Известно, что Вселенная образовалась в результате так называемого взрыва. Но это не означает, что мы всё знаем о ней. Начнём с того, что взрыв не был таким, что всё началось с плотной субстанции, обладающей высокой температурой, а потом остыло. Более того, до сих пор не понятно, есть ли у Вселенной центральная часть .
Логично предположить, что если она расширяется, то откуда то, значит, она есть. Рассмотрим, как происходило испытание «Тринити». По прошествии 16 миллисекунд от начала взрыва верхняя часть огненного шара находится на высоте, равной 200 м. То есть, взрыв идёт в некой точке и расползается.
При этом быстрее наружу попадает наиболее быстро движущийся материал. А плотность энергии дальше от эпицентра взрыва снижается быстрее. По прошествии времени состав Вселенной изменяется, формируются Галактики, звёзды. Потом они сливаются с большими Галактиками. То есть, мы думаем, что чем дальше мы заглядываем, тем моложе там Вселенная , что неверно.
Как обстоит дело на самом деле
На самом деле на любом расстоянии Вселенная выглядит равнозначно. И на огромном удалении объектов намного больше, чем на меньшем. При этом учёные предполагают, что, если Вселенная сформировалась в результате взрыва, её центром должен быть Млечный Путь. Но не слишком ли это щедро с её стороны, что мы находимся в самом её центре? Если бы начало Вселенной заключалось именно во взрыве, мы бы удалились от её центра.
Таким образом, логично предположить, что Вселенная началась не с плотного и горячего состояния, и не со взрыва, а с расширения – а это несколько иное понятие. И оно совершенно не говорит в пользу того, что отсчёт пошёл с 1 точки. Это могла быть целая область.
Более того, большой взрыв мог происходить сразу в нескольких частях. Воспринять такое положение дел человеку сложно, но оно имеет под собой разумные основания.
Взять хотя бы свет, уже ясно, что, благодаря ему мы видим сильно отдаленные части галактик такими, какими они были в прошлом. То, что видим мы, представляет собой особый космический фон, его видно абсолютно из любой части Вселенной .
При этом центра у Вселенной может и не быть. А то, откуда она пошла, может быть и бесконечностью. А если имеется центр, он может располагаться там, где мы и предположить не можем. Люди не обладают достаточной информацией для того, чтобы точно утверждать, что они правы. Мы просто видим всё со своей человеческой точки зрения.
Слово «Вселенная» известно всем с раннего детства. Именно его мы вспоминаем, когда поднимаем голову и, затаив дыхание, смотрим в бескрайнее небо, наполненное огоньками звезд. Мы спрашиваем себя: «Насколько бесконечна наша Вселенная? Есть ли у нее конкретные пространственные границы, наконец, можно ли найти то место, в котором находится центр Вселенной?»
Что такое Вселенная
Под этим термином принято понимать все разнообразие звезд, которое можно увидеть не только невооруженным глазом, но и при помощи таких, как телескоп. В ее состав входит множество галактик. Поскольку мы не можем пока видеть Вселенную полностью, то и ее границы недоступны для наших глаз. Вполне может оказаться, что она и вовсе бесконечна. Также невозможно определить наверняка ее форму. Чаще всего ее представляют в форме диска, но она вполне может оказаться и шарообразной, и овальной. И не меньше споров возникает вокруг вопроса о том, где находится центр Вселенной.
Где расположен центр Вселенной
Существуют различные теории объяснения этого понятия. Так, можно вспомнить Эйнштейна: согласно ей центром Вселенной может считаться любая точка, относительно которой производятся измерения. За годы существования человечества взгляд на эту проблему претерпел серьезные изменения. Когда-то считалось, что именно Земля - центр Вселенной и всего мироздания. По мнению древних, она должна была иметь плоскую форму и опираться на четырех слонов, которые, в свою очередь, стоят на черепахе. Позже была принята гелиоцентрическая модель, в соответствии с которой центр Вселенной находился на Солнце. И только тогда, когда ученые осознали, что Солнце является всего лишь одной из небесных звезд, причем не самой большой, представления о центре Вселенной пришли к тому виду, какой мы имеем сегодня.
Так называемая «Теория Большого взрыва» была предложена всему астрономическому сообществу Фредом Хойлом - известным ученым-физиком - как объяснение возникновения Вселенной. На сегодняшний день именно она, пожалуй, наиболее популярна в самых различных кругах. Согласно этой теории, пространство, которое занимает теперь наша Вселенная, возникло в результате очень быстрого, напоминающего взрыв, расширения из ничтожно малого первоначального объема. С одной стороны, по всем человеческим представлениям такая модель должна иметь не только вполне определенные границы, но и центр, который находится в том месте, из которого, собственно, и началось расширение. Но существуют материи, которые людям, живущим в ограниченном просто невозможно себе представить. Так и точка, которая является астрономическим центром пространства, может находится в другом, недоступном нам, измерении.
Исследования телескопа «Хаббл»
Недавно в средствах массовой информации появились сообщения о том, что орбитальный телескоп «Хаббл» сделал серию снимков ядра нашей Вселенной. И был обнаружен некий город в центре Вселенной, от которого веером разбегаются галактики. Подробно исследовать его пока не представляется возможным, поскольку расположен он слишком далеко.
Где бы ни находилась точка астрономического центра нашей Вселенной, мы пока не сможем не только достичь ее, но даже просто увидеть.
Вселенная… Слово-то какое страшное. Масштабы того, что обозначается эти словом, не поддаются никакому осмыслению. Для нас проехать 1000 км - это уже расстояние, а что они значат в сравнении с гигантской цифрой, которая обозначает минимально возможный, с точки зрения учёных, диаметр нашей Вселенной.
Эта цифра не просто колоссальна - она ирреальна. 93 миллиарда световых лет! В километрах это выражается следующим числом 879 847 933 950 014 400 000 000.
Что такое Вселенная?
Что же такое Вселенная? Как объять разумом сие необъятное, ведь это же, как писал Козьма Прутков, никому не дано. Давайте обопрёмся на всем нам знакомые, простые вещи, способные путём аналогий привести нас к искомому постижению.
Из чего состоит наша Вселенная?
Чтобы разобраться в этом вопросе, пойдите прямо сейчас на кухню и возьмите поролоновую губку, которую вы используете для мытья посуды. Взяли? Так вот, вы держите в руках модель Вселенной. Если вы через лупу рассмотрите структуру губки поближе, то увидите, что она представляет собой множество открытых пор, ограниченных даже не стенками, а скорее перемычками.
Нечто подобное представляет собой и Вселенная, но только в качестве материала для перемычек используется не поролон, а… … Не планет, не звёздных систем, а галактик! Каждая из этих галактик состоит из сотен миллиардов звёзд, вращающихся вокруг центрального ядра, и каждая может иметь размер до сотен тысяч световых лет. Расстояние между галактиками обычно составляет около миллиона световых лет.
Расширение Вселенной
Вселенная не просто большая, она ещё вдобавок постоянно расширяется. Этот установленный с помощью наблюдения красного смещения факт, лёг в основу теории Большого взрыва.
Согласно данным НАСА возраст Вселенной с момента Большого взрыва, положившего ей начало, составляет приблизительно 13,7 миллиардов лет.
Что означает слово «Вселенная»?
Слово «Вселенная» имеет старославянские корни и, фактически, является калькой с греческого слово ойкумента (οἰκουμένη) , происходящего от глагола οἰκέω «населяю, обитаю» . Изначально этим словом обозначалась вся обитаемая часть мира. В церковном языке и по сей день сохраняется подобное значение: например, Константинопольский Патриарх в своём титуле имеет слово «Вселенский».
Термин происходит от слова «вселение» и только лишь созвучен слову «всё».
Что находится в центре Вселенной?
Вопрос о центре Вселенной - крайне запутанная штука и однозначно ещё не решён. Проблема в том, что непонятно, есть он вообще или его нет. Логично предположить, что, раз был Большой взрыв, из эпицентра которого и начали разлетаться бесчисленные галактики, значит, проследив траекторию каждой из них, можно на пересечении этих траекторий найти центр Вселенной. Но дело в том, что все галактики удаляются друг от друга приблизительно с равной скоростью и из каждой точки Вселенной наблюдается практически одна и та же картина.
Натеоретизировано здесь столько, что любой академик свихнётся. Даже привлекалось не раз четвёртое измерение, будь оно неладно, но особой чёткости в вопросе нет и по сей день.
Если же нет внятного определения центра Вселенной, то говорить о том, что находится в этом самом центре, мы считаем пустым занятием.
Что находится за пределами Вселенной?
О, это вопрос очень интересный, но такой же неопределённый, как и предыдущий. Вообще неизвестно, есть ли у Вселенной пределы. Возможно, их нет. Возможно, они есть. Возможно, кроме нашей Вселенной есть и другие с иными свойствами материи, с отличными от наших законами природы и мировыми константами. Никто не может доказательно дать ответ на подобный вопрос.
Проблема заключается в том, что мы имеем возможность наблюдать Вселенную лишь на расстоянии в 13,3 миллиарда световых лет. Почему? Очень просто: мы же помним, что возраст Вселенной составляет 13,7 миллиардов лет. Учитывая, что наше наблюдение происходит с задержкой, равной времени, потраченному светом на прохождение соответствующего расстояния, мы не можем наблюдать Вселенную ранее того момента как она, собственно, появилась на свет. На этом расстоянии мы видим Вселенную ясельного возраста…
Что ещё мы знаем о Вселенной?
Очень много и ничего! Мы знаем о реликтовом свечении, о космических струнах, о квазарах, чёрных дырах и о многом и многом другом. Некоторая часть этих знаний может быть обоснована и доказана; кое-что является лишь теоретическими выкладками, которые не могут быть подтверждены доказательно, а что-то - лишь плод богатой фантазии псевдоучёных.
Но одно мы знаем наверняка: никогда не настанет момент, в который мы сможем, облегчённо вытерев пот со лба, сказать: «Фу-у-х! Вопрос, наконец-то полностью изучен. Здесь больше ловить нечего!»
Наша Вселенная началась с Большого Взрыва, но это не означает, что мы правильно ее себе нарисовали. Большинство из нас представляют это как настоящий взрыв: когда все начинается с горячего и плотного, а потом остывает и охлаждается, пока отдельные фрагменты разлетаются все дальше и дальше. Но это же вообще не соответствует действительности. Поэтому и рождается вопрос: а есть ли у Вселенной центр? Действительно ли космическое фоновое излучение одинаково удалено от нас, куда ни посмотри? Ведь если Вселенная расширяется, должно же это расширение было с чего-то начинаться?
Давайте на мгновение задумаемся о физике взрыва и какой была бы наша Вселенная, если бы с него началась.
Первые этапы взрыва во время ядерного испытания «Тринити», спустя 16 миллисекунд после взрыва. Вершина огненного шара на высоте 200 метров. 16 июля 1945 года
Взрыв начинается в точке и быстро расширяется наружу. Самый быстро движущийся материал выходит наружу быстрее всего, а значит и распространяется быстрее всего. Чем дальше вы от центра взрыва, тем меньше материала вас догонит. Плотность энергии снижается по мере течения времени, но дальше от взрыва она падает быстрее, потому что на окрестностях энергетический материал более разреженный. Независимо от того, где вы находитесь, вы всегда будете в состоянии - если вас не уничтожит - реконструировать центр взрыва.
Крупномасштабная структура Вселенной меняется с течением времени, поскольку крошечные дефекты растут и образуют первые звезды и галактики, а затем сливаются с образованием больших, современных галактик, которые мы видим сегодня. Чем дальше вы смотрите, тем моложе Вселенная.
Но это не та Вселенная, которую мы видим. Вселенная выглядит одинаково на больших и малых расстояниях: те же плотности, те же энергии, те же галактики и т. п. Далекие объекты, которые удаляются от нас на больших скоростях, не совпадают возрастом с объектами, которые расположены ближе к нам и движутся с меньшими скоростями; они кажутся моложе. И на большом удалении объектов становится не меньше, а больше. И если мы посмотрим на то, как движется все во Вселенной, мы увидим, что несмотря на то, что мы видим на десятки миллиардов световых лет, мы реконструировали центр прямо там, где находимся.
Сверхскопление Ланиакея, на котором положение Млечного Пути отмечено красным, представляет всего лишь одну миллиардную долю объема наблюдаемой Вселенной. Если Вселенная началась со взрыва, Млечный Путь был бы точно в центре.
Означает ли это, что мы, из всех триллионов галактик во Вселенной, оказались в центре Большого Взрыва? И что изначальный «взрыв» был настроен именно таким образом - с нерегулярными, неоднородными плотностями энергии, «точками отсчета» и загадочным свечением в 2,7 К - чтобы мы оказались в его центре? Как щедро было бы со стороны Вселенной настроить себя таким образом, чтобы мы оказались в этой невероятно нереалистичной точке на старте.
Во время взрыва в космосе внешний материал будет удаляться быстрее всего, а значит, именно он будет быстрее всего демонстрировать другие свойства, удаляясь от центра, поскольку будет быстрее терять энергию и плотность.
Но общая теория относительности подсказывает нам, что это не взрыв, а расширение. Вселенная началась с горячего, плотного состояния и расширялась именно ее ткань. Существует заблуждение, что это должно было начинаться с одной точки, но нет. Целая область имела такие свойства - заполненная веществом, энергией и пр. - и затем в действие вступала просто вселенская гравитация.
Эти свойства были одинаковыми везде и всюду - плотность, температура, число галактик и т. п. Но если бы мы могли это увидеть, мы обнаружили бы свидетельства развивающейся Вселенной. Поскольку Большой Взрыв происходил сразу и везде определенное время назад в некой области пространства, а эта область - все, что мы можем видеть, если смотрим с нашей точки зрения - мы видим область пространства, которая не слишком отличается от нашей собственной позиции в прошлом. Это сложно понять, но вы постарайтесь.
Смотреть назад на большие космические расстояния - как смотреть назад во времени. Прошло 13,8 миллиарда лет с Большого Взрыва там, где мы сейчас есть, но Большой Взрыв также происходил и в других местах. Свет, путешествующий во времени от тех галактик, означает, что мы видим удаленные регионы, какими они были в прошлом.
Галактики, свет которых добирался до нас миллиард лет, видны для нас такими, какими они были миллиард лет назад; галактики, которые проявляются нам спустя десять миллиардов лет, выглядят такими, какими они были именно такое время назад. 13,8 миллиарда лет назад Вселенная была полна излучения, а не вещества, и когда впервые сформировались нейтральные атомы, это излучение никуда не делось, остыло и прошло через красное смещение из-за расширения Вселенной. То, что мы видим как космический микроволновый фон, не только послесвечение Большого Взрыва, но его видно из любой точки Вселенной.
У Вселенной не обязательно будет центр. То, что мы называем «областью» пространства, в которой произошел Большой Взрыв, может быть и бесконечностью. Если центр и есть, он может быть буквально где угодно, и мы об этом не знали бы, потому что наблюдаем недостаточно Вселенной, чтобы получить полную информацию. Нам нужно было бы увидеть край, фундаментальную анизотропию (когда разные направления выглядят по-разному) в температурах и числах галактик, а наша Вселенная на самых больших масштабах кажется одинаковой везде и во всех направлениях.
Не существует места, с которого Вселенная начала расширяться, есть время, когда Вселенная начала расширяться. Именно это и являл собой Большой Взрыв: состояние, в которое перешла вся наблюдаемая Вселенная в определенный момент. Именно поэтому вглядываться во всех направлениях означает смотреть назад во времени. Именно поэтому во всех направлениях Вселенная однородна. Именно поэтому нашу историю космической эволюции можно проследить настолько, насколько наши обсерватории могут видеть.
Возможно, Вселенная имеет конечную форму и размер, но если это и так, то эта информация нам недоступна. Часть наблюдаемой нами Вселенной конечна, и эта информация в ней не заключена. Если вы представляете себе Вселенную как воздушный шар, буханку хлеба или что-нибудь еще по аналогии, не забывайте, что мы можем получить доступ лишь к крошечной части настоящей Вселенной. Все, что мы видим, это ее небольшая часть. И будь она конечной или бесконечной, она не перестает расширяться и разуплотняться.
Вселенная не расширяется в чем-то; она просто становится менее плотной.
- Перевод
Вселенная выглядит примерно одинаково по всем направлениям, но удалённые галактики выглядят болеем молодыми и менее эволюционировавшими, чем те, что находятся ближе
Мы знаем, что наша Вселенная началась с Большого Взрыва, но это не значит, что мы все правильно его себе представляем. Большая часть людей представляет себе его, как взрыв: когда всё началось с горячего и плотного состояния, а потом расширялось в стороны и остывало, в то время, как различные фрагменты-осколки удалялись друг от друга. Но, какой бы ни была эта картина притягательной, она неверная. Наш читатель задаёт связанный с этим вопрос?
Интересно, как получается, что у вселенной нет центра и реликтовое излучение отдалено в любую сторону на равное от нас расстояние. Мне кажется, что если вселенная расширяется, то всегда можно найти место, откуда она начала расширяться.
Давайте для начала подумаем о физике взрыва, и о том, какой бы была наша Вселенная, если бы она началась со взрыва.
Первые стадии взрыва во время ядерного испытания Тринити , 16 миллисекунд после детонации. Верхняя часть взрыва достигла 200 м.
Взрыв начинается в определённой точке и быстро расширяется во все стороны. Самые быстро движущиеся обломки двигаются наружу быстрее остальных. Чем дальше вы находитесь от центра взрыва, тем меньше материала долетит до вас. Плотность энергии со временем повсеместно уменьшается, но дальше от центра взрыва она уменьшается быстрее, поскольку на окраинах взрыва материал более рассеянный. Неважно, где вы находитесь – если взрыв вас не уничтожил, вы всегда сможете реконструировать центр взрыва.
Крупномасштабная структура Вселенной меняется со временем, небольшие несовершенства вырастают и формируют первые звёзды и галактики, затем сливаются вместе, формируя крупные, современные галактики, видимые нам сегодня. Заглядывая на дальние дистанции, мы видим более молодую Вселенную, такую, каким был наш местный регион в прошлом.
Но мы наблюдаем не такую Вселенную. Она одинаково выглядит на дальних и ближних расстояниях: та же плотность, та же энергия, то же количество галактик. Удалённые объекты, двигающиеся от нас с большей скоростью, не выглядят схожими по возрасту с теми, что расположены ближе к нам и двигаются медленнее; они выглядят моложе. На дальних расстояниях объектов не становится меньше, их становится больше. А если взглянуть на схему движения во Вселенной, мы увидим, что несмотря на то, что мы можем заглянуть на десятки миллиардов световых лет, центр неизменно оказывается рядом с нами.
Сверхскопление Ланиакея , расположение Млечного Пути в котором показано красным, представляет собой всего лишь одну миллиардную объёма наблюдаемой Вселенной. Если Вселенная началась в результате взрыва, то Млечный Путь должен был быть рядом с центром
Значит ли это что мы, из триллионов галактик Вселенной, случайно оказались в центре Большого Взрыва? И что изначальный взрыв был подстроен именно таким образом, и были учтены нерегулярные, негомогенные плотности, энергии, и загадочное свечение температурой 2,7 К? Какой мелочной была бы Вселенная, если бы она была подстроена таким нереалистичным образом с самого начала.
Взрыв в космосе заставил бы внешние слои материала двигаться вовне быстрее остальных, что означает, что они становились бы менее плотными, теряли бы энергию быстрее других и демонстрировали разные свойства по мере удаления от центра. Также взрыву нужно было бы расширяться куда-то, а не растягивать само пространство. Наша Вселенная такому описанию не соответствует.
Вместо этого, Общая теория относительности предсказывает не взрыв, а расширение. Вселенная, начавшаяся с горячего, плотного состояния, у которой расширяется сама её ткань. Существует заблуждение, что это процесс начинался с одной точки – это не так! Существовал регион космоса с такими свойствами, наполненный материей, энергией и т.п., а затем Вселенная начала свою эволюцию под влиянием законов гравитации.
У неё повсюду схожие свойства, включая плотность, температуру, количество галактик, и т.п. Если мы выглянем наружу, то найдём свидетельства эволюционирующей Вселенной. Поскольку Большой взрыв случился повсюду одновременно конечное время назад на целом участке космоса, и мы можем наблюдать только этот участок, то когда мы смотрим с нашей точки наблюдения, мы видим участок пространства, не очень сильно отличающийся с нашего местоположения в прошлом.
Заглядывать на космические дистанции – значит, заглядывать в прошлое. Мы живём спустя 13,8 млрд лет после Большого взрыва, но Большой взрыв случился и во всех других доступных для наблюдения местах. Время распространения света до других галактик означает, что мы видим эти удалённые регионы такими, какие они были в прошлом.
Галактики, свету которых потребовался миллиард лет на то, чтобы дойти до нас, выглядят такими, какими они были миллиард лед назад! 13,8 млрд лет назад во Вселенной преобладало излучение, а не материя, и когда во Вселенной впервые сформировались нейтральные атомы, это излучение осталось, а потом охладилось и испытало красное смещение из-за расширения Вселенной. То, что мы наблюдаем в качестве реликтового излучения – это не только остаточное свечение от Большого взрыва, но это излучение можно увидеть с любого места Вселенной.
Только несколько сотен микрокельвинов – несколько частей в 100000 – отделяют самые горячие участки от самых холодных на схеме реликтового излучения.
У Вселенной не обязательно есть центр; то, что мы называем «участком» пространства, в котором произошёл Большой взрыв, может быть бесконечного размера. Если центр есть, он буквально может быть везде, и мы бы об этом не узнали; части наблюдаемой нами Вселенной недостаточно для того, чтобы это узнать. Нам нужно было бы увидеть край, фундаментальную анизотропию (где разные направления отличаются друг от друга) по температурам и количеству галактик, и наша Вселенная, на крупнейших масштабах, на самом деле выглядит одинаково везде и во всех направлениях.
Логарифмическое изображение наблюдаемой Вселенной в представлении художника
Не существует места, с которого Вселенная начала расширяться из-за Большого взрыва; существует время, с которого Вселенная начала расширяться. Именно это и есть Большой Взрыв – условие, влияющее на всю наблюдаемую Вселенную в определённый момент. Поэтому смотреть на дальние расстояния во всех направлениях – значит, смотреть в прошлое. Поэтому у всех направлений примерно одинаковые свойства. И поэтому нашу историю космической эволюции можно отследить назад, так далеко, как далеко могут заглянуть наши наблюдения.
Галактики, похожие на Млечный Путь, и их прошлое
Возможно, у Вселенной конечный размер и форма, но если так – эта информация нам недоступна. Часть доступной нам для наблюдений Вселенной конечна, и та информация внутри этой части не содержится. Если вы будете представлять Вселенную в форме шарика, батона или другой понравившейся вам аналогии, помните, что у вас есть доступ только к крохотной части настоящей Вселенной. То, что мы наблюдаем – это нижний предел того, что там есть. Она может быть конечной, может быть бесконечной, мы уверены только в том, что она расширяется, у неё уменьшается плотность, и чем дальше мы смотрим, тем глубже в прошлое можем заглянуть. Как сказала астрофизик Кэти Мэк:
Вселенная расширяется так, как расширяется ваше сознание. Оно ведь не расширяется куда-то; вы просто становитесь менее тупым [dense (англ.) – «плотный», а также «тупой» / прим. перев. ]