Визначити радіус та вік всесвіту. Сфера хабла та горизонти всесвіту

Зазвичай, коли говорять про розміри Всесвіту, мають на увазі локальний фрагмент Всесвіту (Світобудови), який доступний нашому спостереженню.

Це так званий Всесвіт, що спостерігається – область простору, видима для нас із Землі.

А оскільки вік Всесвіту близько 13 800 000 000 років, то незалежно від того в якому напрямку дивимося, ми бачимо світло, яке досягло нас за 13,8 мільярда років.

Так що, виходячи з цього, логічно думати, що Всесвіт, що спостерігається, повинен бути 13,8 х 2 = 27 600 000 000 світлових років у поперечнику.

Але це не так! Тому що з часом космос розширюється. І ті далекі об'єкти, що випустили світло 13,8 млрд. років тому, за цей час відлетіли ще далі. Сьогодні вони вже більш ніж за 46,5 мільярдів світлових років від нас. Подвоївши це, отримуємо 93 мільярди світлових років.

Таким чином, реальний діаметр всесвіту, що спостерігається, становить 93 млрд. св. років.

Візуальне (у вигляді сфери) уявлення тривимірної структури Всесвіту, що спостерігається, видимої з нашої позиції (центр кола).

Білими лініямипозначені межі спостережуваного Всесвіту.
Плями світла- це скупчення скупчень галактик – суперкластери (supercluster) – найбільші відомі структури у космосі.
Масштабна лінійка:один розподіл зверху - 1 мільярд світлових років, знизу - 1 мільярд парсек.
Наш будинок (у центрі)тут позначений як Надскупчення Діви (Virgo Supercluster) - це система, що включає десятки тисяч галактик, у тому числі нашу власну - Чумацький Шлях (Milky Way).

Більш наочне уявлення про масштаби доступного для огляду Всесвіту дає таке зображення:

Схема розташування Землі у Всесвіті, що спостерігається, – серія з восьми карт.

зліва направо верхній ряд:Земля – Сонячна система – Найближчі зірки – Галактика Чумацький Шлях, нижній ряд:Місцева група галактик – Скупчення Діви – Місцеве Надскупчення – Оглядовий (спостерігається) Всесвіт.

Щоб краще відчути і усвідомити, про які колосальні, не порівняні з нашими земними уявленнями, масштаби йде мова, варто подивитися збільшене зображення цієї схемив медіа переглядачі .

А що можна сказати про весь Всесвіт? Розмір всього Всесвіту (Світобудови, Метавсесвіту), мабуть, набагато більше!

Але, ось який він цей Всесвіт і як влаштований, це поки що залишається для нас загадкою…

А як щодо центру Всесвіту? Спостережений Всесвіт має центр – це ми!Ми знаходимося в центрі Всесвіту, тому що спостерігається Всесвіт - це просто ділянка космосу, видима нам із Землі.

І подібно до того, як з високої вежіми бачимо круглу область із центром у самій вежі, також ми бачимо область космосу із центром від спостерігача. Насправді, якщо говорити точніше, кожен з нас - центр свого власного Всесвіту, що спостерігається.

Але це не означає, що ми знаходимося в центрі всього Всесвіту, як і вежа – аж ніяк не центр світу, а лише центр того шматочка світу, який з нього видно – до горизонту.

Те ж саме і зі спостережуваним Всесвітом.

Коли ми дивимося в небо, ми бачимо світло, яке 13,8 мільярда років летіло до нас із місць, які вже за 46,5 мільярди світлових років від нас.

Ми не бачимо те, що за цим горизонтом.

Кожен із нас хоча б раз задумувався, в якому величезному світіми живемо. Наша планета - це шалена кількість міст, сіл, доріг, лісів, річок. Більшість за своє життя не встигають побачити й половини. Уявити грандіозні масштаби планети складно, але завдання ще важче. Розміри Всесвіту - ось що, мабуть, не під силу уявити навіть найрозвиненішому розуму. Спробуємо розібратися, що думає з цього приводу сучасна наука.

Основне поняття

Всесвіт — це все, що нас оточує, про що ми знаємо та здогадуємось, що було, є і буде. Якщо знизити напруження романтизму, то цим поняттям визначається в науці все, що існує фізично, з урахуванням тимчасового аспекту та законів, що регулюють функціонування, взаємозв'язок усіх елементів тощо.

Звичайно, уявити собі реальні розміриВсесвіту досить важко. У науці це питання широко обговорюється і єдиної думки поки немає. У своїх припущеннях астрономи спираються на існуючі теоріїформування світу, яким ми його знаємо, а також отримані в результаті спостереження дані.

Метагалактика

Різні гіпотези визначають Всесвіт як безрозмірний чи невимовно величезний простір, про більшу частину якого ми мало що знаємо. Для внесення ясності та можливості обговорення області, доступної для вивчення, було запроваджено поняття Метагалактика. Цей термін означає частину Всесвіту, доступного для спостереження астрономічними методами. Завдяки вдосконаленню техніки та знань вона постійно збільшується. Метагалактика є частиною так званого Всесвіту, що спостерігається, — простору, в якому матерія за період свого існування встигла досягти. сучасного становища. Коли йдеться про розуміння того, які розміри Всесвіту, в більшості випадків говорять про Метагалактику. Сучасний рівеньрозвитку техніки дозволяє спостерігати об'єкти, розташовані на відстані до 15 млрд. світлових років від Землі. Час у визначенні цього параметра грає, очевидно, не меншу роль, ніж простір.

Вік та розміри

Згідно з деякими моделями Всесвіту, вона ніколи не з'являлася, а існує вічно. Проте головна сьогодні теорія Великого вибуху задає нашому світу «відправну точку». За уявленнями астрономів вік Всесвіту — приблизно 13,7 млрд років. Якщо переміститися назад у часі, можна повернутися до Великого вибуху. Незалежно від того, чи нескінченні розміри Всесвіту, її частина має межі, оскільки кінцева швидкість світла. До неї входять усі ті місця, які можуть впливати на земного спостерігача з часу Великого вибуху. Розміри спостережуваного Всесвіту збільшуються завдяки його постійному розширенню. за останнім оцінкам, вона займає простір у 93 мільярди світлових років.

Безліч

Подивимося, що є Всесвіт. Розміри космічного простору, Виражені в сухих цифрах, звичайно, вражають, але важкі для розуміння. Для багатьох буде простіше усвідомити масштаби навколишнього світу, якщо вони дізнаються, скільки систем, подібних до Сонячної, вміщується в ньому.

Наша зірка і навколишні планети лише крихітна частина Чумацького шляху. За даними астрономів, Галактика налічує приблизно 100 мільярдів зірок. У деяких із них вже виявлено екзопланети. Вражають не тільки розміри Всесвіту — вже простір, що займає її нікчемною частиною, Чумацьким Шляхом, вселяє повагу. Світла для того, щоб пройти нашу галактику, потрібно сто тисяч років!

Місцева група

Позагалактична астрономія, яка почала розвиватися після відкриттів Едвіна Хаббла, описує безліч структур, схожих на Чумацьким шляхом. Найближчими його сусідами є Туманність Андромеди і Велика і Мала Магелланови Хмари. Разом із ще кількома «супутниками» вони становлять місцеву групу галактик. Від сусіднього аналогічного формування її відокремлює приблизно 3 млн. світлових років. Навіть страшно уявити, скільки потрібно сучасному літаку часу, щоб подолати таку відстань!

Спостережені

Усі місцеві групи розділені великим простором. Метагалактика включає кілька мільярдів структур, аналогічних Чумацького шляху. Розміри Всесвіту справді вражають. Світловому променюдля подолання відстані від Чумацького шляху до Туманності Андромеди потрібно 2 млн. років.

Чим далі від нас розташована ділянка космосу, тим менше ми знаємо про його сучасний стан. Через кінцівку швидкості світла вчені можуть отримати інформацію лише про минуле таких об'єктів. З тих же причин, як уже було сказано, область Всесвіту, доступного для астрономічних досліджень, обмежена.

Інші світи

Однак це ще не все вражаюче уяви відомості, якими характеризується Всесвіт. Розміри космічного простору, мабуть, значно перевершують Метагалактику і частину, що спостерігається. Теорія інфляції вводить таке поняття, як мультисесвіт. Вона складається з безлічі світів, які, ймовірно, утворилися одночасно, не перетинаються один з одним і розвиваються незалежно. Сучасний рівень розвитку техніки не дає надії на пізнання таких сусідніх Всесвітів. Одна з причин — та сама кінцівка швидкості світла.

Швидкий розвиток науки про космос змінює наше уявлення про те, яких розмірів Всесвіт. Сучасний станастрономії, складові її теорії та викладення вчених важкі для розуміння непосвяченої людини. Однак, навіть поверхове вивчення питання показує, наскільки величезний світ, частиною якого ми є, і як мало про нього ми ще знаємо.

У запропонованій роботі на основі загальновизнаних даних наводиться пряме чисельне визначення видимого радіусуВсесвіту, який відрізняється від загальновизнаного. Відомі на сьогоднішній день інфляційні моделі Великого Вибуху пророкують різні значенняпочаткового розміру Всесвіту після завершення етапу інфляції:

«…період «роздування» … називається інфляційним періодом. За цей час розміри Всесвіту збільшилися в 10^50 разів, від мільярдної частки розміру протона до розмірів сірникової коробки» .

«Наприкінці інфляційного періоду наш Всесвіт набув розміру близько 1 см у діаметрі…» .

«Всесвіт розширився на 50 порядків – був меншим за протон, а став розміром з грейпфрут» .

«до закінчення інфляційного періоду всесвіт придбав розмір приблизно 1 см».

«Зародок Всесвіту виріс від нуля до розмірів м'ячика для гри в пінг-понг».

Сам процес інфляційного роздування триває найменшу частку секунди, після чого починається багатомільярдний у роках процес хаблівського розширення Всесвіту. До цього часу Всесвіт за наведеними нижче оцінками розширився від 10^8 до 10^30 метрів. Наразі прийнято, що після інфляційного розширення пройшло близько 10^17 секунд або 13,8 млрд. років.

Відповідно до стандартної моделі Великого Вибуху початковий радіус Всесвіту мав бути близько кількох сантиметрів, а подальше розширення було лінійним. Інфляція дозволяла усунути деякі проблеми, що виникають у стандартній моделі Великого Вибуху. Однак, перші інфляційні сценарії також не були позбавлені недоліків, що призвело до подальшого їх розвитку та появи нових інфляційних моделей, у яких на стадії інфляції Всесвіт розширився суттєво сильніше.

Наприклад, в наводиться величина розширення простору в 10 ступеня 10^5 - 10^12 разів, що практично означає розмір Всесвіту точно з тими ж числовими значеннями: 10 у ступені 10^5 – 10^12 см. Число 10^12 – це 10 у ступені трильйон. Найбільший розмірВсесвіту після завершення стадії інфляції з цього діапазону передбачає нова інфляційна теорія А. Лінде:

«Головна відмінність інфляційної теорії від старої космології стає очевидною, якщо порахувати розмір типової інфляційної галузі наприкінці інфляції. Навіть якщо початковий розмір інфляційного всесвіту був дуже малий (порядку планківської довжини lp~10^ 33 см), після 10^-35 секунд інфляції всесвіт досягає величезних розмірів– l~10^1`000`000`000`000 см”.

«Згідно з деякими моделями роздування, масштаб Всесвіту (в см) досягне 10 ступенем 10^12» .

Такий розкид розмірів Всесвіту, очевидно, повинен призвести до різних підсумкових параметрів Всесвіту.

Радіус спостережуваного Всесвіту

«Спостережуваний Всесвіт – поняття в космології Великого Вибуху, що описує частину Всесвіту, що є абсолютним минулим щодо спостерігача. З погляду простору це область, з якої матерія (зокрема, випромінювання, і, отже, будь-які сигнали) встигла б за час існування Всесвіту досягти нинішнього розташування (у разі людства – сучасної Землі), тобто бути спостережуваними ».

За наявними загальновизнаними даними вік всесвіту становить T=13,8 млрд. років. З цього випливає, як вважається, що до Землі повинні долітати фотони, народжені в момент виникнення Всесвіту. Інакше кажучи, будь-який фотон реліктового випромінювання провів шляху Т років. Однак, у зв'язку з розширенням Всесвіту також очевидно, що до Землі повинні долетіти і фотони, які випромінюються з меншої відстані, ніж Т світлових років. Справді, протягом цього часу Земля постійно віддалялася від джерела випромінювання. Тому фотони, що дійшли до Землі, маючи вік Т років, народжені на віддаленні від Землі, меншому, ніж Т світлових років.

Розрахунки показують, що в початковий моментчасу (після того, як були сформовані галактики) найвіддаленіший від Землі джерело, фотони від якого в даний час досягли Землі, знаходилося від Землі на відстані приблизно 5х10^9 св. років.

У обчислення ми виходили з наступних цілком прийнятних припущень. Основне припущення - це ухвалення за істину закону Хаббла.

Друге припущення - за весь час пост-інфляційного розширення Всесвіту стала Хаббла була не меншою за прийняту нині величину. Причому чим більше середня величинапостійної Хаббла, тим менше буде фактичний радіус Всесвіту, що спостерігається. Тому, у зв'язку з відкриттям прискореного розширення Всесвіту, отриманий результат слід вважати дещо завищеним, оскільки раніше постійна Хаббла, мабуть, була меншою. Тобто Землі досягли фотони від джерел, видалених дещо більш ніж на 5 млрд. світлових років.

Третє припущення – це приблизна сталість постійної Хаббла, її незалежність від часу. Це прийнятне, можна сказати, загальноприйняте припущення, оскільки це випливає з графіків розширення Всесвіту практично всіх авторитетних дослідників та теоретиків.

З наведених доказів має випливати, що в астрономічних спостереженняхнеможливо "побачити" галактики, видалені більш ніж на 5 млрд світлових років. Фотони від будь-якої галактики у віці, близькому до віку Всесвіту, що досягли Землі, були випущені, коли галактика перебувала не далі 5 млрд світлових років.

Далі з цього має випливати, що ніяке червоне зміщення не може відповідати віддаленості більш ніж на цю відстань і відомості про те, що виявлені галактика або квазар, видалені на 10-12 млрд. світлових років, викликають недовіру.

Власне, це досить очевидна обставина. Оскільки вік Всесвіту 14 млрд. років, будь-який фотон міг бути в дорозі не довше за цей час. Якщо фотон рухався до Землі з точки з віддаленістю 12-14 млрд. років, то зі швидкістю світла він пройшов би цю відстань і досяг Землі за час життя Всесвіту тільки у випадку, якби Земля не віддалялася. Але Земля віддалялася, причому з досить високою швидкістю, як показано на анімації, що додається до статті.

Анімацію та згадані вище розрахунки можна побачити в інтернеті за адресою URL: http://samlib.ru/p/putenihin_p_w/rw99.shtml

Оскільки Земля віддаляється від Зірки, фотон за час життя Всесвіту досягне лише точки, де Земля знаходилася в момент його випромінювань (блідий синій гурток) – на відстані 13,7 млрд світлових років. Це очевидно, оскільки за цей час у 13,7 млрд. років Земля відійде від цієї точки. Досягти Землі зможуть лише фотони, віддалені від неї на момент випромінювання лише на 5 млрд. світлових років (приблизно). Це відстань, мабуть, і слід вважати спостерігається кордоном Всесвіту.

Тим не менш, в космологічній літературі вказується радіус Всесвіту, що спостерігається, близький за величиною до її віку - близько 14 млрд. світлових років. Як показано у вище наведених розрахунках, за 13 з лишком мільярдів світлових років світло від таких галактик, мабуть, не могло досягти Землі. Тобто, виходить, спостерігати галактики на такому віддаленні від Землі навряд чи можливо.

Це означає, що космологічні методи обчислення відстаней до галактик, викликають певні сумніви. Більше того, очевидно, що за 14 млрд. років фотони від галактик, віддалених на 14 млрд. світлових років, досягти Землі могли лише у разі стаціонарного (не розширюваного) Всесвіту.

Очевидно, отриманий висновок про радіус видимого Всесвітуу 5 млрд. світлових років є черговим космологічним парадоксом, оскільки ставляться під сумнів безліч загальновизнаних теорій та висновків: загальна теорія відносності, закон Хаббла, теорія Великого вибуху.

Література

1. Великий вибух: Інфляційна модель, Студопедія, 2014, URL:
(дата звернення 11.12.2015)
2. Гусєв А., Як виник Всесвіт?, 2008, URL:
http://shkolazhizni.ru/archive/0/n-14628/ (дата звернення 11.12.2015)
3. Інфляційна стадіярозширення Всесвіту. Елементи, URL:
http://elementy.ru/trefil/21082?context=20444 (дата звернення 11.12.2015)
4. Казютинський В.В., Інфляційна космологія: теорія та наукова картинасвіту, URL: http://maxpark.com/community/5654/content/2561589 (дата звернення 11.12.2015)
5. Кокін А.В. Стандартна модельвсесвіту. Модель Великого вибуху, 2011, URL: http://www.avkokin.ru/documents/584 (дата звернення 11.12.2015)
6. Левін А., Всемогутня інфляція, «Популярна механіка» №7, 2012, URL:
http://www.sibai.ru/vsemogushhaya-inflyacziya.html (дата звернення 11.12.2015)
7. Левін А., Теорія інфлантонів, 2012, URL:
8. Лінде А.Д., Інфляція, квантова космологіяі антропний принцип, 2002, URL:
http://www.astronet.ru/db/msg/1181084 (дата звернення 11.12.2015)
9. Лінде А.Д., Багатоликий Всесвіт (презентація), 2007, URL:
http://elementy.ru/lib/430484 (дата звернення 11.12.2015)
http://www.myshared.ru/slide/380143/
10. Метагалактика, Вікіпедія, 2015, URL:
https://ua.wikipedia.org/wiki/Метагалактика (дата звернення 11.12.2015)
11. Модель інфляційного всесвіту, База документів Reftrend.ru, URL:
http://reftrend.ru/685191.html (дата звернення 11.12.2015)
12. Всесвіт, що роздувається, Фізична енциклопедія, URL:
http://dic.academic.ru/dic.nsf/enc_physics/4465/РОЗДУВАЮЧА (дата звернення 11.12.2015)
13. Еймос Дж., Виявлена гравітаційна хвиляВеликого вибуху, 2014, URL:
(дата звернення 11.12.2015)

Чи знаєте ви про те, що Всесвіт, який ми спостерігаємо, має досить певні межі? Ми звикли асоціювати Всесвіт із чимось нескінченним і незбагненним. Однак сучасна наука на питання про «нескінченність» Всесвіту пропонує зовсім іншу відповідь на таке «очевидне» питання.

Згідно сучасним уявленням, Розмір спостережуваного Всесвіту становить приблизно 45,7 мільярдів світлових років (або 14,6 гігапарсек). Але що означають ці цифри?

Перше питання, яке спадає на думку звичайній людині- Як Всесвіт взагалі не може бути нескінченним? Здавалося б, безперечним є те, що вмістилище всього сущого навколо нас не повинно мати меж. Якщо ці межі і існують, то що вони взагалі являють собою?

Припустимо, якийсь астронавт долетів до меж Всесвіту. Що він побачить перед собою? Твердий мур? Вогняний бар'єр? А що за нею – порожнеча? Інший Всесвіт? Але хіба порожнеча чи інший Всесвіт можуть означати, що ми на межі всесвіту? Адже це не означає, що там «нічого». Порожнеча та інший Всесвіт – це теж «щось». Адже Всесвіт – це те, що містить абсолютно все «щось».

Ми приходимо до абсолютної суперечності. Виходить, кордон Всесвіту має приховувати від нас щось, чого не повинно бути. Або кордон Всесвіту повинен відгороджувати «все» від «чогось», але це «щось» має бути також частиною «всього». Загалом повний абсурд. Тоді як вчені можуть заявляти про граничний розмір, масу і навіть вік нашого Всесвіту? Ці значення хоч і неймовірно великі, але все ж таки кінцеві. Наука сперечається із очевидним? Щоб розібратися з цим, давайте спершу простежимо, як люди прийшли до сучасного розуму Всесвіту.

Розширюючи межі

Людина з незапам'ятних часів цікавилася тим, що являє собою навколишній світ. Можна не наводити приклади про трьох китахта інші спроби стародавніх пояснити світобудову. Як правило, зрештою все зводилося до того, що основою всього сущого є земна твердь. Навіть у часи античності та середньовіччя, коли астрономи мали великі пізнання в закономірностях руху планет «нерухомою» небесній сфері, Земля залишалася центром Всесвіту.

Звичайно, ще в Стародавню Греціюіснували ті, хто вважав те, що Земля обертається довкола Сонця. Були ті, хто говорив про безліч світів та нескінченність Всесвіту. Але конструктивні обгрунтування цим теоріям виникли лише межі наукової революції.

У 16 столітті польський астроном Микола Коперник здійснив перший серйозний прорив у пізнанні Всесвіту. Він твердо довів, що Земля є лише однією із планет, що обертаються навколо Сонця. Така система значно спрощувала пояснення такого складного і заплутаного руху планет небесною сферою. У разі нерухомої Землі астрономам доводилося вигадувати всілякі хитромудрі теорії, що пояснюють таку поведінку планет. З іншого боку, якщо Землю прийняти рухомий, то пояснення настільки хитромудрим рухам приходить, само собою. Так у астрономії зміцнилася нова парадигмапід назвою «геліоцентризм».

Безліч Сонців

Однак навіть після цього астрономи продовжували обмежувати Всесвіт «сферою нерухомих зірок». Аж до 19 століття їм не вдавалося оцінити відстань до світил. Кілька століть астрономи безрезультатно намагалися виявити відхилення положення зірок щодо руху Землі орбітою (річні паралакси). Інструменти тих часів не дозволяли проводити такі точні виміри.

Нарешті, 1837 року російсько-німецький астроном Василь Струве виміряв паралакс. Це ознаменувало новий крок у розумінні масштабів космосу. Тепер вчені могли сміливо говорити про те, що зірки є далекими подобами Сонця. І наше світило відтепер не центр всього, а рівноправний «мешканець» безмежного зоряного скупчення.

Астрономи ще більше наблизилися до розуміння масштабів Всесвіту, адже відстані до зірок виявилися справді жахливими. Навіть розміри орбіт планет здавалися порівняно з цим чимось нікчемним. Далі треба було зрозуміти, яким чином зірки зосереджені у .

Безліч Чумацьких Шляхів

Відомий філософ Іммануїл Кант ще в 1755 передбачив основи сучасного розуміння великомасштабної структури Всесвіту. Він висунув гіпотезу про те, що Чумацький Шлях є величезним зоряним скупченням, що обертається. У свою чергу, багато туманностей, що спостерігаються, також є більш віддаленими «млечними шляхами» — галактиками. Незважаючи на це, аж до 20 століття астрономи дотримувалися того, що всі туманності є джерелами зіркоутворення та входять до складу Чумацького Шляху.

Ситуація змінилася, коли астрономи навчилися вимірювати відстані між галактиками з допомогою . Абсолютна світність зірок такого типу лежить у суворій залежності від періоду їхньої змінності. Порівнюючи їхню абсолютну світність з видимою, можна з високою точністю визначити відстань до них. Цей метод був розроблений на початку 20 століття Ейнаром Герцшрунгом та Харлоу Шелпі. Завдяки йому радянський астроном Ернст Епік у 1922 році визначив відстань до Андромеди, яка виявилася на порядок більше розміруЧумацького Шляху.

Едвін Хаббл продовжив починання Епіка. Вимірюючи яскравості цефеїд в інших галактиках, він виміряв відстань до них і зіставив його з червоним усуненням у їх спектрах. Так 1929 року він розробив свій знаменитий закон. Його робота остаточно спростувала думку, що зміцнилася, про те, що Чумацький Шлях є краєм Всесвіту. Тепер він був однією з багатьох галактик, які ще колись вважали його складовою. Гіпотеза Канта підтвердилася майже два століття після її розробки.

Надалі, відкритий Хабблом зв'язок відстані галактики від спостерігача щодо швидкості її віддалення від нього, дозволило скласти повноцінну картину великомасштабної структури Всесвіту. Виявилося, галактики були лише її нікчемною частиною. Вони зв'язувалися в скупчення, скупчення в скупчення. У свою чергу, надскупчення складаються в найбільші відомих структуру Всесвіті – нитки та стіни. Ці структури, сусідячи з величезними надпустотами () і становлять великомасштабну структурувідомою на Наразі, Всесвіту.

Очевидна нескінченність

Зі сказаного вище те, що за кілька століть наука поетапно перепорхнула від геоцентризму до сучасного розуміння Всесвіту. Однак це не дає відповіді, чому ми обмежуємо Всесвіт у наші дні. Адже досі йшлося лише про масштаби космосу, а не про саму його природу.

Першим, хто зважився довести нескінченність Всесвіту, був Ісаак Ньютон. Відкривши закон всесвітнього тяжіння, він думав, що будь простір звичайно, всі її тіла рано чи пізно зіллються в єдине ціле. До нього думка про нескінченність Всесвіту, якщо хтось і висловлював, то виключно у філософському ключі. Без жодних на те наукових обґрунтувань. Прикладом цього є Джордано Бруно. До речі, він подібно до Канта, на багато століть випередив науку. Він першим заявив про те, що зірки є далекими сонцямиі навколо них теж обертаються планети.

Здавалося б, сам факт нескінченності досить обґрунтований і очевидний, але переломні тенденції науки ХХ століття похитнули цю «істину».

Стаціонарний Всесвіт

Перший суттєвий крок на шляху до розробки сучасної моделі Всесвіту зробив Альберт Ейнштейн. Свою модель стаціонарного Всесвіту знаменитий фізик увів у 1917 році. Ця модель була заснована на загальної теоріївідносності, розробленої ним роком раніше. Згідно з його моделлю, Всесвіт є нескінченним у часі і кінцевим у просторі. Але, як зазначалося раніше, згідно з Ньютоном Всесвіт з кінцевим розміром повинен сколапсуватися. Для цього Ейнштейн увів космологічну постійну, яка компенсувала гравітаційне тяжіннядалеких об'єктів.

Як би це парадоксально не звучало, саму кінцівку Всесвіту Ейнштейн нічим не обмежував. На його думку, Всесвіт є замкнутою оболонкою гіперсфери. Аналогією служить поверхня традиційної тривимірної сфери, наприклад – глобуса чи Землі. Скільки б мандрівник не подорожував Землею, він ніколи не досягне її краю. Однак це зовсім не означає, що Земля нескінченна. Мандрівник просто повертатиметься до того місця, звідки почав свій шлях.

На поверхні гіперсфери

Так само космічний мандрівник, долаючи Всесвіт Ейнштейна на зорельоті, може повернутися назад на Землю. Тільки цього разу мандрівник рухатиметься не за двовимірною поверхнею сфери, а по тривимірній поверхні гіперсфери. Це означає, що Всесвіт має кінцевий об'єм, а значить і кінцеве числозірок та масу. Однак ні кордонів, ні якогось центру у Всесвіті не існує.

До таких висновків Ейнштейн дійшов, зв'язавши у своїй знаменитої теоріїпростір, час та гравітацію. До нього ці поняття вважалися відокремленими, чому і простір Всесвіту був суто евклідовим. Ейнштейн довів, що саме тяжіння є викривленням простору-часу. Це докорінно змінювало ранні уявлення про природу Всесвіту, що базується на класичній ньютонівській механіці та евклідовій геометрії.

Всесвіт, що розширюється.

Навіть сам першовідкривач нового Всесвіту» не був чужий помилок. Ейнштейн хоч і обмежив Всесвіт у просторі, він продовжував вважати її статичною. Згідно з його моделлю, Всесвіт був і залишається вічним, і його розмір завжди залишається незмінним. У 1922 році радянський фізикОлександр Фрідман суттєво доповнив цю модель. Згідно з його розрахунками, Всесвіт зовсім не статичний. Вона може розширюватись або стискатися з часом. Примітно те, що Фрідман прийшов до такої моделі, ґрунтуючись на тій самій теорії відносності. Він зумів коректніше застосувати цю теорію, минаючи космологічну постійну.

Альберт Ейнштейн не одразу прийняв таку «поправку». На допомогу цієї нової моделі прийшло згадане раніше відкриття Хаббла. Розбігання галактик безперечно доводило факт розширення Всесвіту. Так Ейнштейну довелося визнати свою помилку. Тепер Всесвіт мав певний вік, Що суворо залежить від постійної Хаббла, що характеризує швидкість її розширення.

Подальший розвиток космології

У міру того, як вчені намагалися вирішити це питання, було відкрито багато інших найважливіших складових Всесвіту та розроблено різні його моделі. Так 1948 року Георгій Гамов запровадив гіпотезу «про гарячого Всесвіту», яка згодом перетвориться на теорію великого вибуху. Відкриття 1965 року підтвердило його припущення. Тепер астрономи могли спостерігати світло, що дійшло з того моменту, коли Всесвіт став прозорим.

Темна матерія, передбачена в 1932 Фріцом Цвіккі, отримала своє підтвердження в 1975 році. Темна матерія фактично пояснює саме існування галактик, галактичних скупчень і самої Вселенської структури загалом. Так вчені дізналися, що більшість маси Всесвіту і зовсім невидима.

Нарешті, в 1998 році в ході дослідження відстані було відкрито, що Всесвіт розширюється з прискоренням. Цей черговий поворотний момент у науці породив сучасне розумінняпро природу Всесвіту. Введений Ейнштейном і спростований Фрідманом космологічний коефіцієнт знову знайшов своє місце у моделі Всесвіту. Наявність космологічного коефіцієнта (космологічної постійної) пояснює її прискорене розширення. Для пояснення наявності постійної космологічної було введено поняття – гіпотетичне поле, що містить більшу частинумаси Всесвіту.

Сучасне уявлення про розмір Всесвіту, що спостерігається.

Сучасна модель Всесвіту також називається ΛCDM-моделлю. Літера «Λ» означає присутність космологічної постійної, що пояснює прискорене розширення Всесвіту. «CDM» означає те, що Всесвіт заповнений холодною темною матерією. Останні дослідженнясвідчать, що постійна Хаббла становить близько 71 (км/с)/Мпк, що він відповідає віку Всесвіту 13,75 млрд. років. Знаючи вік Всесвіту, можна оцінити розмір його області, що спостерігається.

Відповідно до теорії відносності інформація про якийсь об'єкт не може досягти спостерігача зі швидкістю більшою, ніж швидкість світла (299792458 м/c). Виходить, спостерігач бачить не просто об'єкт, а його минуле. Чим далі знаходиться від нього об'єкт, тим у далеке минуле він дивиться. Наприклад, дивлячись на Місяць, бачимо такий, який він був трохи більше секунди тому, Сонце – понад вісім хвилин тому, найближчі зірки – роки, галактики – мільйони років тому й т.д. У стаціонарної моделіЕйнштейна Всесвіт не має обмеження за віком, а значить і її область також нічим не обмежена. Спостерігач, озброюючись дедалі досконалішими астрономічними приладами, спостерігатиме дедалі дальніші й древні об'єкти.

Іншу картину ми маємо з сучасною моделлюВсесвіту. Згідно з нею Всесвіт має вік, а значить і межу спостереження. Тобто з моменту народження Всесвіту жодний фотон не встиг би пройти відстань більшу, ніж 13,75 млрд світлових років. Виходить, можна заявити про те, що Всесвіт, що спостерігається, обмежений від спостерігача кулястою областю радіусом 13,75 млрд. світлових років. Однак це не зовсім так. Не варто забувати і про розширення простору Всесвіту. Поки фотон досягне спостерігача, об'єкт, який його випустив, буде від нас уже за 45,7 мільярдів св. років. Цей розмір є горизонтом частинок, він і є межею спостережуваного Всесвіту.

За горизонтом

Отже, розмір Всесвіту ділиться на два типи. Видимий розмір, що називається також радіусом Хаббла (13,75 млрд. світлових років). І реальний розмір, який називають горизонтом частинок (45,7 млрд. св. років). Важливо те, що обидва ці горизонти зовсім не характеризують реальний розмір Всесвіту. По-перше, вони залежать від становища спостерігача у просторі. По-друге, вони змінюються з часом. У випадку ΛCDM-моделі горизонт часток розширюється зі швидкістю більшою, ніж обрій Хаббла. Питання те, чи зміниться така тенденція надалі, сучасна наука відповіді не дає. Але якщо припустити, що Всесвіт продовжить розширюватися з прискоренням, всі ті об'єкти, які ми бачимо зараз рано чи пізно зникнуть з нашого «поля зору».

На даний момент найдальшим світлом, яке спостерігається астрономами, є реліктове випромінювання. Вдивляючись у нього, вчені бачать Всесвіт таким, яким він був через 380 тисяч років після Великого Вибуху. У цей момент Всесвіт охолонув настільки, що зміг випускати вільні фотони, які й уловлюють у наші дні за допомогою радіотелескопів. У ті часи у Всесвіті не було ні зірок, ні галактик, а лише суцільна хмара з водню, гелію та нікчемної кількості інших елементів. З неоднорідностей, що спостерігаються в цій хмарі, згодом сформуються галактичні скупчення. Виходить саме ті об'єкти, які сформуються з неоднорідностей реліктового випромінювання, розташовані найближче до горизонту частинок.

Справжні межі

Те, чи має Всесвіт справжні, не спостерігаються кордону, досі залишається предметом псевдонаукових здогадів. Так чи інакше, всі сходяться на нескінченності Всесвіту, але інтерпретують це нескінченність зовсім по-різному. Одні вважають Всесвіт багатовимірним, де наш «місцевий» тривимірний Всесвітє лише однією з її верств. Інші кажуть, що Всесвіт фрактальний – а це означає, що наш місцевий Всесвіт може виявитися часткою іншою. Не варто забувати і про різних моделяхМультивсесвіту з її закритими, відкритими, паралельними Всесвітами, червоточини. І ще багато-багато різних версійкількість яких обмежена лише людською фантазією.

Але якщо включити холодний реалізм або просто відсторонитися від усіх цих гіпотез, то можна припустити, що наш Всесвіт є нескінченним однорідним вмістилищем усіх зірок і галактик. Причому, в будь-якій дуже далекій точці, будь вона в мільярдах гігапарсек від нас, всі умови будуть такими самими. У цій точці будуть точно такими ж обрієм частинок і сфера Хаббла з таким же реліктовим випромінюванням біля їхньої кромки. Навколо будуть такі ж зірки та галактики. Що цікаво, це не суперечить розширенню Всесвіту. Адже розширюється не просто Всесвіт, а саме його простір. Те, що в момент великого вибуху Всесвіт виник з однієї точки говорить тільки про те, що нескінченно дрібні (практичні нульові) розміри, що були тоді, зараз перетворилися на неймовірно великі. Надалі користуватимемося саме цією гіпотезою для того, що наочно усвідомити масштаби спостережуваного Всесвіту.

Наочна вистава

У різних джерелахнаводяться різні наочні моделі, що дозволяють людям зрозуміти масштаби Всесвіту. Однак нам мало усвідомити, наскільки великий космос. Важливо уявляти, як виявляють такі поняття, як горизонт Хаббла і горизонт часток насправді. Для цього поетапно уявимо свою модель.

Забудемо про те, що сучасна наука не знає про «закордонну» область Всесвіту. Відкинувши версії про мультивсесвіт, фрактальний Всесвіт та інші її «різновиди», уявімо, що він просто нескінченний. Як зазначалося раніше, це суперечить розширенню її простору. Вочевидь, врахуємо те, що її сфера Хаббла і сфера частинок відповідно дорівнюють 13,75 і 45,7 млрд світлових років.

Масштаби Всесвіту

Натисніть кнопку СТАРТ та відкрийте для себе новий, незвіданий світ!
Спочатку спробуємо усвідомити, наскільки великі Всесвітні масштаби. Якщо ви подорожували нашою планетою, то цілком можете уявити, наскільки для нас велика Земля. Тепер представимо нашу планету як гречану крупицю, яка рухається орбітою навколо кавуна-Сонця розміром з половину футбольного поля. У такому разі орбіта Нептуна буде відповідати розміру невеликого міста, область - Місяці, область межі впливу Сонця - Марсу. Виходить, наша Сонячна Система настільки ж більше Землі, наскільки Марс більше гречаної крупи! Але це лише початок.

Тепер уявімо, що цією гречаною крупою буде наша система, розмір якої приблизно дорівнює одному парсеку. Тоді Чумацький Шлях буде розміром із два футбольні стадіони. Однак цього нам буде мало. Прийде і Чумацький Шлях зменшити до сантиметрового розміру. Вона чимось нагадуватиме загорнуту у вирі кавову пінку посеред кавово-чорного міжгалактичного простору. За двадцять сантиметрів від неї розташуватиметься така ж спіральна «крихта» — Туманність Андромеди. Навколо них буде рій малих галактик нашого Місцевого Скупчення. Видимий розмір нашого Всесвіту становитиме 9,2 кілометра. Ми підійшли до розуміння Всесвітніх розмірів.

Усередині всесвітнього міхура

Проте, нам мало зрозуміти сам масштаб. Важливо усвідомити Всесвіт динаміці. Уявімо себе гігантами, для яких Чумацький Шлях має сантиметровий діаметр. Як зазначалося щойно, ми опинимося всередині кулі радіусом 4,57 та діаметром 9,24 кілометрів. Уявимо, що ми здатні ширяти всередині цієї кулі, подорожувати, долаючи за секунду цілі мегапарсеки. Що ми побачимо в тому випадку, якщо наш Всесвіт буде нескінченним?

Зрозуміло, перед нами з'явиться безліч різноманітних галактик. Еліптичні, спіральні, іррегулярні. Деякі області будуть кишити ними, інші - порожні. Головна особливістьбуде в тому, що візуально всі вони будуть нерухомі, доки нерухомими будемо ми. Але варто нам зробити крок, як і самі галактики почнуть рухатися. Наприклад, якщо ми будемо здатні розглянути в сантиметровому Чумацького Шляхумікроскопічну Сонячну систему, То зможемо поспостерігати її розвиток. Віддалившись від нашої галактики на 600 метрів, ми побачимо протозірку Сонце та протопланетний диск у момент формування. Наближаючись до неї, ми побачимо, як з'являється Земля, зароджується життя і людина. Так само ми бачитимемо, як видозмінюються і переміщаються галактики у міру того, як ми будемо видалятися або наближатися до них.

Отже, ніж у більш далекі галактикими будемо вдивлятися, тим паче древніми вони будуть для нас. Так найдальші галактики будуть розташовані від нас далі 1300 метрів, а на рубежі 1380 метрів ми бачитимемо вже реліктове випромінювання. Щоправда, ця відстань для нас буде уявною. Однак, у міру того, як будемо наближатися до реліктовому випромінюванню, ми будемо бачити цікаву картину. Природно, ми спостерігатимемо те, як з початкової хмари водню утворюватимуться і розвиватимуться галактики. Коли ж ми досягнемо одну з цих галактик, що утворилися, то зрозуміємо, що подолали зовсім не 1,375 кілометрів, а всі 4,57.

Зменшуючи масштаби

Як результат ми ще більше збільшимося у розмірах. Тепер ми можемо розмістити в кулаку цілі увійди та стіни. Так ми опинимося в досить невеликому міхурі, з якого неможливо вибратися. Мало того, що відстань до об'єктів на краю міхура буде збільшуватися в міру їхнього наближення, так ще й сам край нескінченно зміщуватиметься. У цьому і полягає вся суть розміру Всесвіту, що спостерігається.

Який би Всесвіт не був великий, для спостерігача він завжди залишиться обмеженим міхуром. Спостерігач завжди буде у центрі цього міхура, фактично він і є його центром. Намагаючись дістатися до будь-якого об'єкта на краю міхура, спостерігач зміщуватиме його центр. У міру наближення до об'єкта, цей об'єкт все далі відходитиме від краю міхура і водночас видозмінюватиметься. Наприклад - від безформної водневої хмарки вона перетвориться на повноцінну галактику або далі галактичне скупчення. До того ж, шлях до цього об'єкта збільшуватиметься в міру наближення до нього, оскільки змінюватиметься сам навколишній простір. Діставшись цього об'єкта, ми лише змістимо його з краю міхура в його центр. На краю Всесвіту все також мерехтітиме реліктове випромінювання.

Якщо припустити, що Всесвіт і надалі розширюватиметься прискорено, то перебуваючи в центрі міхура і мотаючи час на мільярди, трильйони і навіть більше високі порядкироків наперед, ми помітимо ще цікавішу картину. Хоча наш міхур буде також збільшуватися в розмірах, його видозмінні складові будуть віддалятися від нас ще швидше, покидаючи край цього міхура, поки кожна частка Всесвіту не буде розрізнено блукати у своєму самотньому міхурі без можливості взаємодіяти з іншими частинками.

Отже, сучасна наука не має у своєму розпорядженні відомостей про те, які реальні розміри Всесвіту і чи має вона межі. Але ми точно знаємо про те, що Всесвіт, що спостерігається, має видимий і справжній кордон, званий відповідно радіусом Хаббла (13,75 млрд св. років) і радіусом частинок (45,7 млрд. світлових років). Ці межі повністю залежать від становища спостерігача у просторі та розширюються з часом. Якщо радіус Хаббла розширюється строго зі швидкістю світла, розширення горизонту частинок носить прискорений характер. Питання про те, чи буде його прискорення горизонту частинок продовжуватись далі і чи не зміниться на стиск, залишається відкритим.