что такое видимая часть вселенной
Как получилось, что размер Вселенной больше её возраста?
Природа требует, чтобы мы не превышали скорость света. Всё остальноё опционально.
— Роберт Бролт
Одно из самых удивительных открытий XX века произошло благодаря изучению огромных спиральных туманностей, рассыпанных по ночному небу.
Быстро выяснилось, что эти объекты – галактики, похожие на наш Млечный путь, находящиеся в тысячах световых лет от нас. Кроме того, большая их часть двигается по направлению от нас. Что ещё более интересно, так это то, что чем дальше от нас галактика, тем (в среднем) она быстрее удаляется. Всего через несколько лет были открыты и механизм и закон, управляющие этим явлением.
С законом сложностей не было: вы измеряете скорость движения галактики, исходя из спектрального сдвига и прикидываете расстояние до неё при помощи различных методов, включая стандартные свечи. В итоге – хотя у вас останутся погрешности – вы получите данные об удалении галактик и о скорости их убегания. Взаимосвязь между двумя этими параметрами известна, как закон Хаббла и он определяет, как удалённые галактики двигаются относительно нас.
Механизм происходящего явления оказался более интересным.
Существует сильное искушение предположить, что причина наблюдаемого явления – более удалённые объекты удаляются быстрее – находится в некоем взрыве, случившемся в прошлом. Если бы это было так, то галактики, получившие меньше «начальной энергии взрыва» были бы ближе друг к другу и разлетались бы друг от друга медленнее, а галактики, удалённые от нас, получили бы больше энергии, чтобы разлетаться с такой большой скоростью.
Если бы это было так, то мы бы находились очень близко от центра взрыва, и плотность галактик рядом с нами была бы гораздо выше, чем далеко от нас. В этом случае пространство было бы статичным – типа фиксированной трёхмерной решётки. Но это не единственная возможность.
Также возможно, что вместо того, чтобы статичная Вселенная брала начало от взрыва, она могла бы подчиняться более мощному решению ОТО: она может расширяться! Вместо того, чтобы начаться благодаря катастрофическому взрыву в статичной Вселенной, ткань космоса может расширяться со временем, пропорционально количеству содержащейся в ней энергии.
В этом случае количество галактик должно быть в среднем одинаковым в одинаковых объёмах пространства, скорость расширения должна увеличиваться по предсказуемой зависимости от расстояния, Вселенная должна была быть более горячей в прошлом и скопление галактик должно было сформировать паутинообразную структуру, в которой все регионы космоса выглядят примерно одинаково на больших масштабах.
В случае первого варианта, со взрывом и статическим пространством и в случае конечного возраста Вселенной мы могли бы заглядывать вдаль на расстояние, определяемое этим возрастом. В статичной Вселенной возрастом в 5 лет мы могли бы увидеть свет, пришедший от объектов, расположенных не далее 5 световых лет от нас. В статичной Вселенной возрастом в 13,8 миллиарда лет мы могли бы увидеть свет, пришедший от объектов, расположенных не далее 13,8 миллиарда световых лет от нас.
Но все наши наблюдения опровергают эту возможность и направляют нас к идее о расширяющемся пространстве, в котором содержание энергии во Вселенной определяет скорость расширения и, следовательно, как далеко объекты находятся от нас.
Что менее интуитивно, так это то, что в расширяющейся Вселенной мы можем видеть дальше, чем это определяет её простой возраст! Это просто обязательно. Подумайте над диаграммой выше, в которой несколько скоплений галактик удаляются друг от друга из-за расширения Вселенной. Представьте, что мы находимся в центральном скоплении и наблюдаем скопление в нижнем левом углу.
Когда свет покидает скопление в левом нижнем углу (слева), это скопление находится в 87 световых годах от нас. Свет начинает свой путь по направлению к нам, но Вселенная расширяется. То есть пространство между этим скоплением и нашим увеличивается, как выпекающийся кусок теста, будущий хлеб. Свет продолжает идти к нам, но с увеличением расстояния ему приходится пройти более 87 световых лет, чтобы достичь нас. Но когда свет доходит до места назначения (справа), это скопление уже находится в 173 световых годах от нас.
Ключевой вопрос: какое же расстояние прошёл свет на самом деле? Ответ – больше 87 световых лет, но меньше 173 световых лет!
Применим этот принцип ко всей Вселенной.
13,8 миллиарда лет назад Вселенная была нереально горячей и плотной и была наполнена огромным разнообразием источников энергии: излучением (фотоны), материей (протоны, нейтроны, электроны) и присущей пространству энергией (тёмная энергия). Если бы расширяющаяся Вселенная была наполнена только одним из этих трёх типов энергии, и вы задали бы вопрос, как далеко находится объект, свет от которого только сейчас дошёл до нас, вы получили бы три разных ответа. Почему?
Потому, что плотность энергии в любой момент истории определяет историю расширения Вселенной, и излучение, материя и присущая пространству энергия эволюционируют по-разному! И вот вам итоговый результат для Вселенной возрастом 13,8 миллиарда лет:
Если бы Вселенная была наполнена лишь излучением, объект, чей свет только сейчас дошёл бы до нас после путешествия длительностью в 13,8 млрд лет, находился бы на расстоянии 27,6 млрд световых лет от нас.
Если бы Вселенная была наполнена лишь материей, объект, чей свет только сейчас дошёл бы до нас после путешествия длительностью в 13,8 млрд лет, находился бы на расстоянии 41,4 млрд световых лет от нас.
Если бы Вселенная была наполнена лишь тёмной энергией, никакой свет до нас бы вообще не дошёл, поскольку расширение было бы экспоненциальным и по прошествии такого времени мы бы просто ничего не увидели.
Но ни один из этих примеров не соответствует реальной Вселенной, в которой перемешаны эти энергии и эта смесь меняется со временем.
На ранних стадиях Вселенной в первые несколько тысяч лет доминировало излучение, преимущественно в виде фотонов и нейтрино. Потом случился фазовый переход и материя (нормальная и тёмная) стала преобладающей компонентой на миллиарды лет. И совсем недавно, уже после формирования Солнечной системы и Земли, тёмная энергия стала доминантой. Поскольку тёмная энергия не была (и не будет) единственным источником энергии Вселенной, мы никогда не окажемся в ситуации, в которой свет до нас не дойдёт. Но её достаточно, чтобы раздвинуть границы Вселенной дальше, чем в варианте с одной только материей: до 46,1 миллиарда световых лет.
Это контринтуитивно, но нужно помнить: 13,8 миллиарда лет назад вся наблюдаемая Вселенная была меньше, чем наша сегодняшняя Солнечная система!
Расширение Вселенной началось очень быстро и со временем замедлялось. Оно продолжает замедляться, но оно асимптотически стремится не к нулю, а к конечной, хотя и большой, величине. Это означает, что свет от очень удалённого объекта, унесённого расширением Вселенной больше, чем на 40 млрд световых лет от нас, может дойти до нас сегодня, совершив по Вселенной путешествие, сравнимое со всей историей её существования.
И когда он дойдёт до нас, мы увидим свет, испущенный в то время, когда Вселенная была чрезвычайно молода.
Разница лишь в спектральном красном смещении, которое позволяет нам определить возраст и удалённость этого объекта.
Вот почему во Вселенной возрастом в 13,8 миллиарда лет наиболее удалённые из видимых объектов находятся на расстоянии в 46 миллиардов световых лет от нас!
Видимая (Наблюдаемая) Вселенная – это сколько?
Космос
Крупномасштабная структура Вселенной
Размеры Вселенной очень трудно представить даже с помощью компьютерных моделей. Масштабы нашего дома – Солнечной системы кажутся невероятными. Так, аппарату «Новые горизонты» потребовалось 9 лет, чтобы добраться до Плутона и преодолеть расстояние в 5 млрд км (с 2006 по 2015 год)! Граница же Солнечной системы находится намного дальше – это примерно 2 световых года – там, где гравитация Солнца уже не ощутима и никак не может повлиять на другие космические тела. Можно сказать условно, что наш дом ограничивается двумя световыми годами. Если смотреть более широко, то домом можно назвать и нашу галактику – Млечный Путь, а его диаметр оценивается примерно в 100 000 световых лет. Но и это тоже всего лишь капля в безграничном океане: согласно современным данным, видимая Вселенная занимает 93 млрд световых лет! Но что же такое – видимая Вселенная?
Расширение Вселенной с момента Большого взрыва
Наблюдаемая Вселенная – это та часть Вселенной, которая является абсолютным прошлым относительно наблюдателя. Когда мы смотрим на какую-либо галактику, например, на галактику Боде (М 81), которая находится на расстоянии 12 млн световых лет от нас, мы видим, какой она была в прошлом миллионы лет назад, так как именно такое время понадобилось свету, чтобы добраться до нас. Видимая (Наблюдаемая) Вселенная – это область пространства, которую мы можем видеть с Земли. Если мы гипотетически возьмём Землю за центр Вселенной, то вся наблюдаемая её область будет огромной сферой. Если Вселенной 13, 8 млрд лет, то логично предположить, что независимо от того, в каком направлении мы смотрим, мы видим свет, который шёл к нам 13,8 млрд лет. Получается, что 13, 8 млрд световых лет – это радиус, тогда диаметр этой сферы должен быть около 27, 6 млрд лет. Откуда же взялась цифра в 93 млрд световых лет? Как уже было сказано выше, пространство Вселенной с течением времени расширяется. И те далекие объекты, которые испустили свет 13,8 млрд лет назад, за это время улетели еще дальше. Сегодня они уже более чем в 46,5 миллиардах световых лет от нас, согласно вычислениям, основанным на законе Хаббла. Удвоив это значение, получаем 93 миллиарда световых лет.
Таким образом, реальный диаметр наблюдаемой Вселенной составляет 93 млрд световых лет. Кажущееся сверхсветовое расширение горизонта частиц Вселенной не противоречит Теории относительности, так как эта скорость не может быть использована для сверхсветовой передачи информации и не является скоростью движения в инерциальной системе отсчёта какого-либо наблюдателя.
А вот и, кстати, один интересный факт, связанный со знаменитым вопросом: а где же центр Вселенной? Кто и что в нём? Наблюдаемая Вселенная имеет центр – это мы! Да-да, именно земляне и находятся в центре наблюдаемой Вселенной (но не всей!) – участка космоса, видимого нам с Земли. Чтобы это было проще понять, представьте себе такую картинку: вы забираетесь на высокую башню, и где-то далеко, независимо от вас, это делает другой человек на другом краю материка. Глядя «со своей колокольни», вы увидите круглую область, в центре которой будет ваша башня. Всё, что вы видите – это и есть ваша наблюдаемая Вселенная. Человек на другом конце материка будет уже в центре «своей вселенной», так что всё относительно! Каждый из нас является центром своей вселенной. Но не спешите зазнаваться и радоваться, ибо это не означает, что мы находимся в центре всей Вселенной, как и «своя колокольня» — отнюдь не центр всего мира, а лишь центр того крохотного кусочка мира, который с неё видно, и этот кусочек ограничен горизонтом.
То же самое и с наблюдаемой Вселенной.
Когда мы смотрим в небо, мы видим свет, который 13,8 млрд лет летел к нам из галактик, которые уже успели «убежать» на самом деле на 46,5 миллиардов световых лет от нас.
Мы не видим то, что за этим горизонтом.
Но это еще не значит, что там ничего уже нет, просто нам об этом пока ничего не известно.
Минимальный размер Вселенной
Наблюдаемая Вселенная
Говоря о нашей Вселенной, мы различаем «Вселенную» и «наблюдаемую Вселенную». Последнее включает лишь то, что мы можем видеть. Я не имею в виду, что у нас есть технология, чтобы реально «видеть» всю наблюдаемую вселенную. Я имею в виду под «наблюдаемыми» все объекты, свет от которых в принципе мог дойти до нас, учитывая время жизни Вселенной, скорость света и историю и будущее расширения Вселенной. Возраст Вселенной составляет 13,8 миллиардов лет. Из-за конечности скорости света мы не можем видеть то, что расположено от нас настолько далеко, что свету на путешествие до нас потребовалось бы больше времени, чем существует Вселенная. Это не технологическое ограничение – это ограничение того, существует ли в принципе тот свет, который мы могли бы увидеть, будь у нас в распоряжении любая технология.
Когда мы смотрим на окраины наблюдаемой Вселенной, мы смотрим в прошлое. Если свету потребовалось 13,7 миллиарда лет, чтобы дойти до нас, значит, мы видим Вселенную такой, какой она была 13,7 миллиарда лет назад, а не такой, какая она сейчас.
В целом Вселенная, возможно, бесконечна. Заявить это просто, но эту концепцию очень сложно представить, если подумать. Одним из решений этой проблемы можно назвать предложение не заморачиваться этим. Если вы задаёте себе вопросы типа «как она может расширяться, если она бесконечна», вы неправильно представляете себе бесконечность. Бесконечность – это концепция, а не число.
Однако Вселенной не обязательно быть бесконечной. Согласно ОТО, существуют и другие возможности. Я разделю их на две категории, но поговорим мы подробно только об одной из них.
Интересные топологии
Возможно, что у Вселенной интересная топология. Топология отличается от геометрии. Геометрия включает такие вещи, как длину линий, радиус кривизны, суммы углов полигонов и т.п. Топология занимается тем, как соединены между собой разные части пространства.
Рассмотрим, в качестве примера, классическую игру Asteroids:
Игра идёт в очень маленькой двумерной вселенной. Геометрия вселенной Asteroids евклидова – параллельные линии не пересекаются, отношение длины окружности к диаметру равно π, сумма трёх внутренних углов треугольника равна 180° и так далее. Но если вы играли в эту игру, вы знаете, что если уйти за левый край экрана, то вернёшься с правого края. Если уйти с верхнего края, то вернёшься с нижнего. Вселенная не имеет границ, вы никогда не упрётесь в границу, или край. Но она конечна. Её топология тороидальная – такая же, как у поверхности бублика, хотя геометрия её отличается от геометрии бублика (поверхность бублика искривлена).
Возможно, что наша Вселенная ведёт себя так же. У неё может быть плоская геометрия, но такая топология, что если вы двигаетесь в одном направлении, вы вернётесь туда, откуда пришли. Если у неё действительно такая топология, то она проявляется на масштабах крупнее наблюдаемой Вселенной. Иначе мы бы увидели подтверждение такой топологии (например, части космоса повторяли бы друг друга, если долго идти в одном направлении) в микроволновом космическом излучении.
Так что пока мы примем, что у Вселенной нет никаких интересных топологий. Либо это бесконечное пространство, либо это конечное пространство, представляющее собой трёхмерный эквивалент поверхности сферы.
Возможные геометрии Вселенной
Геометрия Вселенной не обязана быть евклидовой. В зависимости от общей плотности энергии (включая плотность обычной материи, тёмной материи и тёмной энергии), для кривизны Вселенной существуют три возможности.
Если Ω>1, геометрия Вселенной закрытая. В этом случае геометрия у Вселенной будет такой же, как у трёхмерной поверхности четырёхмерной гиперсферы. Если это звучит непонятно, представьте себе это как трёхмерный эквивалент поверхности сферы. При этом у четырёхмерной гиперсферы не обязательно должно быть четвёртое пространственное измерение. Это просто означает, что геометрия Вселенной – как ведут себя параллельные линии, чему равна сумма углов треугольника, или отношение длины окружности к диаметру – такие же, как геометрия на поверхности сферы. Можно описать математику этой геометрии, используя только лишь три пространственных измерения, поэтому высшие измерения могут не понадобиться. Однако, для нужд нашего описания, стоит представить себе поверхность сферы, поскольку это поможет получить представление об устройстве такой вселенной. Поверхность сферы – двумерная закрытая вселенная. Помните, что вселенная – это поверхность. У неё нет центра, его нет в пределах вселенной – поскольку всё, что в ней содержится, находится на поверхности сферы и ни одна из её точек не отличается от других.
Минимальный размер нашей Вселенной
Космос велик. Он просто огромен. Вы даже не поверите, насколько он умопомрачительно громаден. Вам может казаться, что от вашего дома до аптеки далеко, но это просто ерунда в сравнении с космосом.
Принесём извинения Дугласу Адамсу и подсчитаем размер нашей Вселенной.
Во-первых, возраст Вселенной составляет 13,8 миллиардов лет. Это очень долго по сравнению с нашими жизнями, но для Вселенной — возраст вполне подходящий. Край наблюдаемой Вселенной находится от нас на расстоянии 48 миллиардов световых лет. «Погодите-ка!»,- можете закричать вы. «Как свет может за 13,8 миллиардов лет преодолеть расстояние в 48 миллиардов световых лет!». Вспомните, что за то время, пока свет шёл к нам, Вселенная расширялась. В каком-то смысле свет пытался «нагнать» расширение. Это несовершенное описание и если вам знакома СТО, вы будете возражать. Но это имеет некий смысл в контексте ОТО.
Как этот размер соотносится с общим размером Вселенной? Если мы предположим, что Ω=1,0133, а это максимальная плотность энергии, соответствующая текущим данным, и, значит, наименьшая из закрытых вселенных – то сможем подсчитать размер Вселенной. Результат выглядит примерно так:
Поверхность сферы обозначает размер всей Вселенной, где Ω=1,0133. Матовая часть находится вне наблюдаемой нами Вселенной; кусочек сверху – наблюдаемая Вселенная. Радиус кривизны этой вселенной составляет 120 миллиардов световых лет. Её окружность – 760 миллиардов световых лет. Это значит, что диаметр наблюдаемой Вселенной составляет 1/8 от полной длины линии, которую нужно было бы провести в пространстве, чтобы она замкнулась на себя. Объём всей Вселенной в 100 раз превышает объём наблюдаемой. (Если вы возразите, что 8 3 не равно 100, вспомните, что пространство у нас неэвклидово и ваша интуиция по поводу радиусов и объёмов не работает).
Вспомним, что это минимальный размер Вселенной, согласно нашим данным. Большинство подозревает, что Вселенная реально неизмеримо больше, чем эта и может быть бесконечной.
Что такое видимая Вселенная и видим ли мы всю Вселенную сразу?
Если бы наша Вселенная не расширялась, и скорость света стремилась к бесконечности, вопросы «видим ли мы всю Вселенную?» или «как далеко мы можем видеть Вселенную?» не имели бы смысла. Мы бы «в прямом эфире» видели бы все, что происходит в любом уголке космического пространства.
Но, как известно, скорость света конечна, а наша Вселенная расширяется, причем делает это с ускорением. Если скорость расширения постоянно возрастает, то существуют области, убегающие от нас со сверхсветовой скоростью, которые, согласно логике, видеть мы не можем. Но как такое возможно? Неужели это не противоречит Теории Относительности? В данном случае нет: ведь расширяется само пространство, а у объектов внутри него остаются досветовые скорости. Для наглядности можно представить себе нашу Вселенную в виде воздушного шарика, а пуговица, приклеенная к шарику, будет играть роль галактики. Попробуйте надуть шарик: галактика-пуговица начнет удаляться от вас вместе с расширением пространства шарика-Вселенной, хотя собственная скорость галактики-пуговицы останется нулевой.
Получается, должна существовать область, внутри которой находятся объекты, убегающие от нас со скоростью меньшей скорости света, и излучение которых мы можем фиксировать в свои телескопы. Эта область называется Сферой Хаббла. Она заканчивается границей, где скорость удаления далеких галактик будет совпадать со скоростью движения их фотонов, которые летят в нашем направлении (т.е. скоростью света). Эта граница получила название Горизонт Частиц. Очевидно, что объекты, находящиеся за Горизонтом Частиц, будут иметь скорость выше скорости света и их излучение не может нас достигнуть. Или все-таки может?
Давайте представим, что галактика Х находилась в Сфере Хаббла и испускала свет, который без проблем доходил до Земли. Но из-за ускоряющегося расширения Вселенной, галактика Х вышла за Горизонт Частиц, и уже удаляется от нас со скоростью выше скорости света. Но её фотоны, испущенные в момент нахождения в Сфере Хаббла, все ещё летят в направлении нашей планеты, и мы продолжаем их фиксировать, т.е. наблюдаем объект, который в данный момент удаляется от нас со скоростью, превышающей скорость света.
Но что, если галактика Y никогда не находилась в Сфере Хаббла и в момент начала излучения сразу же имела сверхсветовую скорость? Получается, ни один её фотон за все время существования не побывал в нашей части Вселенной. Но это не означает, что этого не произойдет в будущем! Нельзя забывать, что Сфера Хаббла тоже расширяется (вместе со всей Вселенной), и её расширение больше скорости, с которой от нас удаляется фотон галактики Y (мы нашли скорость удаления фотона галактики Y, вычтя из скорости убегания галактики Y скорость света). При выполнении данного условия когда-нибудь Сфера Хаббла догонит данные фотоны, и мы сможем засечь галактику Y. Наглядно данный процесс продемонстрирован на схеме внизу.
Пространство, включающее в себя Сферу Хаббла и Горизонт частиц, называется Метагалактикой или Видимой Вселенной.
Но есть ли что-нибудь, находящееся за Метагалактикой? Некоторые космические теории предполагают наличие так называемого Горизонта Событий. Возможно, вы уже слышали это название из описания черных дыр. Принцип его действия остается таким же: мы никогда не увидим то, что находится за пределами Горизонта Событий, так как находящиеся за Горизонтом Событий объекты будут иметь скорость убегания фотонов большую, чем скорость расширения Сферы Хаббла, поэтому их свет будет всегда убегать от нас.
Но чтобы Горизонт Событий существовал, Вселенная должна расширяться с ускорением (что согласуется с современными представлениями о мироустройстве). В конце концов, за Горизонт Событий уйдут все окружающие нас галактики. Это будет выглядеть так, будто время в них остановилось. Мы увидим, как они бесконечно уходят за пределы видимости, но так никогда и не увидим их полностью скрывшимися.
Это интересно: если бы вместо галактик мы наблюдали в телескоп большие часы с циферблатом, а уход за Горизонт Событий обозначал бы положение стрелок на 12:00, то они бы бесконечно долго замедлялись на 11:59:59, а изображение становилось бы более нечетким, т.к. до нас долетало бы всё меньше фотонов.
Но если ученые ошибаются, и в будущем расширение Вселенной начнет замедляться, то это сразу же отменяет существование Горизонта Событий, так как излучение любого объекта рано или поздно превысит скорость его убегания. Нужно будет только подождать сотни миллиардов лет…
Видимая Вселенная
Портал Kvant.Space – это информационный ресурс, на котором Вы сможете получить много полезных и интересных знаний, связанных с Космосом. В первую очередь речь пойдет о нашей и других Вселенных, о небесных телах, черных дырах и явлениях в недрах космического пространства.
Совокупность всего существующего, материи, отдельных частиц и пространства между этими частицами называют Вселенной. По представлениям ученых и астрологов, возраст Вселенной составляет примерно 14 миллиардов лет. По размерам видимая часть Вселенной занимает около 14 млрд световых лет. А некоторые утверждают, что Вселенная простирается на 90 миллиардов световых лет. Для большего удобства в подсчетах подобных расстояний принято применять величину парсек. Один парсек равен 3,2616 световых лет, то есть парсек – это расстояние, по которому средний радиус орбиты Земли просматривается под углом одной угловой секунды.
Вооружившись данными показателями, можно подсчитать космическое расстояние от одного объекта к другому. К примеру, расстояние от нашей планеты до Луны составляет 300000 км, или 1 световая секунда. Следовательно, до Солнца это расстояние увеличивается до 8,31 световых минут.
Всю свою историю люди пытались разгадать загадки, связанные с Космосом и Вселенной. В статьях портала Kvant.Space Вы сможете узнать не только о Вселенной, но и о современных научных подходах к ее изучению. Весь материал опирается на самые передовые теории и факты.
Следует заметить, что во Вселенную входит большое число известных людям различных объектов. Самые широко известные среди них – это планеты, звезды, спутники, черные дыры, астероиды и кометы. О планетах на данный момент понятно больше всего, поскольку на одной из них мы живем. У некоторых планет есть собственные спутники. Так, у Земли есть свой спутник – Луна. Помимо нашей планеты, есть еще 8, которые вращаются вокруг Солнца.
В Космосе много звезд, но каждая из них не похожа друг на друга. Они имеют разные температуры, размеры и яркость. Поскольку все звезды разнятся, их классифицируют следующим образом:
Самое плотное известное нам вещество – это свинец. В некоторых планетах плотность их же вещества может в тысячи раз превосходить плотность свинца, что ставит перед учеными много вопросов.
Все планеты вращаются вокруг Солнца, но оно также не стоит на месте. Звезды могут собираться в скопления, которые, в свою очередь, также вращаются вокруг пока не известного нам центра. Эти скопления называются галактиками. Наша галактика называется Млечный путь. Все проведенные исследования на данный момент говорят, что большая часть материи, которую создают галактики, пока что для человека невидима. Из-за этого ее назвали темной материей.
Самыми интересными считаются центры галактик. Некоторые астрономы считают, что возможным центром галактики является Черная дыра. Это уникальное явление, образовавшееся в результате эволюции звезды. Но пока все это лишь теории. Проведение экспериментов или исследование подобных явлений пока что невозможно.
Помимо галактик, во Вселенной присутствуют туманности (состоящие из газа, пыли и плазмы межзвездные облака), реликтовое излучение, которые пронизывают все пространство Вселенной, и многие другие малоизвестные и даже неизвестные вообще объекты.
Кругооборот эфира Вселенной
Симметрия и равновесие материальных явлений – это главный принцип структурной организации и взаимодействия в природе. Причем во всех формах: звездной плазмы и вещества, мирового и высвобожденного эфиров. Вся суть таких явлений состоит в их взаимодействиях и превращениях, большинство из которых представлены невидимым эфиром. Его еще именуют реликтовым излучением. Это микроволновое космическое фоновое излучение, имеющее температуру 2,7 К. Бытует мнение, что именно этот колеблющийся эфир и является первоосновой для всего наполняющего Вселенную. Анизотропия распределения эфира связана с направлениями и интенсивностью его перемещения в разных областях невидимого и видимого пространства. Вся трудность изучения и исследования вполне сопоставима с трудностями изучения турбулентных процессов в газах, плазмах и жидкостях материй.
Почему многие ученые считают, что Вселенная многомерная?
После проведения экспериментов в лабораториях и в самом Космосе были получены данные, из которых можно предположить, что мы живем во Вселенной, в которой размещение любого объекта можно охарактеризовать временем и тремя пространственными координатами. Из-за этого возникает предположение, что Вселенная четырехмерная. Однако некоторые ученые, разрабатывая теории элементарных частиц и квантовой гравитации, возможно, придут к мнению, что существование большого количества измерений просто необходимо. Некоторые модели Вселенной не исключают такого их количества, как 11 измерений.
Модель расширяющейся Вселенной базируется на общей теории относительности. Ее предложили для адекватного объяснения структуры красного смещения. Расширение началось в одно время с Большим взрывом. Ее состояние иллюстрирует поверхность надутого резинового шарика, на который нанесли точки – внегалактические объекты. Когда такой шарик надувается, все его точки удаляются друг от друга независимо от положения. По теории Вселенная может либо расширяться бесконечно, либо сжаться.
Барионная асимметрия Вселенной
Наблюдаемое во Вселенной значительное увеличение количества элементарных частиц над всем числом античастиц называется барионной асимметрией. К барионам относят нейтроны, протоны и еще некоторые короткоживущие элементарные частицы. Данная диспропорция получилась в эру аннигиляции, а именно через три секунды после Большого взрыва. До этого момента количество барионов и антибарионов соответствовало друг другу. Во время массовой аннигиляции элементарных античастиц и частиц большая их часть объединилась в пары и исчезла, тем самым породив электромагнитное излучение.
Возраст Вселенной на портале Kvant.Space
Ученые современности считают, что нашей Вселенной примерно 16 миллиардов лет. По подсчетам минимальный возраст может быть 12-15 миллиардов лет. Минимум отталкивается от самых старых в нашей Галактике звезд. Реальный ее возраст определить можно, только лишь при помощи закона Хаббла, но реальный не значит точный.
Горизонт видимости
Сфера с равным расстоянию радиусом, которое свет проходит за все время существования Вселенной, называется его горизонтом видимости. Существование горизонта прямо пропорционально связано с расширением и сжатием Вселенной. Согласно космологической модели Фридмана, расширяться Вселенная начала от сингулярного расстояния примерно 15-20 миллиардов лет назад. За все время свет проходит в расширяющейся Вселенной остаточное расстояние, а именно 109 световых лет. Из-за этого каждый наблюдатель момента t0 после начала процесса расширения может обозревать лишь небольшую часть, ограниченную сферой, имеющую именно в этот момент радиус I. Те тела и объекты, которые в этот момент находятся за этой границей, в принципе, не наблюдаемы. Отбиваемый от них свет попросту не успевает добраться до наблюдателя. Это невозможно, даже если свет вышел в момент начала процесса расширения.
Из-за поглощения и рассеивания в ранней Вселенной, с учетом большой плотности, фотоны не могли распространяться в свободном направлении. Поэтому наблюдатель способен зафиксировать только то излучение, которое появилось в эпоху прозрачной для излучения Вселенной. Данная эпоха определяется временем т»300 000 лет, плотностью вещества r»10-20 г/см3 и моментом рекомбинации водорода. Из всего вышесказанного следует, что чем ближе в галактике находится источник, тем большим для него будет значение красного смещения.
Большой взрыв
Момент возникновения Вселенной называют Большим взрывом. Данная концепция стоит на том, что изначально была точка (точка сингулярности), в которой присутствовала вся энергия и все вещество. Основой характеристики принято считать большую плотность материи. Что было до этой сингулярности – неизвестно.
Те события, которые связаны с 5*10-44 по 10-36 секунды, отражают модель «инфляционной Вселенной». Момент 10-36 секунды относят к модели «горячей Вселенной».
В период с 1-3 по 100-120 секунд образовались ядра гелия и небольшое количество ядер остальных легких химических элементов. С этого момента в газе начало устанавливаться соотношение – водорода 78%, гелия 22%. До одного миллиона лет температура во Вселенной начала понижаться до 3000-45000 К, началась эра рекомбинации. Прежде свободные электроны начали объединяться с легкими протонами и атомными ядрами. Начали появляться атомы гелия, водорода и малое количество атомов лития. Стало прозрачным вещество, а излучение, которое наблюдается до сих пор, отсоединилось от него.
Следующий миллиард лет существования Вселенной отметился понижением температуры от 3000-45000 К до показателя в 300 К. Этот период для Вселенной ученые назвали «Темным возрастом» из-за того, что еще не появилось никаких источников электромагнитного излучения. В этот же период неоднородности смеси первоначальных газов уплотнялись благодаря воздействию гравитационных сил. Смоделировав на компьютере эти процессы, астрономы увидели, что это необратимо приводило к появлению звезд-гигантов, превышающих массу Солнца в миллионы раз. По причине такой большой массы эти звезды нагревались до немыслимо высоких температур и эволюционировали за период десятков миллионов лет, после чего они взрывались как сверхновые. Нагреваясь до больших температур, поверхности таких звезд создавали сильные потоки ультрафиолетового излучения. Таким образом, наступил период переионизации. Плазма, которая образовалась в результате таких явлений, начинала сильно рассеивать электромагнитное излучение в его спектральных коротковолновых диапазонах. В некотором смысле Вселенная начала погружаться в густой туман.
Эти огромные звезды стали первыми во Вселенной источниками химических элементов, которые намного тяжелее за литий. Начали формироваться космические объекты 2-го поколения, в которых содержались ядра этих атомов. Эти звезды начали создаваться из смесей тяжелых атомов. Произошла повторного типа рекомбинация большей части атомов межгалактического и межзвездного газов, что, в свою очередь, привело к новой прозрачности пространства для электромагнитного излучения. Вселенная стала именно такой, которую мы можем наблюдать сейчас.
Наблюдаемая структура Вселенной на портале Kvant.Space
Наблюдаемая часть пространственно неоднородна. Большинство скоплений галактик и отдельных галактик формируют ее ячеистую или сотовую структуру. Они конструируют стенки ячеек, которые имеют толщину в пару мегапарсек. Эти ячейки называют «войдами». Они характеризуются большим размером, в десятки мегапарсек, и при этом в них нет вещества с электромагнитным излучением. На долю «войд» припадает около 50% всего объема Вселенной.