Как выглядит наша Вселенная со стороны? Тайна формы
Нам несложно определить формы предметов и отдаленных небесных тел, потому что мы смотрим на них со стороны. Со Вселенной все намного сложнее, потому что у нас нет возможности вырваться за ее пределы и посмотреть сбоку. Тогда какова форма Вселенной? И на чем основываются научные предположения?
О форме нашей Вселенной рассуждали еще древние мудрецы. Индуистские тексты описывают пространство в виде яйца. Джайнизм указывает на гигантского человека, а греческие стоики полагали, что это остров, плавающий в бесконечной пустоте.
Подобные предположения не основаны на научных фактах, поэтому в своих исследованиях ученые стали отталкиваться от теории относительности Альберта Эйнштейна. Он указывал на то, что пространство может быть искривленным по массе. А значит вселенская плотность (сколько массы распространилось по объему) определит форму пространства и то, какая смерть ожидает Вселенную.
Исследователи смогли определить критическую плотность Вселенной, которая пропорциональна квадрату постоянной Хаббла (скорость расширения пространства). Вот только насчет значения постоянной Хаббла все еще ведутся споры, поэтому в будущем наши модели могут измениться.
О каких формах может идти речь? Есть несколько сценариев. Если плотность пространства меньше критической, тогда материи не хватает, чтобы остановить процесс расширения и Вселенная будет расширяться вечно. В таком случае по форме пространство напоминает седло – открытая Вселенная.
Если вселенская плотность больше критической, то массы хватает для остановки расширения. Получаем замкнутую и конечную Вселенную без ярко выраженного края. Это форма сферы. Кстати, в этом сценарии пространство начнет сокращаться и случится противоположность Большому взрыву, когда Вселенная свернется в себя.
Существует третий вариант, где плотность Вселенной равна критической плотности. Скорость расширения будет постепенно замедляться в течение бесконечного временного промежутка. Тогда получаем плоское и бесконечное космическое пространство.
Эти три варианта считаются наиболее приемлемыми в научном сообществе. Хотя некоторые ученые все еще рассматривают вариант пончика или трубы. К примеру, пончик – технически плоское пространство, но связанное во многих местах. А труба – это отход от формы свернутого седла с одним широким и одним узким концом.
Некоторые считают, что Вселенная по форме напоминает пончик
Какая же форма самая вероятная? Если верить данным от космической обсерватории Планка (2015 год), то мы живем в бесконечной и плоской Вселенной. Важно понимать, что у нашего обзора есть ограничения.
Мы все еще не добрались в наблюдениях до «точки» Большого взрыва, а расширение происходит с такой скоростью, что некоторые объекты уже оказались за пределами наших наблюдательных способностей.
Но, если отталкиваться от существующей информации, то плоская Вселенная – наиболее вероятная форма. Но ученые не прекращают изучать эту тему. Сейчас активно исследуется реликтовое излучение, способное предоставить много полезной информации.
Как знать? Может, однажды наши потомки поймут, что существуют во Вселенной, которая напоминает гигантский пончик. Что думаете?
Источник
Какая она, наша Вселенная?
«Мы знаем вселенную, но мы не знаем ее как наполненную чудесами. Дети знают, любящие знают. Иногда знают поэты и сумасшедшие. Мы не знаем, что мир наполнен чудесами» Ошо
Как выглядит Вселенная?
С Земли человек может невооруженным глазом наблюдать лишь малую часть вселенной. Мы привыкли называть это небом со звёздами. Но это только ничтожная песчинка в необъятном космическом пространстве.
Рассматривать и изучать небо человечество начало сначала с помощью телескопов. Затем новые технологии позволили запустить ракеты в космос. И мы получили более яркое представление о космических просторах.
Вспомним, известный телескоп Хаббл, запущенный в 1990 году.Он отправил на Землю множество уникальных фотографий из космоса.
Учёные постоянно совершенствуют и создают новые технологии. Бесспорно, наука не стоит на месте.
На сегодняшний день, известно около 500 миллиардов галактик, многочисленное количество звёзд и планет. Кроме того, создано большое количество возможных и реальных моделей вселенной.
Современное представление о наблюдаемой Вселенной
Наблюдаемой называют часть Вселенной, которая представляет собой прошлое относительно наблюдателя.
Иначе говоря, это пространство, где материя смогла бы достичь расположения настоящей Земли.
У наблюдаемой Вселенной существует граница. Это, так называемый, космологический горизонт. Все, что на нём расположено имеет бесконечное красное смещение.
Эффект Доплера
Современные методики позволяют изучить часть такой Вселенной. Её назвали Метагалактикой.
Теоретически за её пределами также находятся космические объекты.
Многие гипотезы построены на том, что наблюдаемая Вселенная является небольшой частью полной Вселенной.
Сегодня наука занимается в основном изучение Метагалактики. Но учёные продолжают попытки выйти за её границы.
Стационарная Вселенная
Можно сказать, что теория стационарной Вселенной уже устарела. Но в своё время её поддерживали многие учёные.
Это суждение о возникновении Вселенной, абсолютно противоположное теории Большого Взрыва.
Считалось, что во время расширения Вселенной образовывалась новая материя. Тем самым однородность и изотропность существовали и в пространстве, и во времени.
Большой взрыв
Однако, когда открыли реликтовое излучение, стационарная модель стала малоактуальной. А сейчас и вовсе осталась только в истории космологии.
Жизнь в Солнечной системе
Несомненно, наша планета уникальна. Почему только на Земле возникла жизнь? На этот вопрос учёные умы столетиями пытаются найти и дать ответ.
Как известно, Земля образовалась примерно 4,5-5 миллиардов лет назад. А жизнь на ней зародилась 1,2 миллиарда лет спустя.
Первая жизнь на Земле
Существует несколько теорий образования жизни на голубой планете. Но главными критериями её возникновения являются вода, температура, защита от ультрафиолетового излучения Солнца и сила притяжения планеты.
Сейчас учёные пришли к мнению, что жизнь есть не только на Земле. Они активно исследуют другие планеты и спутники Солнечной системы.
Анализируя данные, не исключена возможность для полноценной жизни и на других объектах космоса. Но, к сожалению, пока это только наработки и исследования.
Одиноки ли мы во вселенной? Однозначного ответа на этот вопрос нет.
«Возможно всё, на невозможное просто требуется больше времени»
Дэн Браун
Очевидная бесконечность
Так можно было бы охарактеризовать размер нашей Вселенной. Но…
Учёные нашего времени определили наблюдательную Вселенную с её границами и размерами. Кстати, немалыми.
Бесконечность пространства присутствует в основном в философских взглядах. В современной науке, как оказалось, границы стали более реальными и отчётливыми.
Бесконечность
Только как бы не развивался прогресс, вопрос о том, что же находится за этими гранями, до сих пор остаётся открытым.
Поэтому, как бы парадоксально это не звучало, бесконечность поистине остаётся очевидной. Какой-то замкнутый круг, не правда ли?
Что было до Большого Взрыва?
Существует несколько версий, даже скажем теорий.
Самый распространённый и, кстати, самый странный ответ-Ничего. Совсем ничего. Из ничего образовалось всё.
Некоторые учёные утверждают, что это доказывают даже математические расчёты.
«Ничто не существует; если и существует, то оно не познаваемо; если оно и познаваемо, то непередаваемо» Г.Леонтинский
По мнению других учёных, до Большого Взрыва уже существовала Вселенная. Возможно, это был прототип нашей. А возможно, это были сразу несколько Вселенных. И они просто объединились после взрыва.
В общем, фантастика да и только. Не исключено, что человечество еще раскроет эту тайну Вселенной. А пока, нам остаётся самим выбирать, во что верить.
«События до Большого Взрыва просто не определены, так как невозможно измерить, что произошло» Стивен Хокинг
Источник
Какова форма пространства и Вселенной?
Столетия назад люди смотрели на ночное небо и воображали, что черный глобус окутал Землю. Они полагали, что звезды были просто точками света. Солнце, Луна и другие планеты обходили Землю по правильной, идеальной траектории. В их сознании Вселенная была маленькой, сосредоточенной на Земле и организованной в совершенные сферы.
Ученые вроде Коперника и Галилея обнаружили в этой философии недостатки. Прошло более ста лет после открытий Галилея, чтобы мир согласился с тем, что Земля не была центром Вселенной. Со временем мы стали больше узнавать о Вселенной. Сегодня мы изучаем космос через передовые телескопы, спутники и зонды.
Теперь у нас есть изображения галактик на миллионы световых лет от Земли. Ученые регулярно изучают далекие звезды. Они даже обнаружили планеты в солнечных системах далеко за пределами нашей собственной.
Но как насчет большой картины? Что мы знаем о Вселенной в целом? Расширяется ли она? Будет ли это продолжаться бесконечно? Если не бесконечно, то что лежит за пределами пространства? И как выглядит пространство?
Эти вопросы попадают в категорию космологии, изучение Вселенной. Люди пробовали много разных подходов к изучению Вселенной. Некоторые сосредоточились на математике. Другие предпочитали использовать физику. И немало занял философский подход.
Между космологами нет единого мнения о том, какое пространство выглядит, но существует множество теорий. Часть проблемы описания пространства заключается в том, что его очень сложно визуализировать. Мы привыкли думать о местах в двух измерениях. Например, вы можете определить свое местоположение на карте, используя долготу и широту. Но пространство имеет четыре измерения. Вам не только нужно добавить высоту к размерам длины и ширины, вы также должны добавить время. Фактически, многие космологи относятся к этой коллекции измерений как пространства-времени. Каковы некоторые из основных теорий, которые могут помочь нам определить форму пространства?
Большой взрыв, гравитация и общая теория относительности
Три теории, которые играют важную роль в понимании формы Вселенной, — это большой взрыв, теория гравитации и общая теория относительности Эйнштейна. Космологи рассматривают все эти теории при формировании гипотез о форме пространства. Но что именно пытаются объяснить эти теории?
Теория большого взрыва — попытка описать начало Вселенной. Благодаря наблюдению и анализу астрономы определили, что Вселенная расширяется. Они также обнаружили и изучили свет, возникший миллиарды лет назад, когда Вселенная была очень молода. Они предположили, что когда-то все материя и энергия во Вселенной содержались в невероятно крошечной точке. Затем вселенная внезапно расширилась. Материя и энергия разлетались наружу в миллионы световых лет каждую долю секунды. Они стали строительными блоками для образования Вселенной такой, какой мы ее знаем.
В теории гравитации говорится, что каждая частица материи имеет притяжение ко всем другим частицам материи. В частности, частицы будут привлекать друг друга с силой, пропорциональной их массам и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними. Уравнение выглядит так:
F — сила гравитационного притяжения. M и m представляют массы этих двух объектов, r^2 — расстояние между двумя объектами в квадрате. Так что же такое G? Это гравитационная постоянная. Она представляет собой постоянную пропорциональности между любыми двумя объектами, независимо от их массы. Гравитационная постоянная составляет 6,672 x 10^-11 Нм^2/кг^2. Это очень небольшое число, и это объясняет, почему объекты не все время придерживаются друг друга. Для объектов большой массы требуется нечто большее, чем незначительный гравитационный эффект для других объектов.
Если теория Большого взрыва истина, то, когда вселенная началась, должно быть, был огромный импульс энергии, чтобы продвигать материю так быстро. Он должен был преодолеть гравитационное притяжение среди всей материи во Вселенной. То, что космологи пытаются определить сейчас, — это то, как много материи на самом деле находится во Вселенной. При достаточном объеме гравитационное притяжение будет постепенно замедляться, а затем прекращает расширение Вселенной. В конце концов, вселенная может сместиться в другую особенность. Это называется большим сжатием. Но если не хватает материи, гравитационное притяжение будет недостаточно сильным, чтобы остановить расширение Вселенной, и оно будет расти бесконечно.
Как насчет теории относительности? Помимо объяснения взаимосвязи между энергией и материей, это также приводит к выводу, что пространство изогнуто. Объекты в пространстве движутся по эллиптическим орбитам не из-за силы тяжести, а из-за того, что само пространство изогнуто, и поэтому прямая линия на самом деле представляет собой петлю. В геометрии прямая линия на криволинейной поверхности является геодезической. Три описанные выше теории составляют основу различных теорий о том, какова форма пространства. Но нет никакого реального консенсуса относительно того, какая форма правильная. Каковы теоретические формы пространства, и почему мы не знаем, какой из них прав?
Формы пространства
Три основные модели Вселенной основаны на кривизне: нулевой кривизны, положительной кривизны и отрицательной кривизны.
Нулевая кривизна будет означать, что Вселенная является плоской или евклидовой Вселенной (евклидова геометрия имеет дело с неизогнутыми поверхностями). Представьте себе пространство как двухмерную структуру — евклидова вселенная будет выглядеть плоской. Параллельные линии возможны только на плоскости. В плоской вселенной достаточно материи, так что Вселенная расширяется бесконечно, не сворачиваясь в коллапс, хотя скорость расширения уменьшается с течением времени.
Если Вселенная имеет положительную кривизну, это замкнутая вселенная. Двумерная модель такой вселенной будет похожа на сферу. Невозможно иметь параллельные геодезические (прямые на криволинейной поверхности) — две линии пересекаются в какой-то точке. В замкнутой вселенной достаточно материи, чтобы обратить вспять расширение. В конце концов, такая вселенная рухнет сама по себе. Закрытая Вселенная — это конечная вселенная — она будет только расширяться до определенного размера до свертывания.
Отрицательная кривизна немного сложнее визуализировать. Наиболее распространенное описание — седло. В модели отрицательной кривизны две линии, которые будут параллельны на плоскости, будут отходить друг от друга. Космологи называют негативную кривизну моделью открытых вселенных. В этих вселенных недостаточно материи для того, чтобы изменить или замедлить расширение, и поэтому вселенная продолжает расширяться бесконечно.
Означает ли это, что пространство имеет форму плоскости, сферы или седла? Не обязательно. Помните, что пространство-время измеряется в четырех измерениях, что снижает полезность двумерных примеров. И есть много конкурирующих теорий о том, какова конечная форма вселенной на самом деле.
Источник