Americký teoretický fyzik Michio Kaku je známy popularizátor vedy, ako aj autor množstva populárno-náučných kníh a filmov. Niektoré z nich sa venujú teórii superstrun a názorom moderných vedcov na existenciu paralelných svetov a vesmírov. Na rozdiel od väčšiny retrográdov, „zavesených“ na zastaraných dogmách spred sto rokov, mnohí moderní teoretickí fyzici považujú existenciu paralelných svetov a dokonca aj paralelných vesmírov za celkom pravdepodobnú realitu nášho sveta.
A tu je to, čo o tom hovorí: Revolučný pokrok zmenil celý pohľad. Údaje z vesmíru nám umožnili pozrieť sa na kozmológiu inak. Satelitné údaje ukazujú, že môžu existovať paralelné vesmíry
Úžasné je, že môžu existovať 4 typy paralelných vesmírov. Prvý typ môže existovať v rovnakom priestore ako my. Ale tento vesmír je tak ďaleko, že ho nemôžeme vidieť ani dosiahnuť. V inom scenári môže byť mnoho iných vesmírov v obrovských kozmických „mydlových bublinách“ plávajúcich v kozmickom „more“ obrovských „bublín“. Podľa inej teórie mnoho paralelných vesmírov zaberá rovnaký čas a priestor ako ten náš, no keďže sú v iných dimenziách, sú neviditeľné. Iná teória hovorí, že všetky zákony sú iné a preto všetko vyzerá úplne inak.
Nové teórie, nazývané strunové teórie, predpovedajú existenciu svetov vyššej dimenzie. Kvantová fyzika na úrovni mikrokozmu tiež ukazuje, že možnosť paralelných vesmírov existuje. Fyzici pre zjednodušenie rozdelili paralelné vesmíry na rôzne úrovne.
Podľa fyzikov je paralelný vesmír úrovne 1 len predĺžením nášho vesmíru. Myšlienka paralelného vesmíru úrovne 1 je založená na skutočnosti, že náš vesmír je nekonečný. Ak je to pravda, tak podľa matematická pravdepodobnosť, v nekonečnom priestore môžu byť presné kópie našej slnečnej sústavy, planéty Zem a všetkých ľudí na nej. Ak tam plánujete ísť, ponáhľame sa vás informovať, že najbližší paralelný vesmír 1. úrovne je neuveriteľne ďaleko.
Ale je náš vesmír nekonečný? Nová teória nafukovací vesmír naznačuje, že je to tak. Táto teória odpovedá na otázku: prečo sa vesmír po svojom objavení zrazu tak rozrástol? Veríme, že existuje obrovské množstvo vesmírov 1. úrovne. Hovorili sme „vesmír“, čo znamená, že existuje len jeden svet. Všetko, čo pozorujeme, je vesmír.
Teraz sa objavila myšlienka Multivesmíru, v ktorom sú neviditeľné svety. Svety, ktoré nevidíme a ktorých sa nemôžeme dotknúť... A to nie je všetko. Existovať nekonečné číslo iné vesmíry a planéty Zem a nekonečné množstvo kópií nás všetkých. Ak je to pravda, všetko sa deje súčasne možné možnosti rozvoj všetkých životov. V niektorých vesmíroch, ktoré niektorí nazývajú „multivesmír“, vaša kópia žije úplne rovnako, no v iných môže byť všetko trochu inak... Všetko, čo je fyzicky možné, sa deje v inom paralelnom vesmíre. To znamená, že v nejakom vesmíre je Elvis Presley stále nažive. V inom vesmíre úrovne 1 je George W. Bush basketbalovým komisárom. Možno v nejakom vesmíre vôbec neexistujeme...
Vesmír sa zdá byť úplne plochý. A to znamená, že buď je vesmír plochý, alebo je pretiahnutý tak slabo, že ho nevidíme. V takom prípade by sa vesmír nakoniec ohol do seba a vytvoril by hypersféru. Veľkosť a objem by bol konečný, nie plochý a nekonečný. Je tiež možné, že vesmír sa nafúkol tak rýchlo a silno, že sa len zdá byť plochý. Predstavte si, že ste na mieste chrobáka, ktorý sa plazí po obrovskej lopte. Čím väčšia je guľa, tým je plochejšia. Chrobák sa plazí všetkými smermi a hovorí: "Vesmír sa mi zdá úplne plochý!". Ale zboku vidíme, že chrobák sa plazí po obrovskej lopte. Mám sklon veriť, že vesmír je zvláštny." mydlová bublina“, ale je tak mierne zakrivený, že si to nevšimneme.
Niektorí odborníci tvrdia, že existujú aj iné, ešte úžasnejšie typy paralelných vesmírov. Ide o paralelné vesmíry 2. úrovne, pozostávajúce z obrovských kozmických „bublín“ plávajúcich v hyperpriestore. V každej samostatnej „bubline“ je celý vesmír. Otázka znie: žijeme v obrovskej kozmickej „bubline“? Mohol by byť náš vesmír „megabublinou“ v zhluku iných „megabublín“? Ak je neuveriteľná teória o vesmíroch 2. úrovne správna, potom môže byť skutočná povaha vesmíru ešte úžasnejšia, než sme si predstavovali...
Podľa tejto paradigmy sa „mydlové bubliny“ môžu vytvárať, meniť a oddeľovať. Toto je dynamický proces. Vesmíry sú stvorené z ničoho, z vesmírov vznikajú iné vesmíry. Všetky tieto bubliny tvoria paralelný vesmír 2. úrovne a v jeho vnútri je nespočetné množstvo paralelných vesmírov 1. úrovne. Multivesmír je tvorený vesmírmi, ktoré sa objavujú a miznú, možno sa dokonca navzájom zrážajú.
Prečo hľadať paralelné vesmíry, ktorých sa nemôžeme dotknúť? Pretože zachovávajú hlavné tajomstvo: zachovávajú tajomstvo pôvodu všetkých vecí. Prvýkrát v histórii si môžeme predstaviť, odkiaľ sa vzal náš vesmír. Možno sa náš vesmír objavil po zrážke s iným paralelným vesmírom alebo sa „odtrhol“ od iného vesmíru. To sú otázky pre moderných výskumníkov fyziky „pred Veľkým treskom“, fyziky „pred vznikom“.
Je tu však problém: už desaťročia sa vedci snažia nájsť jednu súdržnú „teóriu všetkého“, ktorá by zjednotila Einsteinovu všeobecnú teóriu relativity a vysvetlila gravitačné účinky veľké telá, s kvantová fyzika, veda o najmenšie častice. Tieto veľké teórie spolu vysvetľujú všetko, čo ľudstvo doteraz vie o vesmíre. Ale ako myši a kreslená mačka bojujú medzi sebou. Tieto teórie sa navzájom nenávidia. Ako zariadiť „neochotné manželstvo“ medzi týmito teóriami, ktoré sa nemajú radi?
Keď vedci v 80. rokoch začali hovoriť o „teórii strún“, zdalo sa, že dokáže vyriešiť všetky záhady vesmíru. Teória strún sa vyvinula do toho, čo sa nazýva M-teória alebo membránová teória. Teraz chápeme, že častice, ktoré pozorujeme v prírode, a dokonca aj samotný vesmír, sú všetky tvorené vibrujúcimi membránami a vibrujúcimi strunami. Hlavný úspech M-teórie nastal, keď si vedci uvedomili, že pre absenciu protirečenia je potrebné vesmír posudzovať v 11 dimenziách.
Ak si sadnete na vrchol hory a pozriete sa dole, uvidíte rôzne dediny, ktoré nie sú ničím prepojené. Ale z vrcholu hory vidíte celý, harmonický, krásny obraz. Toto je M-teória, ktorá vysvetľuje prácu najmenších aj najväčších objektov vo vesmíre. To tiež naznačuje, že žijeme na obrovskej energetickej membráne. Náš vesmír je s touto "stenou" spojený ďalšími neviditeľnými dimenziami...
To však nie je všetko. Vedci nedávno opäť šokovali svet, keď vyhlásili, že môže existovať iný druh paralelných vesmírov. Vesmíry 4. úrovne vznikajú buď kvantovými fluktuáciami alebo zrážkami membrán. Ukázalo sa špeciálny typ vesmírov. V paralelných vesmíroch tohto typu neexistujú pravidlá, na ktoré sme zvyknutí, a realita je iná, než na akú sme zvyknutí.“
Existencia veľkého vesmíru vždy vyvolalo obrovské množstvo otázok a dohadov a zrodilo sa množstvo objavov a hypotéz.
Na okraji sveta
Keď chcú hovoriť o niečom, čo je od nás veľmi vzdialené, často hovoria:
na kraji sveta.
Kde to je koniec sveta? Pravdepodobne počas mnohých storočí, ktoré prešli od narodenia tohto príslovia, sa myšlienka konca sveta zmenila viac ako raz. Pre starí Gréci mimo ekumény - obývaná zem- bola malá oblasť.
Za Herkulovými stĺpmi sa pre nich už začínala „terra incognita“, neznáma krajina. O Číne nemali ani potuchy.
Éra Veľkých ukázala, že Zem nemá žiadnu hranu a Kopernik, (viac:), ktorý objavil, hodil okraj sveta za sféru stálic.
Mikuláš Koperník – objavil slnečnú sústavu Po sformulovaní ho posunul všeobecne do nekonečna. Ale Einstein, ktorého dômyselné rovnice vyriešil sovietsky vedec A. A. Fridman, vytvoril doktrínu nášho malého vesmíru, umožnil presnejšie určiť koniec sveta. Bol od nás vo vzdialenosti asi 12-15 miliárd svetelných rokov.
Isaac Newton - objavil zákon gravitácia
Einsteinovi nasledovníci jasne vyhlásili, že žiadne hmotné teleso nemôže opustiť hranice Malého vesmíru, uzavretého silou univerzálnej gravitácie, a nikdy sa nedozvieme, čo je za jeho hranicami. Zdalo sa, že ľudské myslenie dosiahlo krajné možné hranice a samo pochopilo ich nevyhnutnosť. A preto sa netreba ďalej ponáhľať.
Albert Einstein - vytvoril doktrínu nášho Malého vesmíru A viac ako pol storočia sa ľudské myslenie snažilo neprekročiť stanovenú extrémnu hranicu, najmä preto, že v medziach načrtnutých Einsteinovými rovnicami sa nachádzalo pomerne veľa záhadných a záhadných vecí, o ktorých malo zmysel uvažovať.
Dokonca aj spisovatelia sci-fi, ktorých smelý myšlienkový pochod nikto nikdy nekládol na prekážky, a tí všeobecne, boli zjavne spokojní s oblasťami, ktoré im boli pridelené a ktoré obsahovali nespočetné množstvo svetov najrozmanitejších. rôzne triedy a kategórie: planéty a hviezdy, galaxie a kvazary.
Čo je Veľký vesmír
A až v dvadsiatom storočí teoretickí fyzici prvýkrát položili otázku, čo je za hranicami nášho malého vesmíru, čo je veľký vesmír, do ktorého sa rozširujúce sa hranice nášho Vesmíru plynule pohybujú rýchlosťou svetla?
Musíme absolvovať tú najdlhšiu cestu. Sledujeme myšlienky vedcov, ktorí túto cestu vykonali s pomocou matematické vzorce. Vyrobíme to na krídlach snov. Nespočetné množstvo autorov sci-fi nás nasleduje po rovnakej ceste a tých 12-15 miliárd svetelných rokov polomeru nášho vesmíru, meraného vedcami podľa Einsteinových vzorcov, bude stiesnených...
Tak choď! Rýchlo naberáme rýchlosť. Tu sú, samozrejme, tie dnešné kozmické nedostatočné. Rýchlosti a desaťkrát viac budú sotva stačiť na štúdium našej slnečnej sústavy. Rýchlosť svetla nám nebude stačiť, nemôžeme stráviť desať miliárd rokov len prekonaním priestoru nášho Vesmíru!
Planéty slnečnej sústavy Nie, tento úsek cesty musíme prejsť za desať sekúnd. A tu sme na okraji vesmíru. Neznesiteľne plápolajú obrovské požiare kvazarov, ktoré sa vždy nachádzajú takmer na jeho extrémnych hraniciach. Tu sú pozadu a zdá sa, že po nás žmurkajú: koniec koncov, žiarenie kvazarov pulzuje, pravidelne sa mení.
Letíme rovnako fantastickou rýchlosťou a zrazu sa ocitneme obklopení úplnou tmou. Žiadne iskry vzdialených hviezd, žiadne farebné mlieko záhadných hmlovín. Možno je Veľký vesmír absolútna prázdnota?
Zapneme všetky možné zariadenia. Nie, sú tu nejaké náznaky prítomnosti hmoty. Občas narazíte na kvantá rôznych častí elektromagnetického spektra.
Podarilo sa fixovať niekoľko častíc meteorického prachu – hmoty. A ďalej. Pomerne hustý oblak gravitónov, zreteľne cítime pôsobenie mnohých gravitačné hmoty. Ale kde sú tieto veľmi gravitujúce telá?
Neukazujú nám ich ani rôzne teleskopy, ani rôzne lokátory. Takže možno sú to všetko už „vyhorené“ pulzary a „čierne diery“, posledné štádiá vývoja hviezd, keď hmota, zhromaždená v obrovských formáciách, nedokáže odolať vlastnému gravitačnému poľu, a keď sa pevne zavinie, ponorí sa do dlhý, takmer zdravý spánok?
Takýto útvar nie je možné vidieť cez ďalekohľad – nič nevyžaruje. Nedá sa zistiť ani lokátorom: nenávratne pohltí všetky lúče, ktoré naň dopadajú. A iba gravitačné pole prezrádza jeho prítomnosť.
No, Veľký vesmír je nekonečný nielen v priestore, ale aj v čase. 15 miliárd rokov existencie Malého vesmíru v porovnaní s večnosťou existencie Veľkého vesmíru nie je ani okamih, ani sekunda v porovnaní s tisícročím; môžeme si spočítať, koľko sekúnd je zahrnutých do milénia a dostaneme síce veľký, ale konečný údaj.
A koľko miliárd rokov je zahrnutých do večnosti? Nekonečné množstvo! Večnosť je jednoducho neporovnateľná s miliardami rokov! Takže v týchto nevyčísliteľných časoch sa podarilo „vyhorieť“ akékoľvek, ekonomicky najhorúcejšie požiare hviezd, podarilo sa im prejsť všetkými fázami hviezdneho života, podarilo sa im zhasnúť a vychladnúť takmer na absolútnu nulu.
Mimochodom, teplota telesa, ktoré sa ocitne v priestore Veľkého vesmíru, sa nelíši ani o tisícinu stupňa od absolútnej nuly Kelvinovej stupnice. Medzitým teplomer umiestnený v akomkoľvek bode Malého vesmíru ukáže niekoľko stupňov kladnej teploty: koniec koncov, svetlo najvzdialenejších hviezd nesie určitú energiu. V našom malom vesmíre je nielen svetlo, ale aj teplo!
Áno, vo Veľkom vesmíre to nie je veľmi pohodlné! Spomalíme rýchlosť nášho letu na hodnoty obvyklé v malom vesmíre - desiatky a stovky kilometrov za sekundu.
Objekty obývajúce Veľký vesmír
Pozrime sa na niektoré z nich obývajúci veľký vesmír predmety. Tu preletí gigantická (súdiac podľa veľkosti jej gravitačného poľa) masa hmoty. Pozeráme sa na obrazovku superlokátora.
Ukazuje sa, že silné pole vedie k malej formácii, ktorej priemer je len asi tucet kilometrov. Neutrónová hviezda! Skúmame jeho povrch, je dokonale hladký, ako keby bol starostlivo vyleštený v dobrej dielni.
Zrazu na tomto povrchu došlo k okamžitému záblesku: pritiahnutý silnou príťažlivosťou meteorit narazil do našej mŕtvej hviezdy, kus hmoty, ktorý je pre nás obvyklý. Nie, nezostal ležať na povrchu hviezdnej mŕtvoly. Nejako sa veľmi rýchlo šíril po svojom povrchu kalužou pevnej hmoty a potom sa bez stopy vsiakol do zeme ...
Vtipy sú zlé s takými mocnými trpaslíkmi! Ich všemohúca gravitácia totiž pohltí vesmírnu loď, jej posádku a prístroje rovnakým spôsobom bez stopy a všetko premení na neutrónovú kvapalinu, z ktorej po chvíli vyrastie vodík a hélium nového malého vesmíru. vznikajú.
A samozrejme, pri tomto pretavovaní sa zabudne na všetky udalosti, ktoré látky v našej dobe mali, rovnako ako po pretavení kovu nie je možné obnoviť niekdajšie obrysy častí strojov, ktoré išli do šrotu.
Aký priestor veľkého vesmíru
Áno, veľa je tu iné ako v našom Malom vesmíre. No čo priestor veľkého vesmíru? Aké má vlastnosti?
Zavádzame experimenty. Priestor je rovnaký ako u nás trojrozmerný. Rovnako ako ten náš je miestami zakrivený gravitačným poľom. Áno, keďže priestor je jednou z foriem existencie hmoty, je pevne spojený s hmotou, ktorá ho vypĺňa.
Toto spojenie je obzvlášť výrazné tu, kde sa gigantické masy hmoty sústreďujú do drobných útvarov. Niektoré z nich sme už videli – „čierne diery“ a neutrónové hviezdy. Tieto útvary, ktoré sú prirodzeným výsledkom vývoja hviezd, sa už v našom vesmíre našli.
Čierna diera vo veľkom vesmíre Ale sú tu aj hmotné útvary, rozmerovo oveľa menšie – v priemere len metre, centimetre či dokonca mikróny, no ich hmotnosť je dosť veľká, pozostávajú aj zo superkondenzovanej hmoty. Takéto telá nemôžu vzniknúť samé od seba, ich vlastná gravitácia nestačí na to, aby sa pevne zavili. Môžu však existovať stabilne, ak ich do takého stavu stlačí vonkajšia sila.
Čo je to za moc? Alebo možno ide o fragmenty väčších blokov superhustej hmoty, ktoré sa z nejakého dôvodu zrútili? Toto sú plankeóny K. P. Stanyukoviča.
Vo Veľkom vesmíre sa hmota nachádza aj vo svojej obvyklej forme. Nie, nie sú to hviezdy menej hviezd. V našom malom vesmíre by tieto formácie mohli byť malé planéty alebo satelity planét.
Možno nimi boli kedysi v nejakom pre nás neznámom Malom vesmíre, ale hviezdy, okolo ktorých sa točili, zhasli a zmenšili sa, nejaká náhoda ich odtrhla od centrálnych svietidiel a keďže ich „malé vesmíry“, blúdia nekonečnosťou Veľký vesmír „bez kormidla a bez plachiet“.
putujúce planéty
Možno medzi týmito putujúce planéty Existujú nejaké, ktoré obývali inteligentné bytosti? Samozrejme, v podmienkach Veľkého vesmíru na nich život nemôže dlhodobo existovať. Tieto úplne zamrznuté planéty sú zbavené zdrojov energie.
Ich zásoby rádioaktívnych látok sa už dávno rozpadli do poslednej molekuly, úplne im chýba energia vetra, vody, fosílnych palív: veď všetky tieto zdroje energie majú ako primárny zdroj lúče centrálneho svietidla a vyhasli. dávno.
Ak by však obyvatelia týchto svetov vedeli predvídať nadchádzajúci osud, mohli by na týchto svojich planétach zapečatiť listy tým, ktorí ich navštívia v neznámych časoch a budú schopní čítať a chápať. Je však možnosť ich dlhej existencie v nekonečnom priestore tohto vesmíru tak nepriateľská voči živej bytosti taká pravdepodobná?
Veľký vesmír je naplnený hmotou približne rovnako „voľne“ ako ten náš, Malý. Zároveň treba pripomenúť, že množstvo hviezd, ktoré pozorujeme za bezmesačnej noci na oblohe, nie je typické pre Malý vesmír. Ide len o to, že naše Slnko, a teda aj Zem, sú súčasťou hviezdneho roja – našej Galaxie.
medzigalaktický priestor
Typickejšie medzigalaktický priestor, z ktorej by bolo vidieť len pár galaxií, ľahké, mierne svietiace oblaky, ktoré dopadli na čierny zamat oblohy. Hviezdy a galaxie blízko seba sa pohybujú voči sebe rýchlosťou desiatok a stoviek kilometrov za sekundu.
Hviezdy medzigalaktického priestoru Ako vidíte, tieto rýchlosti sú malé. Ale sú také, že zabraňujú pádu niektorých nebeských telies ostatným. Keď sa priblížia povedzme k dvom hviezdam, ich trajektórie budú trochu zakrivené, ale každá hviezda bude lietať svojou vlastnou cestou. Pravdepodobnosť kolízie alebo priblíženia hviezd je takmer nulová, dokonca aj v husto obývaných hviezdnych mestách, ako je naša Galaxia.
Približne rovnaká je pravdepodobnosť kolízie hmotných telies vo Veľkom vesmíre. A písmená zapečatené pre veľmi vzdialených potomkov, vzhľadom na extrémne nízke teploty, ktoré sa dokonca zastavili tepelný pohyb molekuly môžu existovať aj neobmedzene. Nemohol by to byť vynikajúci materiál pre fantastický príbeh s názvom „Letter from Eternity“?
Vo Veľkom vesmíre sme teda nenašli priestor, ktorý by sa líšil od nášho trojrozmerného. S najväčšou pravdepodobnosťou sú priestory štyroch a mnohých dimenzií nahé matematická abstrakcia, ktorý nemá skutočné inkarnácie, pokiaľ sa samozrejme čas nepovažuje za štvrtý rozmer.
Ale od prvých troch dimenzií (dopredu-dozadu, doľava-doprava, hore-dolu) sa výrazne líši svojou podstatou.
Vznik malého vesmíru
No ako sa darilo našim Malý vesmír? Niektorí vedci sa domnievajú, že v dôsledku kolízie dvoch supermasívnych útvarov hmoty, ktorá bola v určitej „predhviezdnej“ forme, sa na jeden záťah vyčlenila všetka hmota, ktorá tvorí náš Vesmír. Začal sa rýchlo rozširovať rýchlosťou svetla všetkými smermi a v nekonečnom tele Veľkého vesmíru vytvoril akúsi svetelnú bublinu.
Teória veľkého tresku vesmíru
Kirill Petrovič Stanyukovich - autor teórie veľkého tresku vesmíru Ťažko povedať, prečo sa to začalo vesmír veľkého tresku. Možno, že počas kolízie dvoch plankeónov, azda náhodné kolísanie hustoty plankeónu spôsobilo, že sa objavili prvé iskry tohto výbuchu.
Mohol byť rozsahom veľmi skromný, ale zahodil gravitačná vlna, a keď sa dostali k najbližším plankeónom, aj tie „zareagovali“ – začalo sa uvoľňovanie hmoty viazanej príťažlivosťou sprevádzané obrovskými emisiami a látkami a kvantami elektromagnetického žiarenia.
Malé plankeóny vykonali túto premenu okamžite, zatiaľ čo veľké, ktoré následne vytvorili jadrá galaxií, strávili na tomto procese miliardy rokov.
Aj dnes sú astronómovia stále prekvapení nekonečnou štedrosťou jadier niektorých galaxií, ktoré vyvrhujú zbesilé prúdy plynov, lúčov a zhlukov hviezd. To znamená, že proces premeny predhviezdnej substancie hmoty na hviezdna hmota... Iskry veľkého gravitačného ohňa lietajú ďalej a vzplanú ďalšie a ďalšie plankeóny, ktoré tieto iskry zapália.
Kvazary
Astronómovia vedia o niekoľkých relatívne mladých požiaroch, ktoré v budúcnosti pravdepodobne rozkvitnú do nádherných galaxií. Ide o tzv kvasary. Všetky sú od nás veľmi ďaleko, na samom „okraji“ nášho Malého Vesmíru. Toto je úplný začiatok spaľovania jadier budúcich galaxií.
Uplynú miliardy rokov a látka uvoľnená z plameňov týchto ohňov sa sformuje do prúdov hviezd a planét, ktoré okolo týchto jadier tvoria nádherné špirálovité koruny. Stanú sa pozoruhodne podobnými súčasným špirálovým galaxiám.
Ale, žiaľ, v tých dňoch už naše galaxie vyhoria a rozptýlia sa do vesmíru s hrsťami vychladnutých mŕtve telá, pravdepodobne v mnohom podobnú povahe predhviezdnej hmote, ktorá tvorí ich hmotu. Pre nich bude cyklus uzavretý, kým nenastane nový „oheň hmoty“.
A v galaxiách vytvorených spaľovaním dnešných kvazarov sa objavia planéty vhodné na vývoj a život a možno aj inteligenciu. A ich mudrci budú hľadieť na ich hviezdna obloha a čuduj sa, prečo sú vo vesmíre tak sami? Bude myseľ ľudí žiť v tých ultra vzdialených časoch? Prejde cez nepredstaviteľnú priepasť času?
Alebo sa všetky výtvory našej kultúry roztopia v nejakom plankeóne bez stopy, takže zostane len jedna hmota – večná a nezničiteľná? Na všetky tieto otázky neexistuje odpoveď a nie je známe, kedy na ne odpovie veda. Ale keď už to vzniklo, inteligentný život, ak prejde prvými rizikovými fázami svojho vývoja, posilní svoje pozície.
Čo môže ohroziť kultúru pozemšťanov, keď sa prenesie do skupiny planetárne systémy hviezdy v okolí? vesmírna katastrofa? Výbuch Slnka, ktorý sa zrazu ukázal byť supernova? Nespôsobí jej väčšie škody ako dnešná vlna cunami, ktorá zmietla pár ostrovov, kultúru ľudstva?
Áno, inteligentný život, ktorý dosiahne takúto hranicu, bude nezničiteľný ako samotná hmota. A nezľaknú sa jej ani gigantické priepasti času, ani nezmerné medzery vesmíru. A predsa by sa naša cesta do veľkého vesmíru mala považovať za nevedeckú fikciu, za absurdnú fikciu.
Nie, nejde o to, že priestor Veľkého vesmíru, ktorý reprezentujeme, bude iný, ale že jeho „populácia“, ktorú reprezentujeme, bude iná. Nie, vo všetkých týchto veciach sme sa pevne držali známeho vedeckých faktov, kráčali po cestách, ktoré už prešli hypotézami vedcov. Pointa je iná.
Nemožné cestovať do veľkého vesmíru
Faktom je, že cestovať do veľkého vesmíru môže byť pre nás, ľudí na Zemi nemožné, neuskutočniteľné. Pamätajte na základné vlastnosti nášho vesmíru. Veď sa „rozširuje“. Zároveň sa jeho „rozširujúce sa“ plochy pohybujú maximálnou možnou rýchlosťou v našom Vesmíre – rýchlosťou svetla vo vákuu.
Ale takáto rýchlosť je nemožná pre žiadne hmotné telo. Koniec koncov, ako rýchlosť rastie a blíži sa rýchlosti svetla, hmotnosť tohto telesa sa bude neustále zvyšovať. Veľmi skoro prekoná všetky možné hodnoty - hmotnosti planét, hviezd, kvazarov, galaxií, celého nášho vesmíru.
Cesta do veľkého vesmíru Hmotnosť nášho zrýchleného tela bude nekonečne veľká. Zrýchlenie nekonečne veľkej hmoty je možné len nekonečne veľkú silu. Je ľahké pochopiť, že sme sa dostali do slepej uličky. Naša medzihviezdna loď, vlastniaca nekonečno veľká hmota, nemôžeme ustúpiť. A ľudstvo nikdy nebude môcť dobehnúť lúč svetla.
ale rozprávame sa nie o rýchlosti svetla, ale o neporovnateľne väčších rýchlostiach, ktoré by umožnili prejsť celý náš Vesmír v priebehu niekoľkých minút. Tento spôsob cestovania vesmírom bol vyňatý zo zväzkov nevedeckej fantastiky.
Takáto skromnosť je pochopiteľná: nemožno povedať nič konkrétne o výrazoch, ktoré vymysleli spisovatelia sci-fi. Akékoľvek tvrdenie o rýchlostiach nad rýchlosťami svetla je dnes nevedecké, fantastické.
A s moderná pointa z pohľadu, hovoriť o super-vysokorýchlostných pohyboch je nezmysel. Samozrejme, v knihách literatúry faktu je to neprijateľné. Pokiaľ nie v špeciálne označenom prípade, keď je zrejmé, že ide o jednoduchý vynález vyrobený na „oficiálne účely“, aby sa jasnejšie ukázalo to hlavné.
(zatiaľ žiadne hodnotenia)
doktor pedagogické vedy E. LEVITAN.
Nahliadnite do predtým nedosiahnuteľných hlbín vesmíru.
Zvedavý pútnik dosiahol „koniec sveta“ a snaží sa vidieť: čo je tam za okrajom?
Ilustrácia pre hypotézu zrodu metagalaxií z rozpadajúcej sa obrovskej bubliny. Bublina narástla do obrovskej veľkosti v štádiu rýchleho „nafukovania“ Vesmíru. (Čerpanie z časopisu „Zem a vesmír“.)
Nie je to zvláštny názov článku? Nie je vesmír sám? Koncom 20. storočia sa ukázalo, že obraz vesmíru je nesmierne komplikovanejší než ten, ktorý sa pred sto rokmi zdal úplne zrejmý. Ukázalo sa, že ani Zem, ani Slnko, ani naša Galaxia nie sú stredom vesmíru. Geocentrické, heliocentrické a galaktocentrické systémy sveta boli nahradené myšlienkou, že žijeme v rozpínajúcej sa Metagalaxii (našom Vesmíre). Obsahuje nespočetné množstvo galaxií. Každá, rovnako ako tá naša, pozostáva z desiatok alebo dokonca stoviek miliárd slnečných hviezd. A nie je tam žiadny stred. Obyvateľom každej z galaxií sa len zdá, že práve z nich sa na všetky strany rozletujú ďalšie hviezdne ostrovy. Pred niekoľkými desaťročiami mohli astronómovia len špekulovať, že niekde existovali planetárne systémy ako naša slnečná sústava. Teraz s vysokou mierou istoty vymenúvajú množstvo hviezd, v ktorých boli objavené „protoplanetárne disky“ (niekedy z nich vzniknú planéty) a sebavedomo hovoria o objave niekoľkých planetárnych systémov.
Proces poznávania Vesmíru je nekonečný. A čím ďalej, tým viac a odvážnejšie, niekedy vyzerajúce priam fantasticky, si výskumníci kladú úlohy. Prečo teda nepredpokladať, že astronómovia jedného dňa objavia iné vesmíry? Je totiž dosť pravdepodobné, že naša Metagalaxia nie je celý Vesmír, ale len nejaká jeho časť...
Je nepravdepodobné, že moderní astronómovia a dokonca astronómovia veľmi vzdialenej budúcnosti budú niekedy schopní vidieť iné vesmíry na vlastné oči. Veda však už teraz má nejaké údaje, že naša Metagalaxia sa môže ukázať ako jeden z mnohých minivesmírov.
Málokto pochybuje o tom, že život a inteligencia môžu vzniknúť, existovať a rozvíjať sa len v určitom štádiu vývoja Vesmíru. Je ťažké si predstaviť, že by sa pred hviezdami a planétami pohybujúcimi sa okolo nich objavili nejaké formy života. A nie každá planéta, ako vieme, je vhodná pre život. Nevyhnutné sú určité podmienky: pomerne úzky teplotný rozsah, zloženie vzduchu vhodné na dýchanie, voda... V slnečnej sústave sa ukázalo, že Zem je v takom „páse života“. A naše Slnko sa pravdepodobne nachádza v „životnom páse“ Galaxie (v určitej vzdialenosti od jej stredu).
Mnoho extrémne slabých (jasnosťou) a vzdialených galaxií bolo odfotených týmto spôsobom. Najvýraznejšie z nich sa podarilo zvážiť niektoré detaily: štruktúru, štrukturálne prvky. Jas najslabšej z galaxií získaných na obrázku je 27,5 m a bodové objekty (hviezdy) sú ešte slabšie (až 28,1 m)! Pripomeňme si, že voľným okom ľudia s dobrým zrakom a nanajvýš priaznivé podmienky pozorovania vidia hviezdy s veľkosťou asi 6 m (to je 250 miliónov krát jasnejšie ako tie s magnitúdou 27 m).
Podobné pozemné teleskopy, ktoré v súčasnosti vznikajú, sú už svojimi schopnosťami porovnateľné so schopnosťami Hubbleovho vesmírneho teleskopu a v niektorých smeroch ich dokonca prevyšujú.
Aké podmienky sú potrebné na vznik hviezd a planét? V prvom rade je spojená s takými základnými fyzikálnymi konštantami, akými sú gravitačná konštanta a konštanty iných fyzikálnych interakcií (slabých, elektromagnetických a silných). Číselné hodnoty týchto konštánt sú fyzikom dobre známe. Dokonca aj školáci, ktorí študujú zákon univerzálnej gravitácie, sa zoznámia s konštantou (konštantou) gravitácie. Študenti z kurzu všeobecnej fyziky sa dozvedia aj o konštantách troch ďalších typov fyzikálnych interakcií.
Nedávno si astrofyzici a kozmológovia uvedomili, že na to, aby bol vesmír taký, aký je, sú potrebné existujúce hodnoty konštánt fyzikálnych interakcií. S inými fyzikálnymi konštantami by bol vesmír úplne iný. Napríklad životnosť Slnka by mohla byť len 50 miliónov rokov (to je príliš málo na vznik a rozvoj života na planétach). Alebo, povedzme, ak by sa vesmír skladal len z vodíka alebo iba z hélia – tiež by bol úplne bez života. Varianty Vesmíru s inými hmotnosťami protónov, neutrónov, elektrónov nie sú v žiadnom prípade vhodné pre život v podobe, v akej ho poznáme. Výpočty presvedčia: potrebujeme elementárne častice presne také, aké sú! A rozmer vesmíru má zásadný význam pre existenciu ako planetárnych systémov, tak aj jednotlivých atómov (s elektrónmi pohybujúcimi sa okolo jadier). Žijeme v trojrozmernom svete a nemohli by sme žiť vo svete s väčšími alebo menšími rozmermi.
Ukazuje sa, že všetko vo vesmíre sa zdá byť „ušité na mieru“, aby sa v ňom mohol objaviť a rozvíjať život! Samozrejme, nakreslili sme veľmi zjednodušený obraz, pretože pri vzniku a vývoji života obrovskú úlohu hrá nielen fyzika, ale aj chémia a biológia. Avšak s inou fyzikou by sa chémia aj biológia mohli líšiť ...
Všetky tieto úvahy vedú k tomu, čo sa vo filozofii nazýva antropický princíp. Ide o pokus uvažovať o vesmíre v „človeku dimenzionálnej“ dimenzii, teda z hľadiska jeho existencie. Antropický princíp sám o sebe nedokáže vysvetliť, prečo je vesmír taký, akým ho pozorujeme. Ale do istej miery pomáha výskumníkom formulovať nové problémy. Napríklad úžasné „zapadnutie“ základných vlastností nášho vesmíru možno považovať za dôkaz jedinečnosti nášho vesmíru. A odtiaľto sa zdá, jeden krok k hypotéze o existencii úplne iných vesmírov, svetov, ktoré sa absolútne nepodobajú tomu nášmu. A ich počet môže byť v zásade neobmedzene obrovský.
Skúsme teraz priblížiť problém existencie iných vesmírov z pohľadu modernej kozmológie, vedy, ktorá študuje vesmír ako celok (na rozdiel od kozmogónie, ktorá študuje pôvod planét, hviezd, galaxií).
Pamätajte, že objav, že Metagalaxia sa rozširuje takmer okamžite, viedol k hypotéze Veľkého tresku (pozri „Veda a život“ č. 2, 1998). Predpokladá sa, že k nemu došlo asi pred 15 miliardami rokov. Veľmi hustá a horúca hmota prechádzala jedna po druhej etapou "horúceho vesmíru". Takže po 1 miliarde rokov veľký tresk Z oblakov vodíka a hélia, ktoré sa v tom čase vytvorili, sa začali objavovať „protogalaxie“ a v nich prvé hviezdy. Hypotéza „horúceho vesmíru“ je založená na výpočtoch, ktoré nám umožňujú sledovať históriu raného vesmíru doslova od prvej sekundy.
Tu je to, čo náš známy fyzik akademik Ya. okolo Slnka Obe teórie boli ústredným bodom obrazu vesmíru svojej doby a obe mali veľa odporcov, ktorí tvrdili, že nové myšlienky vložené do nich sú absurdné a protichodné. zdravý rozum. Ale takéto reči nie sú schopné zabrániť úspechu nových teórií.
Bolo to povedané začiatkom 80-tych rokov, keď sa už robili prvé pokusy výrazne doplniť hypotézu „horúceho vesmíru“ o dôležitú predstavu o tom, čo sa stalo v prvej sekunde „stvorenia“, keď bola teplota nad 10 28 K. ďalší krok k „úplnému začiatku“ bol možný vďaka najnovším výdobytkom fyziky elementárnych častíc. Práve na priesečníku fyziky a astrofyziky sa začala rozvíjať hypotéza „nafukujúceho sa vesmíru“ (pozri „Veda a život“ č. 8, 1985). Hypotézu „nafukujúceho sa vesmíru“ možno vďaka svojej nezvyčajnosti zaradiť medzi tie „najbláznivejšie“. Z histórie vedy je však známe, že práve takéto hypotézy a teórie sa často stávajú dôležitými míľnikmi vo vývoji vedy.
Podstatou hypotézy „nafukujúceho sa vesmíru“ je, že na „úplnom začiatku“ sa vesmír ohromne rýchlo rozpínal. Za nejakých 10 - 32 s sa veľkosť vznikajúceho vesmíru nezväčšila 10-krát, ako by sa očakávalo pri "normálnom" rozpínaní, ale 10 50 alebo dokonca 10 1000 000-krát. Expanzia sa urýchlila a energia na jednotku objemu zostala nezmenená. Vedci to dokazujú počiatočné momenty expanzie prebiehali vo „vákuu“. Toto slovo je tu uvedené v úvodzovkách, pretože vákuum nebolo obyčajné, ale falošné, pretože je ťažké nazvať obyčajným „vákuom“ s hustotou 10 77 kg / m 3! Z takéhoto falošného (alebo fyzikálneho) vákua, ktoré malo úžasné vlastnosti (napríklad podtlak), mohla vzniknúť nie jedna, ale veľa metagalaxií (samozrejme aj tá naša). A každý z nich je mini-vesmír s vlastným súborom fyzikálnych konštánt, vlastnou štruktúrou a ďalšími vlastnosťami, ktoré sú mu vlastné (podrobnejšie pozri „Zem a vesmír“ č. 1, 1989).
Kde sú však títo „príbuzní“ našej Metagalaxie? S najväčšou pravdepodobnosťou, podobne ako náš Vesmír, vznikli v dôsledku „nafúknutia“ domén („domény“ z francúzskeho domaine – oblasť, sféra), na ktoré sa veľmi raný Vesmír okamžite rozpadol. Keďže každá takáto oblasť narástla do veľkosti presahujúcej súčasnú veľkosť Metagalaxie, ich hranice sú od seba oddelené veľkými vzdialenosťami. Možno je najbližší minivesmír vzdialený asi 10 35 svetelných rokov. Pripomeňme, že veľkosť Metagalaxie je „len“ 10 10 svetelných rokov! Ukazuje sa, že nie vedľa nás, ale niekde veľmi, veľmi ďaleko od seba, existujú ďalšie, podľa našich predstáv pravdepodobne úplne cudzie svety ...
Je teda možné, že svet, v ktorom žijeme, je oveľa zložitejší, ako sme si doteraz mysleli. Je pravdepodobné, že pozostáva z nespočetných vesmírov vo vesmíre. O tomto veľkom vesmíre, komplexnom, prekvapivo rozmanitom, stále nevieme prakticky nič. Zdá sa však, že stále vieme jednu vec. Bez ohľadu na iné mini-svety vzdialené od nás, každý z nich je skutočný. Nie sú fiktívne, ako niektoré dnes módne „paralelné“ svety, o ktorých teraz často hovoria ľudia, ktorí sú ďaleko od vedy.
No, k čomu to všetko nakoniec dôjde? Hviezdy, planéty, galaxie, metagalaxie spolu zaberajú len to najmenšie miesto v nekonečných priestoroch extrémne vzácnej hmoty... Nič iné vo vesmíre neexistuje? Je to príliš jednoduché... Je to akosi dokonca ťažké uveriť.
A astrofyzici už dlho hľadajú niečo vo vesmíre. Pozorovania svedčia o existencii „skrytej hmoty“, akejsi neviditeľnej „tmavej“ hmoty. Nevidno ho ani v najvýkonnejšom ďalekohľade, no prejavuje sa gravitačným pôsobením na bežnú hmotu. Až donedávna astrofyzici predpokladali, že v galaxiách a v priestore medzi nimi je približne rovnaké množstvo takejto skrytej hmoty ako pozorovateľnej hmoty. Nedávno však mnohí výskumníci prišli k ešte senzačnejšiemu záveru: „normálna“ hmota v našom vesmíre – nie viac ako päť percent, zvyšok – „neviditeľný“.
Predpokladá sa, že 70 percent z nich sú kvantovo mechanické, vákuové štruktúry rovnomerne rozmiestnené v priestore (práve tie určujú expanziu Metagalaxie) a 25 percent sú rôzne exotické objekty. Napríklad čierne diery nízkej hmotnosti, takmer bodové; veľmi rozšírené predmety - "struny"; doménové steny, ktoré sme už spomínali. Ale okrem takýchto objektov môže byť „skrytá“ hmota zložená z celých tried hypotetických elementárnych častíc, napríklad „zrkadlových častíc“. Známy ruský astrofyzik, akademik Ruskej akadémie vied N. S. Kardašev (kedysi veľmi dávno sme boli obaja aktívnymi členmi astronomického krúžku v Moskovskom planetáriu) naznačuje, že „zrkadlové častice“ môžu pozostávať z pre nás neviditeľných“ zrkadlový svet"s ich planétami a hviezdami. A látka v "zrkadlovom svete" je asi päťkrát väčšia ako v našom. Ukazuje sa, že vedci majú nejaký dôvod domnievať sa, že "zrkadlový svet" zrejme preniká aj do nášho. Ale nie zatiaľ sa to dalo nájsť.
Nápad je to takmer báječný, fantastický. Ale ktovie, možno sa jeden z vás – súčasných milovníkov astronómie – stane v nadchádzajúcom 21. storočí bádateľom a podarí sa mu odhaliť tajomstvo „zrkadlového vesmíru“.
Súvisiace publikácie v "Veda a život"
Shulga V. Kozmické šošovky a hľadanie temnej hmoty vo vesmíre. - 1994, č.2.
Roizen I. Vesmír medzi okamihom a večnosťou. - 1996, č. 11, 12.
Sazhin M., Shulga V. Hádanky kozmických strún. - 1998, č. 4.
Vedeli ste, že vesmír, ktorý pozorujeme, má celkom presne stanovené hranice? Sme zvyknutí spájať vesmír s niečím nekonečným a nepochopiteľným. Avšak moderná veda na otázku „nekonečnosti“ Vesmíru ponúka na takúto „zrejmú“ otázku úplne inú odpoveď.
Podľa moderné nápady, veľkosť pozorovateľného vesmíru je približne 45,7 miliardy svetelných rokov (alebo 14,6 gigaparsekov). Čo však tieto čísla znamenajú?
Prvá otázka, ktorá ma napadne obyčajný človek Ako nemôže byť vesmír vôbec nekonečný? Zdalo by sa, že je nesporné, že schránka všetkého, čo okolo nás existuje, by nemala mať hranice. Ak tieto hranice existujú, čo vôbec predstavujú?
Predpokladajme, že nejaký astronaut letel k hraniciam vesmíru. Čo pred sebou uvidí? Pevná stena? Požiarna bariéra? A čo je za tým – prázdnota? Iný vesmír? Môže však prázdnota alebo iný Vesmír znamenať, že sme na hranici vesmíru? Neznamená to, že neexistuje „nič“. Prázdnota a iný vesmír je tiež „niečo“. Ale vesmír je to, čo obsahuje úplne všetko „niečo“.
Dostávame sa k absolútnemu rozporu. Ukazuje sa, že hranica Vesmíru by pred nami mala skrývať niečo, čo by nemalo byť. Alebo by hranica Vesmíru mala oddeľovať „všetko“ od „niečoho“, ale toto „niečo“ by malo byť aj súčasťou „všetkého“. Vo všeobecnosti úplná absurdita. Ako potom môžu vedci tvrdiť maximálnu veľkosť, hmotnosť a dokonca vek nášho vesmíru? Tieto hodnoty, aj keď sú nepredstaviteľne veľké, sú stále konečné. Argumentuje veda s očividným? Aby sme sa s tým vysporiadali, pozrime sa najprv na to, ako ľudia dospeli k modernému chápaniu vesmíru.
Rozširovanie hraníc
Človeka od nepamäti zaujímalo, aký je svet okolo neho. Je možné neuvádzať príklady tri veľryby a iné pokusy staroveku vysvetliť vesmír. Spravidla to nakoniec všetko prišlo k tomu, že základom všetkých vecí je pozemská nebeská klenba. Dokonca aj v časoch staroveku a stredoveku, keď astronómovia mali rozsiahle znalosti o zákonoch pohybu planét pozdĺž „pevnej“ nebeskej sféry, zostávala Zem stredom vesmíru.
Prirodzene, aj v Staroveké Grécko boli takí, ktorí verili, že Zem sa točí okolo Slnka. Boli takí, ktorí hovorili o mnohých svetoch a nekonečnosti vesmíru. Konštruktívne zdôvodnenia týchto teórií však vznikli až na prelome vedeckej revolúcie.
V 16. storočí urobil poľský astronóm Mikuláš Kopernik prvý veľký prelom v poznaní vesmíru. Pevne dokázal, že Zem je len jednou z planét obiehajúcich okolo Slnka. Takýto systém výrazne zjednodušil vysvetlenie takého zložitého a zložitého pohybu planét v nebeskej sfére. V prípade nehybnej Zeme museli astronómovia vymýšľať najrôznejšie dômyselné teórie, aby vysvetlili toto správanie planét. Na druhej strane, ak sa predpokladá, že Zem je mobilná, potom je vysvetlenie takýchto zložitých pohybov prirodzené. V astronómii sa tak posilnila nová paradigma nazývaná „heliocentrizmus“.
Veľa sĺnk
Avšak aj potom astronómovia naďalej obmedzovali vesmír na „sféru pevných hviezd“. Až do 19. storočia nevedeli odhadnúť vzdialenosť k svietidlám. Astronómovia sa už niekoľko storočí neúspešne pokúšajú odhaliť odchýlky polohy hviezd vzhľadom na obežný pohyb Zeme (ročné paralaxy). Nástroje tých čias neumožňovali také presné merania.
Nakoniec v roku 1837 rusko-nemecký astronóm Vasily Struve zmeral paralaxu. Označilo to nový krok v chápaní rozmerov vesmíru. Teraz môžu vedci bezpečne povedať, že hviezdy sú vzdialené podobizne Slnka. A naše svietidlo už nie je centrom všetkého, ale rovnocenným „obyvateľom“ nekonečnej hviezdokopy.
Astronómovia sa ešte viac priblížili k pochopeniu rozsahu vesmíru, pretože vzdialenosti k hviezdam sa ukázali byť skutočne monštruózne. Dokonca aj veľkosť obežných dráh planét sa zdala v porovnaní s týmto niečím zanedbateľná. Ďalej bolo potrebné pochopiť, ako sú sústredené hviezdy.
Mnoho mliečnych dráh
Slávny filozof Immanuel Kant už v roku 1755 anticipoval základy moderného chápania veľkorozmernej štruktúry vesmíru. Predpokladal, že Mliečna dráha je obrovská rotujúca hviezdokopa. Mnohé pozorovateľné hmloviny sú zasa aj vzdialenejšie „mliečne dráhy“ – galaxie. Napriek tomu sa astronómovia až do 20. storočia držali toho, že všetky hmloviny sú zdrojom vzniku hviezd a sú súčasťou Mliečnej dráhy.
Situácia sa zmenila, keď sa astronómovia naučili merať vzdialenosti medzi galaxiami pomocou. Absolútna svietivosť hviezd tohto typu je striktne závislá od obdobia ich premenlivosti. Porovnaním ich absolútnej svietivosti s viditeľnou je možné s vysokou presnosťou určiť vzdialenosť k nim. Túto metódu vyvinuli na začiatku 20. storočia Einar Hertzschrung a Harlow Shelpie. Vďaka nemu sovietsky astronóm Ernst Epik v roku 1922 určil vzdialenosť do Andromedy, ktorá sa ukázala ako rádová nad veľkosťou Mliečna dráha.
Edwin Hubble pokračoval v podnikaní Epic. Meraním jasnosti cefeíd v iných galaxiách zmeral ich vzdialenosť a porovnal ju s červeným posunom v ich spektrách. V roku 1929 teda vyvinul svoj slávny zákon. Jeho práca definitívne vyvrátila zakorenený názor, že Mliečna dráha je okrajom vesmíru. Teraz to bola jedna z mnohých galaxií, ktoré ju kedysi považovali za neoddeliteľnú súčasť. Kantova hypotéza sa potvrdila takmer dve storočia po jej vývoji.
Následne spojenie medzi vzdialenosťou galaxie od pozorovateľa a rýchlosťou jej odstránenia od pozorovateľa, objavené Hubbleom, umožnilo zostaviť si ucelený obraz o veľkorozmernej štruktúre Vesmíru. Ukázalo sa, že galaxie boli len jej malou časťou. Spojili sa do zhlukov, zhlukov do nadklastrov. Na druhej strane sa superklastre skladajú do najväčších známych štruktúr vo vesmíre - vlákien a stien. Tieto štruktúry susedia s obrovskými supervoidmi () a tvoria rozsiahlu štruktúru známu na tento moment, Vesmír.
Zdanlivé nekonečno
Z vyššie uvedeného vyplýva, že len za pár storočí veda postupne prešla od geocentrizmu k modernému chápaniu vesmíru. To však neodpovedá na to, prečo dnes obmedzujeme vesmír. Napokon, doteraz to bolo len o veľkosti vesmíru, a nie o jeho samotnej podstate.
Prvý, kto sa rozhodol ospravedlniť nekonečnosť vesmíru, bol Isaac Newton. Po objavení zákona univerzálnej gravitácie veril, že ak by bol priestor konečný, všetky jeho telesá by sa skôr či neskôr spojili do jedného celku. Ak niekto pred ním vyjadril myšlienku nekonečnosti vesmíru, bolo to len vo filozofickom kľúči. Bez akýchkoľvek vedecké zdôvodnenie. Príkladom toho je Giordano Bruno. Mimochodom, podobne ako Kant predbehol vedu o mnoho storočí. Ako prvý uviedol, že hviezdy sú vzdialené slnká a planéty sa točia okolo nich.
Zdalo by sa, že samotná skutočnosť nekonečna je celkom rozumná a zrejmá, no zlomové body vo vede 20. storočia touto „pravdou“ otriasli.
Stacionárny vesmír
Prvý významný krok k vývoju moderného modelu vesmíru urobil Albert Einstein. Jeho model stacionárneho vesmíru slávny fyzik predstavený v roku 1917. Tento model bol založený na všeobecná teória relativity, ktorú rozvinul o rok skôr. Podľa jeho modelu je vesmír nekonečný v čase a konečný v priestore. Ale koniec koncov, ako už bolo uvedené, podľa Newtona sa vesmír s konečnou veľkosťou musí zrútiť. Na tento účel Einstein zaviedol kozmologickú konštantu, ktorá kompenzovala gravitačnú príťažlivosť vzdialených objektov.
Bez ohľadu na to, ako paradoxne to môže znieť, Einstein neobmedzil samotnú konečnosť vesmíru. Podľa jeho názoru je vesmír uzavretou škrupinou hypersféry. Obdobou je povrch obyčajnej trojrozmernej gule, napríklad zemegule alebo Zeme. Bez ohľadu na to, koľko cestovateľ cestuje po Zemi, nikdy nedosiahne jej okraj. To však neznamená, že Zem je nekonečná. Cestovateľ sa jednoducho vráti na miesto, kde svoju cestu začal.
Na povrchu hypersféry
Rovnakým spôsobom sa vesmírny tulák, ktorý na hviezdnej lodi prekoná Einsteinov vesmír, môže vrátiť späť na Zem. Len tentoraz sa tulák nebude pohybovať po dvojrozmernom povrchu gule, ale po trojrozmernom povrchu hypersféry. To znamená, že vesmír má konečný objem, a teda aj konečný počet hviezd a hmotnosti. Vesmír však nemá žiadne hranice ani stred.
K takýmto záverom dospel Einstein prepojením priestoru, času a gravitácie vo svojej slávnej teórii. Pred ním boli tieto pojmy považované za samostatné, a preto bol priestor vesmíru čisto euklidovský. Einstein dokázal, že samotná gravitácia je zakrivením časopriestoru. To radikálne zmenilo rané predstavy o povahe vesmíru, založené na klasickej newtonovskej mechanike a euklidovskej geometrii.
Rozširujúci sa vesmír
Dokonca aj samotný objaviteľ nový vesmír» nebol cudzí bludom. Einstein, hoci obmedzil vesmír vo vesmíre, naďalej ho považoval za statický. Podľa jeho vzoru bol a zostáva vesmír večný a jeho veľkosť zostáva vždy rovnaká. V roku 1922 Sovietsky fyzik Alexander Fridman tento model výrazne doplnil. Podľa jeho výpočtov vesmír vôbec nie je statický. V priebehu času sa môže rozširovať alebo zmenšovať. Je pozoruhodné, že Friedman dospel k takémuto modelu založenému na rovnakej teórii relativity. Podarilo sa mu túto teóriu aplikovať správnejšie a obísť kozmologickú konštantu.
Albert Einstein takúto „nápravu“ hneď neprijal. Na pomoc tomuto novému modelu prišiel už spomínaný objav Hubbleovho teleskopu. Recesia galaxií nepopierateľne dokázala skutočnosť expanzie vesmíru. Einstein si teda musel priznať chybu. Teraz mal vesmír určitý vek, ktorý striktne závisí od Hubbleovej konštanty, ktorá charakterizuje rýchlosť jeho expanzie.
Ďalší vývoj kozmológie
Keď sa vedci pokúšali vyriešiť tento problém, objavili sa mnohé ďalšie dôležité zložky vesmíru a vyvinuli sa jeho rôzne modely. Takže v roku 1948 Georgy Gamow predstavil hypotézu „horúceho vesmíru“, ktorá sa neskôr zmenila na teóriu veľkého tresku. Objav v roku 1965 potvrdil jeho podozrenie. Teraz mohli astronómovia pozorovať svetlo, ktoré prichádzalo od okamihu, keď sa vesmír stal priehľadným.
Tmavá hmota, ktorú v roku 1932 predpovedal Fritz Zwicky, bola potvrdená v roku 1975. Temná hmota v skutočnosti vysvetľuje samotnú existenciu galaxií, kopy galaxií a samotnú štruktúru vesmíru ako celku. Vedci teda zistili, že väčšina hmoty vesmíru je úplne neviditeľná.
Nakoniec sa v roku 1998 počas štúdia vzdialenosti do zistilo, že vesmír sa zrýchľuje. Tento ďalší zlom vo vede dal podnet k modernému chápaniu podstaty vesmíru. Kozmologický koeficient, ktorý predstavil Einstein a vyvrátil Friedmann, opäť našiel svoje miesto v modeli vesmíru. Prítomnosť kozmologického koeficientu (kozmologická konštanta) vysvetľuje jeho zrýchlenú expanziu. Na vysvetlenie prítomnosti kozmologickej konštanty bol zavedený pojem - hypotetické pole obsahujúce najviac masy vesmíru.
Súčasná predstava o veľkosti pozorovateľného vesmíru
Súčasný model vesmíru sa nazýva aj model ΛCDM. Písmeno "Λ" znamená prítomnosť kozmologickej konštanty, ktorá vysvetľuje zrýchlené rozpínanie vesmíru. "CDM" znamená, že vesmír je naplnený chladnou temnou hmotou. Najnovší výskum hovoria, že Hubbleova konštanta je asi 71 (km/s) / Mpc, čo zodpovedá veku vesmíru 13,75 miliardy rokov. Keď poznáme vek vesmíru, môžeme odhadnúť veľkosť jeho pozorovateľnej oblasti.
Podľa teórie relativity sa informácie o akomkoľvek objekte nemôžu dostať k pozorovateľovi rýchlosťou väčšou ako je rýchlosť svetla (299792458 m/s). Ukazuje sa, že pozorovateľ nevidí len objekt, ale aj jeho minulosť. Čím ďalej je objekt od neho, tým vzdialenejšia minulosť vyzerá. Napríklad pri pohľade na Mesiac vidíme, ako to bolo pred viac ako sekundou, Slnko - pred viac ako ôsmimi minútami, najbližšie hviezdy - roky, galaxie - pred miliónmi rokov atď. V Einsteinovom stacionárnom modeli vesmír nemá žiadne vekové obmedzenie, čo znamená, že jeho pozorovateľná oblasť tiež nie je ničím obmedzená. Pozorovateľ, vyzbrojený stále vyspelejšími astronomickými prístrojmi, bude pozorovať čoraz vzdialenejšie a dávnejšie objekty.
Máme ďalší obrázok s moderný model Vesmír. Podľa nej má vesmír vek, a teda aj hranicu pozorovania. To znamená, že od zrodu vesmíru by žiaden fotón nemal čas prejsť vzdialenosť väčšiu ako 13,75 miliardy svetelných rokov. Ukazuje sa, že môžeme povedať, že pozorovateľný vesmír je z pohľadu pozorovateľa obmedzený sférickou oblasťou s polomerom 13,75 miliardy svetelných rokov. Nie je to však celkom pravda. Nezabudnite na rozširovanie vesmíru vesmíru. Kým sa fotón dostane k pozorovateľovi, objekt, ktorý ho vyžaroval, bude od nás vzdialený 45,7 miliardy svetelných rokov. rokov. Táto veľkosť je horizontom častíc a je to hranica pozorovateľného vesmíru.
Za horizontom
Veľkosť pozorovateľného vesmíru je teda rozdelená na dva typy. Zdanlivá veľkosť, nazývaná aj Hubbleov polomer (13,75 miliardy svetelných rokov). A skutočná veľkosť, nazývaná horizont častíc (45,7 miliardy svetelných rokov). Dôležité je, že oba tieto horizonty vôbec necharakterizujú skutočnú veľkosť Vesmíru. Po prvé, závisia od polohy pozorovateľa v priestore. Po druhé, časom sa menia. V prípade modelu ΛCDM sa horizont častíc rozširuje rýchlosťou väčšou ako Hubbleov horizont. Na otázku, či sa tento trend v budúcnosti zmení, moderná veda nedáva odpoveď. Ak však predpokladáme, že vesmír sa stále zrýchľuje, potom všetky objekty, ktoré teraz vidíme, skôr či neskôr zmiznú z nášho „zorného poľa“.
Zatiaľ najvzdialenejším svetlom, ktoré astronómovia pozorovali, je CMB. Pri pohľade do nej vedci vidia vesmír taký, aký bol 380 000 rokov po Veľkom tresku. Vesmír sa v tej chvíli ochladil natoľko, že mohol vyžarovať voľné fotóny, ktoré sa dnes zachytávajú pomocou rádioteleskopov. V tom čase vo vesmíre neboli žiadne hviezdy ani galaxie, ale iba súvislý oblak vodíka, hélia a zanedbateľného množstva ďalších prvkov. Z nehomogenít pozorovaných v tomto oblaku sa následne vytvoria galaktické kopy. Ukazuje sa, že práve tie objekty, ktoré vzniknú z nehomogenít kozmického mikrovlnného žiarenia pozadia, sa nachádzajú najbližšie k horizontu častíc.
Skutočné hranice
Či má vesmír skutočné, nepozorovateľné hranice, je stále predmetom pseudovedeckých špekulácií. Tak či onak, všetci konvergujú k nekonečnosti Vesmíru, no túto nekonečnosť interpretujú úplne inak. Niektorí považujú Vesmír za multidimenzionálny, kde náš „miestny“ trojrozmerný Vesmír je len jednou z jeho vrstiev. Iní hovoria, že vesmír je fraktálny, čo znamená, že náš miestny vesmír môže byť časticou iného. Nezabudnite na rôzne modely Multivesmír so svojimi uzavretými, otvorenými, paralelnými vesmírmi, červími dierami. A mnoho, mnoho ďalších rôzne verzie, ktorých počet je obmedzený len ľudskou fantáziou.
Ale ak zapneme chladný realizmus alebo sa jednoducho vzdialime od všetkých týchto hypotéz, potom môžeme predpokladať, že náš vesmír je nekonečnou homogénnou nádobou všetkých hviezd a galaxií. Navyše, v akomkoľvek veľmi vzdialenom bode, či už v miliardách gigaparsekov od nás, budú všetky podmienky úplne rovnaké. V tomto bode budú horizont častíc a Hubbleova guľa úplne rovnaké s rovnakým reliktným žiarením na ich okraji. Okolo budú tie isté hviezdy a galaxie. Zaujímavé je, že to nie je v rozpore s expanziou vesmíru. Koniec koncov, nerozpína sa len vesmír, ale jeho samotný priestor. To, že v momente veľkého tresku Vesmír vznikol z jedného bodu, len hovorí, že vtedajšie nekonečne malé (prakticky nulové) veľkosti sa teraz zmenili na nepredstaviteľne veľké. V budúcnosti použijeme túto hypotézu, aby sme jasne pochopili rozsah pozorovateľného vesmíru.
Vizuálna reprezentácia
AT rôzne zdroje všetky druhy vizuálne modely umožňuje ľuďom uvedomiť si rozsah vesmíru. Nestačí nám však uvedomiť si, aký obrovský je vesmír. Je dôležité pochopiť, ako sa také pojmy ako Hubbleov horizont a horizont častíc v skutočnosti prejavujú. Aby sme to urobili, predstavme si náš model krok za krokom.
Zabudnime, že moderná veda nepozná „cudziu“ oblasť Vesmíru. Ak zahodíme verzie o multivesmíroch, fraktálnom vesmíre a jeho iných „odrodách“, predstavme si, že je jednoducho nekonečný. Ako už bolo uvedené, nie je to v rozpore s rozšírením jeho priestoru. Samozrejme, berieme do úvahy skutočnosť, že jeho Hubbleova guľa a guľa častíc sú 13,75 a 45,7 miliardy svetelných rokov.
Mierka vesmíru
Stlačte tlačidlo ŠTART a objavte nové, neznámy svet!
Na začiatok si skúsme uvedomiť, aké veľké sú Univerzálne váhy. Ak ste cestovali po našej planéte, viete si dobre predstaviť, aká veľká je pre nás Zem. Teraz si predstavte našu planétu ako zrnko pohánky, ktoré sa pohybuje na obežnej dráhe okolo vodného melónu-Slnka o veľkosti polovice futbalového ihriska. V tomto prípade bude obežná dráha Neptúna zodpovedať veľkosti Mestečko, oblasť - na Mesiac, oblasť hranice vplyvu Slnka - na Mars. Ukazuje sa, že naša slnečná sústava je na tom rovnako viac zeme o koľko viac je Mars pohánka! Ale toto je len začiatok.
Teraz si predstavte, že táto pohánka bude náš systém, ktorého veľkosť sa približne rovná jednému parseku. Potom bude mať Mliečna dráha veľkosť dvoch futbalových štadiónov. To nám však stačiť nebude. Mliečnu dráhu budeme musieť zmenšiť na centimetrovú veľkosť. Bude to akosi pripomínať kávovú penu zabalenú vo vírivke uprostred kávovo čierneho medzigalaktického priestoru. Dvadsať centimetrov od nej sa nachádza rovnaké špirálovité „dieťa“ – hmlovina Andromeda. Okolo nich bude roj malých galaxií v našej Miestnej hviezdokope. Zdanlivá veľkosť nášho vesmíru bude 9,2 kilometra. Dospeli sme k pochopeniu univerzálnych rozmerov.
Vo vnútri univerzálnej bubliny
Na pochopenie samotnej stupnice nám to však nestačí. Je dôležité uvedomiť si Vesmír v dynamike. Predstavme si seba ako obrov, pre ktorých je Mliečna dráha centimetrový priemer. Ako sme práve poznamenali, ocitneme sa vo vnútri gule s polomerom 4,57 a priemerom 9,24 kilometra. Predstavte si, že sme schopní vzlietnuť v tejto guli, cestovať a prekonať celé megaparseky za sekundu. Čo uvidíme, ak bude náš vesmír nekonečný?
Samozrejme, pred nami sa objaví nespočetné množstvo všemožných galaxií. Eliptické, špirálové, nepravidelné. Niektoré oblasti sa nimi budú hemžiť, iné budú prázdne. Hlavná prednosť bude, že vizuálne budú všetci nehybní, kým my budeme nehybní. Len čo však urobíme krok, samotné galaxie sa začnú pohybovať. Napríklad, ak sme schopní vidieť v centimetroch mliečna dráha mikroskopické slnečná sústava, môžeme sledovať jeho vývoj. Keď sa vzdialime od našej galaxie o 600 metrov, uvidíme protohviezdu Slnko a protoplanetárny disk v čase formovania. Keď sa k nemu priblížime, uvidíme, ako vyzerá Zem, rodí sa život a objavuje sa človek. Rovnakým spôsobom uvidíme, ako sa galaxie menia a pohybujú, keď sa od nich vzďaľujeme alebo približujeme.
Preto ako vo viac vzdialených galaxií budeme hľadieť, tým staršie budú pre nás. Najvzdialenejšie galaxie sa teda budú nachádzať ďalej ako 1300 metrov od nás a na prelome 1380 metrov už uvidíme reliktné žiarenie. Pravda, táto vzdialenosť bude pre nás pomyselná. Ako sa však dostávame bližšie k kozmické mikrovlnné pozadie, uvidíme zaujímavý obrázok. Prirodzene, budeme pozorovať, ako sa budú formovať a vyvíjať galaxie z počiatočného oblaku vodíka. Keď dosiahneme jednu z týchto vytvorených galaxií, pochopíme, že sme vôbec neprekonali 1,375 kilometra, ale všetkých 4,57.
Downscaling
V dôsledku toho sa ešte viac zväčšíme. Teraz môžeme umiestniť celé dutiny a steny do päste. Ocitneme sa teda v dosť malej bubline, z ktorej sa nedá dostať von. Nielenže sa vzdialenosť objektov na okraji bubliny zväčší, keď sa priblížia, ale samotný okraj sa bude pohybovať donekonečna. Toto je celý bod veľkosti pozorovateľného vesmíru.
Bez ohľadu na to, aký veľký je vesmír, pre pozorovateľa zostane vždy obmedzenou bublinou. Pozorovateľ bude vždy v strede tejto bubliny, v skutočnosti je jej stredom. Keď sa pozorovateľ pokúsi dostať k nejakému objektu na okraji bubliny, posunie jej stred. Keď sa priblížite k objektu, tento objekt sa bude stále viac a viac vzďaľovať od okraja bubliny a zároveň sa bude meniť. Napríklad z beztvarého vodíkového oblaku sa zmení na plnohodnotnú galaxiu alebo ďalej na galaktickú kopu. Okrem toho sa cesta k tomuto objektu bude zväčšovať, keď sa k nemu priblížite, pretože sa zmení aj samotný okolitý priestor. Keď sa k tomuto objektu dostaneme, presunieme ho iba z okraja bubliny do jej stredu. Na okraji vesmíru bude blikať aj reliktné žiarenie.
Ak predpokladáme, že vesmír sa bude ďalej rozširovať zrýchleným tempom, potom, keď je v strede bubliny a navíja sa na miliardy, bilióny a ešte vyššie rády rokov dopredu, všimneme si ešte zaujímavejší obraz. Aj keď sa naša bublina tiež zväčší, jej mutujúce zložky sa od nás budú vzďaľovať ešte rýchlejšie a opustia okraj tejto bubliny, až kým sa každá častica Vesmíru nebude blúdiť vo svojej osamelej bubline bez schopnosti interakcie s inými časticami.
Moderná veda teda nemá informácie o tom, aké sú skutočné rozmery vesmíru a či má hranice. S istotou však vieme, že pozorovateľný vesmír má viditeľnú a skutočnú hranicu, ktorá sa nazýva Hubbleov polomer (13,75 miliardy svetelných rokov) a polomer častíc (45,7 miliardy svetelných rokov). Tieto hranice sú úplne závislé od polohy pozorovateľa v priestore a časom sa rozširujú. Ak sa polomer Hubbleovho teleskopu rozširuje striktne rýchlosťou svetla, potom sa expanzia horizontu častíc zrýchli. Otázka, či bude zrýchľovanie jeho časticového horizontu pokračovať a či sa zmení na kontrakciu, zostáva otvorená.
Ako vyzerá vesmír vo veľmi veľkých vzdialenostiach, v oblastiach neprístupných na pozorovanie? A existuje nejaký limit, ako ďaleko sa môžeme pozrieť? Náš kozmický horizont je definovaný vzdialenosťou od najvzdialenejších objektov, ktorých svetlo k nám dorazilo za 14 miliárd rokov od Veľkého tresku. V dôsledku zrýchleného rozpínania vesmíru sú tieto objekty už vzdialené 40 miliárd svetelných rokov. Zo vzdialenejších objektov sa k nám svetlo ešte nedostalo. Takže čo je tam za horizontom? Foto: SPL/VÝCHODNÉ NOVINKY
Jeden vesmír alebo veľa?
Ako vyzerá vesmír vo veľmi veľkých vzdialenostiach, v oblastiach neprístupných na pozorovanie? A existuje nejaký limit, ako ďaleko sa môžeme pozrieť? Náš kozmický horizont je definovaný vzdialenosťou od najvzdialenejších objektov, ktorých svetlo k nám dorazilo za 14 miliárd rokov od Veľkého tresku. V dôsledku zrýchleného rozpínania vesmíru sú tieto objekty už vzdialené 40 miliárd svetelných rokov. Zo vzdialenejších objektov sa k nám svetlo ešte nedostalo. Takže čo je tam za horizontom? Donedávna dávali fyzici na túto otázku veľmi jednoduchú odpoveď: všetko je tam rovnaké – tie isté galaxie, tie isté hviezdy. ale moderné výdobytky v kozmológii a fyzike elementárnych častíc umožnili revidovať tieto myšlienky. V novom obraze sveta sú vzdialené oblasti vesmíru nápadne odlišné od toho, čo vidíme okolo seba, a môžu sa dokonca riadiť odlišnými fyzikálnymi zákonmi.
Nové myšlienky sú založené na teórii kozmickej inflácie. Skúsme vysvetliť jeho podstatu. Začnime s prehľadštandardná kozmológia veľkého tresku, ktorá bola dominantnou teóriou až do objavenia inflácie.
Podľa teórie veľkého tresku vesmír začal kolosálnou katastrofou, ktorá vypukla asi pred 14 miliardami rokov. Veľký tresk sa v niektorých nestal určité miesto Vesmír, ale všade naraz. V tom čase neexistovali žiadne hviezdy, galaxie a dokonca ani atómy a vesmír bol naplnený veľmi horúcou hustou a rýchlo sa rozširujúcou zrazeninou hmoty a žiarenia. Ako rastie do veľkosti, ochladzuje sa. Asi tri minúty po veľkom tresku teplota klesla natoľko, že sa vytvorila atómové jadrá a po pol milióne rokov sa elektróny a jadrá spojili do elektricky neutrálne atómy a vesmír sa stal priehľadným pre svetlo. To nám dnes umožňuje zaregistrovať svetlo vyžarované ohnivou zrazeninou. Prichádza zo všetkých smerov na oblohe a nazýva sa žiarenie kozmického pozadia.
Spočiatku bola ohnivá zrazenina takmer dokonale homogénna. Stále však v ňom boli drobné nehomogenity: v niektorých oblastiach bola hustota o niečo vyššia ako v iných. Tieto nehomogenity rástli a svojou gravitáciou stiahli všetko dohromady. viac látky z okolitého vesmíru a za miliardy rokov sa zmenili na galaxie. A len celkom nedávno, podľa kozmických noriem, sme sa my ľudia objavili na scéne.
Existuje veľa pozorovacích dôkazov v prospech teórie veľkého tresku, takže niet pochýb o tom, že tento scenár je v zásade správny. V prvom rade vidíme, ako sa vzdialené galaxie od nás rozptyľujú veľmi vysokou rýchlosťou, čo naznačuje expanziu vesmíru. Teória veľkého tresku tiež vysvetľuje výskyt ľahkých prvkov vo vesmíre, ako je hélium a lítium. Ale najdôležitejším dôkazom, dalo by sa povedať, dymiacim sudom Veľkého tresku, je vesmír žiarenie pozadia- dosvit primárne ohnivá guľa, stále umožňuje jeho pozorovanie a skúmanie. Za jeho štúdiu boli udelené už dve Nobelove ceny.
Zdá sa teda, že máme veľmi úspešnú teóriu. Napriek tomu ponecháva nezodpovedané niektoré zaujímavé otázky o počiatočnom stave vesmíru bezprostredne po veľkom tresku. Prečo bol vesmír taký horúci? Prečo sa to rozšírilo? Prečo bola taká uniformná? A nakoniec, čo sa s ňou stalo pred Veľkým treskom?
Na všetky tieto otázky dáva odpoveď teória inflácie, ktorú pred 28 rokmi predložil Alan Guth.
vesmírna inflácia
Ústredným bodom tejto teórie je špeciálna forma hmoty nazývaná falošné vákuum. V bežnom zmysle slova je vákuum jednoducho absolútne prázdne miesto. Ale pre fyzikov, ktorí sa zaoberajú elementárnymi časticami, vákuum zďaleka nie je úplné nič, ale fyzikálny objekt s energiou a tlakom, ktorý môže byť v rôznych energetických stavoch. Fyzici nazývajú tieto stavy rôznymi vákuami a vlastnosti elementárnych častíc, ktoré v nich môžu existovať, závisia od ich charakteristík. Spojenie medzi časticami a vákuom je podobné ako spojenie zvukové vlny s látkou, prostredníctvom ktorej sú distribuované: v rôzne materiály rýchlosť zvuku nie je rovnaká. Žijeme vo vákuu s veľmi nízkou energiou a fyzici dlho verili, že energia nášho vákua je presne nulová. Nedávne pozorovania však ukázali, že má mierne nenulovú energiu (nazýva sa to temná energia).
Moderné teórie elementárnych častíc predpovedajú, že okrem nášho vákua existuje množstvo ďalších vysokoenergetických vákuov, ktoré sa nazývajú falošné. Spolu s veľmi vysokou energiou sa falošné vákuum vyznačuje veľkým podtlakom, ktorý sa nazýva napätie. Je to rovnaké, ako keď natiahnete kus gumy: existuje napätie, sila smerom dovnútra, ktorá spôsobuje stlačenie gumy.
Ale najpodivnejšou vlastnosťou falošného vákua je jeho odpudivá gravitácia. Podľa Einsteinovej všeobecnej teórie relativity sú gravitačné sily spôsobené nielen hmotnosťou (teda energiou), ale aj tlakom. Pozitívny tlak spôsobuje gravitačnú príťažlivosť, zatiaľ čo negatívny tlak vedie k odpudzovaniu. V prípade vákua odpudivý účinok tlaku prevyšuje príťažlivú silu spojenú s jeho energiou a súčet je odpudzovanie. A čím vyššia je energia vákua, tým je silnejšia.
Falošné vákuum je tiež nestabilné a zvyčajne sa veľmi rýchlo rozpadá a mení sa na nízkoenergetické vákuum. Prebytočná energia ide na tvorbu ohnivej zrazeniny elementárnych častíc. Tu je dôležité zdôrazniť, že s takým Alan Guth nevymyslel falošné vákuum zvláštne vlastnostišpeciálne pre jeho teóriu. Jeho existencia vyplýva z fyziky elementárnych častíc.
Guth jednoducho predpokladal, že na samom začiatku histórie vesmíru bol vesmír v stave falošného vákua. Prečo sa to tak stalo? Dobrá otázka a je toho ešte viac, ale k tejto problematike sa vrátime na konci článku. Medzitým predpokladajme, že podľa Gutha bol mladý vesmír naplnený falošným vákuum. V tomto prípade by ňou spôsobená odpudivá gravitácia viedla k veľmi rýchlo sa zrýchľujúcej expanzii Vesmíru. Pri tomto type expanzie, ktorú Guth nazval infláciou, existuje charakteristický čas zdvojnásobenie, počas ktorého sa veľkosť vesmíru zdvojnásobí. Je to podobné ako inflácia v ekonomike: ak je jej miera konštantná, ceny sa zdvojnásobia napríklad za 10 rokov. Kozmologická inflácia ide oveľa rýchlejšie, a to takou rýchlosťou, že v zlomku sekundy vytvorí malú oblasť menej ako atóm napučiava do veľkosti väčšej ako časť vesmíru, ktorá je dnes pozorovateľná.
Keďže falošné vákuum je nestabilné, nakoniec sa rozpadne a vytvorí ohnivú zrazeninu a tu sa inflácia končí. Rozpad falošného vákua hrá v tejto teórii úlohu Veľkého tresku. Od tohto momentu sa vesmír vyvíja podľa štandardnej kozmológie veľkého tresku.
Od špekulácií k teórii
Inflačná teória prirodzene vysvetľuje črty počiatočného stavu, ktorý sa predtým zdal taký záhadný. Vysoká teplota je spôsobená vysokou energiou falošného vákua. Rozpínanie je spôsobené odpudivou gravitáciou, ktorá spôsobuje rozšírenie falošného vákua a ohnivá guľa sa zotrvačnosťou ďalej rozpína. Vesmír je homogénny, pretože falošné vákuum má všade presne rovnakú hustotu energie (s výnimkou malých nehomogenít, ktoré sú spojené s kvantovými fluktuáciami vo falošnom vákuu).
Keď bola teória inflácie prvýkrát zverejnená, bola prijatá len ako špekulatívna hypotéza. Ale teraz, o 28 rokov neskôr, získala pôsobivé pozorovacie dôkazy, z ktorých väčšina je spôsobená žiarením kozmického pozadia. Satelit WMAP vytvoril mapu intenzity žiarenia pre celú oblohu a zistil, že škvrnitý obrazec na ňom viditeľný je v dokonalom súlade s teóriou.
Existuje ďalšia predpoveď inflácie, ktorá hovorí, že vesmír by mal byť takmer plochý. Podľa Einsteinovej všeobecnej teórie relativity môže byť priestor zakrivený, ale teória inflácie predpovedá, že oblasť vesmíru, ktorú pozorujeme, by mala byť opísaná s vysokou presnosťou plochou, euklidovskou geometriou. Predstavte si zakrivený povrch gule.
Teraz mentálne zväčšite tento povrch obrovský počet krát. Presne to sa stalo s vesmírom počas inflácie. Vidíme len malú časť tejto obrovskej gule. A zdá sa, že je plochá rovnako ako Zem, keď sa pozrieme na jej malú oblasť. To, že geometria vesmíru je plochá, bolo overené meraním uhlov gigantického trojuholníka takmer veľkosti kozmického horizontu. Ich súčet bol 180 stupňov, ako by to malo byť pri plochej, euklidovskej geometrii.
Teraz, keď údaje získané v oblasti vesmíru, ktorú pozorujeme, potvrdili teóriu inflácie, môžeme do určitej miery dôverovať tomu, čo nám hovorí o regiónoch, ktoré sú neprístupné pozorovaniu. To nás privádza späť k otázke, s ktorou sme začali: čo leží za naším kozmickým horizontom?
Svet nekonečných doppelgangerov
Odpoveď, ktorú dáva teória, je dosť neočakávaná: hoci inflácia v našej časti kozmu skončila, vo vesmíre ako celku pokračuje. Tu a tam sa v jeho hrúbke stanú " veľké tresky“, v ktorom sa falošné vákuum rozpadne a vznikne oblasť priestoru podobná tej našej. Inflácia však nikdy neskončí úplne, v celom vesmíre. Faktom je, že rozpad vákua je pravdepodobnostný proces a v rôznych oblastiach stáva sa to v rôznych časoch. Ukazuje sa, že Veľký tresk nebol v našej minulosti ojedinelou udalosťou. Mnoho „výbuchov“ sa stalo už predtým a nespočetné množstvo ďalších sa stane v budúcnosti. Tento nikdy nekončiaci proces sa nazýva večná inflácia.
Môžete si skúsiť predstaviť, ako by vyzeral nafúknutý vesmír, keby ste sa naň pozreli zboku. Priestor by bol naplnený falošným vákuom a veľmi rýchlo by sa rozpínal vo všetkých smeroch. Kolaps falošného vákua je podobný varu vody. Tu a tam spontánne vznikajú bublinky nízkoenergetického vákua. Hneď ako sa narodia, bubliny sa začnú rozširovať rýchlosťou svetla. Ale veľmi zriedka sa zrazia, pretože priestor medzi nimi sa rozširuje ešte rýchlejšie a vytvára priestor pre ďalšie a ďalšie bubliny. V jednom z nich bývame a vidíme z neho len malú časť.
Bohužiaľ, cestovanie do iných bublín nie je možné. Ani keď vylezieme do vesmírnej lode a pohybujeme sa takmer rýchlosťou svetla, nedokážeme držať krok s rozširujúcimi sa hranicami našej bubliny. Sme teda jej väzňami. Z praktického hľadiska je každá bublina sebestačným samostatným vesmírom, ktorý nemá žiadne spojenie s inými bublinami. V priebehu večnej inflácie sa generuje nekonečné množstvo takýchto bublinových vesmírov.
Ale ak sa nemôžete dostať do iných bublinových vesmírov, ako si môžete byť istí, že skutočne existujú? Jednou z pôsobivých funkcií je sledovanie kolízií bublín. Ak by do našej zasiahla ďalšia bublina, malo by to citeľný vplyv na pozorované žiarenie kozmického pozadia. Problém je však v tom, že zrážky bublín sú veľmi zriedkavé a nie je isté, či sa takáto udalosť v našom horizonte stala.
Z tohto obrazu sveta vyplýva prekvapivý záver: keďže počet bublinových vesmírov je nekonečný a každý z nich sa neobmedzene rozširuje, budú obsahovať nekonečné množstvo oblastí veľkosti nášho horizontu. Každá takáto oblasť bude mať svoju históriu. „História“ sa vzťahuje na všetko, čo sa stalo, až po tie najmenšie udalosti, ako je zrážka dvoch atómov. Kľúčový moment je, že počet rôznych príbehov, ktoré sa môžu odohrať, je konečný. Ako je to možné? Napríklad môžem posunúť stoličku o jeden centimeter, o pol centimetra, o štvrtinu atď.: Zdá sa, že už existuje neobmedzený počet príbehov, pretože stoličku môžem posúvať nekonečným množstvom rôznych spôsobov, len Mám rád. Avšak vzhľadom na kvantová neistota príbehy, ktoré sú príliš blízko seba, sa v zásade nedajú rozlíšiť. teda kvantová mechanika nám hovorí, že počet rôznych histórií je konečný. Od Veľkého tresku je pre oblasť, ktorú pozorujeme, asi 10 zvýšených na 10 150. Je to nepredstaviteľné veľké číslo, ale je dôležité zdôrazniť, že nie je nekonečný.
Obmedzený počet príbehov sa teda odvíja v nekonečnom množstve oblastí. Nevyhnutným záverom je, že každý príbeh sa opakuje nekonečne veľakrát. Predovšetkým je tu nekonečné množstvo krajín s rovnakými príbehmi ako tá naša. To znamená, že túto frázu čítajú desiatky vašich záberov. Musia existovať aj oblasti, ktorých história sa nejakým spôsobom líši, uvedomujúc si všetko možné variácie. Existujú napríklad oblasti, v ktorých sa zmenilo iba meno vášho psa, a v iných oblastiach stále chodia dinosaury po Zemi. Aj keď, samozrejme, vo väčšine oblastí nie je nič ako naša Zem: napokon, existuje oveľa viac spôsobov, ako sa odlíšiť od nášho kozmu, než byť ako on. Tento obraz sa môže zdať trochu depresívny, ale je veľmi ťažké sa mu vyhnúť, ak sa prijme teória inflácie.
Bubliny multivesmíru
Doteraz sme predpokladali, že iné bublinové vesmíry sú si podobné fyzikálne vlastnosti. Ale nemusí to tak byť. Vlastnosti nášho sveta sú určené množinou čísel nazývaných základné konštanty. Medzi nimi je Newtonova gravitačná konštanta, hmotnosti elementárnych častíc, ich elektrické náboje a podobne. Celkovo existuje asi 30 takýchto konštánt a vzniká úplne prirodzená otázka: prečo majú práve tie hodnoty, aké majú? Dlho fyzici snívali o tom, že jedného dňa budú schopní odvodiť hodnoty konštánt z nejakej základnej teórie. Na tejto ceste sa však nedosiahol žiadny významný pokrok.
Ak si zapíšete hodnoty známych základných konštánt na kúsok papiera, budú sa zdať úplne náhodné. Niektoré z nich sú veľmi malé, iné veľké a za touto sadou čísel nie je viditeľné poradie. Napriek tomu si v nich všimli systém, hoci trochu iného druhu, než aký fyzici dúfali nájsť. Zdá sa, že hodnoty konštánt sú starostlivo „vybrané“, aby zabezpečili našu existenciu. Toto pozorovanie sa nazýva antropický princíp. Konštanty sa zdajú byť Stvoriteľom špeciálne vyladené, aby vytvoril vesmír vhodný pre život – presne o tom nám hovoria zástancovia doktríny inteligentného dizajnu.
Ale je tu ešte jedna možnosť, ktorá vytvára úplne iný obraz Stvoriteľa: náhodne generuje mnoho vesmírov a čisto náhodou sa niektoré z nich ukážu ako vhodné pre život. Inteligentní pozorovatelia v takýchto vzácnych vesmíroch objavujú úžasné jemné ladenie konštánt. Na tomto obrázku sveta, ktorý sa volá Multivesmír, je väčšina bublín neplodná, no nie je v nich nikto, kto by sa na to mohol sťažovať.
Ako však otestovať koncept Multivesmíru? Priame pozorovania nič neprinesú, pretože nemôžeme cestovať do iných bublín. Je však možné, ako pri vyšetrovaní trestného činu, nájsť nepriame dôkazy. Ak sa konštanty menia z jedného vesmíru do druhého, nemôžeme presne predpovedať ich hodnoty, ale môžeme robiť pravdepodobnostné predpovede. Niekto by sa mohol opýtať: aké hodnoty nájde priemerný pozorovateľ? Je to analogické pokusu predpovedať výšku prvého človeka, ktorého stretnete na ulici. Je nepravdepodobné, že sa stane obrom alebo trpaslíkom, takže ak predpovedáme, že jeho výška bude niekde okolo priemeru, spravidla sa nebudeme mýliť. Podobne, so základnými konštantami: nie je dôvod si myslieť, že ich hodnoty v našom priestore vesmíru sú veľmi veľké alebo malé, inými slovami, výrazne sa líšia od tých, ktoré nameria väčšina pozorovateľov vo vesmíre. Predpoklad našej neexkluzivity je dôležitá myšlienka; Nazval som to princíp priemernosti.
Tento prístup bol aplikovaný na takzvanú kozmologickú konštantu, ktorá charakterizuje hustotu energie nášho vákua. Hodnota tejto konštanty získaná z astronomické pozorovania, sa ukázalo byť v dobrej zhode s predpoveďami založenými na koncepte Multivesmíru. Toto bol prvý dôkaz existencie skutočne kolosálneho večne sa nafukovajúceho vesmíru za horizontom. Tento dôkaz je, samozrejme, nepriamy, ako by mohol byť. Ale ak sa nám pošťastí vyrobiť ešte niekoľko dobré predpovede, potom možno nový obraz sveta uznať za preukázaný bez akýchkoľvek pochybností.
Čo sa stalo pred veľkým treskom?
Mal vesmír začiatok? Opísali sme nekonečne sa rozširujúci vesmír, ktorý spôsobuje vznik ďalších a ďalších „veľkých treskov“, ale chceli by sme vedieť, či bol vesmír taký vždy? Mnoho ľudí považuje túto možnosť za veľmi atraktívnu, pretože niektoré eliminuje ťažké otázky spojené so začiatkom vesmíru. Keď už vesmír existuje, jeho vývoj je popísaný fyzikálnymi zákonmi. Ako však opísať jeho začiatok? Čo spôsobilo, že sa vesmír objavil? A kto jej dal počiatočné podmienky? Bolo by veľmi vhodné povedať, že vesmír je vždy v stave večnej inflácie bez konca a začiatku.
Tento nápad však naráža na nečakanú prekážku. Arvind Bord a Alan Guth dokázali teorém, ktorý hovorí, že hoci inflácia je večná v budúcnosti, nemôže byť večná v minulosti, čo znamená, že musí mať nejaký začiatok. A čokoľvek to bolo, môžeme sa pýtať: čo bolo predtým? Ukazuje sa, že jednou z hlavných otázok kozmológie - ako vznikol vesmír? nikdy nedostal uspokojivú odpoveď.
Jediný spôsob, ako vyriešiť tento problém nekonečnej regresie, ktorý bol doteraz navrhnutý, je ten, že vesmír mohol byť spontánne vytvorený z ničoho. Často sa hovorí, že nič nemôže vzniknúť z ničoho. Hmota má totiž pozitívnu energiu a zákon jej zachovania vyžaduje, aby v akomkoľvek počiatočnom stave bola energia rovnaká. Matematickým faktom však je, že uzavretý vesmír má nulovú energiu. V Einsteinovej všeobecnej teórii relativity môže byť priestor zakrivený a uzavretý do seba ako povrch gule. Ak sa v takomto uzavretom vesmíre pohybujete stále jedným smerom, tak sa nakoniec vrátite tam, kde ste začali, rovnako ako sa vraciate do východiskového bodu po obídení Zeme. Energia hmoty je pozitívna, ale energia gravitácie je negatívna a možno dôsledne dokázať, že v uzavretom vesmíre sa ich príspevky presne rušia, takže celková energia uzavretého vesmíru je nulová. Ďalšou zachovanou veličinou je elektrický náboj. A aj tu sa ukazuje, že celkový náboj uzavretého vesmíru musí byť nulový.
Ak sú všetky zachované veličiny v uzavretom vesmíre rovné nule, nič mu nebráni v tom, aby sa spontánne objavil z ničoho. V kvantovej mechanike každý proces, ktorý nie je zakázaný prísne zákony zachovania, s určitou pravdepodobnosťou dôjde. To znamená, že uzavreté vesmíry by sa nemali javiť ako bubliny v pohári šampanského. Tieto novorodenecké vesmíry môžu mať rôznu veľkosť a môžu byť naplnené rôznymi typmi vákua. Analýza ukazuje, že najpravdepodobnejšie vesmíry majú minimálne počiatočné rozmery a najvyššiu energiu vákua. Akonáhle sa takýto vesmír objaví, okamžite sa začne rozpínať pod vplyvom vysokej energie vákua. Takto sa začína príbeh večnej inflácie.
Kozmológia svätého Augustína
Treba poznamenať, že analógia medzi vesmírmi vznikajúcimi z ničoho a bublinami šampanského nie je úplne presná. Bubliny sa rodia v kvapaline a vesmír nemá žiadny okolitý priestor. Narodený uzavretý vesmír - to je všetok dostupný priestor. Pred jeho objavením neexistuje žiadny priestor, rovnako ako neexistuje čas. Vo všeobecnej teórii relativity sú priestor a čas spojené do jednej entity nazývanej „priestor-čas“ a čas začína odpočítavanie až po objavení vesmíru.
Niečo podobné pred mnohými storočiami opísal svätý Augustín. Snažil sa pochopiť, čo Boh urobil predtým, ako stvoril nebo a zem. Augustín vyjadril svoje myšlienky o tomto probléme v úžasná kniha„Vyznanie“. Záver, ku ktorému nakoniec dospel, je, že Boh musel stvoriť čas spolu s vesmírom. Pred tým nebol čas, čo znamená, že je zbytočné pýtať sa, čo sa stalo predtým. To je veľmi podobné odpovedi, ktorú dáva moderná kozmológia.
Môžete sa opýtať: čo spôsobilo, že vesmír vznikol z ničoho? Prekvapivo nie je potrebný žiadny dôvod. Ak zoberiete rádioaktívny atóm, rozpadne sa a kvantová mechanika predpovedá pravdepodobnosť jeho rozpadu v určitom časovom intervale, povedzme za minútu. Ale ak sa spýtate, prečo sa atóm rozpadol v tomto konkrétnom okamihu a nie v inom, potom odpoveď bude, že nebol dôvod: tento proces je úplne náhodný. Podobne nie je potrebný žiadny dôvod na kvantové stvorenie vesmíru.
Fyzikálne zákony, ktoré opisujú kvantové zrodenie vesmíru, sú rovnaké ako tie, ktoré opisujú jeho následný vývoj. Zdá sa, že to naznačuje, že zákony v určitom zmysle existovali ešte pred vznikom vesmíru. Inými slovami, zákony sa nezdajú byť opismi vesmíru, ale majú určitú platónsku existenciu mimo vesmíru samotného. To ešte nevieme pochopiť.
 |
Alexander Vilenkin je riaditeľom Inštitútu kozmológie na Tufts University (Boston, Massachusetts). Zpromoval Charkovská univerzita v roku 1971, v roku 1976 emigroval zo ZSSR, v roku 1978 sa stal profesorom na Tufts University. Vilenkin je jedným z popredných moderných kozmológov, autorom konceptu večnej inflácie, ktorý sa objavil ako vývoj inflačná kozmológia Alan Guta, s ktorým napísal sériu vedeckých prác. Medzi Alexandrom Vilenkinom a Stephenom Hawkingom je známy spor o tom, ako presne nastal kvantový zrod vesmíru. Vilenkin je zástancom antropického princípu, podľa ktorého existuje veľa vesmírov a len málo z nich je vhodných pre život inteligentných obyvateľov. Navyše, Vilenkin verí, že netriviálne predpovede možno získať z antropického princípu, čo umožňuje potvrdiť existenciu vesmírov neprístupných pozorovaniu. Búrlivé diskusie vyvolala populárno-náučná kniha Alexandra Vilenkina „Svet mnohých svetov: Hľadanie iných vesmírov“, vydaná dňa anglický jazyk. Tento rok vychádza v ruštine.
