений, в то время как некоторые новые модели-кандидаты (например, холодная тёмная материя, взрывы, космические струны) были предложены и проработаны с разной степенью детализации. Тем не менее, несмотря на огромные усилия и множество гениальных идей, ни одна теория формирования галактик и крупномасштабной структуры пока не может удовлетворительно соответствовать всем наблюдениям.
Эти два объекта наблюдения — РИ и крупномасштабное скопление галактик — несут в себе огромный объём информации об истории нашей Вселенной. То, чему они нас учат по состоянию на 2024 год, поражает воображение. Вот некоторые из наиболее важных уроков, которые мы можем извлечь из их изучения.
- В наблюдаемой Вселенной, вплоть до предельного расстояния, на котором мы можем её наблюдать (46,1 миллиарда световых лет во всех направлениях), нет признаков повторяющихся структур или паттернов: это свидетельствует о том, что если Вселенная конечна и замкнута, то она должна быть больше той части, которую мы можем видеть.
- Наблюдаемая Вселенная обладает пространственной кривизной, которая почти полностью идеально плоская, что указывает на то, что если она является, скажем, более высокоразмерным аналогом сферы (гиперсферой), то её минимальный размер, по крайней мере, в ~400 раз больше, чем видимая нами её часть.
- И, чтобы получить наблюдаемые структуры и особенности, которые мы видим как в РИ, так и в том, как галактики и другие формы материи собираются и группируются вместе (т.н. «спектр мощности материи»), Вселенная должна была родиться с определённым спектром начальных «стартовых» несовершенств плотности: той, которая начиналась как почти идеально масштабно-инвариантная (т.е. с одинаковой величиной гауссовых случайных флуктуаций на всех масштабах), но где «большие масштабы» имеют примерно на ~3% больший по величине набор флуктуаций, чем «малые масштабы» с космической точки зрения.
Перед Большим взрывом Вселенная пережила период космической инфляции. В то время она не была наполнена материей и излучением и не была горячей. Вселенная была наполнена энергией, присущей самому пространству, она расширялась с постоянной, экспоненциальной скоростью и создавала новое пространство так быстро, что наименьшая физическая шкала длины, длина Планка, растягивалась до размеров современной наблюдаемой Вселенной каждые 10-32 секунды.
Хотя наша наблюдаемая Вселенная, возможно, возникла в результате инфляции, закончившейся в нашей области пространства около 13,8 миллиарда лет назад, существуют регионы, где инфляция продолжается — создавая всё больше и больше пространства и порождая всё больше Больших взрывов, — и продолжается до сих пор. Эта идея известна как вечная инфляция и в целом принимается сообществом физиков-теоретиков. Насколько же велика вся ненаблюдаемая Вселенная на сегодняшний день?
Мы можем видеть только наблюдаемую Вселенную, созданную в результате окончания инфляции и нашего горячего Большого взрыва. Мы знаем, что инфляция должна была длиться не менее 10-32 секунды, но, скорее всего, она продолжалась дольше. Но насколько дольше? Секунды? Годы? Миллиарды лет? Или даже произвольный, бесконечный промежуток времени? Всегда ли Вселенная раздувалась? Было ли у инфляции начало? Возникла ли она из предыдущего состояния, которое существовало вечно? Или, может быть, всё пространство и время возникли из небытия конечное количество времени назад? Все эти варианты возможны, но ответ на них пока не поддаётся проверке и неясен.
Если Вселенная существовала всегда, если её рождение произошло бесконечное количество времени назад или если она родилась с бесконечными размерами, то ненаблюдаемая Вселенная должна быть бесконечной. Если же ни одно из этих утверждений неверно, то Вселенная бесконечной быть не может, и вместо этого должна быть конечной. Каким бы непостижимо огромным ни было инфляционное пространство-время, породившее мультивселенную с бесчисленным количеством горячих Больших взрывов, если Вселенная не родилась бесконечной в пространственном отношении или не существовала бесконечно долго, она всё равно должна быть конечной по протяжённости.
Однако вопрос о том, является ли она конечной или бесконечной, исходя из тех данных, которые мы в принципе можем наблюдать, может оказаться вопросом, ответ на который находится за пределами возможностей науки – а, возможно, будет оставаться за этими пределами бесконечно.
Telegram-канал со скидками, розыгрышами призов и новостями IT ?
Комментарии (28)
anna_meow
17.07.2024 09:37Между прочим, об этом интересно почитать в книге Билла Брайсона "Краткая история почти всего на свете". Там понятным языком сложное объяснено!
alexbess79
17.07.2024 09:37Может быть я сморожу лютую глупость... Если вселенная конечна, то что за тем самым концом? И для чего мы пытаемся найти какую-то точку отсчёта? Что-то было до так называемого большого взрыва? Может быть просто человек не может осознать бесконечность пространства и времени и для этого ищет некую стартовую точку? А выражение "пространство и время возникли из небытия конечное количество времени назад" вообще удивляет: что значит время возникло?)))
Всё это похоже на какие-то рассуждения сумасшедшего) Есть более насущные и решаемые проблемы на планете, однако тратится куча времени и средств на вот такие измышления...Имхо, конечно.
dv0ich
17.07.2024 09:37+1Есть более насущные и решаемые проблемы на планете
Кому как. Для меня два главнейших вопроса это: а) что такое наша вселенная, откуда она и почему? б) что такое сознание и как оно работает?
Всё остальное, включая всевозможные экономические, культурные, политические вопросы, для меня - так, бытовуха, не заслуживающая особого внимания.
alexbess79
17.07.2024 09:37+1Ещё есть много абсурдных вопросов типа "Почему вода мокрая и самое главное зачем она мокрая?", "Почему квадрат квадратный, круг круглый, треугольник треугольный?"... Это вопросы не имеющие ответа, потому что они абсурдные. Можно потратить всю жизнь на переливание из пустого в порожнее, но зачем?
dv0ich
17.07.2024 09:37+1Для вас они абсурдные, для меня нет.
Это вопросы не имеющие ответа
Они имеют ответ, и достаточно простой.
потратить всю жизнь на переливание из пустого в порожнее
Это как раз про попытки решения т.н. насущных земных проблем. Потому что людей не переделать.
alexbess79
17.07.2024 09:37И какой простой ответ есть на вопросы "а) что такое наша вселенная, откуда она и почему? б) что такое сознание и как оно работает?" ?
dv0ich
17.07.2024 09:37Я говорил про эти вопросы:
"Почему вода мокрая и самое главное зачем она мокрая?", "Почему квадрат квадратный, круг круглый, треугольник треугольный?"
Они имеют простой ответ, в отличие от моих вопросов.
alexbess79
17.07.2024 09:37))) Ну а для меня ваши вопросы имеют простой ответ, но вам он, конечно же, не понравится)))
dv0ich
17.07.2024 09:37Мне чот непонятно, чего вы хотите добиться. Убедить кого-то в своей правоте? Вы для этого выбрали очень неудачную тактику. Просто пофлудить демагогией и дурацкими скобочками? С этим лучше на пикабу и прочие помойки.
Wizard_of_light
17.07.2024 09:37+1"Почему вода мокрая" - вполне нормальный вопрос, приводящий пытливый ум к физическим отличиям жидкостей. Спирт и бензин тоже по-своему мокрые. Ну и остальные не так абсурдны, а способны привести к пониманию свойств языка. Вода мокрая просто так, у воды нет цели, только путь. Прилагательные описывают объект, применяя к нему свойства некоторого эталонного (круглый пирог=форма пирога близка к форме круга), естественно, что эталонный объект будет соответствовать описанию прилагательным.
korobkov-k
17.07.2024 09:37Чет какие-то уж очень примитивные рассуждения и вообще вопросы разного характера.
"Почему вода мокрая" вопрос из области естественных наук. И если поразбираться то можно обрести большую базу зананий и терминов, например узнать что вода это жидкость, жидкости имеют текучесть, поверхностное натяжение и "прилипают" к поверхностям и имеют иную теплопроводность нежели воздух и от отого ощущаются нашими рецепторами так как ощущаются и мы называем это термином "мокрая".
Что же до треугольных треугольников - это уже вопросы геометрии, а это абстрактная наука, просто выдуманные человеком конструкты, простые и строгие модели для описания как абстрактных, так и естественных форм и общения между собой. Тут просто связь что вот такая форма с темя концами - это треугольник (понятно что есть более полное и строго определения любой фигуры) Тут правильно что вопросы абсурдные.
Что же до вопросов вселенной - это опять естесвенные науки. Мы можем наблюдать и исследовать мир, находить новые закономерности, узнавать что из чего состоит и как работает. И для этого появляются новые методы и открываются новые горизонты. Абсурдными вопросы были бы если бы прогресс стоял на месте, но он не стоит.
domix32
17.07.2024 09:37Если вселенная конечна, то что за тем самым концом?
Поверхность сферы - конечна и не имеет края, то бишь конца как такового не существует. Так что в зависимости от теорий этот вопрос может не иметь смысла.
не может осознать бесконечность пространства и времени
проблема бесконечности в том что они невероятно скучны - в них есть буквально всё что можно придумать. Однако когда в некотором отрезке в возникают некоторые закономерности возникает также и вопрос - откуда эти закономерности взялись: почему мы наблюдаем инфляцию, реликтовое излучение, звуковые квантовые эхо и прочее да ещё и с большим уровнем достоверности? Насколько назад можно прочкручивать колбасу и получать понятный и предсказуемый результат? Было ли время, когда какие-то параметры отличались (например объединение электромагнитного и сильного взаимодействий было единым). В общем случае это расширение наших границ познания во времени.
А выражение "пространство и время возникли из небытия конечное
количество времени назад" вообще удивляет: что значит время возникло?Если вы нарисуете кубик на листке бумаги, то для него не будет существовать времени. Если же вы добавить к этому ещё кадров, описывающих его эволюцию, то появляется ещё одна ось измерения - временная. Собственно, есть предположение, что в момент до большого взрыва была только статичная картинка нашей вселенной, пока кто-то или что-то не добавили эволюцию вселенной ещё и во времени. Ещё есть история про мультивселенные, происходящих из-за наличия времени.
alexbess79
17.07.2024 09:37Поверхность сферы - конечна и не имеет края, то бишь конца как такового не существует. Так что в зависимости от теорий этот вопрос может не иметь смысла.
Но рядом с этой сферой может находиться ещё одна сфера. Т.е. мы привязываем своё понятие "бесконечность" к какой-то "сфере", но рядом может быть ещё одна "бесконечность". И так до бесконечности)))
В общем случае это расширение наших границ познания во времени.
Просто умозрительные эксперименты и философские рассуждения)
Если вы нарисуете кубик на листке бумаги, то для него не будет существовать времени. Если же вы добавить к этому ещё кадров, описывающих его эволюцию, то появляется ещё одна ось измерения - временная.
Давайте возьмём как пример дом. Вот он стоит, пока не развалится. До момента, пока не начнёт разваливаться, для него не существует времени?
KirpaPuto
17.07.2024 09:37Может быть я сморожу лютую глупость... Если вселенная конечна, то что за тем самым концом?
...
Что-то было до так называемого большого взрыва?
Это не глупость, это отсутствие специальных знаний. Колхозные рассуждения типа "что мешает разогнаться быстрее скорости света" или "что мешает охладиться ниже абсолютного нуля".
ksbes
17.07.2024 09:37Почему колхозные? На эти вопросы - про скорость света и абсолютный ноль есть вполне конкретные ответы. И даже критика этих ответов (т.е., например, всякие тахионы и "настоящие нули")
Бездумное отмахивание от вопросов - вот это как раз ненаучное мракобесие. Даже если упираемся в неполноту Гёделя - то эту неполноту всё равно можно показать.
А про большой взрыв есть очень интересный конкретный вопрос:
Сколько прошло переходов между двумя сверхтонкими уровнями основного квантового состояния атома цезия-133 в покое при 0 К с момента начала инфляции/большого взрыва? Т.к. те секунды о которых ведётся речь в статье - это немного не те секунды о которых принято думать.
И один из возможных ответов на него является заодно и ответом про то что было до начала Вселенной.
Tyusha
17.07.2024 09:37Если вселенная конечна, то что за тем самым концом?
Похоже, вы путаете два понятия: бесконечность и безграничность. Поверхность Земли конечна и при этом безгранична.
seepeeyou
17.07.2024 09:37Вообще вселенная расширяется с ускорением, именно с этим феноменом связывают гипотетическую темную энергию
Dmitry_Dor
17.07.2024 09:37+3Наблюдаемая Вселенная обладает пространственной кривизной, которая почти полностью идеально плоская,... является ли она конечной или бесконечной, исходя из тех данных, которые мы в принципе можем наблюдать, может оказаться вопросом, ответ на который находится за пределами возможностей науки
...обода гигантского колеса, ось вращения которого лежала где-то в бесконечности, отчего обод выглядел просто лентой конвейера, выходящей из одной стены и уходящей в другую. Одно время было модно защищать диссертации на уточнение радиуса кривизны Колеса Фортуны, но поскольку все эти диссертации давали результат с крайне невысокой точностью, до десяти мегапарсеков, Ученый совет института принял решение прекратить рассмотрение диссертационных работ на эту тему вплоть до того времени, когда создание трансгалактических средств сообщения позволит рассчитывать на существенное повышение точности...
© "Понедельник начинается в субботу" АиБ Стругацкие
/dejavu /irony
domix32
17.07.2024 09:37Дык Стругацкие этим как раз и вдохновлялись. Сама теория про кривизну вселенных примерно в их же время и появилась.
liaf4_4
17.07.2024 09:37материальность невозможна, она - концепт, рождаемый разумом.
dv0ich
17.07.2024 09:37+1Сильный заход) Можно подробнее?
Alexey2005
17.07.2024 09:37Идеалисты считают, что разум может существовать сам по себе, без материи. Не вполне понятно, правда, из каких наблюдений они сделали такой вывод - ведь материю без разума мы наблюдаем повсеместно, а вот с разумом без материи никому из людей ещё не доводилось сталкиваться. К тому же при подобном мировоззрении мозг оказывается лишней деталью: если разум спокойно существует и без материи, то мозг для процесса мышления совершенно не нужен, ведь он-то материален.
ksbes
17.07.2024 09:37+1Тут в чём прикол - существовать-то без материи разум может, вот взаимодействовать с ней вот так напрямую - нет (типичный "чанйик Рассела"). Потому нужны мозги, чтобы наладить связь с разумом и через него иметь "окно" в материальны мир.
Доказывается сий тезис существованием людей с мозгом, но без разума (в вегетативном и животном(идиотии всякие) состоянии) - либо изначально не подключились, либо соединение потерянно.(специально для особо умных: я излагаю тезис, а не доказываю, не продвигаю и не поддерживаю его)
dae-fromru
17.07.2024 09:37идеализм головного мозга detected
ksbes
17.07.2024 09:37+1Да тут заявка на солипсизм! Так что потише там, а то разбудите бога, которому мы все снимся!
спойлер
И который нам пишет под ником liaf4_4
Tyusha
17.07.2024 09:37Пробежалась наискосок глазами по известным тезисам, надеясь, перейти к вопросу, сформулированному в названии, но... тут статья закончилась.
garryq
Ну, во-первых, не помешало бы найти непротиворечивое определение конечности и бесконечности.
А еще меня смутило, что «сегодня учёные считают, что скорость этого расширения падает». Вроде бы наоборот, или я что-то пропустил?
SadOcean
Меня тоже смутило это место.
Наблюдаемая скорость расширения вроде растет