Сколько просуществует Вселенная

Как умрёт Вселенная

Вселенная — глобальный объект, который включает в себя время, космос и всё его содержимое: галактики, звёзды, планеты, их луны, все прочие тела, всю материю, всю энергию. Этот огромный и замечательный объект когда-то зародился. Как у всего хорошего, у Вселенной тоже есть свой конец. С прошлым и зарождением Вселенной учёные вроде как определились. А вот предсказания о конце Вселенной остаются набором теорий, которые выдают разный результат в зависимости от принимаемых значений нескольких постоянных.

Рождение и жизнь

Доминирующей теорией зарождения Вселенной в современной науке является Большой взрыв. Если экстраполировать видимое расширение Вселенной, 13,799 ± 0,021 миллиарда лет назад всё вещество находилось в одной точке нулевого размера с бесконечной плотностью и температурой. Затем началось расширение. Мало какие из последующих процессов находятся в пределах полного понимания современной физики.

За пикосекунды из кварк-глюонной плазмы зародились элементарные частицы. В дальнейшем из них образовались протоны и нейтроны, те в свою очередь дали ядра лёгких изотопов. Пока лишь ядра — до атомов веществу далеко.

Спустя 70 тысяч лет от начальной точки вещество начинает доминировать над излучением. Примерно с 380 тысяч лет после Большого взрыва электроны и ядра впервые образуют нейтральные атомы. Звёзд ещё не существует. Самые первые образуются с 550 миллионов лет после Большого взрыва. Звёзды собираются в галактики. Последних гравитационное взаимодействие формирует в скопления.

Согласно небулярной гипотезе, через ≈9 миллиардов лет после Большого взрыва (или ≈4,6 миллиардов лет назад) из одного газопылевого облака начало формироваться то, что позже станет Солнечной системой. Фрагмент облака сжался в шар по центру, окружающие его части тоже сжимались и вращались быстрее, формируя характерный диск. Из шара зажглась наша звезда, в холодных краях в сгущениях материи образовывались планеты.

В этом кратком описании нас интересует возможность предсказать, сколько Солнце ещё может просуществовать. Через 13,799 миллиардов лет после того, как всё началось, у нас есть голубая от океанов Земля, жизнь и бесплатная порнография по сетям передачи данных. Удобный нам порядок жизни будет существовать долго, но лишь по человеческим меркам.

Через 2,4 миллиарда лет от настоящего момента Млечный путь и Галактика Андромеды столкнутся. С Земли это наблюдать будет некому. Жизнь на нашей планете вымрет через примерно миллиард лет — Солнце будет давать слишком много тепла, и океаны просто испарятся. Сама звезда просуществует долго.


Жизненный цикл Солнца.

Через миллиарды лет Солнце уже будет красным гигантом, давно израсходовавшим свои запасы водородного топлива. Оно расширится в примерно 250 раз. Некоторые исследования показывают, что до схлапывания в белый карлик Солнце всё же захватит Землю, поскольку орбита планеты опустится ниже. Впрочем, это неважно — через 7,6 миллиардов лет, когда это произойдёт, на нашей планете уже не будет ничего живого. Солнце будет светить ещё миллиарды лет, но куда тусклее. В конце концов оно превратится в чёрного карлика. Ещё через миллиарды лет гравитация других звёзд отберёт оставшиеся планеты. Солнечная система прекратит существование.

В ближайшие сотни миллионов лет о гибели Земли беспокоиться не нужно — в этот период Солнечная система устойчива. Выгорание топлива ближайшей звезды через миллиарды лет невозможно назвать даже проблемами. У современного человечества есть настоящие задачи, которые грозят значительным ухудшением качества жизни. Их много: от перестающих работать антибиотиков из-за появления супербактерий до глобального изменения климата из-за выброса парниковых газов. Наконец, есть банальная опасность развязать термоядерную войну или уничтожить самих себя каким-либо ещё образом.

Возможно, наши потомки сдвинут орбиту Земли или вовсе переселятся с неё. Возможно, Земля переживёт этот процесс без лишней помощи. Но какие проблемы будут стоять перед постчеловечеством, которое покинет «колыбель цивилизации»? Что ожидает другие, внеземные формы жизни? Вопрос конечной судьбы Вселенной стоит на границе современной космологической науки.

Cжатие

Вселенная расширяется, галактики разбегаются друг от друга. Быть может, скорость расширения замедлится, дойдёт до нуля, а затем пойдёт в обратном направлении. Вселенная может начать сжиматься, постепенно схлопываясь в черные дыры. И эти чёрные дыры сольются в одну. Эта гипотеза носит название «Большое сжатие».

В законе Хаббла состояние расширения Вселенной определяется её плотностью. Если плотность ниже критической, то Вселенная продолжит увеличиваться в размерах и остывать. Если плотность Вселенной выше, то гравитационная сила постепенно остановит разбегание и направит его вспять. Вселенная будет сжиматься.

Коллапс будет отличаться от изначального расширения. Огромные скопления галактик сблизятся, затем начнут сливаться целые галактики. В какой-то момент звёзды подойдут друг к другу настолько близко, что дойдёт до частых столкновений. Звёзды не смогут рассеивать вырабатываемое тепло и начнут взрываться, оставляя горячий неоднородный газ. Из-за растущей температуры его атомы распадутся на элементарные частицы, которые будут поглощены срастающимися чёрными дырами. Гипотеза не указывает, каков будет финал.

Существует ещё одна гипотеза-продолжение — Большой отскок. Простая формулировка гласит, что Вселенная испытывает циклы Больших взрывов и Больших сжатий. Возможно, и эта Вселенная возникла в результате распада предыдущей. Это означает, что мы живём в одну из точек бесконечного цикла сжатий и взрывов. Впрочем, их нумерация не имеет смысла из-за прохождения точки сингулярности. Некоторые теории утверждают, что результатом Большого сжатия станет то же состояние, с которого всё началось. Произойдёт ещё один Большой Взрыв. Цикл будет бесконечно продолжаться.

Но последние экспериментальные наблюдения дальних сверхновых как объектов стандартной светимости и составление карты реликтового излучения показывают, что расширение не замедляется, а лишь ускоряется.

Расширение

Большой разрыв предполагает, что когда-то в будущем вся материя Вселенной, звезды и галактики, субатомные частицы, само пространство и время будут разорваны скоростью расширения. Сценарий этой смерти гласит, что за 60 миллионов лет до финала распадётся Млечный путь, за три месяца расстроится работа Солнечной системы. За полчаса до Большого разрыва разрушится Земля (или похожая планета), за одну наносекунду начнут разрушаться атомы. Согласно гипотезе, всё это произойдёт лишь через 22 миллиарда лет, уже после угасания Солнца в белый карлик.

Однако наиболее популярной теорией остаётся постоянное расширение и следующая из этого Тепловая смерть.

За миллиарды лет звёзды выгорят. Из их останков родятся белые карлики, нейтронные звёзды и чёрные дыры. Через 150 миллиардов лет от текущего момента при том же ускорении разбегания галактик все галактики за пределами Местной группы выйдут за космологический горизонт. События в Местной группе никак не смогут влиять на события в удалённых галактиках, и наоборот. При наблюдении удалённой галактики время будет замедляться, а затем просто остановится. Другими словами, через 150 миллиардов лет наблюдатель в Местной группе никогда не увидит событий в удалённых галактиках. Более не будут возможны ни полёты к ним, ни какие-либо формы связи.

Через 800 миллиардов лет светимость Местной группы заметно снизится. Стареющие звёзды будут выдавать всё меньше света, красные карлики будут вымирать в белые. Через 2 триллиона лет от текущего момента из-за красного смещения удалённые галактики будет невозможно как-либо обнаружить: даже длина волн их гамма-лучей будет выше, чем размер наблюдаемой вселенной.

Через 100 триллионов лет закончится формирование звёзд, в космосе будут тускло светить их остатки. После того, как потухнет последняя звезда, космос изредка будут озарять вспышки слияний двух белых карликов. Через 10 15 лет планеты либо упадут на остатки своих бывших звёзд, либо уйдут к другим телам. Похожим образом через 10 19 —10 20 лет объекты покинут галактики. Небольшая часть объектов упадёт в сверхмассивную чёрную дыру.

Дальнейшее развитие зависит от того, стабилен протон или нет. Некоторые эксперименты утверждают, что минимальный период полураспада протона составляет 10 34 лет. Если это действительно так, через 10 40 лет во Вселенной останутся почти лишь только лептоны и фотоны. Исчезнут остатки звёзд, останутся лишь чёрные дыры. Возможно, процесс гибели нуклонов займёт больше времени.

Через 10 100 лет от текущего момента чёрные дыры испарятся излучением Хокинга. Наконец, Вселенная будет почти полностью пуста. В ней будут летать фотоны, нейтрино, электроны и позитроны, изредка сталкиваясь.

Если протоны стабильны, то через 10 1500 холодным слиянием и квантовым туннелированием лёгкие ядра превратятся в атомы железа 56 Fe. Элементы тяжелее этого изотопа распадутся с излучением альфа-частиц. Через 10 10 26 лет квантовое туннелирование превратит большие объекты в чёрные дыры. Возможно, железные звёзды превратятся в нейтронные через 10 10 76 лет от настоящего момента.

Есть вероятность, через 10 10 10 56 лет квантовые флуктуации зародят новый Большой взрыв. Хотя в этом вакууме может зародиться даже разумное существо: приблизительная оценка времени зарождения Больцмановского мозга — раз в 10 10 50 лет.

Есть и другие, более экзотические гипотезы. К примеру, в 2010 году учёные предсказали, что через пять миллиардов лет время закончится. Это событие трудно будет увидеть или как-то предсказать, его обещают внезапным. Пространство может кончиться из-за схлапывания ложного вакуума в истинный, в более энергетически низкое состояние, что, возможно, повлечёт полное разрушение объектов Вселенной.

Все эти гипотезы разработаны для текущих реалий простого уравнения состояния для тёмной энергии. Как и следует из имени, о тёмной энергии известно мало. Если верна инфляционная модель Вселенной, то в первые моменты после Большого взрыва существовали другие формы тёмной энергии. Возможно, уравнение состояния поменяется. Изменятся выводы, которые можно сделать из него. Трудно предсказать, что мы узнаем о тёмной энергии, если она получила развитие лишь в конце прошлого века.

Но во всех случаях гибель Вселенной — очень далёкое по меркам человечества явление. Если рассматривать её с масштаба продолжительности жизни одного человека, это слишком глобальное событие, чтобы о нём беспокоиться.

Начало конца Вселенной: тайны темной энергии

Наша Вселенная расширяется с самого момента своего рождения около 14 миллиардов лет назад. И хотя может показаться, что со временем этот процесс должен замедлится, этого не происходит. Вселенная, вопреки нашим ожиданиям, расширяется со все возрастающей скоростью. Благодаря главенствующей в космологии теории Большого взрыва мы знаем, почему другие галактики удаляются от нас по мере того, как пространство продолжает расширяться. Этот феномен объясняет слабое свечение, наблюдаемое повсюду во Вселенной (свечение – это оставшееся тепло от рождения Вселенной, которое теперь остыло всего на несколько градусов выше абсолютного нуля). Словом, это удивительно мощное и элегантное объяснение того, как возникла наблюдаемая Вселенная. Но почему она расширяется все быстрее и быстрее? Концепция Большого взрыва, увы, не указывает на то, продолжит ли Вселенная расширяться и охлаждаться или же она в конечном итоге сократится до другой сверхгорячей сингулярности, тем самым, возможно, перезапустив весь цикл. Окончательная же судьба Вселенной, вероятно, зависит от свойств двух таинственных явлений – темной материи и темной энергии. Дальнейшее изучение того и другого может показать, как погибнет Вселенная.

Читайте также  Как назвать сову

Теория Большого взрыва гласит, что Вселенная возникла из одной невообразимо горячей и плотной точки под названием сингулярность более 13 миллиардов лет назад. Это произошло не в уже существующем пространстве. Скорее, это инициировало расширение — и охлаждение — самого пространства.

Как возникла Вселенная?

Итак, теория Большого взрыва объясняет создание самых легких элементов во Вселенной — водорода, гелия и лития — из которых «родились» все более тяжелые элементы в звездах и сверхновых. Продолжение Большого взрыва или космическая инфляция объясняет, почему Вселенная настолько однородна (равномерно составлена) и как галактики распределены в пространстве.

Интересно, что многие особенности современной Вселенной имеют смысл, только если пространство очень рано подверглось сверхбыстрому расширению. Теория инфляции гласит, что Вселенная резко расширилась за крошечную долю секунды после Большого взрыва, движимая фантастическими количествами энергии, содержащейся в самом пространстве. После этого периода Вселенная продолжала расширяться и охлаждаться, но гораздо более медленными темпами.

в большинстве моделей инфляции флуктуации в чрезвычайно малых масштабах раздуваются, превращаясь в макроскопические различия. Эти различия невероятно крошечные и чтобы описать с их помощью реальность, потребуется новая теория физики.

Выходит, инфляция растянула пространство так быстро, что оно стало чрезвычайно однородным. Но пространство неоднородно: небольшие колебания плотности материи, присутствовавшие в ранней Вселенной, значительно усилились во время инфляции. Эти флуктуации плотности в конечном итоге создали крупномасштабную структуру Вселенной.

Подробнее о том, что представляет собой эта удивительная структура, я рассказывала в этой статье, рекомендую к прочтению!

Большой взрыв и темная материя

Несмотря на то, что теория Большого взрыва является общепринятой среди большинства исследователей, она не указывает на то, будет продолжит ли Вселенная расширяться и охлаждаться или же она в конечном итоге сократится до сверхгорячей сингулярности, возможно, перезапустив весь цикл. Окончательная судьба Вселенной, вероятно, зависит от свойств двух таинственных явлений – темной материи и темной энергия. Именно дальнейшее изучение того и другого может показать, каким будет конец Вселенной.

Проблема заключается в том, что вся знакомая материя — Земля, остальная часть Солнечной системы, звезды, галактики и межзвездный газ — составляет лишь около одной шестой массы Вселенной. Но ученые могут видеть влияние остальной массы Вселенной – ее-то они и называют темной материей.

Присутствие этой таинственной субстанции в галактиках заставляет их вращаться быстрее, чем если бы там была только обычная материя. Высокие концентрации темной материи заметно искривляют свет, идущий издалека. Однако его природа остается загадкой.

Ранее исследователи составили самую подробную карту распределения темной материи во Вселенной на сегодняшний день.

Напомним, что темная материя, вероятно, состоит из элементарных частиц, созданных в результате Большого взрыва, но еще не обнаруженных на Земле. Одна из причин, по которой физики хотят построить более мощные ускорители частиц, заключается в поиске темной материи. Но еще более таинственной, чем темная материя, является сила, которая, как считается, ответственна за расширение Вселенной.

Еще больше увлекательных статей о последних научных открытиях в области астрономии и космологии, читайте на нашем канале в Google News.

Темная энергия

Наблюдения далеких сверхновых звезд показывают, что пространство пронизано энергией – той самой темной энергией, которая раздвигает объекты, подобно тому, как два положительных электрических заряда отталкиваются друг от друга. Эта таинственная субстанция, на долю которой приходится более 70% энергетического содержания Вселенной, может быть связана с той энергией, что породила Инфляцию.

И все же сегодня ученым практически ничего не известно о том, что такое темная энергия и как она воздействует на материю. Некоторые физики считают, что объяснение этого феномена может потребовать совершенно новых представлений о пространстве и времени.

Когда астрономы смотрят в телескоп, они смотрят назад во времени. Они видят галактику Андромеды, ближайшую к нам крупную галактику, не такой, какая она сегодня, а такой, какой она была более 2 миллионов лет назад, потому что именно столько времени потребовалось свету галактики, чтобы пройти через космос к Земле.

Галактика Андромеды – ближайшая Галактика Местной группы

Другие галактики находятся гораздо дальше в пространстве и времени. Космический телескоп Hubble способен видеть галактики, которым более 13 миллиардов лет и которые образовались вскоре после Большого взрыва. Были также проведены наблюдения реликтового излучения – слабого свечения, оставшегося после Большого взрыва, которое помогает ученым получить представление о том, какой была ранняя Вселенная, особенно до образования первых звезд.

Состав Вселенной и другие вопросы

Большинство исследователей полагают, что состав вселенной на удивление сложно определить, ведь помимо темной энергии, пространство также заполнено темной материей. (Обычная видимая материя составляет всего 5% Вселенной, в то время как темная материя и темная энергия составляют 26% и 69% соответственно). Другими словами, астрономы на самом деле не понимают, из чего состоит около 95% Вселенной.

Все потому, что понять и измерить темную материю и темную энергию больше чем сложно. Представьте, что вы бродите по темной комнате и время от времени прикасаетесь к слону, которого никогда не видели и отчаянно пытаетесь понять что это такое и как он выглядит. Исходя из этой аналогии, темная комната размером со Вселенную, и вместо того, чтобы прикасаться к слону, астрономы могут видеть только его воздействие на другие объекты.

Материя во Вселенной распределена не равномерно

Мы видим, что темная материя гравитационно взаимодействует с видимой материей и подозреваем, что она состоит из одной или нескольких неизвестных частиц. Темная энергия может быть пятой фундаментальной силой Вселенной. (Известны четыре: слабое взаимодействие, сильное взаимодействие, гравитация и электромагнетизм.)

Но точные свойства темной энергии и темной материи остаются загадкой, тем более что темная энергия, похоже, не более чем случайность. Некоторые физики, как пишет портал Astronomy.com, полагают, что темная энергия является причиной ускоренного расширения Вселенной и произошло около 5-6 миллиардов лет назад, с тех являясь доминирующей силой.

Самое простое объяснение темной энергии состоит в том, что это – внутренняя энергия самого пространства. Альберт Эйнштейн первоначально ввел такую концепцию, чтобы учесть плоскую вселенную, когда излагал теорию относительности (ОТО). Так называемая космологическая постоянная Эйнштейна – это сила отталкивания, которая противодействует силе притяжения гравитации, чтобы Вселенная не сжималась и не расширялась.

Сегодня никто не знает, будет ли Вселенная расширяться вечно или этот процесс когда-нибудь закончится

Но, в конце концов, Эйнштейн отказался от своей концепции после того, как Эдвин Хаббл наблюдал расширение Вселенной. Нобелевская премия по сверхновым в 1990-х годах возродила космологическую постоянную и в конечном итоге связала ее с темной энергией. И хотя астрономы не могут видеть темную материю напрямую, они могут определить ее местоположение по наблюдениям. Распределение темной материи (пурпурного цвета) в сверхскоплении Abell 901/902 показано на этой фотографии путем объединения изображения сверхскопления в видимом свете и карты области темной материи.

В заключении

И все же, для окончательного решения этой загадки ученым потребуется нечто большее, чем просто измерения. Лучшие физики-теоретики мира пытались разработать единую физическую теорию, которая полностью объясняет все аспекты Вселенной. Но до сих пор гравитация и квантовая физика не нашли точек соприкосновения, несмотря на то, что теоретики считают, что их объединение необходимо для любой теории, способной объяснить темную энергию. Исследователи также отмечают, что если вклад темной энергии будет расти по мере старения Вселенной, то со временем Вселенная будет расширяться все быстрее.

Другие галактики за пределами нашей Локальной группы — которые сольются в единую гигантскую галактику по прозвищу Милкомеда — в конечном итоге будут унесены на такие большие расстояния, что любые обитатели нашей Солнечной системы в далеком будущем не смогут их увидеть.

Местная Группа галактик, в которой находимся мы и наша соседка Галактика Андромеды

В настоящее время астрономы планируют создание новых космических и наземных телескопов, а также более мелкомасштабное оборудование и проведение исследований. С помощью новейших инструментов они планируют дальнейшее изучение фундаментальных загадок Вселенной. Такой огромной и непрерывно расширяющейся.

Новости, статьи и анонсы публикаций

Свободное общение и обсуждение материалов

Математику называют «царицей всех наук». Языком Вселенной. Ученые и инженеры часто говорят об элегантности математики, когда описывают физическую реальность,…

Недавно мы рассказывали об удивительном открытии исследователей из NASA о том, что им, возможно, удалось обнаружить параллельную вселенную, в которой время и…

Экономически жизнеспособные термоядерные реакторы могут начать вырабатывать электричество через несколько десятилетий, и политикам стоит начинать планировать…

Ученые рассказали, сколько еще просуществует Вселенная

Многие из нас задаются вопросами касательно того, сколько еще будет существовать Вселенная и какие процессы могут повлиять на ее жизнедеятельность.

Подпишись на Знай в Google News! Только самые яркие новости!

Недавно ученые обнаружили новые данные об этом вопросе.

Как стало известно, ученые университета Токио и Национальной астрономической обсерватории Японии совместными усилиями пришли к интересному заключению после того, как изучили более 10 млн галактик.

Для того, чтобы провести исследование они использовали телескоп, который был размещен на острове штата Гавайи.

Одинокая Алла Мазур «заблудилась» между двумя красавчиками: «Не удается за кого-то одного»

Солистка группы KAZKA Зарицкая сильно похудела на «Танцях з зірками»: скоро догонит Могилевскую

«Холостячка» Злата Огневич попыталась соблазнить мужчин глубоким декольте: «Как корову на рынке продают»

Одинокая Ирина Билык обнажила плечо и пообещала кое-что особенное: мужчинам приготовиться

Данные, которые исследователи получили с телескопа они сопоставили с правилами гравитации, поведением тёмной материи в космосе и Теорией большого взрыва.

Читайте также  Чем полезна соевая спаржа

На основе полученных данных исследователи пришли к занимательным выводам, которые отличаются от предыдущих наработок.

Как они добавили, Вселенная действительно расширяется за счёт тёмной материи, из которой и состоит на 95%, но скорость процессов в реальности намного медленнее, чем предполагалось прежде.

И хотя конец света и произойдёт из-за слишком большого разрастания Вселенной, произойдёт это только через 140 млрд лет. Согласно данным на сегодняшний день, возраст Вселенной составляет 14 млрд лет.

В свою очередь, один из исследователей Тиакэ Хикагэ, он и его команда планируют продолжить дальнейшее исследование других галактик, чтобы получить ещё более точные цифры и развёрнутый ответ на дату о прекращении существования Вселенной.

Будем ждать новых подробностей в этом деле.

Ученые понимали, что речь идёт о втором пришествии Иисуса, но до сих пор не могли установить дату, которую вычислил Ньютон.

Новые данные легли в основу книги «Исаак Ньютон: дары А**, которая переделала Вселенную». Её автор Флориан Фрейштетер утверждает, что Ньютон изучил огромное количество религиозных текстов и попытался построить хронологию событий, в том числе сделав несколько предсказаний.

Физик писал о конце света под псевдонимом Иегова Санктус Унус. В этих работах учёный говорил об исследовании библейских текстов. Он изучил Евангелие и пришёл к выводу о том, что Земля вскоре снова станет «Божьим царством» и «Перезагрузится».

«Для Ньютона новым началом должен стать 2060 год. Возможно, в это время должна произойти какая-то катастрофа, либо война, которая продлится четыре десятилетия и в конечном счёте приведёт к началу новой эры», — пишет автор книги Фрейштетер.

Напомним, множество ученых во все времена пытались разгадать одну из самых сложных загадок Вселенной, а именно то, когда же человечеству ожидать Апокалипсиса.

Подпишись на Знай в Google News! Только самые яркие новости!

Бесконечна ли вселенная? Почему мы никогда не увидим ее границ

Необязательно быть фанатом американского ситкома «Теория Большого взрыва», чтобы иметь об этом представление. Суть же вопроса заключается в том, что все должно было начаться с грандиозного взрыва, «Big Bang», Большого взрыва. И с этого самого момента космос начал расширяться. Но бесконечна ли вселенная? К сожалению, на этот вопрос ответа пока нет. Астроном Кэти Мак попыталась найти этому вопросу объяснение. Автор исследования решила описать границы космоса в различных сценариях. Но и она не смогла найти окончательный и однозначный ответ.

Бесконечна ли вселенная? Астроном Кэти Мак попыталась найти этому ответ. © Getty Images / ArtEvent ET / СЕБАСТЬЯН КАУЛИЦКИ / НАУЧНАЯ ФОТОБИБЛИОТЕКА / Tristar Media [M]

Бесконечна ли вселенная? Простого ответа на этот вопрос не существует

Вселенная, которую мы можем наблюдать с помощью различных технологических устройств, ограничена областью в пределах нашего горизонта частиц. Эти наблюдения описывают самые далекие места, которые мы можем видеть, учитывая границы скорости света. Свету нужно время, чтобы продвигаться вперед. Далекие объекты, которые мы наблюдаем, находятся практически в далеком прошлом. Следовательно, должно существовать расстояние, знаменующее начало времен. И чтобы достичь этой точки, потребуется весь возраст вселенной. Но бесконечна ли вселенная?

Горизонт частиц определяет точку, которая находится дальше всего от нас и которую мы можем наблюдать. Возраст вселенной составляет уже примерно 13,8 миллиарда лет. То есть, чтобы добраться до этой точки, нам придется пройти 13,8 миллиарда световых лет. Или нет? Идеальной для исследования была бы статическая вселенная. Но наша вселенная все время расширяется, то есть движется в разные стороны. По оценкам, ее размер составляет уже 45 миллиардов световых лет. У внешнего края вселенной должно находиться космическое фоновое излучение. В непосредственной близости от нас располагаются древние галактики. Они удалены от нас в радиусе примерно 30 миллиардов световых лет. Но свет, который мы там наблюдаем, пришел в движение задолго до этого.

Расстояния во вселенной можно измерить

В расширяющейся вселенной существует и нечто другое, кроме скорости света: скорость рецессии. Это является причиной того, что свет не может догнать предшествующий свет. То есть нет ничего быстрее света. Но при этом не возникает никакого противоречия с этим тезисом, когда объекты расходятся в расширяющемся пространстве. Галактики удаляются с малой скоростью примерно до 14 миллиардов световых лет. Расстояния во вселенной измеряются с помощью так называемого коэффициента красного смещения.

● Объекты в радиусе Хаббла имеют коэффициент 1,5.
● Сверхновые наблюдались до сих пор с коэффициентом 4.
● Самая далекая видимая галактика имеет коэффициент 11.
● Космическое фоновое излучение имеет коэффициент красного смещения 1100.

Расширение нашего горизонта нас приближает

Но как мы можем видеть столь далекие объекты? И бесконечна ли тогда вселенная? Когда мы воспринимаем свет из космоса, он уже давно покинул свой первоначальный источник. А тогда вселенная могла быть намного меньше. То есть ее можно представить себе в виде беговой дорожке, движущейся быстрее нас. Если же она замедлится, то мы сможем наверстать упущенное. Когда расширение вселенной замедляется, мы можем видеть объекты, которые находятся невероятно далеко. То есть свет догоняет эти объекты. Так что они тоже могут попасть в радиус Хаббла. Таким образом, наши горизонты расширяются.

В теории это звучит неплохо, но есть еще фактор темной энергии. И это есть причина того, почему расширение вселенной не замедляется. Вот почему за последние пять миллиардов лет космос расширялся еще быстрее. То есть технически радиус Хаббла становится еще больше. Но видимые до этого объекты вытягиваются наружу, за его пределы. И они становятся для нас невидимыми.

Мы можем наблюдать образы из прошлого

Зная, что наша вселенная расширяется, мы предполагаем, что в прошлом она была меньше. Но бесконечна ли вселенная на самом деле? Некоторые объекты раньше были ближе к нам, а теперь они так далеко, что мы, возможно, больше никогда не сможем их увидеть. В нашей вселенной еще много загадок, и некоторые из них трудно объяснить. Обычно удаленные объекты кажутся нам меньше. Но во вселенной все оказывается иначе. По крайней мере, вблизи радиуса Хаббла. Все, что находится позади него, кажется больше, хотя и находится дальше. Это удобно для астрономов, поскольку они могут более внимательно исследовать далекие галактики.

Такое визуальное поведение этих объектов связано с тем, что они удаляются от нас быстрее света. То есть излучаемый ими свет оказывается к нам даже ближе них самих. И их можно с полным основанием называть образами из прошлого. Чем дальше в прошлое простираются эти снимки, тем меньшей была вселенная в то время. Но на самом ли деле это можно считать ответом на вопрос бесконечности вселенной? Увы, ни один из этих тезисов Кэти Мак так и не дает нам информации в этом отношении.

Есть ли конец у Вселенной: теории, гипотезы и факты

Долгое время считалось, что космическое пространство заполнено обычной материей — звездами, планетами, астероидами, кометами и сильно разреженным межгалактическим газом. Однако, в таком случае, открытое в XX веке, ускоренное расширение противоречит закону гравитации, согласно которому тела притягиваются друг к другу. Гравитационные силы бы замедляли расширение Вселенной, но никак не ускоряли бы его.

Тогда возникла гипотеза, что Вселенная по большей части заполнена не обычной материей, а некой «темной энергией», которая обладает особыми свойствами. Считается что она имеет отрицательное давление. Однако, никто не знает, что это такое и как работает, но, согласно одной из теорий, 70% Вселенной состоит именно из этой темной энергии.

Несмотря на то, что о её наличии ведутся споры, некоторые теории конца Вселенной прямо или косвенно затрагивают идею существования такой материи.

Мы предлагаем для ознакомления как противоположные в этом вопросе, так и совсем не затрагивающие его научные теории, стремящиеся как можно рациональнее ответить на вопрос: имеет ли наша Вселенная конец или нет?

Вселенная не без конца, но будет расширяться

Согласно гипотезе, выдвинутой учеными Балтийского федерального университета имени Иммануила Канта, расположенного в Калининграде, у Вселенной есть границы, но при этом в ней отсутствует та самая темная энергия, о которой говорилось выше. Однако данная теория, хоть и «сдерживает» в определённых рамках весь космос, так и не даёт точного ответа как же выглядит конец Вселенной, при условии её продолжающегося расширения.

«Тот факт, что наша Вселенная расширяется, был открыт почти сто лет назад, но как именно это происходит, ученые осознали только в 90-х годах прошлого века, когда появились мощные телескопы (в том числе орбитальные) и началась эра точной космологии. В ходе наблюдений и анализа полученных данных выяснилось, что Вселенная не просто расширяется, но расширяется с ускорением, которое началось через три-четыре миллиарда лет после рождения Вселенной», — говорится в научном материале. Отечественные специалисты убеждены, что именно ускорение расширения и есть маркер, по которому можно понять наличие предела Вселенной.

Их гипотеза построена на том, что вместо темной энергии во Вселенной действует эффект, аналогичный эффекту Казимира, если представить, что у Вселенной есть конец, возможные границы в виде некоего подобия стенок. Вот на эти стенки и распространяется эффект.

Эффект Казимира — это взаимное притяжение проводящих незаряженных тел (например близко расположенных друг к другу пластин) под действием квантовых флуктуаций в вакууме. Грубо говоря, речь идет о колебаниях вакуума вследствие рождения и исчезновения в нем виртуальных частиц. Чем ближе находятся тела, тем активнее подавляется рождение частиц между ними. В результате давление между телами становится меньше, чем давление на них извне, где рождение фотонов ничем не ограничено. Так происходит притяжение.

Подобный эффект, как считают ученые из Калининграда, наблюдается и во Вселенной — между ее границами, с обратной стороны которых описанное давление частиц отсутствует. Давление же на границы с нашей стороны, то есть изнутри, и заставляет Вселенную расширяться с ускорением.

Мыльный пузырь, который может лопнуть

Довольно близкую к балтийским учёным концепцию предлагает их коллега из Калифорнийского университета – Андреас Альбрехт. Он также считает что конец у Вселенной существует, несмотря на её продолжающее расширение. Впрочем, Альбрехт относится к тому крылу учёных, склонных думать, что расширение в конечном итоге остановится. Кроме этого, в своих работах, он высказывает мнение о том, что достигнув максимума, конечная Вселенная будет немногим больше видимого нами сейчас пространства. В числовом эквиваленте это лишь 20% от нынешнего состояния. Да и от гипотетической тёмной энергии, зарубежный специалист в собственных умозаключениях не отказывается.

Читайте также  Символом чего считалась кошка в Египте

Для доступности своей теории он предлагает изобразить Вселенную как мыльный пузырь, который всегда имеет конечные размеры. Однако будучи учёным, Альбрехт не осмеливается называть где находится конец вселенной и что дальше за его границами, справедливо оперируя нехваткой данных.

Волновая теория конца вселенной

Обвинять Альбрехта в отсутствии данных сложно. Это объясняется таким свойством космоса, как реликтовое излучение, образовавшееся с самыми первыми атомами, согласно теории Большого Взрыва. Оно не даёт учёным изучать дальние галактики и их звёзды, являясь естественным барьером в их освоении и возможностью заглянуть за край конца Вселенной, если он конечно есть.

Но вместе с тем реликтовое излучение позволяет специалистам рассмотреть волновой спектр космоса. Исследования в этой области навели учёных на гипотезу о том, что если Вселенная действительно бесконечна, то в ней должны находится волны самых разнообразных длин. Тем не менее, за девять лет своей работы, аппарат WMAP, запущенный НАСА, как раз для исследования реликтового излучения, не обнаружил сколь-нибудь крупных волн. Выяснилось, что космическое пространство имеет узкий спектр волн, а значит, конец Вселенной существует.

Пока, правда, астрофизикам не удалось определить точную форму и границы Вселенной. Однако исследовать это могут помочь всё те же волны в космосе, а точнее их вибрации. Благодаря их различным типам, возникающим в пространстве, можно определить что находится в конце Вселенной, какой она формы и какие границы имеет. Остаётся только подождать, ведь подобные исследования зачастую длятся годами.

Откуда мы знаем возраст Вселенной?

Сейчас мы можем узнать возраст Вселенной буквально за секунду, спросив об этом Google. Однако ученые потратили столетия, прежде чем выяснили ответ: почти 14 миллиардов лет, а точнее 13,8 миллиардов лет. И новые исследования продолжают подтверждать это число. В конце декабря группа ученых, работающих на Атакамском космологическом телескопе в Чили, опубликовала свою последнюю оценку — 13,77 миллиардов лет, плюс-минус несколько десятков миллионов лет. Это хорошо совпадает с данными миссии «Планк», европейского спутника, который проводил аналогичные наблюдения в период с 2009 по 2013 год.

Точные наблюдения чилийского телескопа и космического зонда — результат размышлений людей на протяжении тысячелетий, откуда взялась Вселенная. В итоге мы, люди, с продолжительностью жизни менее века, получили представления о событиях, которые произошли за много лет до того, как наша планета — и даже атомы, которые составляют нашу планету — появились. Но как мы это сделали?

Новое время: Вселенная не вечна

Опустим античность, где в почти каждой культуре хватало мифов о «творении всего сущего». Так, греческие философы, такие как Платон и Аристотель, в IV-III веках до нашей эры считали, что планеты и звезды заключены в вечно вращающиеся небесные сферы. И на протяжении почти пары тысяч лет всех это устраивало.

Противоречие с наблюдениями обнаружил лишь в 1610 году астроном Иоганн Кеплер: если в вечной Вселенной находится бесконечное количество звезд, почему все эти звезды не заполнили Вселенную ослепляющим светом? Он рассуждал, что темное ночное небо предполагает ограниченный космос, в котором звезды в конечном итоге гаснут. Вот так из неверных рассуждений он получил, в общем-то, верные выводы.


Таким представлял себе космос астроном Петр Алиан в своей книге «Космография» 1539 года.

Противоречие между наблюдаемым ночным небом и бесконечной Вселенной стало известно как парадокс Ольбера, названный в честь Генриха Ольбера, астронома, который популяризировал его в 1826 году. И следующую здравую мысль об этом парадоксе выдвинул поэт Эдгар Аллан По. В своей прозе «Эврика» в 1848 году он рассуждал о том, что Вселенная не вечна. Был момент ее образования, и с тех пор прошло недостаточно времени, чтобы звезды полностью осветили небо.

1900-е: первые оценки возраста Вселенной

Следующий шаг в решении парадокса Ольбера сделал Альберт Эйнштейн с его новой теорией гравитации. Из нее следовало, что Вселенная, вероятно, увеличивается или уменьшается со временем. Как мы знаем, это действительно так, однако гениальный физик добавил в свои уравнения ложный фактор — космологическую постоянную — чтобы Вселенная не меняла размеры (что позволяет ей существовать вечно).

Между тем, более крупные телескопы 20-ого века позволили астрономам четко разглядеть другие галактики, что вызвало ожесточенные споры о том, смотрят ли они на далекие «островные Вселенные», или же на близлежащие звездные скопления внутри Млечного Пути. Острые глаза Эдвина Хаббла окончательно разрешили парадокс в конце 1920-х годов, когда он впервые измерил межгалактические расстояния. Астроном обнаружил, что галактики не только являются огромными и далекими объектами, но и улетают друг от друга.


2.5-метровый телескоп, который помог Хабблу совершить многие его астрономические открытия.

Итак, решено: Вселенная расширяется, и Хаббл зафиксировал скорость этого процесса на уровне 500 километров в секунду на мегапарсек, ошибившись на порядок. С физической точки зрения это скорость, с которой разлетаются две галактики, находящиеся на расстоянии в 1 мегапарсек (порядка 3.2 миллионов световых лет) друг от друга. Это постоянная величина, которая теперь носит его имя. И, раз астрономы поняли, что Вселенная расширяется — значит, у нее было начало, и можно вычислить, когда именно она образовалась. Работа Хаббла в 1929 году показала, что Вселенная расширяется таким образом, что ей должно быть около 2 миллиардов лет — ожидаемая ошибка опять же почти на порядок.

«Скорость расширения говорит вам, насколько быстро вы можете перемотать историю Вселенной, как на старой видеокассете», — говорит Дэниел Сколник, космолог из Университета Дьюка. «Если скорость перемотки быстрее, значит, фильм короче».

Но достаточно точно измерять расстояния до далеких галактик тогда не умели. Более точный метод появился в 1965 году, когда исследователи обнаружили слабые микроволны, пронизывающие весь космос. На тот момент космологи уже предсказали, что такой сигнал должен существовать, поскольку свет, излучаемый всего через несколько сотен тысяч лет после рождения Вселенной, должен был растянут в результате расширения пространства и стать более длинными микроволнами. Измеряя характеристики этого космического микроволнового фона, астрономы смогли сделать своего рода снимок молодой Вселенной, определив ее первоначальный размер и состав. Этот фон послужил уже неопровержимым доказательством того, что у космоса было начало.


Карта реликтового излучения — «фото» ранней Вселенной.

«Самое важное, что было достигнуто окончательным открытием [реликтового излучения] в 1965 году, так это заставить всех нас серьезно отнестись к идее о существовании ранней Вселенной» , — писал лауреат Нобелевской премии Стивен Вайнберг в своей книге 1977 года «Первые три минуты».

С 1990 годов по настоящее время: уточнение расчетов

Реликтовое излучение позволило космологам понять, насколько велика была Вселенная в ранний момент времени, что помогло им вычислить ее размер и скорость расширения. Оказалось, что она почти в десять раз медленнее, чем вычисленная Хабблом, и составляет около 70 километров в секунду на мегапарсек, что отодвигает момент «начала космоса» еще дальше во времени. В 1990-е годы возраст Вселенной оценивался от 7 до 20 миллиардов лет.

Кропотливые усилия нескольких команд были направлены на то, чтобы максимально точно выяснить скорость расширения Вселенной. Наблюдение за далекими галактиками с помощью космического телескопа Хаббла в 1993 году показало, что текущее значение одноименной постоянной составляет 71 километр в секунду на мегапарсек, что сузило возраст Вселенной до 9-14 миллиардов лет.

Затем, в 2003 году, космический аппарат WMAP создал карту реликтового излучения с мельчайшими деталями. На основании этих данных космологи подсчитали, что возраст Вселенной составляет от 13,5 до 13,9 миллиардов лет. Примерно десять лет спустя спутник «Планк» измерил реликтовое излучение еще более детально, получив постоянную Хаббла в 67,66 и возраст в 13,8 миллиарда лет. Новое независимое измерение реликтового излучения на чилийском телескопе дало сравнимые цифры, что еще больше укрепило уверенность космологов в том, что они точны в определении возраста Вселенной.


Один из способов измерения постоянной Хаббла: вычисляется параллакс (то есть видимое смещение звезды при движении Земли по орбите, что позволяет вычислить расстояние до нее), а по красному смещению — скорость удаления звезды от нас.

Не все так просто: есть космологический конфликт

По мере того, как измерения ранней и современной Вселенных стали более точными, они начали противоречить друг другу. В то время как исследования, основанные на картографировании микроволнового фона, предполагают, что постоянная Хаббла находится на уровне 60 километров в секунду на мегапарсек, измерения расстояний до соседних галактик (которые опираются на снимки очень ярких и практически одинаковых по всему космосу сверхновых) дают более высокие темпы расширения ближе к 70 километрам в секунду на мегапарсек.

Сколник участвовал в одном таком исследовании в 2019 году, а другое измерение, основанное на яркости различных галактик, на прошлой неделе пришло к аналогичному выводу (что современная Вселенная быстро расширяется). На первый взгляд более высокие темпы расширения, которые получают эти команды, могут означать, что Вселенная на самом деле примерно на миллиард лет моложе канонических 13,8 миллиардов лет, установленных зондом «Планк» и чилийским телескопом.

Также такое несоответствие может указывать на то, что в представлении космологов о реальности не хватает чего-то важного и неочевидного. Связь реликтового излучения с современной Вселенной ​​включает предположения о плохо изученных темных материи и энергии, которые, по-видимому, доминируют в нашей Вселенной, а тот факт, что измерения постоянной Хаббла «во времени» не совпадают, может указывать на то, что расчет истинного возраста Вселенная предполагает нечто большее, чем простую «перемотку» ленты.

«Я не уверен в теории, благодаря которой мы определяем возраст Вселенной», — говорит Сколник. «Я не говорю, что она неверна, но я не могу сказать, что она безупречна».

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: