Universumin ulottuvuudet: Linnunradalta Metagalaxiin. Mikä on universumimme koko

Mikä on maailmankaikkeuden ulkopuolella? Tämä kysymys on liian monimutkainen ihmisen ymmärrykseen. Tämä johtuu siitä, että ensinnäkin on tarpeen määrittää sen rajat, ja tämä ei ole läheskään helppoa.

Yleisesti hyväksytty vastaus ottaa huomioon vain havaittavan maailmankaikkeuden. Hänen mukaansa mitat määrää valon nopeus, koska on mahdollista nähdä vain valo, jonka avaruudessa olevat esineet lähettävät tai heijastavat. On mahdotonta katsoa kauempana kuin kaikkein kaikkein maailmankaikkeuden olemassaolon ajan kulkenut valo.

Avaruus kasvaa edelleen, mutta silti tietysti. Sen kokoa kutsutaan joskus Hubble-tilavuudeksi tai palloksi. Henkilö maailmankaikkeudessa ei todennäköisesti koskaan voi tietää, mikä on sen rajojen ulkopuolella. Joten kaiken etsinnän kannalta tämä on ainoa tila, jonka kanssa sinun on koskaan oltava vuorovaikutuksessa. Ainakin lähitulevaisuudessa.

Suuruus

Kaikki tietävät, että maailmankaikkeus on suuri. Kuinka monta miljoonaa valovuotta se venyy?

Tähtitieteilijät tutkivat huolellisesti mikroaaltotaustan - Suuren räjähdyksen jälkivalon - kosmista säteilyä. He etsivät yhteyttä taivaan toisella puolella tapahtuvan ja toisella puolella olevan välillä. Ja toistaiseksi ei ole todisteita siitä, että olisi jotain yhteistä. Tämä tarkoittaa, että maailmankaikkeus ei toistu 13,8 miljardin vuoden ajan mihin tahansa suuntaan. Tarvitaan niin paljon aikaa, että valo saavuttaa ainakin tämän tilan näkyvän reunan.

Olemme edelleen huolissamme siitä, mikä on maailmankaikkeuden havaittavan rajan ulkopuolella. Tähtitieteilijät myöntävät, että avaruus on ääretön. "Aine" siinä (energia, galaksit jne.) Jakautuu täsmälleen samalla tavalla kuin havaittavissa olevassa maailmankaikkeudessa. Jos tämä on totta, niin reunalla esiintyville esiintyy erilaisia \u200b\u200bpoikkeavuuksia.

Hubble-äänenvoimakkuuden ulkopuolella on enemmän kuin vain erilaisia \u200b\u200bplaneettoja. Sieltä löydät kaiken, mitä vain voi olla olemassa. Jos menet tarpeeksi kauas, saatat jopa löytää toisen maapallon aurinkokunnan, joka on kaikin tavoin identtinen, paitsi että sinulla oli puuroa munakokkelien sijasta aamiaiseksi. Tai ei ollut aamiaista ollenkaan. Tai sanotaan, että nousit aikaisin ja ryöstit pankin.

Itse asiassa kosmologit uskovat, että jos menet tarpeeksi pitkälle, voit löytää toisen Hubble-pallon, joka on täysin identtinen meidän. Useimmat tutkijat uskovat, että tuntemallamme maailmankaikkeudella on rajat. Mikä on niiden ulkopuolella, on edelleen suurin mysteeri.

Kosmologinen periaate

Tämä käsite tarkoittaa, että tarkkailijan paikasta ja suunnasta riippumatta kaikki näkevät saman kuvan maailmankaikkeudesta. Tämä ei tietenkään koske pienempiä tutkimuksia. Tällainen avaruuden homogeenisuus johtuu kaikkien sen pisteiden tasa-arvosta. Tämä ilmiö voidaan havaita vain galaksiryhmän mittakaavassa.

Sir Isaac Newton ehdotti ensin jotain tämän käsitteen kaltaista vuonna 1687. Ja myöhemmin, 1900-luvulla, tämän vahvistivat myös muiden tutkijoiden havainnot. Loogisesti, jos kaikki syntyisi yhdestä Suuren paukun pisteestä ja sitten laajenisi universumiin, se pysyisi melko homogeenisena.

Etäisyys, jonka yli kosmologisen periaatteen voidaan havaita tämän näennäisen yhtenäisen ainejakauman löytämiseksi, on noin 300 miljoonaa valovuotta maasta.

Kaikki muuttui kuitenkin vuonna 1973. Sitten havaittiin poikkeama, joka rikkoo kosmologista periaatetta.

Suuri houkuttelija

Valtava massakonsentraatio löydettiin 250 miljoonan valovuoden etäisyydeltä, lähellä Hydran ja Centaurus-tähdistöjä. Sen paino on niin suuri, että sitä voidaan verrata kymmeniin tuhansiin Linnunradan massoihin. Tämän poikkeaman uskotaan olevan galaktinen superjoukko.

Tämä esine nimettiin suureksi vetovoimaksi. Sen painovoima on niin voimakas, että se vaikuttaa muihin galakseihin ja niiden ryhmiin useita satoja valovuosia. Pitkään se pysyi yhtenä kosmoksen suurimmista salaisuuksista.

Vuonna 1990 havaittiin, että valtavien galaksiryhmien, nimeltään Suuri vetovoima, liike pyrkii toiselle avaruusalueelle - maailmankaikkeuden reunan ulkopuolelle. Toistaiseksi tämä prosessi voidaan havaita, vaikka poikkeama itsessään on "välttämisen alueella".

Tumma energia

Hubble-lain mukaan kaikkien galaksien on siirryttävä tasaisesti toisistaan, pitäen kiinni kosmologisesta periaatteesta. Vuonna 2008 ilmestyi kuitenkin uusi löytö.

Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) havaitsi suuren joukon klustereita, jotka liikkuvat samaan suuntaan jopa nopeudella 600 mailia sekunnissa. He kaikki suuntasivat kohti pientä taivaan aluetta Centaurus- ja Parus-tähdistöjen välillä.

Tälle ei ole mitään selvää syytä, ja koska se oli selittämätön ilmiö, sitä kutsuttiin "pimeäksi energiaksi". Sen aiheuttaa jokin havaittavan maailmankaikkeuden ulkopuolella. Tällä hetkellä sen luonteesta spekuloidaan vain.

Jos galaksiryhmät vedetään kohti valtavaa mustaa aukkoa, niiden liikkeen pitäisi kiihtyä. Tumma energia osoittaa kosmisten kappaleiden vakionopeuden miljardeina valovuosina.

Yksi tämän prosessin mahdollisista syistä on massiiviset rakenteet, jotka ovat maailmankaikkeuden ulkopuolella. Heillä on valtava painovoima. Havaittavassa maailmankaikkeudessa ei ole jättimäisiä rakenteita, joilla olisi riittävä painovoima tämän ilmiön aikaansaamiseksi. Mutta tämä ei tarkoita sitä, ettei niitä voisi olla olemassa havaitun alueen ulkopuolella.

Tämä tarkoittaisi sitä, että maailmankaikkeuden rakenne ei ole yhtenäinen. Itse rakenteiden osalta ne voivat olla kirjaimellisesti mitä tahansa aineen aggregaateista energiaan mittakaavassa, jota tuskin voi kuvitella. On jopa mahdollista, että nämä ohjaavat muiden maailmankaikkeuksien painovoimia.

Loputtomat kuplat

Keskustelu jostakin Hubble-alueen ulkopuolelta ei ole täysin totta, koska sillä on silti identtinen metagalaxirakenne. "Tuntemattomalla" on samat maailmankaikkeuden ja vakioiden fyysiset lait. On olemassa versio siitä, että Suuri räjähdys aiheutti kuplien ilmestymisen avaruuden rakenteessa.

Välittömästi sen jälkeen, ennen maailmankaikkeuden täyttymisen alkamista, syntyi eräänlainen "kosminen vaahto", joka oli olemassa "kuplien" joukona. Yksi tämän aineen esineistä yhtäkkiä laajeni, ja siitä tuli lopulta nykyään tunnettu maailmankaikkeus.

Mutta mitä tuli muista kuplista? "Pimeän energian" löytäneen organisaation NASA-tiimin päällikkö Alexander Kashlinsky sanoi: "Jos siirryt riittävän kauas, voit nähdä rakenteen, joka on kuplan ulkopuolella, maailmankaikkeuden ulkopuolella. Näiden rakenteiden tulisi aiheuttaa liikettä. "

Siten "pimeä energia" koetaan ensimmäisenä todisteena toisen maailmankaikkeuden tai jopa "multiversumin" olemassaolosta.

Jokainen kupla on alue, joka ei ole enää venytetty muun tilan mukana. Hän muodosti oman maailmankaikkeuden omilla erityisillä laillaan.

Tässä skenaariossa tila on rajaton, eikä jokaisella kuplalla ole myöskään rajoja. Vaikka on mahdollista rikkoa yhden niistä raja, niiden välinen tila laajenee edelleen. Ajan myötä on mahdotonta päästä seuraavaan kuplaan. Tämä ilmiö on edelleen yksi kosmoksen suurimmista mysteereistä.

Musta aukko

Fyysikon Lee Smolinin ehdottama teoria olettaa, että kukin tällainen avaruusobjekti Metagalaxy-laitteessa aiheuttaa uuden muodostumisen. On vain kuviteltava, kuinka monta mustaa aukkoa on maailmankaikkeudessa. Jokaisen sisällä on fyysisiä lakeja, jotka poikkeavat edeltäjänsä laeista. Samanlainen hypoteesi esitettiin ensimmäisen kerran vuonna 1992 kirjassa "Kosmoksen elämä".

Tähdet ympäri maailmaa, jotka ovat loukussa mustiin aukkoihin, puristetaan uskomattoman äärimmäisiin tiheyksiin. Tällaisissa olosuhteissa tämä tila räjähtää ja laajenee omaksi uudeksi universumiksi, joka poikkeaa alkuperäisestä. Piste, jossa aika pysähtyy mustan aukon sisällä, on uuden Metagalaxin alkuräjähdyksen alku.

Äärimmäiset olosuhteet tuhoutuneen mustan aukon sisällä johtavat pieniin satunnaisiin muutoksiin tytäruniversumin fyysisissä perusvoimissa ja parametreissa. Jokaisella heistä on erilaiset ominaisuudet ja indikaattorit kuin vanhemmalla.

Tähtien olemassaolo on edellytys elämän muodostumiselle. Tämä johtuu siitä, että niihin syntyy hiiltä ja muita monimutkaisia \u200b\u200bmolekyylejä, jotka tarjoavat elämää. Siksi samoja olosuhteita tarvitaan olentojen ja maailmankaikkeuden muodostumiseen.

Kosmisen luonnollisen valinnan kritiikki tieteellisenä hypoteesina on suorien todisteiden puute tässä vaiheessa. Mutta on pidettävä mielessä, että uskomuksen kannalta se ei ole huonompi kuin ehdotetut tieteelliset vaihtoehdot. Ei ole vahvistusta siitä, mikä on maailmankaikkeuden ulkopuolella, olipa kyse sitten multiversumista, merkkijonoteoriasta tai syklisestä avaruudesta.

Monet rinnakkaisuniversumit

Tämä ajatus näyttää olevan jotain, jolla ei ole juurikaan tekemistä modernin teoreettisen fysiikan kanssa. Mutta ajatusta multiversumin olemassaolosta on pitkään pidetty tieteellisenä mahdollisuutena, vaikka se aiheuttaa edelleen kiivasta ja tuhoavaa keskustelua fyysikkojen keskuudessa. Tämä vaihtoehto tuhoaa täysin ajatuksen siitä, kuinka monta universumia on avaruudessa.

On tärkeää pitää mielessä, että Multiverse ei ole teoria, vaan pikemminkin seurausta teoreettisen fysiikan nykyaikaisesta ymmärryksestä. Tämä ero on kriittinen. Kukaan ei heiluttanut kättään ja sanonut: "Olkoon multiversumi!". Tämä ajatus on peräisin nykyisistä opetuksista, kuten kvanttimekaniikasta ja merkkijonoteoriasta.

Multiversumi ja kvanttifysiikka

Monet ihmiset tietävät ajatuskokeilun "Schrödingerin kissa". Sen ydin on siinä, että itävaltalainen teoreettinen fyysikko Erwin Schrödinger toi esiin kvanttimekaniikan epätäydellisyyden.

Tutkija ehdottaa kuviteltavansa eläimen, joka laitettiin suljettuun laatikkoon. Jos avaat sen, voit löytää yhden kissan kahdesta tilasta. Mutta niin kauan kuin laatikko on suljettu, eläin on joko elossa tai kuollut. Tämä osoittaa, ettei ole olemassa tilaa, joka yhdistää elämän ja kuoleman.

Kaikki tämä näyttää mahdottomalta yksinkertaisesti siksi, että ihmisen käsitys ei voi ymmärtää sitä.

Mutta tämä on täysin mahdollista kvanttimekaniikan outojen sääntöjen mukaan. Kaikkien mahdollisuuksien tila on siinä valtava. Matemaattisesti kvanttimekaaninen tila on kaikkien mahdollisten tilojen summa (tai päällekkäisyys). Schrödingerin kissan tapauksessa kokeilu on "kuolleiden" ja "elävien" asentojen päällekkäisyys.

Mutta miten tämä on tulkittava siten, että sillä on mitään käytännön merkitystä? Suosittu tapa on ajatella kaikkia näitä mahdollisuuksia siten, että kissan ainoa "objektiivisesti todellinen" tila on havaittavissa. Voidaan kuitenkin myös sopia, että nämä mahdollisuudet ovat oikeita ja ne kaikki ovat olemassa eri maailmankaikkeuksissa.

Säieteoria

Tämä on lupaavin mahdollisuus yhdistää kvanttimekaniikka ja painovoima. Tämä on vaikeaa, koska painovoima on yhtä kuvaamatonta pienessä mittakaavassa kuin atomit ja subatomiset hiukkaset ovat kvanttimekaniikassa.

Jousiteoria, joka sanoo, että kaikki perushiukkaset koostuvat monomeerisistä elementeistä, kuvaa kaikki tunnetut luonnonvoimat kerralla. Näitä ovat painovoima, sähkömagneetti ja ydinvoimat.

Matemaattinen merkkijonoteoria vaatii kuitenkin vähintään kymmenen fyysistä ulottuvuutta. Voimme havaita vain neljä ulottuvuutta: korkeus, leveys, syvyys ja aika. Siksi lisämitat ovat piilossa meiltä.

Fyysisten ilmiöiden selittämiseksi teorian avulla nämä lisätutkimukset ovat "tiivistettyjä" ja liian pieniä pienessä mittakaavassa.

Merkkijonoteorian ongelma tai erityispiirre on, että on olemassa monia tapoja tehdä pakkaus. Jokainen niistä johtaa sellaisen universumin luomiseen, jolla on erilaiset fyysiset lait, kuten erilaiset elektronimassat ja painovoiman vakiot. Kompakointimenetelmää vastaan \u200b\u200bon kuitenkin myös vakavia vastalauseita. Siksi ongelmaa ei ole täysin ratkaistu.

Mutta ilmeinen kysymys on: missä näistä mahdollisuuksista elämme? Jousiteoria ei tarjoa mekanismia tämän määrittämiseksi. Se tekee siitä hyödyttömän, koska sitä ei voida testata perusteellisesti. Mutta maailmankaikkeuden reunan tutkiminen on muuttanut tämän virheen ominaisuudeksi.

Suuren räjähdyksen seuraukset

Universumin varhaisimman rakenteen aikana tapahtui nopeutuneen laajenemisen aika, jota kutsutaan inflaatioksi. Hän selitti alun perin, miksi Hubble-pallo on melkein tasainen lämpötilassa. Inflaatio ennusti kuitenkin myös lämpötilan vaihteluiden spektrin tämän tasapainon ympärillä, mikä myöhemmin vahvistettiin useilla avaruusaluksilla.

Vaikka teorian tarkoista yksityiskohdista keskustellaan edelleen kiivaasti, fyysikot hyväksyvät laajalti inflaation. Tämän teorian seuraus on kuitenkin, että maailmankaikkeudessa on oltava muita esineitä, jotka edelleen kiihtyvät. Aika-ajan kvanttivaihtelujen vuoksi jotkin sen osat eivät koskaan saavuta lopullista tilaa. Tämä tarkoittaa, että tila laajenee ikuisesti.

Tämä mekanismi luo loputtoman määrän maailmankaikkeuksia. Yhdistämällä tämä skenaario merkkijono-teoriaan on mahdollista, että jokaisella heistä on erilainen lisädimensioiden pakkaus ja siten universumin erilaiset fyysiset lait.

Jousiteorian ja inflaation ennustaman Multiverse-teorian mukaan kaikki maailmankaikkeudet elävät samassa fyysisessä tilassa ja voivat leikata toisiaan. Niiden on väistämättä törmättävä, jättäen jälkiä kosmiseen taivaaseen. Niiden luonteella on laaja valikoima - kylmistä tai kuumista paikoista kosmisen mikroaaltopohjan taustalla epänormaaleihin aukkoihin galaksien jakautumisessa.

Koska törmäyksiä muiden maailmankaikkeuksien kanssa on tapahduttava tiettyyn suuntaan, kaikkien häiriöiden odotetaan häiritsevän yhtenäisyyttä.

Jotkut tutkijat etsivät heitä kosmeettisen mikroaaltotaustan, Suuren räjähdyksen jälkivalon, poikkeavuuksien kautta. Toiset ovat gravitaatioaalloissa, jotka aaltoilevat aika-ajassa, kun massiiviset esineet kulkevat. Nämä aallot voivat suoraan todistaa inflaation olemassaolon, mikä lopulta vahvistaa tukea multiversumiteorialle.

Suuren paukun aikana syntynyt maailmamme laajenee edelleen, ja galaksia jakavan avaruuden tilavuus kasvaa nopeasti. Galaksiryhmät, jotka siirtyvät toisistaan, pysyvät kuitenkin vakaina muodostelmina, joilla on tietty koko ja vakaa rakenne. Ja atomit eivät turpoa lainkaan maailmankaikkeuden laajenemisen aikana, toisin kuin vapaasti lentävät fotonit, jotka lisäävät aallonpituuttaan liikkuessaan laajenevan avaruuden läpi. Minne reliktifotonien energia meni? Miksi näemme kvasaareja siirtymässä meistä ylivalonopeudella? Mikä on pimeä energia? Miksi meille käytettävissä oleva maailmankaikkeuden osa kutistuu koko ajan? Tämä on vain osa kysymyksiä, joita kosmologit ajattelevat tänään yrittäen sovittaa yleisen suhteellisuusteorian tähtitieteilijöiden havaitsemaan maailmankuvaan.

Hubble-pallo

Hubble-lain mukaan, joka kuvaa maailmankaikkeuden laajenemista, galaksien radiaaliset nopeudet ovat verrannollisia niiden etäisyyteen kerroin Н 0jota kutsutaan tänään hubble-vakio.

H0-arvo määritetään galaktisten kohteiden havainnoista, joiden etäisyydet mitataan pääasiassa kirkkaimmilla tähdillä tai kefeideillä.

Suurin osa riippumattomista arvoista H 0 antaa tällä parametrilla arvon tällä hetkellä noin 70 km / s / megaparsek.

Tämä tarkoittaa, että 100 megaparsekin etäisyydellä sijaitsevat galaksit siirtyvät meistä pois noin 7000 km / s nopeudella.

Laajenevan maailmankaikkeuden malleissa Hubble-vakio muuttuu ajan myötä, mutta termi "vakio" on perusteltu sillä, että Hubble-vakio on jossakin tiettynä ajankohtana kaikissa maailmankaikkeuden pisteissä.

Hubble-vakion käänteinen on järkevää tyypillinen universumin laajenemisaika tällä hetkellä. Hubble-vakion nykyiselle arvolle maailmankaikkeuden iän arvioidaan olevan noin 13,8 miljardia vuotta.

Hubble-pallon keskustaan \u200b\u200bnähden sen sisällä olevan avaruuden laajenemisnopeus on pienempi kuin valon nopeus, ja sen ulkopuolella - enemmän. Itse Hubble-pallossa valon kvantit ovat kuin jäätyneet avaruuteen, joka laajenee siellä valon nopeudella, ja siksi siitä tulee uusi horisontti - fotonien horisontti.

Jos maailmankaikkeuden laajeneminen hidastuu, Hubble-pallon säde kasvaa, koska se on kääntäen verrannollinen laskevaan Hubble-parametriin. Tässä tapauksessa maailmankaikkeuden ikääntyessä tämä pallo peittää yhä enemmän uusia avaruusalueita ja päästää yhä enemmän valokvantteja. Ajan myötä tarkkailija näkee galakseja ja intragalaktisia tapahtumia, jotka olivat aiemmin hänen fotonihorisontinsa ulkopuolella. Jos maailmankaikkeuden laajeneminen kiihtyy, Hubble-pallon säde päinvastoin pienenee.

Kosmologia puhuu kolmesta tärkeästä pinnasta: tapahtumahorisontista, hiukkashorisontista ja Hubble-pallosta. Kaksi viimeistä ovat avaruudessa olevia pintoja ja ensimmäinen - avaruudessa - aika. Olemme jo tavanneet Hubble-pallon, puhutaan nyt horisontista.

Hiukkasten horisontti

Hiukkasten horisontti erottaa tällä hetkellä havaittavat kohteet huomaamattomista.

Rajoitetun valonopeuden vuoksi tarkkailija näkee taivaankappaleet sellaisina kuin ne olivat enemmän tai vähemmän kaukaisessa menneisyydessä. Hiukkashorisontin ulkopuolella on galakseja, joita ei tällä hetkellä havaita edellisen evoluution missään vaiheessa. Tämä tarkoittaa, että heidän avaruusaikansa maailmanlinjat eivät missään kohdalla leikkaa pintaa, jota pitkin valo etenee, tullessaan tarkkailijalle siitä hetkestä lähtien, kun maailmankaikkeus syntyi. Hiukkashorisontissa on galakseja, joiden maailmanlinjat ovat ylittäneet tämän pinnan aiemmin. Nämä galaksit muodostavat osan maailmankaikkeudesta, ja ne ovat periaatteessa havaittavissa tietyllä ajanhetkellä.

Laajentumattomalle maailmankaikkeudelle hiukkashorisontin koko kasvaa iän myötä, ja ennemmin tai myöhemmin kaikki maailmankaikkeuden alueet ovat tutkittavissa. Mutta laajenevassa maailmankaikkeudessa näin ei ole. Lisäksi laajenemisnopeudesta riippuen hiukkashorisontin koko voi riippua laajenemisen alusta kuluneesta ajasta yksinkertaisemman lain mukaan kuin yksinkertainen suhteellisuus. Erityisesti kiihtyvässä maailmankaikkeudessa hiukkashorisontin koko voi olla vakioarvo. Tämä tarkoittaa, että on alueita, joita ei voida pohtia, on prosesseja, jotka ovat periaatteessa tuntemattomia.

Lisäksi hiukkashorisontin koko rajoittaa syy-alueiden kokoa. Kaksi avaruuspistettä, jotka on erotettu toisistaan \u200b\u200bkuin horisontin koko, eivät ole koskaan olleet vuorovaikutuksessa aiemmin. Koska nopeinta vuorovaikutusta (valonsäteiden vaihtoa) ei ole vielä tapahtunut, kaikki muut vuorovaikutukset on suljettu pois. Siksi mikään tapahtuma yhdessä vaiheessa ei voi aiheuttaa tapahtumaa, joka tapahtuu toisessa kohdassa. Siinä tapauksessa, että hiukkasten horisontin koko on vakioarvo, universumi on jaettu syy-etuyhteydettömiin alueisiin, joissa evoluutio etenee itsenäisesti.

Siksi meille ei ole annettu tietää, millainen maailmankaikkeus on nykyisen hiukkashorisontin ulkopuolella. Jotkut varhaisen maailmankaikkeuden teoriat väittävät, että kaukana tämän horisontin ulkopuolella se ei ole lainkaan samanlainen kuin mitä näemme. Tämä opinnäytetyö on varsin tieteellinen, koska se johtuu melko kohtuullisista laskelmista, mutta sitä ei voida kumota eikä vahvistaa aikanamme käytettävissä olevien tähtitieteellisten havaintojen avulla. se ja kuinka paljon kaukaista tulevaisuutta.

Hiukkasten horisontissa olevilla lähteillä on ääretön punasiirtymä. Nämä ovat vanhimpia fotoneja, jotka ainakin teoriassa voidaan "nähdä" nyt. Ne päästettiin melkein Suuren räjähdyksen aikaan. Sitten tänään näkyvän maailmankaikkeuden osan koko oli erittäin pieni, mikä tarkoittaa, että siitä lähtien kaikki etäisyydet ovat kasvaneet paljon. Siksi syntyy ääretön punainen muutos. Emme tietenkään voi nähdä fotoneja hiukkasten horisontista. Universumi nuoruutensa aikana oli läpinäkymätön säteilylle. Siksi fotoneja, joiden punasiirtymät ovat suurempia kuin 1000, ei havaita. Jos tulevaisuudessa tähtitieteilijät oppivat rekisteröimään pyhäinneutriineja, niin tämä antaa mahdollisuuden vilkaista maailmankaikkeuden elämän ensimmäisiin minuutteihin, mikä vastaa punasiirtymää - 3x10 7. Vielä suurempaa edistystä voidaan saavuttaa jäännösgravitaatioaaltojen havaitsemisessa saavuttaen "Planck-ajat" (10-43 sekuntia räjähdyksen alusta). Niiden avulla on mahdollista katsoa menneisyyteen niin pitkälle kuin se on periaatteessa mahdollista tänään tunnettujen luonnonlakien avulla. Lähellä alkuräjähdyksen alkua yleinen suhteellisuusteoria ei ole enää sovellettavissa.

Tapahtumahorisontti

Tapahtumahorisontti - se on pinta-aika-aika... Tällainen horisontti ei näy kaikissa kosmologisissa malleissa. Esimerkiksi, hidastuvassa universumissa ei ole tapahtumahorisonttia - mikä tahansa tapahtuma kaukaisen galaksin elämästä voidaan nähdä, jos odotat tarpeeksi kauan. Tämän horisontin käyttöönoton tarkoitus on erottaa tapahtumat, jotka voivat vaikuttaa meihin ainakin tulevaisuudessa, niistä, jotka eivät voi vaikuttaa meihin millään tavalla. Vaikka tapahtuman valosignaali ei saavuta meitä, tapahtuma itsessään ei voi vaikuttaa meihin. Miksi tämä on mahdollista? Syitä voi olla useita. Yksinkertaisin on ”maailman loppu” -malli. Jos tulevaisuus on ajallisesti rajoitettu, on selvää, että joistakin kaukaisista galakseista tuleva valo ei yksinkertaisesti pääse meihin. Suurin osa nykyaikaisista malleista ei tarjoa tällaista mahdollisuutta. Tulevasta Big Ripistä on kuitenkin olemassa versio, mutta se ei ole kovin suosittu tieteellisissä piireissä. Mutta on toinen vaihtoehto - laajennus kiihdytyksellä.

Äskettäinen havainto, että maailmankaikkeus laajenee nyt kiihtyvällä nopeudella, on kirjaimellisesti räpyttänyt kosmologeja. Maailman epätavalliselle käyttäytymiselle voi olla kaksi syytä: joko maailmankaikkeutemme tärkein "täyteaine" ei ole tavallinen aine, vaan tuntematon aine, jolla on epätavallisia ominaisuuksia (ns. Pimeä energia), tai (vielä pahempaa ajatella sitä !) Yleisen suhteellisuusteorian yhtälöitä on muutettava. Lisäksi jostain syystä ihmiskunnalla oli mahdollisuus elää kosmologisessa mittakaavassa lyhyessä ajassa, jolloin hidastunut laajeneminen vain korvattiin nopeutetulla. Kaikki nämä kysymykset ovat vielä kaukana ratkaisemattomista, mutta tänään voimme keskustella siitä, kuinka kiihtynyt laajentuminen (jos se jatkuu ikuisesti) muuttaa universumiamme ja luo tapahtumahorisontin. Osoittautuu, että kaukana olevien galaksien elämä alkaa siitä hetkestä lähtien, kun ne saavuttavat riittävän nopean pakenemisnopeuden, pysähtyy meille ja heidän tulevaisuutensa tulee meille tuntemattomaksi - useiden tapahtumien valo ei koskaan koskaan saavuta meitä. Ajan myötä melko kaukaisessa tulevaisuudessa kaikki galaksit, jotka eivät ole osa paikallista 100 megaparsekin kokoista superjoukkojamme, katoavat tapahtumahorisontin ulkopuolelta.

Menneisyys ja tulevaisuus

"Aloin ajatella horisonttia tutkijakoulussani, enkä edes omasta aloitteestani", sanoo professori Wolfgang Rindler, joka opettaa edelleen fysiikkaa Texasin yliopistossa Dallasissa. - Sitten maailmankaikkeuden teoria, joka tunnetaan vakaan tilan kosmologiana, oli muodissa. Ohjaajani joutui katkeraan riitaan tämän teorian kirjoittajien kanssa ja pyysi minua ymmärtämään erimielisyyden olemuksen. En kieltäytynyt ehdotetusta ongelmasta, ja sen seurauksena työni kosmologisilla horisontteilla ilmestyi.

Professori Rindlerin mukaan maailmamme molemmista näköaloista on hyvin selkeä tulkinta: "Tapahtumahorisontin muodostaa kevyt rintama, joka lähestyy galaksissamme olevaa rajaa, kun maailmankaikkeuden ikä kasvaa äärettömyyteen. Sitä vastoin hiukkasten horisontti vastaa alkuräjähdyksen aikaan emittoitunutta valorintamaa. Kuvaannollisesti tapahtumahorisontti on viimeisen valorintaman rajaama, joka on päässyt galaksillemme, ja hiukkashorisontti on aivan ensimmäinen. Tästä määritelmästä käy selväksi, että

hiukkasten horisontti asettaa maksimietäisyyden, josta nykyisessä aikakaudessamme on mahdollista tarkkailla mitä tapahtui menneisyydessä. Tapahtumahorisontti puolestaan \u200b\u200bvahvistaa maksimietäisyyden, josta tietoa äärettömän kaukaisesta tulevaisuudesta voidaan saada.

Nämä ovat oikeastaan \u200b\u200bkaksi erilaista horisonttia, jotka ovat välttämättömiä maailmankaikkeuden evoluution täydelliselle kuvaukselle. "

Kosmologian - maailmankaikkeutta tutkivan tieteen - alkuvaiheessa hyväksyttiin yleisesti, että tutkijat ovat usein väärässä pienistä asioista, mutta eivät koskaan epäile maailmanlaajuisesti. Aikana laskuvirheet on minimoitu, mutta epäilyt ovat kasvaneet tutkittavan kohteen kokoon. Vuosikymmenien ajan kosmologit ovat rakentaneet uusia teleskooppeja, keksineet nerokkaita ilmaisimia, käyttäneet supertietokoneita ja sen seurauksena voivat vakuuttaa, että maailmankaikkeus alkoi 13 820 miljoonaa vuotta sitten pienestä atomin kokoisesta kuplasta. Ensimmäistä kertaa tutkijat ovat kymmenennen prosentin tarkkuudella luoneet kartan kosmisesta mikroaaltotaustasta - pyhäinjasäteilystä, joka syntyi 380 tuhatta vuotta alkuräjähdyksen jälkeen.

Vielä ei tiedetä mikä pimeä aine on. Tumma energia on vielä suurempi mysteeri.

Aurinkokunnassa ei ole edes kymmenen planeettaa ja yksi aurinko on. Galaksi on aurinkokunnan joukko. Galaksissa on noin kaksisataa miljardia tähteä. Maailmankaikkeudessa on miljardeja galakseja. Ymmärrätkö mitä universumi on? Me itse emme tiedä mikä se on, emmekä todennäköisesti tiedä sitä seuraavien miljardin vuoden aikana. Ja mitä enemmän tietämyksemme maailmankaikkeudesta lisääntyy - siitä, mikä ympäröi meitä ja sisältää kaiken tämän itsessään -, sitä enemmän kysymyksiä ihmisillä on.

Kun katsomme maailmankaikkeutta, kaikkia sen planeettoja ja tähtiä, galakseja ja klustereita, kaasua, pölyä, plasmaa, näemme samat allekirjoitukset kaikkialla. Näemme atomiabsorptio- ja emissiolinjat, näemme, että aine on vuorovaikutuksessa muiden aineen muotojen kanssa, näemme tähtien muodostumisen ja tähtien kuoleman, törmäykset, röntgensäteet ja paljon muuta. On ilmeinen kysymys, joka vaatii selitystä: miksi näemme kaiken tämän? Jos fysiikan lait sanelevat havaitsemamme aineen ja antiaineen välisen symmetrian, sitä ei pitäisi olla.

Kun katsot tähtitaivasta yöllä, kysyt itseltäsi tahattomasti: kuinka monta tähteä on taivaalla? Onko elämää muualla, miten se kaikki ilmestyi ja onko kaikella loppu?

Useimmat tieteelliset tähtitieteilijät ovat varmoja siitä, että maailmankaikkeus syntyi voimakkaan räjähdyksen seurauksena, noin 15 miljardia vuotta sitten. Tämä valtava räjähdys, jota kutsutaan yleisesti "Big Bangiksi" tai "Big Impact", syntyi voimakkaasta aineen puristumisesta, levitti kuumia kaasuja eri suuntiin ja aiheutti galakseja, tähtiä ja planeettoja. Jopa nykyaikaisimmat ja uudet tähtitieteelliset laitteet eivät kykene kattamaan koko kosmosta. Mutta nykyaikainen tekniikka voi kaapata valoa tähdistä, jotka ovat 15 miljardia valovuotta maasta! Ehkä nämä tähdet ovat kauan poissa, ne ovat syntyneet, ikääntyneet ja kuolleet, mutta niiden valo kulkee maahan 15 miljardia vuotta ja kaukoputki näkee sen edelleen.

Monien sukupolvien ja maiden tutkijat yrittävät ehdottaa, laskea maailmankaikkeuden koon, määrittää sen keskipisteen. Aikaisemmin uskottiin, että maailmankaikkeuden keskusta on maapallomme. Kopernikus osoitti, että tämä on aurinko, mutta tiedon kehityksen ja Linnunradan galaksimme löytymisen myötä kävi selväksi, ettei planeettamme eikä edes aurinko ole maailmankaikkeuden keskusta. Pitkään ajateltiin, että Linnunradan lisäksi ei ollut muita galakseja, mutta tämä kiistettiin.

Tunnettu tieteellinen tosiasia viittaa siihen, että maailmankaikkeus laajenee jatkuvasti ja että tähtitaivas, jota havaitsemme, nyt näkemiemme planeettojen rakenne, on täysin erilainen kuin miljoonia vuosia sitten. Jos maailmankaikkeus kasvaa, on reunoja. Toinen teoria sanoo, että avaruuden rajojen ulkopuolella on muitakin universumeja ja maailmoja.

Ensimmäinen, joka päätti perustella maailmankaikkeuden äärettömyyden, oli Issac Newton. Löydettyään yleisen painovoiman lain hän uskoi, että jos avaruus olisi rajallinen, ennemmin tai myöhemmin kaikki hänen ruumiinsa houkuttelevat ja sulautuvat yhdeksi kokonaisuudeksi. Ja koska näin ei tapahdu, universumilla ei ole rajoja.

Näyttää siltä, \u200b\u200bettä kaikki tämä on loogista ja ilmeistä, mutta silti Albert Einstein pystyi rikkomaan nämä stereotypiat. Hän loi oman maailmankaikkeuden mallin, joka perustuu omaan suhteellisuusteoriaansa, jonka mukaan maailmankaikkeus on ajallisesti ääretön, mutta avaruudessa äärellinen. Hän vertasi sitä kolmiulotteiseen palloon tai yksinkertaisesti sanottuna maapallomme. Ei ole väliä kuinka paljon matkustaja matkustaa ympäri maata, hän ei koskaan saavuta sen reunaa. Tämä ei kuitenkaan tarkoita lainkaan, että maapallo on ääretön. Matkustaja palaa yksinkertaisesti paikkaan, josta hän aloitti matkansa.

Samalla tavalla avaruusmatkailija, aloitettuaan planeetaltamme ja voittanut maailmankaikkeuden tähtialuksella, voi palata takaisin maapallolle. Vasta tällä kertaa vaeltaja ei liiku pallon kaksiulotteista pintaa pitkin, vaan hyperpallon kolmiulotteista pintaa pitkin. Tämä tarkoittaa, että maailmankaikkeudella on rajallinen tilavuus ja siten rajallinen määrä tähtiä ja massaa. Universumilla ei kuitenkaan ole rajoja tai keskusta. Einstein uskoi, että maailmankaikkeus on staattinen ja että sen koko ei koskaan muutu.

Suurimmat mielet eivät kuitenkaan ole harhakuvia. Vuonna 1927 Neuvostoliiton fyysikkomme Alexander Fridman laajensi tätä mallia merkittävästi. Hänen laskelmiensa mukaan maailmankaikkeus ei ole ollenkaan staattinen. Se voi laajentua tai supistua ajan myötä. Einstein ei hyväksynyt välittömästi tällaista muutosta, mutta Hubble-teleskoopin löytämisen myötä universumin laajentuminen todistettiin. galaksit hajallaan, ts. muutti toisistaan.

Nyt on osoitettu, että maailmankaikkeus laajenee kiihtyvyydellä, että se on täynnä kylmää pimeää ainetta ja sen ikä on 13,75 miljardia vuotta. Tietäen maailmankaikkeuden ikä, voit määrittää sen havaittavan alueen koon. Mutta älä unohda jatkuvaa laajentumista.

Joten havaittavan maailmankaikkeuden koko on jaettu kahteen tyyppiin. Näennäinen koko, jota kutsutaan myös Hubble-säteeksi (13,75 miljardia valovuotta), josta puhuimme edellä. Ja todellinen koko, jota kutsutaan hiukkashorisontiksi (45,7 miljardia valovuotta). Nyt selitän: varmasti olet kuullut, että kun katsomme taivaalle, näemme muiden tähtien, planeettojen menneisyyden eikä sen, mitä nyt tapahtuu. Esimerkiksi kuuhun nähdessä nähdään tapa, jolla se oli vähän yli sekunti sitten, aurinko - yli kahdeksan minuuttia sitten, lähimmät tähdet - vuotta, galaksit - miljoonia vuosia sitten jne. Eli maailmankaikkeuden syntymishetkestä alkaen ei ole fotonia, ts. valolla ei olisi ollut aikaa matkustaa yli 13,75 miljardia valovuotta. Mutta! Älä unohda maailmankaikkeuden laajentumista. Joten, kunnes se saavuttaa tarkkailijan, syntyvän, tämän valon säteilevän maailmankaikkeuden kohde on 45,7 miljardia sv meiltä. vuotta. Tämä koko on hiukkasten horisontti, ja se on havaittavan maailmankaikkeuden raja.

Nämä molemmat horisontit eivät kuitenkaan lainkaan kuvaa universumin todellista kokoa. Se laajenee ja jos tämä suuntaus jatkuu, kaikki ne kohteet, joita voimme nyt havaita, katoavat ennemmin tai myöhemmin näkökentästä.

Tähtitieteilijöiden havaitsema kaukaisin valo on tällä hetkellä mikroaaltotaustasäteily. Nämä ovat ikivanhoja sähkömagneettisia aaltoja, jotka syntyivät maailmankaikkeuden alkupäässä. Nämä aallot havaitaan käyttämällä erittäin herkkiä antenneja ja suoraan avaruudessa. Perehtymällä pyhäinjäännökseen tutkijat näkevät maailmankaikkeuden sellaisena kuin se oli 380 tuhatta vuotta alkuräjähdyksen jälkeen. Tällä hetkellä maailmankaikkeus on jäähtynyt niin paljon, että se pystyi tuottamaan vapaita fotoneja, jotka siepataan tänään radioteleskooppien avulla. Tuolloin maailmankaikkeudessa ei ollut tähtiä tai galakseja, vaan vain kiinteä vety-, helium- ja merkityksetön määrä muita elementtejä. Tässä pilvessä havaituista epähomogeenisuuksista muodostuu myöhemmin galaktisia klustereita.

Tutkijat keskustelevat edelleen siitä, onko universumilla todellisia, valvomattomia rajoja. Tavalla tai toisella, kaikki yhtyvät maailmankaikkeuden äärettömyyteen, mutta he tulkitsevat tämän äärettömyyden täysin eri tavoin. Jotkut pitävät maailmankaikkeutta moniulotteisena, jossa "paikallinen" kolmiulotteinen universumimme on vain yksi sen kerroksista. Toiset sanovat, että maailmankaikkeus on fraktaali - mikä tarkoittaa, että paikallinen universumimme voi osoittautua toisen hiukkaseksi. Älä unohda Multiversen eri malleja, ts. rajattoman määrän muiden maailmankaikkeuksien olemassaoloa meidän ulkopuolella. Ja on olemassa monia, monia eri versioita, joiden lukumäärää rajoittaa vain ihmisen mielikuvitus.