Може би най-популярният въпрос в науката, върху който всеки от нас се е замислял. Вселена. Нейните размери, нейните граници. съществуват ли те Ако има какво стои зад тях? Откъде е и накъде.
Накратко, нека започнем с глобалното. В същото време вижте, като цяло, какво се случва в главата ми, струва ли си да прочетем това по-нататък или може би е време да полудея като цяло)))
Първо, нека дефинираме какво е Вселената. Първата му дефиниция, издадена от Google, е цялата система на Вселената, целият свят. Е, общо взето, така ще го гледам.
Преди да пиша, както обещах, потърсих в Гугъл подобни теории. Не са намерени. Може би не съм гледал добре, но не видях нищо подобно. Така че не познавам моите научни конкуренти. Ако попаднете на него, не забравяйте да напишете в коментарите.
И така, днес някои учени гледат в телескопи и се опитват да разберат какво се случва там, в космоса... Друга част гледат в микроскопи и се опитват да разберат от какво е направено всичко това. Хората правят същото – изучават Вселената. От основните му материали - атоми, кварки и други, до това как изглежда най-общо и къде свършва.
Да започнем с малко. Най-противоречивата и популярна „основна“ частица сред учените днес е атомът. Атомите са тези, които определят свойствата на веществото, което се състои от тях, което вероятно е причината той (атомът) да е толкова ключов обект за науката.
Първите споменавания на атомите са направени от философи древна Гърция. Въпросът е, че древногръцките учени издигнаха теорията, че всичко в света се състои от неделими частици - атоми. Ами, тоест те приемат, че всичко, което съществува (да не се бърка със съществуващото) някъде вътре се състои от „крайни“ частици, неделими на по-малки компоненти.
След това тази теория се развива, обраства с митове и спорове, докато през 20 век най-накрая атомът не е открит. И всичко щеше да е наред, но откритията продължаваха. Оказа се, че атомът не е неделима частица. Тя от своя страна се състои от протони, електрони, кварки, глуони и кой знае какво още. Като цяло теорията за неделимата крайна частица започна да пада.
Между другото, в превод от гръцки думата "атом" означава "неделим". Така е!
Така че, ако се абстрахирате от цялата тази научна бъркотия и помислите за това. Просто, логично. Може ли да съществува някакъв вид крайна частица? Ето го и това е, не може да бъде по-малко. Това е, границата. Лично аз не мога да си обмисля това. Как така?!
От тук следва изводът, че Вселената е безкрайно малка. Тя няма „долни“ граници. Може да се разделя безкрайно на съставни части. Тези части, които наблюдаваме, са само част от този път.
Ето такава красива картинна диаграма на атом. Но схемата е много груба. Най-вероятно мащабът не е спазен - електроните, протоните, неутроните на теория трябва да са по-малки. В края на краищата, според последните научни данни, 99% от атома е празнота, в която летят ядра-кварки-електрони. И вероятно атомът не изглежда като идеално гладка топка...
Мислите ли, че един атом може да изглежда така в действителност? Мисля, че много добре може. Дори има статия, в която се посочва, че най-накрая е получено изображение на атом и тази снимка е публикувана. Всъщност изображението на атом се оказа някаква черно-бяла глупост, едва забележима. С бележка, че черната точка в ъгъла е атом. Накратко, не е интересно за нас, обикновените хора. И тази снимка е приложена от някой издател, за да направи статията по-привлекателна за обикновените хора.
Това всъщност е планетарната мъглявина Ескимо (NGC 2392), която беше заснета от телескопа Хъбъл като астрономическа снимка на деня (APOD) на 7 декември 2003 г.
Жалко, но е толкова подобно!
Но ако вземем предвид това, което знаем за атомите, че те се състоят от ядро, протони, неутрони и кварки. Но ядрото съставлява 99% от масата на целия атом, а 99% от пространството на атома е празнота, тогава е напълно възможно да се предположи, че изглежда точно така.
Да оставим микроскопа и да погледнем през телескопа.
Учените смятат, че така изглежда видимата част от Вселената в космоса.
Това е мъглявината Тарантула. Няма значение коя мъглявина гледате, но тази конкретна снимка дава възможност да сравните мъглявината с модел на Вселената. Структурата е подобна. Тоест можем да приемем, че вселената, видима в космоса, е същата мъглявина като например Тарантула или Ескимос, но се състои от галактики и мъглявини от звезди и планети. Мащабът е различен, но същността е същата.
Е, вече предположихме, че имаме Вселената е голямамъглявина, куп от галактики. Какво следва? Ако е краен, какво има там „зад оградата“? ако е безкрайно, това ли е всичко? Една непрекъсната, безкрайна структура, състояща се от галактики. Тоест най-висшата форма на съществуване на материята и изобщо на всичко. Не може да бъде по-голям. О? Може ли това да се побере в главата ви? Нямам.
Ако атомът y в нашата теория прилича на мъглявина и космическата вселена също прилича на него, тогава атомът и космическата вселена не са ли едно и също нещо, само че в различни мащаби?
Тоест Вселената е не само безкрайно малка, но и безкрайно голяма. И космическата вселена, подобно на атома, е частица. Само по-глобално съдържание. Атомът за някакъв макросвят според нашето разбиране и космическата вселена, видима за този свят, също е частица от нещо още по-глобално и този процес на разделяне на частици е безкраен от по-малки за нас на по-големи. А ние просто сме обитатели на някаква празнина в тази безкрайна строителна площадка. За едни те са макрогиганти, а за други микрообитатели на атома.
Подредихме пространството. Сега нека опитаме с времето. Колко време продължава този строителен процес и кога започна? Никога. По-точно винаги е било. Мозъкът ви експлодира ли вече?
Всичко тук също е доста просто. Нека си припомним основните закони на физиката – запазване на материята и енергията. Накратко, тези закони казват, че нищо не може да се появи от нищото. Материята не може да възникне от нищото и енергията от нищото. Всичко се случва в резултат на взаимодействието на вече съществуваща материя и енергия. И нито едното, нито другото могат да станат по-малко. Формата и съдържанието могат да се променят, например енергията става материя и обратно. Но масивът от енергия и материя във Вселената винаги е един и същ. Защото стигнахме до извода, че в космоса Вселената е безкрайна, което означава, че нейната енергия и материя също са безкрайни. Е, трябва да снабдим целия този масив с материя и енергия!
Какво общо има времето с това? Освен това! Ако пространството на Вселената е безкрайно, нейната енергия и материя са безкрайни, то времето на нейното съществуване е безкрайно. Е, без никакво начало.
Но е време с причина, време е за разходка. Свикнали сме да го измерваме по свой начин, в зависимост от въртенето на нашата планета около Слънцето за часове или години. Времето е такова нещо, въпреки че количеството му зависи от количествените показатели на Вселената, самото то не зависи от нищо. Давай и тръгвай. Но мисля, че възприемането му е различно на различните нива на изграждане. Имаме това, опитваме се да измерим възрастта на видимата космическа вселена в милиарди години. И смятайте, че „животът“ на атомите е много по-малък интервал. Известно е, че някои съществуват за части от секундата, други от векове. Няма да навлизаме дълбоко в атомната физика, просто ще заключим, че атомите могат да съществуват за пренебрежимо малко време в сравнение с времето на съществуване на космическата вселена.
Така се оказва, че за по-малките за нас светове, които са в атоми, времето се възприема по-бързо. Ако включите въображението си и приемете, че в един атом има точно копие на нашата космическа вселена и нашата космическа вселена изглежда като атом в копие на същия макрокосмос и някъде там живеем малки и огромни ние, тогава докато аз пишеше този текст, същите тези ние, живеещи в атоми, вече сме възникнали, еволюирали и умрели. За тях вече са минали милиарди, стотици милиарди години, докато за големите са минали само части от секундите.
Толкова за безкрайността на времето. Някъде са секунди, някъде милиарди години. Но секундите и милиардите години са условности. Времето за всички нива на строителство е еднакво. Неговото възприятие е различно. В микросветовете всичко се случва бързо, но в макросветовете всичко става бавно. Бързо и бавно за нас. Това изглежда нормално за живеещите там.
Кратко заключение: Вселената е безкрайно малка и безкрайно голяма едновременно. И тя съществува безкраен бройвреме.
Ето как си представям нашия свят. Не задавам въпроси за това какво има зад звездите или от какво е направено всичко в света. Свързано е и познавам и двете. И съм сигурен, че съм прав. Обратното все още не е доказано.
Виждаме звездното небе през цялото време. Космосът изглежда мистериозен и необятен, а ние сме само малка част от този огромен свят, загадъчен и мълчалив.
През целия си живот човечеството си задава различни въпроси. Какво има там, отвъд нашата галактика? Има ли нещо отвъд границите на космоса? И има ли ограничение за пространството? Дори учените отдавна размишляват над тези въпроси. Безкрайно ли е пространството? Тази статия предоставя информация, с която учените разполагат в момента.
Границите на Безкрая
Смята се, че нашата Слънчева система е формирана в резултат на голям взрив. Възникна поради силно компресиране на материята и я разкъса, разпръсквайки газове в различни посоки. Тази експлозия даде живот на галактики и слънчеви системи. Преди се смяташе, че Млечният път е на 4,5 милиарда години. През 2013 г. обаче телескопът Планк позволи на учените да преизчислят възрастта слънчева система. Сега се оценява на 13,82 милиарда години.
Най-модерната технология не може да покрие цялото пространство. Въпреки че най-новите устройства са в състояние да уловят светлината на звезди на 15 милиарда светлинни години от нашата планета! Това дори може да са звезди, които вече са умрели, но тяхната светлина все още пътува през космоса.
Нашата слънчева система е само малка част от огромна галактика, наречена Млечен път. Самата Вселена съдържа хиляди подобни галактики. А дали пространството е безкрайно, не се знае...
Фактът, че Вселената непрекъснато се разширява, образувайки все повече и повече космически тела, е научен факт. Вероятно тя външен виднепрекъснато се променя, така че преди милиони години, както някои учени са сигурни, изглеждаше съвсем различно от днес. И ако Вселената расте, тогава тя определено има граници? Колко вселени съществуват зад него? Уви, никой не знае това.
Разширяване на пространството
Днес учените твърдят, че космосът се разширява много бързо. По-бързо, отколкото са смятали преди. Поради разширяването на Вселената екзопланетите и галактиките се отдалечават от нас с различна скорост. Но в същото време скоростта на растежа му е еднаква и еднаква. Просто тези тела се намират на различно разстояние от нас. Така най-близката до Слънцето звезда „бяга“ от нашата Земя със скорост 9 cm/s.
Сега учените търсят отговор на друг въпрос. Какво кара Вселената да се разширява?
Тъмна материя и тъмна енергия
Тъмната материя е хипотетично вещество. Не произвежда енергия и светлина, но заема 80% от пространството. Учените подозираха наличието на това неуловимо вещество в космоса още през 50-те години на миналия век. Въпреки че нямаше преки доказателства за съществуването му, всеки ден имаше все повече поддръжници на тази теория. Може би съдържа непознати за нас вещества.
Как се появи теорията за тъмната материя? Факт е, че галактическите клъстери щяха да се разпаднат отдавна, ако тяхната маса се състоеше само от видими за нас материали. В резултат на това се оказва, че по-голямата част от нашия свят е представена от неуловима субстанция, която все още е непозната за нас.
През 1990 г. е открита така наречената тъмна енергия. В крайна сметка физиците смятаха, че силата на гравитацията работи за забавяне и един ден разширяването на Вселената ще спре. Но и двата екипа, които се заеха да изучават тази теория, неочаквано откриха ускорение в разширяването. Представете си, че хвърляте ябълка във въздуха и я чакате да падне, но вместо това тя започва да се отдалечава от вас. Това предполага, че разширяването се влияе от определена сила, която се нарича тъмна енергия.
Днес учените са уморени от спорове дали пространството е безкрайно или не. Те се опитват да разберат как е изглеждала Вселената преди Големия взрив. Този въпрос обаче няма смисъл. В крайна сметка времето и пространството сами по себе си също са безкрайни. И така, нека да разгледаме няколко теории на учените за космоса и неговите граници.
Безкрайността е...
Такава концепция като „безкрайност“ е една от най-невероятните и относителни концепции. Той отдавна представлява интерес за учените. В реалния свят, в който живеем, всичко има край, включително и животът. Следователно безкрайността привлича със своята мистерия и дори известна мистичност. Трудно е да си представим безкрайност. Но то съществува. В крайна сметка с негова помощ се решават много проблеми, а не само математически.
Безкрайност и нула
Много учени вярват в теорията за безкрайността. Израелският математик Дорон Селбергер обаче не споделя тяхното мнение. Той твърди, че има огромно число и ако добавите към него едно, крайният резултат ще бъде нула. Това число обаче е толкова далеч отвъд човешкото разбиране, че съществуването му никога няма да бъде доказано. Именно на този факт се основава математическата философия, наречена „ултра-безкрайност“.
Безкрайно пространство
Има ли шанс добавянето на две еднакви числа да доведе до едно и също число? На пръв поглед това изглежда абсолютно невъзможно, но ако ние говорим заза Вселената... Според изчисленията на учените, когато извадите едно от безкрайността, получавате безкрайност. Когато се добавят две безкрайности, отново излиза безкрайност. Но ако извадите безкрайност от безкрайност, най-вероятно ще получите едно.
Древните учени също се чудеха дали има граница на космоса. Тяхната логика беше проста и в същото време брилянтна. Тяхната теория се изразява по следния начин. Представете си, че сте достигнали ръба на Вселената. Те протегнаха ръка отвъд границата му. Границите на света обаче се разшириха. И така до безкрай. Много е трудно да си го представим. Но още по-трудно е да си представим какво съществува отвъд нейната граница, ако наистина съществува.
Хиляди светове
Тази теория твърди, че пространството е безкрайно. В него вероятно има милиони, милиарди други галактики, които съдържат милиарди други звезди. В края на краищата, ако мислите по-широко, всичко в живота ни започва отново и отново - филмите следват един след друг, животът, завършващ в един човек, започва в друг.
Днес в световната наука концепцията за многокомпонентна Вселена се счита за общоприета. Но колко вселени има? Никой от нас не знае това. Други галактики могат да съдържат напълно различни небесни тела. Тези светове се управляват от напълно различни закони на физиката. Но как да се докаже наличието им експериментално?
Това може да стане само чрез откриване на взаимодействието между нашата Вселена и другите. Това взаимодействие се осъществява чрез определени червееви дупки. Но как да ги намерим? Едно от последните предположения на учени е, че такава дупка съществува точно в центъра на нашата слънчева система.
Учените предполагат, че ако пространството е безкрайно, някъде в неговата необятност има близнак на нашата планета, а може би и цялата слънчева система.
Друго измерение
Друга теория казва, че размерът на пространството има граници. Работата е там, че виждаме най-близкия такъв, какъвто е бил преди милион години. Дори по-нататък означава още по-рано. Не пространството се разширява, пространството се разширява. Ако успеем да надхвърлим скоростта на светлината и да излезем извън границите на космоса, ще се окажем в миналото състояние на Вселената.
Какво има отвъд тази прословута граница? Може би друго измерение, без пространство и време, което нашето съзнание може само да си представи.
Къде започва пространството и къде свършва Вселената? Как учените определят границите на важни параметри в космическото пространство. Всичко не е толкова просто и зависи от това какво се смята за пространство, колко Вселени има. По-долу обаче са всички подробности. И интересно.
„Официалната“ граница между атмосферата и космоса е линията на Карман, минаваща на надморска височина от около 100 км. Той е избран не само заради кръглото число: приблизително на тази надморска височина плътността на въздуха вече е толкова ниска, че нито едно превозно средство не може да лети, поддържано само от аеродинамични сили. За да се създаде достатъчно повдигане, ще е необходимо да се достигне скорост на евакуация. Такова устройство вече не се нуждае от крила, така че на височина от 100 километра минава границата между аеронавтиката и космонавтиката.
Но въздушната обвивка на планетата, разбира се, не завършва на надморска височина от 100 км. Външната му част - екзосферата - се простира до 10 хиляди км, въпреки че се състои главно от редки водородни атоми, които лесно могат да я напуснат.
слънчева система
Вероятно не е тайна, че пластмасовите модели на слънчевата система, с които сме толкова свикнали от училище, не показват истинските разстояния между звезда и нейните планети. Училищният модел е направен така само, че всички планети да паснат на стойката. В действителност всичко е много по-голямо.
И така, центърът на нашата система е Слънцето, звезда с диаметър почти 1,4 милиона километра. Най-близките до него планети - Меркурий, Венера, Земя и Марс - съставляват вътрешната област на Слънчевата система. Всички те имат малък брой спътници, съставени са от твърди минерали и (с изключение на Меркурий) имат атмосфера. Условно границата на вътрешната област на Слънчевата система може да бъде начертана по астероидния пояс, който се намира между орбитите на Марс и Юпитер, приблизително 2-3 пъти по-далеч от Слънцето, отколкото Земята.
Това е царството на гигантските планети и техните многобройни спътници. И първият от тях е, разбира се, огромният Юпитер, разположен около пет пъти по-далеч от Слънцето, отколкото Земята. Следват Сатурн, Уран и Нептун, разстоянието до които вече е спиращо дъха голямо – повече от 4,5 млрд. км. От тук до Слънцето вече е 30 пъти по-далеч, отколкото от Земята.
Ако компресирате слънчевата система до размера на футболно игрище със Слънцето като цел, тогава Меркурий ще бъде разположен на 2,5 м от външната линия, Уран ще бъде на противоположната цел, а Нептун ще бъде някъде на най-близкия паркинг .
Най-отдалечената галактика, която астрономите са успели да наблюдават от Земята, е z8_GND_5296, разположена на разстояние приблизително 30 милиарда светлинни години. Но най-отдалеченият обект, който може да се наблюдава по принцип е космическо микровълново фоново лъчение, запазена почти от времето на Големия взрив.
Ограничената от него сфера на наблюдаемата Вселена включва повече от 170 милиарда галактики. Представете си: ако изведнъж се превърнат в грах, биха могли да напълнят цял стадион с пързалка. Тук има стотици секстилиони (хиляди милиарди) звезди. Той обхваща пространство, което се простира на 46 милиарда светлинни години във всички посоки. Но какво се крие отвъд нея – и къде свършва Вселената?
Всъщност все още няма отговор на този въпрос: размерът на цялата Вселена е неизвестен - може би дори е безкраен. А може би отвъд неговите граници има други вселени, но как те се отнасят помежду си, какви са, вече е твърде неясна история, за която ще разкажем някой друг път.
Пояс, облак, сфера
Плутон, както знаете, загуби статута си на пълноценна планета, премествайки се в семейството на джуджетата. Те включват Ерида, обикаляща наблизо, Хаумеа, други малки планети и тела от пояса на Кайпер.
Този регион е изключително далечен и обширен, простиращ се от 35 разстояния от Земята до Слънцето и до 50. Именно от пояса на Кайпер краткопериодичните комети летят във вътрешните региони на Слънчевата система. Ако си спомняте нашето футболно игрище, поясът на Кайпер ще бъде на няколко пресечки оттук. Но дори и тук границите на Слънчевата система са все още далеч.
Облакът на Оорт засега остава хипотетично място: той е много далеч. Въпреки това има много косвени доказателства, че някъде там, 50-100 хиляди пъти по-далеч от Слънцето, отколкото сме ние, има огромно струпване на ледени обекти, откъдето дългопериодичните комети летят към нас. Това разстояние е толкова голямо, че вече е цяла светлинна година - една четвърт от пътя до най-близката звезда, а в нашата аналогия с футболно игрище - хиляди километри от целта.
Но гравитационното влияние на Слънцето, макар и слабо, се простира още повече: външната граница на облака на Оорт - сферата на Хил - се намира на разстояние две светлинни години.
Чертеж, илюстриращ предложения външен вид на облака на Оорт
Хелиосфера и хелиопауза
Не забравяйте, че всички тези граници са доста условни, като същата линия на Карман. За такава конвенционална граница на Слънчевата система се счита не облакът на Оорт, а областта, в която налягането на слънчевия вятър е по-ниско от междузвездното вещество - ръбът на неговата хелиосфера. Първите признаци за това се наблюдават на разстояние около 90 пъти по-голямо от Слънцето от орбитата на Земята, на границата на т.нар. ударна вълна.
Крайното спиране на слънчевия вятър трябва да се случи в хелиопаузата, вече на 130 такива разстояния. Никои сонди не са достигали такова разстояние, освен американските Вояджър-1 и Вояджър-2, изстреляни през 70-те години. Това са най-отдалечените изкуствено създадени обекти досега: миналата година устройствата преминаха границата на ударната вълна и учените развълнувано следят данните, които сондите изпращат на Земята от време на време.
Всичко това - Земята с нас и Сатурн с неговите пръстени, и ледените комети на облака на Оорт, и самото Слънце - се втурва в много разреден Местен междузвезден облак, от влиянието на който ни защитава слънчев вятър: облачните частици практически не проникват отвъд границата на ударната вълна.
При такива разстояния примерът с футболно игрище напълно губи удобството си и ще трябва да се ограничим до по-научни мерки за дължина - например светлинна година. Местният междузвезден облак се простира на около 30 светлинни години и след няколко десетки хиляди години ще го напуснем, влизайки в съседния (и по-обширен) G-облак, където нашите съседни звезди - Алфа Кентавър, Алтаир и други - сега се намират.
Всички тези облаци се появиха в резултат на няколко древни експлозии на свръхнови, които образуваха Местния балон, в който се движим поне през последните 5 милиарда години. Простира се на 300 светлинни години и е част от ръкава на Орион, един от няколкото ръкава на Млечния път. Въпреки че е много по-малък от другите ръкави на нашата спирална галактика, неговите размери са с порядък по-големи от Местния балон: повече от 11 хиляди светлинни години дължина и 3,5 хиляди дебелина.
3D представяне на местния балон (бял) със съседния локален междузвезден облак (розов) и част от балон I (зелен).
Млечен път в своята група
Разстоянието от Слънцето до центъра на нашата галактика е 26 хиляди светлинни години, а диаметърът на целия Млечен път достига 100 хиляди светлинни години. Слънцето и аз оставаме в неговата периферия, заедно със съседните звезди, въртящи се около центъра и описващи пълен кръгслед около 200 - 240 милиона години. Изненадващо, когато динозаврите царуваха на Земята, ние бяхме... обратната странагалактики!
Два мощни ръкава се приближават към диска на галактиката - Магелановият поток, който включва газ, изтеглен от Млечния път от две съседни галактики джуджета (Големият и Малкият магеланов облак), и потокът Стрелец, който включва звезди, „откъснати“ от друга джудже съсед. Няколко малки кълбовидни купа също са свързани с нашата галактика, а самата тя е част от гравитационно свързаната местна група галактики, където има около петдесет от тях.
Най-близката до нас галактика е мъглявината Андромеда. Той е няколко пъти по-голям от Млечния път и съдържа около трилион звезди, разположени на 2,5 милиона светлинни години от нас. Границата на Местната група се намира на умопомрачително разстояние: диаметърът й се оценява на мегапарсеки - за да измине това разстояние, светлината ще се нуждае от около 3,2 милиона години.
Но Местната група бледнее в сравнение с мащабната структура с размер около 200 милиона светлинни години. Това е Местният суперкуп от галактики, който включва около сто такива групи и купове от галактики, както и десетки хиляди отделни галактики, удължени в дълги вериги - нишки. Тогава само границите на наблюдаваната Вселена.
Вселена и отвъд?
Всъщност все още няма отговор на този въпрос: размерът на цялата Вселена е неизвестен - може би дори е безкраен. Или може би има други вселени отвъд нейните граници, но как те се отнасят една към друга, какви са, вече е твърде неясна история.
