Universumin mitat: Linnunradalta metagalaksiin. Mikä on universumimme koko

Mitä on universumin ulkopuolella? Tämä kysymys on liian monimutkainen ihmisen ymmärtämiselle. Tämä johtuu siitä, että ensinnäkin on määritettävä sen rajat, ja tämä ei ole kaukana yksinkertaisesta.

Yleisesti hyväksytty vastaus ottaa huomioon vain havaittavan maailmankaikkeuden. Hänen mukaansa mitat määräytyvät valonnopeuden mukaan, koska on mahdollista nähdä vain se valo, jota avaruudessa olevat esineet säteilevät tai heijastavat. On mahdotonta katsoa pidemmälle kuin kaukaisin valo, joka kulkee koko universumin olemassaolon ajan.

Tila kasvaa jatkuvasti, mutta on edelleen rajallinen. Sen kokoa kutsutaan joskus Hubblen tilavuudeksi tai palloksi. Ihminen maailmankaikkeudessa ei todennäköisesti koskaan voi tietää, mitä on sen rajojen ulkopuolella. Joten kaiken tutkimuksen kannalta tämä on ainoa tila, jonka kanssa sinun on koskaan oltava vuorovaikutuksessa. Ainakin lähitulevaisuudessa.

Suuruus

Kaikki tietävät, että universumi on suuri. Kuinka monta miljoonaa valovuotta se kattaa?

Tähtitieteilijät tutkivat huolellisesti mikroaaltouunin taustan kosmista säteilyä - alkuräjähdyksen jälkihehkua. He etsivät yhteyttä taivaan toisella puolella tapahtuvan ja toisella puolella tapahtuvan välillä. Ja vaikka ei ole todisteita siitä, että jotain yhteistä olisi. Tämä tarkoittaa, että universumi ei toista itseään 13,8 miljardiin vuoteen mihinkään suuntaan. Näin kauan kestää, että valo saavuttaa ainakin tämän tilan näkyvän reunan.

Olemme edelleen huolissamme siitä, mitä on havaittavan maailmankaikkeuden ulkopuolella. Tähtitieteilijät myöntävät, että kosmos on ääretön. Siinä oleva "aine" (energia, galaksit jne.) jakautuu täsmälleen samalla tavalla kuin havaittavassa universumissa. Jos tämä on totta, niin siinä on erilaisia ​​poikkeamia.

Hubblen tilavuuden ulkopuolella ei ole vain enemmän erilaisia ​​planeettoja. Sieltä löytyy kaikkea mitä voi olla olemassa. Jos pääset tarpeeksi pitkälle, saatat jopa löytää toisen aurinkokunnan, jonka maapallo on kaikilta osin identtinen, paitsi että söit aamiaiseksi puuroa munakokkelin sijaan. Tai aamiaista ei ollut ollenkaan. Tai oletetaan, että heräsit aikaisin ja ryöstit pankin.

Itse asiassa kosmologit uskovat, että jos mennään tarpeeksi pitkälle, voit löytää toisen Hubble-pallon, joka on täysin identtinen meidän kanssamme. Useimmat tiedemiehet uskovat, että universumilla sellaisena kuin sen tunnemme, on rajansa. Mikä on heidän takanaan, on suurin mysteeri.

Kosmologinen periaate

Tämä käsite tarkoittaa, että riippumatta tarkkailijan paikasta ja suunnasta, kaikki näkevät saman kuvan universumista. Tämä ei tietenkään koske pienimuotoisia tutkimuksia. Tällainen avaruuden homogeenisuus johtuu sen kaikkien pisteiden yhtäläisyydestä. Tämä ilmiö voidaan havaita vain galaksijoukon mittakaavassa.

Sir Isaac Newton ehdotti ensimmäisen kerran jotain tämän konseptin kaltaista vuonna 1687. Ja myöhemmin, 1900-luvulla, muiden tutkijoiden havainnot vahvistivat saman. Loogisesti, jos kaikki olisi peräisin yhdestä pisteestä alkuräjähdyksessä ja sitten laajentunut universumiin, se pysyisi melko yhtenäisenä.

Etäisyys, jolla kosmologinen periaate voidaan havaita tämän näennäisen tasaisen aineenjakauman löytämiseksi, on noin 300 miljoonan valovuoden päässä Maasta.

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

Hieno houkuttaja

Valtava massakonsentraatio löydettiin 250 miljoonan valovuoden etäisyydeltä Hydran ja Kentauruksen tähtikuvioiden läheltä. Sen paino on niin suuri, että sitä voitaisiin verrata kymmeniin tuhansiin Linnunradan massoihin. Tätä anomaliaa pidetään galaktisena superklusterina.

Tätä esinettä kutsutaan suureksi houkuttajaksi. Sen gravitaatiovoima on niin voimakas, että se vaikuttaa muihin galakseihin ja niiden ryhmiin useiden satojen valovuosien ajan. Se on pitkään ollut yksi kosmoksen suurimmista mysteereistä.

Vuonna 1990 havaittiin, että suureksi vetovoimaksi kutsuttujen kolossaalien galaksiklustereiden liike pyrkii toiselle avaruuden alueelle - universumin reunan taakse. Toistaiseksi tämä prosessi on havaittavissa, vaikka itse poikkeama on "vältenvyöhykkeellä".

pimeää energiaa

Hubblen lain mukaan kaikkien galaksien tulisi liikkua tasaisesti erillään toisistaan ​​kosmologisen periaatteen säilyttäen. Vuonna 2008 ilmestyi kuitenkin uusi löytö.

Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) löysi suuren joukon klustereita, jotka liikkuivat samaan suuntaan jopa 600 mailia sekunnissa. He kaikki olivat matkalla pienelle taivaan alueelle Centauruksen ja Paruksen tähdistöjen välissä.

Tälle ei ole selvää syytä, ja koska se oli selittämätön ilmiö, sitä kutsuttiin "pimeäksi energiaksi". Se johtuu jostakin havaittavan maailmankaikkeuden ulkopuolelta. Tällä hetkellä sen luonteesta vain spekuloidaan.

Jos galaksiklusterit vedetään kohti kolossaalista mustaa aukkoa, niiden liikkeen pitäisi olla kiihtyvää. Pimeä energia ilmaisee kosmisten kappaleiden vakionopeuden miljardeissa valovuosissa.

Yksi mahdollisista syistä tähän prosessiin on massiiviset rakenteet, jotka ovat maailmankaikkeuden ulkopuolella. Niillä on valtava gravitaatiovaikutus. Havaittavassa maailmankaikkeudessa ei ole jättimäisiä rakenteita, joilla olisi tarpeeksi gravitaatiovoimaa aiheuttamaan tämän ilmiön. Mutta tämä ei tarkoita, etteikö niitä voisi olla havaittavan alueen ulkopuolella.

Tämä tarkoittaisi, että maailmankaikkeuden rakenne ei ole yhtenäinen. Mitä tulee itse rakenteisiin, ne voivat olla kirjaimellisesti mitä tahansa, aineaggregaateista tuskin kuvitettavissa olevaan energiaan. On jopa mahdollista, että nämä ohjaavat gravitaatiovoimia muista universumeista.

Endless Bubbles

Hubblen sfäärin ulkopuolelta puhuminen ei ole täysin oikein, koska sillä on edelleen identtinen metagalaksin rakenne. "Tuntemattomalla" on samat universumin fysikaaliset lait ja vakiot. On olemassa versio, jonka mukaan alkuräjähdys aiheutti kuplien ilmestymisen avaruuden rakenteeseen.

Välittömästi sen jälkeen, ennen kuin universumin inflaatio alkoi, syntyi eräänlainen "kosminen vaahto", joka esiintyi "kuplien rykelmänä". Yksi tämän aineen esineistä laajeni yhtäkkiä ja siitä tuli lopulta nykyään tunnettu maailmankaikkeus.

Mutta mitä muista kuplista tuli ulos? "Pimeän energian" löytäneen NASA-tiimin johtaja Alexander Kashlinsky sanoi: "Jos liikut tarpeeksi kauas, voit nähdä rakenteen, joka on kuplan ulkopuolella, maailmankaikkeuden ulkopuolella. Näiden rakenteiden pitäisi aiheuttaa liikettä."

Siten "pimeä energia" nähdään ensimmäisenä todisteena toisen maailmankaikkeuden tai jopa "multiuniversumin" olemassaolosta.

Jokainen kupla on alue, joka on lakannut laajentumasta muun tilan mukana. Hän muodosti oman universuminsa omilla erityisillä laeillaan.

Tässä skenaariossa avaruus on ääretön ja jokaisella kuplalla ei myöskään ole rajoja. Vaikka yhden niistä on mahdollista rikkoa, niiden välinen tila laajenee edelleen. Ajan myötä on mahdotonta päästä seuraavaan kuplaan. Tällainen ilmiö on edelleen yksi kosmoksen suurimmista mysteereistä.

Musta aukko

Fyysikko Lee Smolinin esittämä teoria olettaa, että jokainen samanlainen avaruusobjekti metagalaksin rakenteessa aiheuttaa uuden muodostumisen. Pitää vain kuvitella kuinka monta mustaa aukkoa maailmankaikkeudessa on. Jokaisen sisällä on fysikaalisia lakeja, jotka poikkeavat edeltäjistä. Samanlainen hypoteesi esitettiin ensimmäisen kerran vuonna 1992 kirjassa "The Life of the Cosmos".

Mustiin reikiin putoavat tähdet ympäri maailmaa puristuvat uskomattoman äärimmäiseen tiheyteen. Tällaisissa olosuhteissa tämä avaruus räjähtää ja laajenee uudeksi, omaksi universumikseen, joka on erilainen kuin alkuperäinen. Piste, jossa aika pysähtyy mustan aukon sisällä, on uuden metagalaksin alkuräjähdys.

Äärimmäiset olosuhteet tuhoutuneen mustan aukon sisällä johtavat pieniin satunnaisiin muutoksiin tytäruniversumin fysikaalisissa perusvoimissa ja -parametreissa. Jokaisella niistä on vanhemmalta erilaiset ominaisuudet ja indikaattorit.

Tähtien olemassaolo on elämän muodostumisen edellytys. Tämä johtuu siitä, että niissä syntyy hiiltä ja muita monimutkaisia ​​molekyylejä, jotka tarjoavat elämää. Siksi olentojen ja universumin muodostumiseen tarvitaan samat olosuhteet.

Kosmisen luonnonvalinnan kritiikki tieteellisenä hypoteesina on suorien todisteiden puute tässä vaiheessa. Mutta on pidettävä mielessä, että uskomusten kannalta se ei ole huonompi kuin ehdotetut tieteelliset vaihtoehdot. Ei ole todisteita siitä, mikä on universumin ulkopuolella, olipa se sitten multiversumi, merkkijonoteoria tai syklinen avaruus.

Monet rinnakkaiset universumit

Tämä ajatus näyttää olevan jotain, jolla ei ole juurikaan tekemistä nykyaikaisen teoreettisen fysiikan kanssa. Mutta ajatusta Multiversen olemassaolosta on pidetty pitkään tieteellisenä mahdollisuutena, vaikka se aiheuttaa edelleen aktiivista keskustelua ja tuhoisaa keskustelua fyysikkojen keskuudessa. Tämä vaihtoehto tuhoaa täysin käsityksen siitä, kuinka monta universumia avaruudessa on.

On tärkeää pitää mielessä, että Multiverse ei ole teoria, vaan seuraus nykyisestä teoreettisen fysiikan ymmärtämisestä. Tällä erottelulla on ratkaiseva merkitys. Kukaan ei heilauttanut kättään ja sanonut: "Tulkoon multiversumi!". Tämä ajatus on johdettu nykyisistä opetuksista, kuten kvanttimekaniikasta ja merkkijonoteoriasta.

Multiversumi ja kvanttifysiikka

Monet ihmiset tietävät ajatuskokeen "Schrödingerin kissa". Sen olemus piilee siinä, että Erwin Schrödinger, itävaltalainen teoreettinen fyysikko, huomautti kvanttimekaniikan epätäydellisyydestä.

Tiedemies ehdottaa kuvittelemaan eläintä, joka laitettiin suljettuun laatikkoon. Jos avaat sen, saat selville toisen kissan kahdesta tilasta. Mutta niin kauan kuin laatikko on suljettu, eläin on joko elossa tai kuollut. Tämä todistaa, ettei ole olemassa valtiota, jossa elämä ja kuolema yhdistyy.

Kaikki tämä näyttää mahdottomalta yksinkertaisesti siksi, että ihmisen havainnointi ei voi käsittää sitä.

Mutta se on aivan totta kvanttimekaniikan outojen sääntöjen mukaan. Kaikkien mahdollisuuksien tila siinä on valtava. Matemaattisesti kvanttimekaaninen tila on kaikkien mahdollisten tilojen summa (tai superpositio). "Schrödingerin kissan" tapauksessa kokeilu on "kuolleen" ja "elävän" asennon superpositio.

Mutta miten tämä tulkitaan niin, että siinä on käytännössä mitään järkeä? Suosittu tapa on ajatella kaikkia näitä mahdollisuuksia siten, että havaitaan kissan ainoa "objektiivisesti todellinen" tila. Voidaan kuitenkin myös olla samaa mieltä siitä, että nämä mahdollisuudet ovat totta ja että ne kaikki ovat olemassa eri universumeissa.

Säieteoria

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

Mutta merkkijonoteoria, joka sanoo, että kaikki perushiukkaset koostuvat monomeerisista elementeistä, kuvaa kaikki tunnetut luonnonvoimat kerralla. Näitä ovat painovoima, sähkömagnetismi 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.

Jotta teoriaa voitaisiin käyttää selittämään fysikaalisia ilmiöitä, nämä lisätutkimukset ovat "tiivistyneitä" ja liian pieniä pienessä mittakaavassa.

Merkkijonoteorian ongelma tai erikoisuus on, että on olemassa monia tapoja suorittaa tiivistys. Jokainen näistä johtaa universumin luomiseen, jolla on erilaiset fysikaaliset lait, kuten erilaiset elektronien massat ja painovoimavakiot. Tiivistysmetodologiaa vastaan ​​on kuitenkin myös vakavia vastalauseita. Siksi ongelmaa ei ole täysin ratkaistu.

Mutta ilmeinen kysymys kuuluu: missä näistä mahdollisuuksista me elämme? Stringteoria ei tarjoa mekanismia tämän määrittämiseksi. Se tekee siitä hyödyttömän, koska sitä ei ole mahdollista testata perusteellisesti. Mutta universumin reunan tutkiminen muutti tuon virheen ominaisuudeksi.

Alkuräjähdyksen seuraukset

Varhaisimman universumin aikana oli nopeutetun laajenemisen kausi, jota kutsutaan inflaatioksi. Hän selitti alun perin, miksi Hubble-pallon lämpötila on lähes tasainen. Inflaatio ennusti kuitenkin myös lämpötilan vaihteluiden kirjon tämän tasapainon ympärillä, minkä myöhemmin vahvistivat useat avaruusalukset.

Vaikka teorian tarkoista yksityiskohdista keskustellaan edelleen kiivaasti, fyysikot hyväksyvät inflaation laajalti. Tämän teorian implikaatio on kuitenkin se, että maailmankaikkeudessa täytyy olla muita kohteita, jotka kiihtyvät edelleen. Aika-avaruuden kvanttivaihteluista johtuen jotkin sen osat eivät koskaan saavuta lopullista tilaa. Tämä tarkoittaa, että tila laajenee ikuisesti.

Tämä mekanismi synnyttää äärettömän määrän universumeja. Kun tämä skenaario yhdistetään merkkijonoteoriaan, on mahdollista, että jokaisella niistä on erilainen lisämittojen tiivistys ja siksi niillä on erilaiset universumin fyysiset lait.

Multiversumin opetusten mukaan, jotka ennustetaan merkkijonoteorian ja inflaation avulla, kaikki universumit elävät samassa fyysisessä tilassa ja voivat mennä päällekkäin. Niiden täytyy väistämättä törmätä jättäen jälkiä kosmiselle taivaalle. Niiden luonne on laaja - kylmistä tai kuumista pisteistä kosmisella mikroaaltotaustalla poikkeaviin tyhjiin galaksien jakautumisessa.

Koska törmäys muiden universumien kanssa on tapahduttava tietyssä suunnassa, minkä tahansa häiriön odotetaan rikkovan homogeenisuuden.

Jotkut tutkijat etsivät niitä kosmisen mikroaaltouunin taustan poikkeavuuksien kautta, alkuräjähdyksen jälkihehkussa. Toiset ovat gravitaatioaalloissa, jotka värähtelevät aika-avaruudessa massiivisten esineiden ohittaessa. Nämä aallot voivat suoraan todistaa inflaation olemassaolon, mikä viime kädessä vahvistaa tukea Multiverse-teorialle.

Alkuräjähdyksen prosessissa syntynyt maailmamme laajenee edelleen, ja galakseja erottavan avaruuden tilavuus kasvaa nopeasti. Galaksiklusterit, jotka liikkuvat poispäin toisistaan, pysyvät kuitenkin vakaina muodostelmina, joilla on tietyn kokoinen ja vakaa rakenne. Lisäksi atomit eivät turpoa ollenkaan universumin laajenemisen aikana, toisin kuin vapaasti lentävät fotonit, jotka lisäävät aallonpituuttaan liikkuessaan laajenevan tilan läpi. Mihin jäännösfotonien energia katosi? Miksi voimme nähdä kvasaarien liikkuvan pois meistä superluminaalisilla nopeuksilla? Mitä on pimeä energia? Miksi käytettävissämme oleva maailmankaikkeuden osa kutistuu koko ajan? Nämä ovat vain muutamia kysymyksiä, joita kosmologit ajattelevat nykyään yrittäessään harmonisoida yleistä suhteellisuusteoriaa tähtitieteilijöiden havaitseman maailmankuvan kanssa.

Hubblen pallo

Universumin laajenemista kuvaavan Hubblen lain mukaan galaksien radiaalinopeudet ovat verrannollisia niiden etäisyyteen. kerroin H 0 jota nykyään kutsutaan Hubblen vakio.

H 0:n arvo määritetään galaktisten kohteiden havainnoista, joiden etäisyydet mitataan pääasiassa kirkkaimmista tähdistä eli kefeideistä.

Useimmat riippumattomat H 0 -arviot antavat tälle parametrille tällä hetkellä noin 70 km/s arvon megaparsekia kohden.

Tämä tarkoittaa, että galaksit, jotka ovat 100 megaparsekin etäisyydellä, liikkuvat pois meistä noin 7000 km/s nopeudella.

Laajenevan maailmankaikkeuden malleissa Hubble-vakio muuttuu ajan myötä, mutta termi "vakio" on perusteltua sillä, että minä tahansa ajanhetkellä kaikissa universumin pisteissä Hubblen vakio on sama.

Hubble-vakion käänteisluku on järkevä universumin tyypillinen laajenemisaika tällä hetkellä. Hubble-vakion nykyisellä arvolla maailmankaikkeuden iän arvioidaan olevan noin 13,8 miljardia vuotta.

Suhteessa Hubble-pallon keskustaan ​​avaruuden laajenemisnopeus sen sisällä on pienempi kuin valon nopeus ja sen ulkopuolella suurempi. Itse Hubble-pallolla valokvantit ovat ikään kuin jäätyneet avaruuteen, joka laajenee siellä valonnopeudella, ja siksi siitä tulee toinen horisontti - fotonihorisontti.

Jos universumin laajeneminen hidastuu, niin Hubble-pallon säde kasvaa, koska se on kääntäen verrannollinen Hubble-parametrin pienenemiseen. Tässä tapauksessa universumin ikääntyessä tämä pallo kattaa yhä enemmän avaruuden alueita ja päästää sisään yhä enemmän valokvantteja. Ajan myötä tarkkailija näkee galakseja ja galaksin sisäisiä tapahtumia, jotka olivat aiemmin hänen fotonihorisonttinsa ulkopuolella. Jos maailmankaikkeuden laajeneminen kiihtyy, Hubble-pallon säde päinvastoin pienenee.

Kosmologiassa on kolme tärkeää pintaa: tapahtumahorisontti, hiukkashorisontti ja Hubblen pallo. Kaksi viimeistä ovat pintoja avaruudessa ja ensimmäinen on avaruudessa. Olemme jo tavanneet Hubble-sfäärin, nyt puhutaan horisonteista.

Hiukkashorisontti

Hiukkashorisontti erottaa tällä hetkellä havaittavat kohteet ei-havainnoitavista.

Valonnopeuden äärellisyydestä johtuen tarkkailija näkee taivaankappaleet sellaisina kuin ne olivat enemmän tai vähemmän kaukaisessa menneisyydessä. Hiukkashorisontin takana on galakseja, joita ei tällä hetkellä havaita missään niiden edellisen evoluution vaiheessa. Tämä tarkoittaa, että niiden maailmanlinjat aika-avaruudessa eivät ylitä pintaa missään, jota pitkin valo etenee tullessaan havainnoijalle universumin syntyhetkestä lähtien. Hiukkashorisontin sisällä on galakseja, joiden maailmanlinjat ovat leikkaaneet tämän pinnan aiemmin. Juuri nämä galaksit muodostavat sen osan universumista, joka on periaatteessa havainnoitavissa tietyllä ajanhetkellä.

Ei-laajenevassa universumissa hiukkashorisontin koko kasvaa iän myötä, ja ennemmin tai myöhemmin kaikki maailmankaikkeuden alueet ovat käytettävissä tutkittavaksi. Mutta laajentuvassa universumissa näin ei ole. Lisäksi, riippuen laajenemisnopeudesta, hiukkashorisontin koko voi riippua laajenemisen alkamisesta kuluneesta ajasta monimutkaisemman lain kuin yksinkertainen suhteellisuus. Erityisesti nopeasti laajenevassa universumissa hiukkashorisontin koko voi pyrkiä vakioarvoon. Tämä tarkoittaa, että on alueita, jotka ovat pohjimmiltaan havaitsemattomia, on prosesseja, jotka ovat pohjimmiltaan tuntemattomia.

Lisäksi hiukkashorisontin koko rajoittaa kausaalisten alueiden kokoa. Itse asiassa kaksi spatiaalista pistettä, joita erottaa horisontin kokoa suurempi etäisyys, eivät ole koskaan olleet vuorovaikutuksessa aiemmin. Koska nopeinta vuorovaikutusta (valonsäteiden vaihtoa) ei ole vielä tapahtunut, mikään muu vuorovaikutus on suljettu pois. Siksi minkään tapahtuman yhdessä pisteessä syynä ei voi olla tapahtuma, joka tapahtui toisessa pisteessä. Siinä tapauksessa, että hiukkashorisontin koko pyrkii vakioarvoon, universumi jaetaan kausaalisesti toisiinsa liittymättömiin alueisiin, joissa evoluutio etenee itsenäisesti.

Näin ollen meille ei ole annettu tietää, millainen maailmankaikkeus on nykyisen hiukkashorisontin takana. Jotkut varhaisen universumin teoriat väittävät, että kaukana tämän horisontin ulkopuolella se ei näytä yhtään siltä, ​​mitä näemme. Tämä väitöskirja on varsin tieteellinen, koska se seuraa varsin järkevistä laskelmista, mutta sitä ei voida kumota tai vahvistaa aikamme saatavilla olevien tähtitieteellisten havaintojen avulla. Lisäksi jos avaruus jatkaa laajentumistaan ​​kiihtyvällä vauhdilla, sitä ei voida varmistaa se ja kuinka kaukana tulevaisuus.

Hiukkashorisontin lähteillä on ääretön punasiirtymä. Nämä ovat vanhimmat fotonit, jotka ainakin teoriassa voidaan nyt "nähdä". Ne levisivät melkein alkuräjähdyksen aikaan. Silloin maailmankaikkeuden nykyään näkyvän osan koko oli erittäin pieni, mikä tarkoittaa, että sen jälkeen kaikki etäisyydet ovat kasvaneet erittäin paljon. Tästä tulee ääretön punasiirtymä. Emme tietenkään näe fotoneja itse hiukkashorisontista. Universumi oli nuoruudessaan läpinäkymätön säteilylle. Siksi fotoneja, joiden punasiirtymä on suurempi kuin 1000, ei havaita. Jos tähtitieteilijät oppivat tulevaisuudessa rekisteröimään jäännösneutriinoja, tämä antaa meille mahdollisuuden tarkastella maailmankaikkeuden elämän ensimmäisiä minuutteja, jotka vastaavat punasiirtymää - 3x10 7 . Vielä enemmän edistystä voidaan saavuttaa jäännöspainovoimaaaltojen havaitsemisessa saavuttaen "Planck-ajat" (10 -43 sekuntia räjähdyksen alusta). Heidän avullaan voidaan katsoa menneisyyteen niin pitkälle kuin se on periaatteessa mahdollista nykyään tunnettujen luonnonlakien avulla. Lähellä alkuräjähdyksen alkuhetkeä yleistä suhteellisuusteoriaa ei enää voida soveltaa.

tapahtumahorisontti

Tapahtumahorisontti - on pinta-avaruudessa. Tällaista horisonttia ei esiinny missään kosmologisessa mallissa. Esimerkiksi, hidastuvassa universumissa ei ole tapahtumahorisonttia- kaikki tapahtumat kaukaisten galaksien elämässä voidaan nähdä, jos odotat tarpeeksi kauan. Tämän horisontin esittelyn tarkoitus on, että se erottaa tapahtumat, jotka voivat vaikuttaa meihin ainakin tulevaisuudessa, niistä, jotka eivät voi vaikuttaa meihin millään tavalla. Vaikka valomerkki tapahtumasta ei saavuttaisi meitä, tapahtuma itsessään ei voi vaikuttaa meihin. Miksi tämä on mahdollista? Syitä voi olla useita. Yksinkertaisin on "maailmanloppu" -malli. Jos tulevaisuus on ajallisesti rajoitettu, on selvää, että joidenkin kaukaisten galaksien valo ei yksinkertaisesti pääse tavoittamaan meitä. Useimmat nykyaikaiset mallit eivät tarjoa tällaista mahdollisuutta. Tulevasta Big Ripistä on kuitenkin olemassa versio (Big Rip), mutta se ei ole kovin suosittu tieteellisissä piireissä. Mutta on toinenkin vaihtoehto - laajentaminen kiihtyvyydellä.

Äskettäinen havainto, että maailmankaikkeus laajenee nyt kiihtyvällä nopeudella, on innostunut kosmologista. Maailmamme epätavalliseen käyttäytymiseen voi olla kaksi syytä: joko universumimme pää "täyteaine" ei ole tavallinen aine, vaan tuntematon aine, jolla on epätavallisia ominaisuuksia (ns. pimeä energia), tai (se on vielä pelottavampaa ajatella !) Meidän on muutettava yleisen suhteellisuusteorian yhtälöitä. Lisäksi, jostain syystä ihmiskunta sattui elämään tuossa kosmologisessa mittakaavassa lyhyessä ajassa, jolloin hidas laajeneminen vain korvattiin kiihdytetyllä. Kaikki nämä kysymykset ovat vielä kaukana ratkaisusta, mutta tänään voimme keskustella siitä, kuinka kiihtynyt laajeneminen (jos se jatkuu ikuisesti) muuttaa universumiamme ja luo tapahtumahorisontin. Osoittautuu, että kaukaisten galaksien elämä siitä hetkestä lähtien, kun ne saavuttavat riittävän suuren pakonopeuden, pysähtyy meille ja niiden tulevaisuus tulee meille tuntemattomaksi - useiden tapahtumien valo ei yksinkertaisesti koskaan saavuta meitä. Ajan myötä, melko kaukaisessa tulevaisuudessa, kaikki galaksit, jotka eivät ole osa paikallista 100 megaparsekin superjoukkoamme, katoavat tapahtumahorisontin ulkopuolelle.

Menneisyys ja tulevaisuus

"Aloin ajatella horisonttiongelmia tutkijakoulussa, en edes omasta aloitteestani", sanoo professori Wolfgang Rindler, joka edelleen opettaa fysiikkaa Texasin yliopistossa Dallasissa. - Silloin universumin teoria, joka tunnettiin nimellä Steady State Cosmology, oli suuressa muodissa. Esimieheni joutui kiihkeään väittelyyn tämän teorian tekijöiden kanssa ja kutsui minut tarkastelemaan erojen olemusta. En kieltäytynyt ehdotetusta tehtävästä, ja tuloksena oli työni kosmologisilla horisonteilla.

Professori Rindlerin mukaan Maailmamme molemmista horisonteista on hyvin selkeä tulkinta:"Tapahtumahorisontin muodostaa valorintama, joka yhtyy galaksissamme rajaan, kun maailmankaikkeuden ikä kasvaa äärettömään. Sitä vastoin hiukkashorisontti vastaa alkuräjähdyksen aikaan säteilevää valorintamaa. Kuvaannollisesti sanottuna tapahtumahorisonttia ääriviivat viimeinen galaksimme saavuttava valorintama, ja hiukkashorisontti on aivan ensimmäinen. Tästä määritelmästä käy selväksi, että

Hiukkashorisontti määrittää suurimman etäisyyden, jolta menneitä tapahtumia voidaan havaita nykyisellä aikakaudellamme. Tapahtumahorisontti puolestaan ​​määrittää maksimietäisyyden, jolta tietoa äärettömän kaukaisesta tulevaisuudesta voidaan saada.

Nämä ovat todella kaksi erilaista horisonttia, jotka ovat välttämättömiä universumin kehityksen täydelliselle kuvaukselle.

Kosmologian, maailmankaikkeutta tutkivan tieteen, alkuaikoina uskottiin yleisesti, että tiedemiehet olivat usein väärässä pienistä asioista, mutta eivät koskaan epäilleet suuria asioita. Meidän aikanamme laskelmien virheet on vähennetty minimiin, mutta epäilykset ovat kasvaneet tutkittavan kohteen kokoon asti. Kosmologit ovat vuosikymmenten ajan rakentaneet uusia kaukoputkia, keksineet nerokkaita ilmaisimia, käyttäneet supertietokoneita, ja sen seurauksena he voivat vakuuttavasti väittää, että maailmankaikkeus syntyi 13 820 miljoonaa vuotta sitten pienestä avaruudessa olevasta kuplista, joka on kooltaan atomia verrattavissa. Ensimmäistä kertaa tiedemiehet ovat luoneet jopa prosentin kymmenesosan tarkkuudella kartan kosmisesta mikroaaltotaustasta - kosmisesta mikroaaltotaustasta, joka syntyi 380 tuhatta vuotta alkuräjähdyksen jälkeen.

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

Aurinkokunnassa ei ole edes kymmentä planeettaa ja aurinko on yksi. Galaksi on kokoelma aurinkojärjestelmiä. Galaksissa on noin kaksisataa miljardia tähteä. Universumissa on miljardeja galakseja. Ymmärrätkö mitä universumi on? Emme itse tiedä, mitä se on, emmekä todennäköisesti saa tietää seuraavan miljardin vuoden aikana. Ja mitä enemmän tietomme maailmankaikkeudesta lisääntyy - siitä, mikä meitä ympäröi ja sisältää kaiken sellaisenaan - sitä enemmän ihmisillä on kysymyksiä.

Kun katsomme maailmankaikkeutta, kaikkia sen planeettoja ja tähtiä, galakseja ja klustereita, kaasua, pölyä, plasmaa, näemme samat piirteet kaikkialla. Näemme atomiabsorptio- ja emissioviivoja, näemme aineen vuorovaikutuksessa muiden aineen muotojen kanssa, näemme tähtien muodostumista ja tähtien kuolemaa, törmäyksiä, röntgensäteitä ja paljon muuta. On ilmeinen kysymys, joka on selitettävä: miksi näemme kaiken tämän? Jos fysiikan lait sanelevat aineen ja antiaineen välisen symmetrian, jota havaitsemme, sen ei pitäisi olla olemassa.

Yöllä tähtitaivasta katsellessa tulee tahattomasti kysymys: kuinka monta tähteä taivaalla on? Onko jossain vielä elämää, miten se kaikki syntyi, ja onko kaikelle loppua?

Useimmat tieteelliset tähtitieteilijät ovat varmoja, että maailmankaikkeus syntyi voimakkaimman räjähdyksen seurauksena, noin 15 miljardia vuotta sitten. Tämä valtava räjähdys, jota yleisesti kutsutaan "Big Bang" tai "Big Impact", syntyi aineen voimakkaasta puristumisesta, hajottaa kuumia kaasuja eri suuntiin ja synnytti galakseja, tähtiä ja planeettoja. Edes nykyaikaisimmat ja uudet tähtitieteelliset laitteet eivät pysty peittämään koko avaruutta. Mutta moderni tekniikka voi siepata valoa tähdistä, jotka ovat 15 miljardin valovuoden päässä Maasta! Ehkä nämä tähdet eivät ole enää siellä, ne syntyivät, vanhenivat ja kuolivat, mutta niistä tuleva valo matkusti Maahan 15 miljardia vuotta ja kaukoputki näkee sen edelleen.

Monien sukupolvien ja maiden tutkijat yrittävät arvata, laskea universumimme koon, määrittää sen keskuksen. Ennen uskottiin, että universumin keskus on planeettamme Maa. Kopernikus osoitti, että tämä on aurinko, mutta tiedon kehittymisen ja Linnunrata-galaksimme löytämisen myötä kävi selväksi, että planeettamme tai edes aurinko ei ole maailmankaikkeuden keskus. Pitkään ajateltiin, ettei Linnunradan lisäksi ole enää galakseja, mutta tämäkin kumottiin.

Tunnettu tieteellinen tosiasia viittaa siihen, että maailmankaikkeus laajenee jatkuvasti ja tarkkailemamme tähtitaivas, planeettojen rakenne, joita näemme nyt, on täysin erilainen kuin miljoonia vuosia sitten. Jos universumi kasvaa, se tarkoittaa, että siellä on reunoja. Toinen teoria sanoo, että kosmoksen rajojen ulkopuolella on muita universumeja ja maailmoja.

Isac Newton oli ensimmäinen, joka päätti oikeuttaa maailmankaikkeuden äärettömyyden. Löydettyään universaalin gravitaatiolain, hän uskoi, että jos avaruus olisi äärellinen, kaikki sen ruumiit vetäytyisivät ennemmin tai myöhemmin ja sulautuisivat yhdeksi kokonaisuudeksi. Ja jos näin ei tapahdu, universumilla ei ole rajoja.

Vaikuttaa siltä, ​​​​että kaikki tämä on loogista ja ilmeistä, mutta Albert Einstein pystyi kuitenkin murtamaan nämä stereotypiat. Hän loi mallinsa maailmankaikkeudesta oman suhteellisuusteoriansa pohjalta, jonka mukaan universumi on ajallisesti ääretön, mutta avaruudessa äärellinen. Hän vertasi sitä kolmiulotteiseen palloon tai yksinkertaisesti sanottuna maapalloomme. Riippumatta siitä, kuinka paljon matkustaja matkustaa maapallolla, hän ei koskaan saavuta sen reunaa. Tämä ei kuitenkaan tarkoita, että maapallo olisi ääretön. Matkustaja yksinkertaisesti palaa paikkaan, josta hän aloitti matkansa.

Samalla tavalla avaruusvaeltaja, joka lähtee planeetaltamme ja voittaa maailmankaikkeuden tähtialuksella, voi palata takaisin Maahan. Vain tällä kertaa vaeltaja ei liiku pallon kaksiulotteisella pinnalla, vaan hyperpallon kolmiulotteisella pinnalla. Tämä tarkoittaa, että maailmankaikkeudella on äärellinen tilavuus ja siten äärellinen määrä tähtiä ja massaa. Universumilla ei kuitenkaan ole rajoja tai keskustaa. Einstein uskoi, että maailmankaikkeus on staattinen eikä koskaan muutu kooltaan.

Suurimmat mielet eivät kuitenkaan ole immuuneja virheille. Vuonna 1927 Neuvostoliiton fyysikkomme Alexander Fridman täydensi tätä mallia merkittävästi. Hänen laskelmiensa mukaan universumi ei ole ollenkaan staattinen. Se voi laajeta tai supistua ajan myötä. Einstein ei heti hyväksynyt tällaista muutosta, mutta Hubble-teleskoopin avaamisen myötä universumin laajeneminen todistettiin, koska. galaksit hajallaan, ts. siirtyivät pois toisistaan.

On jo todistettu, että maailmankaikkeus laajenee kiihtyvällä tahdilla, että se on täynnä kylmää pimeää ainetta ja sen ikä on 13,75 miljardia vuotta. Kun tiedämme maailmankaikkeuden iän, voimme määrittää sen havaittavan alueen koon. Mutta älä unohda jatkuvaa laajentumista.

Joten havaittavan maailmankaikkeuden koko on jaettu kahteen tyyppiin. Näennäinen koko, jota kutsutaan myös Hubblen säteeksi (13,75 miljardia valovuotta), josta puhuimme edellä. Ja todellinen koko, nimeltään hiukkashorisontti (45,7 miljardia valovuotta). Nyt selitän: varmasti olet kuullut, että kun katsomme taivaalle, näemme muiden tähtien, planeettojen menneisyyden, emme sen, mitä nyt tapahtuu. Esimerkiksi kuuta katsomalla näemme sellaisena kuin se oli hieman yli sekunti sitten, Auringon - yli kahdeksan minuuttia sitten, lähimmät tähdet - vuosia, galaksit - miljoonia vuosia sitten jne. Eli universumin syntymästä lähtien ei fotonia, ts. valolla ei olisi ollut aikaa matkustaa yli 13,75 miljardia valovuotta. Mutta! Älä unohda maailmankaikkeuden laajentumisen tosiasiaa. Joten, kun se saavuttaa tarkkailijan, syntymässä olevan universumin kohde, joka lähetti tämän valon, on jo 45,7 miljardin valovuoden päässä meistä. vuotta. Tämä koko on hiukkashorisontti, ja se on havaittavan maailmankaikkeuden raja.

Molemmat näistä horisonteista eivät kuitenkaan luonnehdi lainkaan maailmankaikkeuden todellista kokoa. Se laajenee ja jos tämä suuntaus jatkuu, niin kaikki ne kohteet, joita voimme nyt tarkkailla, katoavat ennemmin tai myöhemmin näkökentästämme.

Toistaiseksi kaukaisin tähtitieteilijöiden havaitsema valo on CMB. Nämä ovat muinaisia ​​sähkömagneettisia aaltoja, jotka syntyivät maailmankaikkeuden syntyessä. Nämä aallot havaitaan käyttämällä erittäin herkkiä antenneja ja suoraan avaruudessa. CMB:tä tarkasteltaessa tiedemiehet näkevät maailmankaikkeuden sellaisena kuin se oli 380 000 vuotta alkuräjähdyksen jälkeen. Sillä hetkellä maailmankaikkeus jäähtyi niin paljon, että se pystyi lähettämään vapaita fotoneja, jotka vangitaan nykyään radioteleskooppien avulla. Tuohon aikaan universumissa ei ollut tähtiä tai galakseja, vaan vain jatkuva vety-, heliumin ja mitätön määrä muita alkuaineita. Tässä pilvessä havaituista epähomogeenisuuksista muodostuu myöhemmin galaktisia klustereita.

Tiedemiehet kiistelevät edelleen siitä, onko universumissa todellisia, havaitsemattomia rajoja. Tavalla tai toisella kaikki lähestyvät universumin ääretöntä, mutta he tulkitsevat tämän äärettömyyden täysin eri tavoin. Jotkut pitävät maailmankaikkeutta moniulotteisena, jossa "paikallinen" kolmiulotteinen universumimme on vain yksi sen kerroksista. Toiset sanovat, että universumi on fraktaali, mikä tarkoittaa, että paikallinen universumimme voi olla toisen hiukkanen. Älä unohda Multiversen eri malleja, ts. äärettömän määrän muita universumeja kuin omamme. Ja monia, monia muita erilaisia ​​versioita, joiden määrää rajoittaa vain ihmisen mielikuvitus.