Tror du förmodligen att universum är oändligt? Kanske så. Det är osannolikt att vi någonsin kommer att veta säkert. Det kommer inte att vara möjligt att täcka hela vårt universum med en blick. För det första följer detta faktum av begreppet "big bang", som säger att universum har sin egen, så att säga, födelsedag, och för det andra från postulatet att ljusets hastighet är en grundläggande konstant. Hittills har den observerbara delen av universum, som är 13,8 miljarder år gammal, expanderat i alla riktningar till ett avstånd av 46,1 miljarder ljusår. Frågan uppstår: hur stor var universum då, för 13,8 miljarder år sedan? Den här frågan ställdes till oss av någon Joe Mascarella. Så här skriver han:

”Jag har sett olika svar på frågan om hur stort vårt universum var kort efter att perioden med kosmisk inflation tog slut. En källa anger - 0,77 centimeter, en annan - storleken på en fotboll, och den tredje - mer än storleken på det observerbara universum. Så vilken är det? Eller kanske någon form av mellanliggande?

Sammanhang

Big Bang och det svarta hålet

Die Welt 27.02.2015

Hur universum skapade människan

Nautilus 2015-01-27 Förresten, det gångna året ger oss bara en anledning att prata om Einstein och rymdtidens väsen, för förra året firade vi hundraårsdagen av den allmänna relativitetsteorin. Så låt oss prata om universum.

När vi observerar avlägsna galaxer genom ett teleskop kan vi bestämma några av deras parametrar, till exempel följande:

- rödförskjutning (dvs. hur mycket ljuset som sänds ut av dem har skiftat i förhållande till tröghetsreferensramen);

— ljusstyrka hos ett föremål (dvs. mäta mängden ljus som sänds ut av ett avlägset föremål);

är objektets vinkelradie.

Dessa parametrar är mycket viktiga, för om ljusets hastighet är känd (en av de få parametrarna vi känner till), liksom ljusstyrkan och storleken på det observerade objektet (dessa parametrar är också kända för oss), så kan vi bestämma avståndet till själva föremålet.

I själva verket får man nöja sig med endast ungefärliga egenskaper för objektets ljusstyrka och dess storlek. Om en astronom observerar en supernovaexplosion i någon avlägsen galax, används motsvarande parametrar för andra supernovor som finns i närheten för att mäta dess ljusstyrka; vi antar att förhållandena under vilka dessa supernovor exploderade är liknande, och mellan observatören och rymdobjekt det finns ingen störning. Astronomer särskiljer följande tre typer av faktorer som bestämmer observationen av en stjärna: stjärnutveckling (skillnaden mellan objekt beroende på deras ålder och avstånd), den exogena faktorn (om de verkliga koordinaterna för de observerade objekten skiljer sig väsentligt från de hypotetiska) och interferensfaktorn (om till exempel passage av ljusstörningar, såsom damm) - och detta är allt bland andra okända faktorer.

Genom att mäta ljusstyrkan (eller storleken) på det observerade objektet, med hjälp av förhållandet "ljusstyrka/avstånd", kan du bestämma objektets avstånd från observatören. Dessutom, genom egenskaperna hos ett objekts rödförskjutning, är det möjligt att bestämma omfattningen av universums expansion under den tid under vilken ljuset från objektet når jorden. Med hjälp av förhållandet mellan materia-energi och rum-tid, som Einsteins allmänna relativitetsteori talar om, kan man överväga alla möjliga kombinationer av olika former av materia och energi som för närvarande finns tillgängliga i universum.

Men det är inte allt!

Om du vet vilka delar universum består av kan du med hjälp av extrapolering bestämma dess storlek, samt ta reda på vad som hände i vilket skede som helst i universums utveckling, och vad var energitätheten vid den tiden. Som ni vet består universum av följande beståndsdelar:

- 0,01% - strålning (fotoner);

- 0,1% - neutriner (tyngre än fotoner, men en miljon gånger lättare än elektroner);

- 4,9% - vanlig materia, inklusive planeter, stjärnor, galaxer, gas, damm, plasma och svarta hål;

— 27% — mörk materia, dvs. dess typ, som deltar i gravitationsinteraktion, men skiljer sig från alla partiklar i standardmodellen;

— 68% — mörk energi orsakar universums expansion.

Som du kan se är mörk energi en viktig sak, det upptäcktes ganska nyligen. Under de första nio miljarder åren av dess historia bestod universum huvudsakligen av materia (i form av en kombination av vanlig materia och mörk materia). Men under de första årtusendena var strålning (i form av fotoner och neutriner) en ännu viktigare byggmaterialän materia!

Observera att var och en av dessa beståndsdelar i universum (d.v.s. strålning, materia och mörk energi) har olika effekt på dess expansionshastighet. Även om vi vet att universum är 46,1 miljarder ljusår tvärs över, måste vi veta den exakta kombinationen av dess beståndsdelar i varje skede av dess utveckling för att kunna beräkna universums storlek vid någon tidpunkt i det förflutna.

- när universum var ungefär tre år gammalt var Vintergatans diameter hundra tusen ljusår;

- när universum var ett år gammalt var det mycket varmare och tätare än det är nu; medeltemperaturen översteg två miljoner grader Kelvin;

- en sekund efter dess födelse var universum för varmt för att stabila kärnor skulle bildas i det; i det ögonblicket flöt protoner och neutroner i ett hav av het plasma. Dessutom var vid den tiden universums radie (om vi tar solen som centrum av cirkeln) sådan att endast sju av alla för närvarande existerande närmast oss kunde passa in i den beskrivna cirkeln. stjärnsystem, varav den mest avlägsna skulle vara Ross 154;

- när universums ålder bara var en biljondels sekund översteg dess radie inte avståndet från jorden till solen; under den eran var universums expansionshastighet 1029 gånger större än den är nu.

Om du vill kan du se vad som hände i slutskedet av inflationen, d.v.s. strax före Big Bang. För att beskriva universums tillstånd i det tidigaste skedet av dess födelse skulle man kunna använda singularitetshypotesen, men tack vare inflationshypotesen är behovet av en singularitet helt eliminerat. Istället för en singularitet talar vi om en mycket snabb expansion av universum (d.v.s. inflation) som skedde under en tidsperiod innan den heta och täta expansionen inträffade som gav upphov till det nuvarande universum. Låt oss nu gå vidare till slutskedet av universums uppblåsning (tidsintervallet mellan 10 i minus 30 - 10 i minus 35 sekunder). Låt oss se hur stort universum var när inflationen stannade och big bang inträffade.

Här talar vi om den observerbara delen av universum. Dess verkliga storlek är förvisso mycket större, men vi vet inte med hur mycket. Vid bästa uppskattning (baserat på data i Sloan Digital Sky Survey (SDSS) och information som erhållits från Planck rymdobservatorium), om universum är krökt och kollapsar, är dess observerbara del så omöjlig att skilja från den "icke-krökta ” att hela dess radie måste vara minst 250 gånger radien för den observerade delen.

I själva verket kan omfattningen av universum till och med visa sig vara oändlig, eftersom hur det betedde sig i de tidiga stadierna av inflationen är okänt för oss förutom de sista bråkdelen av en sekund. Men om vi pratar om vad som hände under inflationen i den observerbara delen av universum i det allra sista ögonblicket (mellan 10 vid minus 30 och 10 vid minus 35 sekunder) före Big Bang, då är universums storlek känd för oss här : det varierar mellan 17 centimeter (med 10 i minus 35 sekunder) och 168 meter (med 10 i minus 30 sekunder).

Vad är sjutton centimeter? Det är nästan diametern på en fotboll. Så om du vill veta vilken av universums givna storlekar som är närmast den verkliga, håll dig till den här figuren. Och om du antar att storleken är mindre än en centimeter? Detta är för lite; men om vi tar hänsyn till de begränsningar som kosmisk mikrovågsstrålning sätter, visar det sig att universums expansion inte kunde ha slutat med en sådan hög nivå energier, och därför är storleken på universum som nämndes ovan i början av "Big Bang" (dvs. storleken som inte överstiger en centimeter) utesluten. Om storleken på universum översteg den nuvarande storleken, är det i det här fallet vettigt att prata om existensen av en oobserverbar del av den (vilket förmodligen är korrekt), men vi har inget sätt att mäta denna del.

Så, vad var universums dimensioner vid tiden för dess födelse? Enligt den mest auktoritativa matematiska modeller när man beskriver inflationsstadiet, visar det sig att storleken på universum vid tidpunkten för dess skapelse kommer att variera någonstans mellan storleken på ett mänskligt huvud och ett stadskvarter byggt upp med skyskrapor. Och där, ser du, kommer bara cirka 13,8 miljarder år att passera - och universum som vi lever i dök upp.

Universum är allt som finns. Universum är obegränsat. Därför, när vi diskuterar universums storlek, kan vi bara prata om storleken på dess observerbara del - det observerbara universum.

Det observerbara universum är en boll centrerad på jorden (observatörens plats), har två dimensioner: 1. skenbar storlek - Hubble-radien - 13,75 miljarder ljusår, 2. verklig storlek - radien för partikelhorisonten - 45,7 miljarder ljusår.

Den moderna modellen av universum kallas också ΛCDM-modellen. Bokstaven "Λ" betyder närvaron av den kosmologiska konstanten, vilket förklarar universums accelererade expansion. "CDM" betyder att universum är fyllt med kall mörk materia. Nyligen genomförda studier tyder på att Hubble-konstanten är cirka 71 (km/s)/Mpc, vilket motsvarar universums ålder på 13,75 miljarder år. Genom att känna till universums ålder kan vi uppskatta storleken på dess observerbara region.

Enligt relativitetsteorin kan information om något föremål inte nå observatören med en hastighet som är högre än ljusets hastighet (299792458 km/s). Det visar sig, betraktaren ser inte bara objektet utan dess förflutna. Ju längre objektet är från det, desto mer avlägset förflutet ser det ut. När vi till exempel tittar på månen ser vi hur det var för lite mer än en sekund sedan, solen - för mer än åtta minuter sedan, de närmaste stjärnorna - år, galaxer - för miljoner år sedan, etc. I Einsteins stationära modell har universum ingen åldersgräns, vilket innebär att dess observerbara region inte heller begränsas av någonting. Observatören, beväpnad med mer och mer avancerade astronomiska instrument, kommer att observera allt mer avlägsna och antika föremål.

Det observerbara universums dimensioner

Vi har en annan bild med den moderna modellen av universum. Enligt den har universum en ålder, och därav gränsen för observation. Det vill säga, sedan universums födelse skulle ingen foton ha hunnit färdas ett avstånd som är större än 13,75 miljarder ljusår. Det visar sig att vi kan säga att det observerbara universum är begränsat från observatören av ett sfäriskt område med en radie på 13,75 miljarder ljusår. Detta är dock inte riktigt sant. Glöm inte utvidgningen av universums rymd. När fotonen når observatören kommer objektet som sänder ut den att vara 45,7 miljarder ljusår bort från oss. Denna storlek är partikelhorisonten, och det är gränsen för det observerbara universum.

Det är viktigt att båda dessa horisonter inte alls karakteriserar universums verkliga storlek. För det första beror de på observatörens position i rymden. För det andra förändras de över tiden. I fallet med ΛCDM-modellen expanderar partikelhorisonten med en hastighet som är större än Hubble-horisonten. Frågan är om denna trend kommer att vända i framtiden. modern vetenskap ger inget svar. Men om vi antar att universum fortsätter att expandera med acceleration, så kommer alla de objekt som vi ser nu förr eller senare att försvinna från vårt "synfält".

För tillfället är det mest avlägsna ljus som observerats av astronomer. När man tittar på det ser forskare universum som det var 380 000 år efter Big Bang. I det ögonblicket svalnade universum så mycket att det kunde sända ut fria fotoner, som idag fångas med hjälp av radioteleskop. På den tiden fanns det inga stjärnor eller galaxer i universum, utan bara ett kontinuerligt moln av väte, helium och en försumbar mängd andra grundämnen. Från de inhomogeniteter som observeras i detta moln kommer galaktiska hopar att bildas. Det visar sig att det är just de objekt som kommer att bildas från inhomogeniteterna i den kosmiska mikrovågsbakgrundsstrålningen som är belägna närmast partikelhorisonten.

Universums verkliga storlek

Så vi har beslutat om storleken på det observerbara universum. Men hur är det med den faktiska storleken på hela universum? modern vetenskap har inte information om universums verkliga storlek och om det har gränser. Men de flesta forskare är överens om att universum är obegränsat.

Slutsats

Det observerbara universum har en synlig och sann gräns, som kallas Hubble-radien (13,75 miljarder ljusår) respektive partikelradien (45,7 miljarder ljusår). Dessa gränser är helt beroende av observatörens position i rymden och expanderar med tiden. Om Hubble-radien expanderar strikt med ljusets hastighet, accelereras expansionen av partikelhorisonten. Frågan om dess acceleration av partikelhorisonten kommer att fortsätta ytterligare och om den kommer att ersättas av kompression är fortfarande öppen.

Instruktion

”Avgrunden har öppnat sig, full av stjärnor; det finns inga stjärnor, avgrunden är botten, "skrev den lysande ryske vetenskapsmannen Mikhail Vasilyevich Lomonosov i en av sina dikter. Detta är det poetiska uttalandet om universums oändlighet.

Åldern för "existens" för det observerbara universum är cirka 13,7 miljarder jordår. Ljuset som kommer från avlägsna galaxer "från världens utkant" tar mer än 14 miljarder år att nå jorden. Det visar sig att universums diametrala dimensioner kan beräknas om ungefär 13,7 multipliceras med två, det vill säga 27,4 miljarder ljusår. Den radiella storleken på den sfäriska modellen är cirka 78 miljarder ljusår, och diametern är 156 miljarder ljusår. Detta är en av de senaste versionerna av amerikanska forskare, resultatet av många år av astronomiska observationer och beräkningar.

Det finns 170 miljarder galaxer i det observerbara universum som vårt. Vår, som det var, är mitt i en jätteboll. Relikljus är synligt från de mest avlägsna rymdobjekten - fantastiskt uråldrigt ur mänsklighetens synvinkel. Om du går väldigt djupt in i rum-tidssystemet kan du se ungdomarna på planeten Jorden.

Det finns en begränsad åldersgräns för lysande rymdobjekt som observeras från jorden. Datoranvändning åldersgräns, att känna till den tid det tog ljuset att förflytta sig avståndet från dem till jordens yta, och att känna till konstanten, ljusets hastighet, med hjälp av formeln S = Vxt (väg = hastighet multiplicerad med tid) känd från skolan, forskare bestämt den sannolika storleken på det observerbara universum.

Att representera universum i form av en tredimensionell boll är det inte det enda sättet bygga en modell av universum. Det finns hypoteser som tyder på att universum inte har tre, utan ett oändligt antal dimensioner. Det finns versioner som, precis som en häckande docka, består av ett oändligt antal sfäriska formationer kapslade i varandra och separerade från varandra.

Det finns ett antagande att universum är outtömligt enligt olika kriterier och olika koordinataxlar. Folk ansåg "kroppen" som den minsta partikeln av materia, sedan "molekylen", sedan "atomen", sedan "protoner och elektroner", sedan började de prata om elementarpartiklar, som visade sig inte alls vara elementärt, om kvanter, neutriner och kvarkar ... Och ingen kan garantera att ett annat universum inte finns inuti nästa supermikropartikel av materia. Och vice versa - att det synliga universum inte bara är en mikropartikel av materia Super-Mega-universum, vars dimensioner ingen ens kan föreställa sig och beräkna, de är så stora.

Visste du att universum vi observerar har ganska bestämda gränser? Vi är vana vid att associera universum med något oändligt och obegripligt. Men modern vetenskap på frågan om universums "oändlighet" erbjuder ett helt annat svar på en sådan "uppenbar" fråga.

Enligt moderna idéer, storleken på det observerbara universum är cirka 45,7 miljarder ljusår (eller 14,6 gigaparsecs). Men vad betyder dessa siffror?

Den första frågan som kommer att tänka på vanlig person Hur kan universum inte vara oändligt alls? Det verkar som om det är obestridligt att behållaren för allt som finns omkring oss inte ska ha gränser. Om dessa gränser finns, vad representerar de ens?

Anta att någon astronaut flög till universums gränser. Vad kommer han att se framför sig? Solid vägg? Brandbarriär? Och vad ligger bakom - tomheten? Ett annat universum? Men kan tomhet eller ett annat universum betyda att vi befinner oss på universums gräns? Det betyder inte att det inte finns "ingenting". Tomhet och ett annat universum är också "något". Men universum är något som innehåller absolut allt "något".

Vi kommer fram till en absolut motsägelse. Det visar sig att universums gräns borde dölja för oss något som inte borde vara det. Eller så borde universums gräns stänga av "allt" från "något", men detta "något" borde också vara en del av "allt". I allmänhet, fullständig absurditet. Hur kan då forskare hävda den ultimata storleken, massan och till och med åldern på vårt universum? Dessa värden, även om de är ofattbart stora, är fortfarande ändliga. Argumenterar vetenskapen med det uppenbara? För att hantera detta, låt oss först titta på hur människor kom till den moderna förståelsen av universum.

Vidgar gränserna

Sedan urminnes tider har människan varit intresserad av hur världen omkring dem är. Du kan inte ge exempel på de tre valarna och andra försök från de gamla att förklara universum. Som regel kom det i slutändan ner på det faktum att grunden för allting är det jordiska himlavalvet. Även under antiken och medeltiden, när astronomerna hade omfattande kunskaper om rörelselagarna för planeterna i den "fasta" himmelssfären, förblev jorden universums centrum.

Naturligtvis även i Antikens Grekland det fanns de som trodde att jorden kretsade runt solen. Det fanns de som talade om de många världarna och universums oändlighet. Men konstruktiva motiveringar för dessa teorier uppstod först vid vändningen av den vetenskapliga revolutionen.

På 1500-talet gjorde den polske astronomen Nicolaus Copernicus det första stora genombrottet i kunskapen om universum. Han bevisade bestämt att jorden bara är en av planeterna som kretsar runt solen. Ett sådant system förenklade avsevärt förklaringen av en så komplex och invecklad rörelse hos planeterna i himlaklotet. När det gäller en stationär jord, var astronomer tvungna att komma med alla möjliga geniala teorier för att förklara detta beteende hos planeterna. Å andra sidan, om jorden antas vara rörlig, kommer förklaringen till sådana invecklade rörelser naturligt. Således stärktes ett nytt paradigm som kallas "heliocentrism" inom astronomi.

Många solar

Men även efter det fortsatte astronomer att begränsa universum till "fixstjärnornas sfär". Fram till 1800-talet kunde de inte uppskatta avståndet till armaturerna. I flera århundraden har astronomer utan framgång försökt upptäcka avvikelser i stjärnornas position i förhållande till jordens omloppsrörelse (årliga parallaxer). Den tidens verktyg tillät inte så exakta mätningar.

Slutligen, 1837, mätte den rysk-tyske astronomen Vasily Struve parallaxen. Detta markerade ett nytt steg i förståelsen av kosmos skala. Nu kan forskare med säkerhet säga att stjärnorna är avlägsna likheter med solen. Och vår ljuskälla är inte längre centrum för allt, utan en lika "boende" i en oändlig stjärnhop.

Astronomer har kommit ännu närmare att förstå universums skala, eftersom avstånden till stjärnorna visade sig vara riktigt monstruösa. Även storleken på planeternas banor verkade obetydlig jämfört med detta. Därefter var det nödvändigt att förstå hur stjärnorna är koncentrerade i.

Många Vintergatan

Redan 1755 förutsåg den berömde filosofen Immanuel Kant grunden för den moderna förståelsen av universums storskaliga struktur. Han antog att Vintergatan är en enorm roterande stjärnhop. I sin tur är många observerbara nebulosor också mer avlägsna "mjölkvägar" - galaxer. Trots detta, fram till 1900-talet, höll astronomer fast vid det faktum att alla nebulosor är källor till stjärnbildning och är en del av Vintergatan.

Situationen förändrades när astronomer lärde sig att mäta avstånden mellan galaxer med hjälp av. Den absoluta ljusstyrkan hos stjärnor av denna typ är strikt beroende av variabilitetsperioden. Genom att jämföra deras absoluta ljusstyrka med den synliga, är det möjligt att bestämma avståndet till dem med hög noggrannhet. Denna metod utvecklades i början av 1900-talet av Einar Hertzschrung och Harlow Shelpie. Tack vare honom bestämde den sovjetiske astronomen Ernst Epik 1922 avståndet till Andromeda, vilket visade sig vara en storleksordning över storlek Vintergatan.

Edwin Hubble fortsatte Epics åtagande. Genom att mäta ljusstyrkan hos Cepheider i andra galaxer, mätte han deras avstånd och jämförde det med rödförskjutningen i deras spektra. Så 1929 utvecklade han sin berömda lag. Hans arbete motbevisade definitivt den förankrade uppfattningen att Vintergatan är universums utkant. Det var nu en av de många galaxer som en gång hade ansett det som en integrerad del. Kants hypotes bekräftades nästan två århundraden efter dess utveckling.

Därefter gjorde kopplingen mellan galaxens avstånd från observatören och hastigheten för dess avlägsnande från observatören, upptäckt av Hubble, det möjligt att sammanställa en komplett bild av universums storskaliga struktur. Det visade sig att galaxerna bara var en liten del av den. De kopplade samman till kluster, kluster till superkluster. I sin tur viks superkluster till de största kända strukturerna i universum - filament och väggar. Dessa strukturer, som gränsar till enorma superhålrum () och utgör en storskalig struktur av det för närvarande kända universum.

Uppenbar oändlighet

Av det föregående följer att vetenskapen på bara några århundraden gradvis har fladdrat från geocentrism till en modern förståelse av universum. Detta svarar dock inte på varför vi begränsar universum idag. Tills nu handlade det trots allt bara om kosmos omfattning och inte om själva naturen.

Den första som bestämde sig för att rättfärdiga universums oändlighet var Isaac Newton. Att avslöja lagen allvar, han trodde att om rymden var ändlig skulle alla hennes kroppar förr eller senare smälta samman till en enda helhet. Före honom, om någon uttryckte idén om universums oändlighet, var det bara i en filosofisk nyckel. Utan några vetenskaplig motivering. Ett exempel på detta är Giordano Bruno. Förresten, liksom Kant, var han före vetenskapen med många århundraden. Han var den förste att konstatera att stjärnorna är det avlägsna solar och planeter kretsar runt dem.

Det verkar som att själva faktumet med oändligheten är ganska rimligt och uppenbart, men vändpunkterna inom vetenskapen på 1900-talet skakade denna "sanning".

Stationärt universum

Det första betydande steget mot utvecklingen av en modern modell av universum togs av Albert Einstein. Den berömda fysikern introducerade sin modell av det stationära universum 1917. Denna modell baserades på den allmänna relativitetsteorin, utvecklad av honom ett år tidigare. Enligt hans modell är universum oändligt i tid och ändligt i rymden. Men trots allt, som noterat tidigare, enligt Newton, måste ett universum med en ändlig storlek kollapsa. För att göra detta introducerade Einstein den kosmologiska konstanten, som kompenserade för gravitationsattraktionen hos avlägsna objekt.

Hur paradoxalt det än kan låta, begränsade Einstein inte universums ändlighet. Enligt hans åsikt är universum ett slutet skal av en hypersfär. En analogi är ytan på en vanlig tredimensionell sfär, till exempel en jordglob eller jorden. Oavsett hur mycket resenären reser jorden, kommer han aldrig att nå dess kant. Detta betyder dock inte att jorden är oändlig. Resenären kommer helt enkelt att återvända till den plats där han började sin resa.

På ytan av hypersfären

På samma sätt kan en rymdvandrare, som övervinner Einsteins universum på ett rymdskepp, återvända tillbaka till jorden. Bara den här gången kommer vandraren inte att röra sig på den tvådimensionella ytan av sfären, utan på den tredimensionella ytan av hypersfären. Detta betyder att universum har en ändlig volym, och därmed ett ändligt antal stjärnor och massa. Universum har dock inga gränser eller något centrum.

Einstein kom till sådana slutsatser genom att koppla samman rum, tid och gravitation i sin berömda teori. Före honom ansågs dessa begrepp vara separata, vilket är anledningen till att universums utrymme var rent euklidiskt. Einstein bevisade att gravitationen i sig är en krökning av rum-tid. Detta förändrade radikalt de tidiga idéerna om universums natur, baserat på klassisk newtonsk mekanik och euklidisk geometri.

Expanderande universum

Även upptäckaren av det "nya universum" själv var inte främling för vanföreställningar. Einstein, även om han begränsade universum i rymden, fortsatte han att betrakta det som statiskt. Enligt hans modell var och förblir universum evigt, och dess storlek förblir alltid densamma. 1922 utökade den sovjetiske fysikern Alexander Fridman denna modell avsevärt. Enligt hans beräkningar är universum inte alls statiskt. Det kan expandera eller krympa över tiden. Det är anmärkningsvärt att Friedman kom till en sådan modell baserad på samma relativitetsteori. Han lyckades tillämpa denna teori mer korrekt, förbi den kosmologiska konstanten.

Albert Einstein accepterade inte omedelbart en sådan "korrigering". Till hjälp av denna nya modell kom den tidigare nämnda upptäckten av Hubble. Recessionen av galaxer bevisade obestridligen faktumet av universums expansion. Så Einstein var tvungen att erkänna sitt misstag. Nu hade universum en viss ålder, beroende på Hubble-konstanten, som kännetecknar dess expansionshastighet.

Vidareutveckling av kosmologi

När forskare försökte lösa detta problem upptäcktes många andra viktiga komponenter i universum och olika modeller av det utvecklades. Så 1948 introducerade Georgy Gamow hypotesen "heta universum", som så småningom skulle förvandlas till Big Bang-teorin. Upptäckten 1965 bekräftade hans misstankar. Nu kunde astronomer observera ljuset som kom från det ögonblick då universum blev genomskinligt.

Mörk materia, förutspådd 1932 av Fritz Zwicky, bekräftades 1975. Mörk materia förklarar faktiskt själva existensen av galaxer, galaxhopar och själva strukturen i universum som helhet. Så forskare lärde sig att det mesta av universums massa är helt osynlig.

Slutligen, 1998, under studiet av avståndet till, upptäcktes det att universum expanderar med acceleration. Denna nästa vändpunkt i vetenskapen gav upphov till modern förståelse av universums natur. Introducerad av Einstein och motbevisad av Friedmann, hittade den kosmologiska koefficienten återigen sin plats i universums modell. Närvaron av en kosmologisk koefficient (kosmologisk konstant) förklarar dess accelererade expansion. För att förklara närvaron av den kosmologiska konstanten introducerades konceptet - ett hypotetiskt fält som innehåller det mesta av universums massa.

Den nuvarande idén om storleken på det observerbara universum

Den nuvarande modellen av universum kallas också ΛCDM-modellen. Bokstaven "Λ" betyder närvaron av den kosmologiska konstanten, vilket förklarar universums accelererade expansion. "CDM" betyder att universum är fyllt med kall mörk materia. Nyligen genomförda studier tyder på att Hubble-konstanten är cirka 71 (km/s)/Mpc, vilket motsvarar universums ålder på 13,75 miljarder år. Genom att känna till universums ålder kan vi uppskatta storleken på dess observerbara region.

Enligt relativitetsteorin kan information om något föremål inte nå observatören med en hastighet som är högre än ljusets hastighet (299792458 m/s). Det visar sig att betraktaren inte bara ser ett föremål, utan dess förflutna. Ju längre objektet är från det, desto mer avlägset förflutet ser det ut. När vi till exempel tittar på månen ser vi hur det var för lite mer än en sekund sedan, solen - för mer än åtta minuter sedan, de närmaste stjärnorna - år, galaxer - för miljoner år sedan, etc. I Einsteins stationära modell har universum ingen åldersgräns, vilket innebär att dess observerbara region inte heller begränsas av någonting. Observatören, beväpnad med mer och mer avancerade astronomiska instrument, kommer att observera allt mer avlägsna och antika föremål.

Vi har en annan bild med den moderna modellen av universum. Enligt den har universum en ålder, och därav gränsen för observation. Det vill säga, sedan universums födelse skulle ingen foton ha hunnit färdas ett avstånd som är större än 13,75 miljarder ljusår. Det visar sig att vi kan säga att det observerbara universum är begränsat från observatören av ett sfäriskt område med en radie på 13,75 miljarder ljusår. Detta är dock inte riktigt sant. Glöm inte utvidgningen av universums rymd. Tills fotonen når observatören kommer objektet som sänder ut den redan vara 45,7 miljarder ljusår från oss. år. Denna storlek är partikelhorisonten, och det är gränsen för det observerbara universum.

Över horisonten

Så storleken på det observerbara universum är uppdelad i två typer. Den skenbara storleken, även kallad Hubble-radien (13,75 miljarder ljusår). Och den verkliga storleken, kallad partikelhorisonten (45,7 miljarder ljusår). Det är viktigt att båda dessa horisonter inte alls karakteriserar universums verkliga storlek. För det första beror de på observatörens position i rymden. För det andra förändras de över tiden. I fallet med ΛCDM-modellen expanderar partikelhorisonten med en hastighet som är större än Hubble-horisonten. Frågan om denna trend kommer att förändras i framtiden, ger modern vetenskap inget svar. Men om vi antar att universum fortsätter att expandera med acceleration, så kommer alla de objekt som vi ser nu förr eller senare att försvinna från vårt "synfält".

Hittills är det mest avlägsna ljuset som observerats av astronomer CMB. När man tittar på det ser forskare universum som det var 380 000 år efter Big Bang. I det ögonblicket svalnade universum så mycket att det kunde sända ut fria fotoner, som idag fångas med hjälp av radioteleskop. På den tiden fanns det inga stjärnor eller galaxer i universum, utan bara ett kontinuerligt moln av väte, helium och en försumbar mängd andra grundämnen. Från de inhomogeniteter som observeras i detta moln kommer galaktiska hopar att bildas. Det visar sig att det är just de objekt som kommer att bildas från inhomogeniteterna i den kosmiska mikrovågsbakgrundsstrålningen som är belägna närmast partikelhorisonten.

Sanna gränser

Huruvida universum har sanna, oobserverbara gränser är fortfarande föremål för pseudovetenskapliga spekulationer. På ett eller annat sätt konvergerar alla till universums oändlighet, men de tolkar denna oändlighet på helt olika sätt. Vissa anser att universum är flerdimensionellt, där vårt "lokala" tredimensionella universum bara är ett av dess lager. Andra säger att universum är fraktalt – vilket betyder att vårt lokala universum kan visa sig vara en partikel av ett annat. Glöm inte de olika modellerna av Multiversum med dess stängda, öppna, parallella universum, maskhål. Och många, många fler olika versioner, vars antal endast begränsas av mänsklig fantasi.

Men om vi slår på kall realism eller helt enkelt går bort från alla dessa hypoteser, då kan vi anta att vårt universum är en oändlig homogen behållare av alla stjärnor och galaxer. Dessutom kommer alla förhållanden att vara exakt desamma när som helst, oavsett om det är i miljarder gigaparsecs från oss. Vid denna tidpunkt kommer partikelhorisonten och Hubble-sfären att vara exakt likadana med samma reliktstrålning vid sin kant. Runt kommer samma stjärnor och galaxer att finnas. Intressant nog motsäger detta inte universums expansion. När allt kommer omkring är det inte bara universum som expanderar, utan själva utrymmet. Det faktum att universum vid ögonblicket för big bang uppstod från en punkt tyder bara på att de oändligt små (nästan noll) storlekarna som fanns då nu har förvandlats till ofattbart stora. I framtiden kommer vi att använda denna hypotes för att förstå omfattningen av det observerbara universum.

Visuell representation

Olika källor tillhandahåller alla möjliga visuella modeller som låter människor inse universums skala. Det räcker dock inte för oss att inse hur vidsträckt kosmos är. Det är viktigt att förstå hur sådana begrepp som Hubble-horisonten och partikelhorisonten faktiskt manifesterar sig. För att göra detta, låt oss föreställa oss vår modell steg för steg.

Låt oss glömma att modern vetenskap inte känner till den "främmande" regionen i universum. Om vi kasserar versionerna om multiversum, fraktaluniversum och dess andra "varianter", låt oss föreställa oss att det helt enkelt är oändligt. Som nämnts tidigare motsäger detta inte expansionen av dess utrymme. Naturligtvis tar vi hänsyn till att Hubble-sfären och partikelsfären är 13,75 respektive 45,7 miljarder ljusår.

Universums skala

Tryck på START-knappen och upptäck en ny, okänd värld!
Till att börja med, låt oss försöka inse hur stora Universal-skalorna är. Om du har rest runt vår planet kan du väl föreställa dig hur stor jorden är för oss. Föreställ dig nu vår planet som ett korn av bovete, som rör sig i omloppsbana runt vattenmelon-solen, storleken på en halv fotbollsplan. I det här fallet kommer Neptunus bana att motsvara storleken på en liten stad, området - till månen, området för gränsen för solens inflytande - till Mars. Det visar sig att vårt solsystem är precis som mer jord hur mycket mer är Mars bovete! Men detta är bara början.

Föreställ dig nu att detta bovete kommer att vara vårt system, vars storlek är ungefär lika med en parsec. Då blir Vintergatan lika stor som två fotbollsarenor. Detta kommer dock inte att räcka för oss. Vi kommer att behöva minska Vintergatan till en centimeterstorlek. Det kommer på något sätt att likna kaffeskum insvept i en bubbelpool mitt i det kaffesvarta intergalaktiska rymden. Tjugo centimeter från det kommer att ligga samma spiral "smula" - Andromeda-nebulosan. Runt dem kommer det att finnas en svärm av små galaxer i vårt lokala kluster. Den skenbara storleken på vårt universum kommer att vara 9,2 kilometer. Vi har kommit att förstå de universella dimensionerna.

Inuti den universella bubblan

Det räcker dock inte för oss att förstå själva skalan. Det är viktigt att förverkliga universum i dynamik. Föreställ dig oss själva som jättar, för vilka Vintergatan har en centimeters diameter. Som nämnts nyss kommer vi att befinna oss i en boll med en radie på 4,57 och en diameter på 9,24 kilometer. Föreställ dig att vi kan sväva inuti den här bollen, resa och övervinna hela megaparsecs på en sekund. Vad kommer vi att se om vårt universum är oändligt?

Naturligtvis, framför oss kommer otaliga alla typer av galaxer att dyka upp. Elliptisk, spiralformad, oregelbunden. Vissa områden kommer att krylla av dem, andra kommer att vara tomma. huvud funktion kommer att vara att visuellt kommer de alla att vara orörliga, medan vi kommer att vara orörliga. Men så fort vi tar ett steg kommer själva galaxerna att börja röra på sig. Om vi till exempel kan se det mikroskopiska solsystemet i Vintergatans centimeter, kan vi observera dess utveckling. Efter att ha flyttat bort från vår galax med 600 meter kommer vi att se protostjärnan Solen och den protoplanetära skivan vid tidpunkten för bildandet. När vi närmar oss det kommer vi att se hur jorden ser ut, livet föds och människan framträder. På samma sätt kommer vi att se hur galaxer förändras och rör sig när vi rör oss bort från eller närmar oss dem.

Därför än i mer avlägsna galaxer vi kommer att kika, desto uråldrigare kommer de att vara för oss. Så de mest avlägsna galaxerna kommer att vara belägna längre än 1300 meter från oss, och vid vändningen av 1380 meter kommer vi redan att se relikstrålning. Det är sant att detta avstånd kommer att vara imaginärt för oss. Men när vi kommer närmare CMB kommer vi att se en intressant bild. Naturligtvis kommer vi att observera hur galaxer kommer att bildas och utvecklas från det initiala molnet av väte. När vi når en av dessa bildade galaxer kommer vi att förstå att vi inte har övervunnit 1,375 kilometer alls, utan alla 4,57.

Nedskalning

Som ett resultat kommer vi att öka ännu mer i storlek. Nu kan vi placera hela tomrum och väggar i näven. Så vi kommer att hamna i en ganska liten bubbla som det är omöjligt att ta sig ut ur. Inte bara kommer avståndet till objekt på kanten av bubblan att öka när de närmar sig, utan själva kanten kommer att röra sig på obestämd tid. Detta är hela poängen med storleken på det observerbara universum.

Oavsett hur stort universum är, för betraktaren kommer det alltid att förbli en begränsad bubbla. Observatören kommer alltid att vara i centrum av denna bubbla, i själva verket är han dess centrum. När han försöker komma till något föremål på kanten av bubblan kommer observatören att flytta dess centrum. När du närmar dig objektet kommer detta objekt att flytta sig längre och längre bort från bubblans kant och samtidigt förändras. Till exempel, från ett formlöst vätemoln kommer det att förvandlas till en fullfjädrad galax eller vidare till en galaktisk klunga. Dessutom kommer vägen till detta objekt att öka när du närmar dig det, eftersom det omgivande utrymmet i sig kommer att förändras. När vi kommer till det här objektet kommer vi bara att flytta det från kanten av bubblan till mitten. Vid kanten av universum kommer även relikstrålningen att flimra.

Om vi antar att universum kommer att fortsätta att expandera i en accelererad takt, och sedan vara i centrum av bubblan och slingrande tid för miljarder, biljoner och ännu högre order av år framåt, kommer vi att märka en ännu mer intressant bild. Även om vår bubbla också kommer att öka i storlek, kommer dess muterande komponenter att flytta bort från oss ännu snabbare och lämna kanten av denna bubbla, tills varje partikel i universum vandrar isär i sin ensamma bubbla utan förmåga att interagera med andra partiklar.

Så, modern vetenskap har inte information om vad universums verkliga dimensioner är och om det har gränser. Men vi vet med säkerhet att det observerbara universum har en synlig och sann gräns, som kallas Hubble-radien (13,75 miljarder ljusår) respektive partikelradien (45,7 miljarder ljusår). Dessa gränser är helt beroende av observatörens position i rymden och expanderar med tiden. Om Hubble-radien expanderar strikt med ljusets hastighet, accelereras expansionen av partikelhorisonten. Frågan om dess partikelhorisontacceleration kommer att fortsätta ytterligare och övergå till sammandragning är fortfarande öppen.

Universums dimensioner är obegripligt stora för oss. Allt som omger oss, och vi själva, är bara korn av detta omfattande koncept. Och det i sig har inte så mycket astronomiska som filosofiska övertoner.

Den filosofiska delen av universum omfattar hela den materiella världen som finns i naturen, som inte har några gränser i tid och rum. Den representeras av olika former och tillstånd tagna av materia som ett resultat av dess utveckling.

Forskare anser att allt som finns är den astronomiska delen av universum: rymd, materia, tid, energi. Det inkluderar också planeter, stjärnor och andra alla möjliga kosmiska kroppar. Forskare kan bara delvis förstå universums storlek. Och forskarna kan inte hitta en exakt och rymlig definition av det. Kanske är det likvärdigt med Gud eller andra manifestationer av det högsta sinnet.

Universums skala

För att komma ännu lite närmare svaret på frågan, vad är universums dimensioner, är det nödvändigt att uppskatta omfattningen av dess individuella delar. För en person att gå runt jorden är en svår uppgift, men ganska genomförbar. Föreställ dig nu att vår planet jämförs med Saturnus, som ett mynt jämfört med en basketboll. Och i förhållande till solen ser jorden i allmänhet ut som ett litet korn.

Hela solsystemet har inte heller någon betydande utsträckning på universums skala. Om vi betraktar systemets gräns är dess omfattning cirka 120 astronomiska enheter. Samtidigt, för en a.u. ta ett avstånd lika med ~ 150 miljarder km. Föreställ dig nu att diametern på hela Vintergatans galax, som solen och dess omgivande planeter är en del av, är 1 kvintiljon kilometer. Detta är ett tal med 18 nollor. Och själva ansamlingen av olika himlakroppar innehåller, enligt olika uppskattningar, från 2 * 10 11 till 4 * 10 11 stjärnor, av vilka de flesta är större än vår himlakropp.

Och Vintergatan är inte den enda galaxen i hela yttre rymden. På jordens stjärnhimmel med blotta ögat kan du se närliggande stjärnhopar: Andromeda, de stora och små magellanska molnen. Avstånd till dem mäts i megaparsek - i miljoner ljusår. Och var och en av dem sträcker sig också till ofattbara avstånd för det mänskliga sinnet.

Alla stjärnhopar är grupperade i storskaliga associationer - grupper av galaxer. Till exempel är Vintergatan och närliggande formationer en del av den lokala gruppen med en diameter på cirka 1 megaparsek. Föreställ dig, för att en ljusstråle ska kunna passera den från ena änden till den andra kommer det att ta 3,2 miljoner år.

Men detta värde är inte det största. Grupper av galaxer kombineras i sin tur till superkluster eller superkluster. Dessa storskaliga universumstrukturer innehåller hundratals och tusentals galaktiska grupper och miljontals stjärnformationer. Så i Jungfruns superkluster, som inkluderar Vintergatan, finns det mer än 100 grupper av galaxer. Längden på denna struktur är mer än 200 miljoner ljusår, och detta är bara en del av den jättelika formationen av Laniakea.

Tyngdpunkten för Laniakea är Great Attractor-superklustret, som lockar alla andra strukturer i denna del till sig själv yttre rymden. Det kan säkert kallas universums centrum, med förbehållet att detta bara är kärnan i det kosmos vi har känt. Hela Laniakea har en diameter på mer än 500 miljoner ljusår. Och för att äntligen inse universums skala, föreställ dig att denna jätteformation är bara den lilla del av kosmos som en person kan överblicka och föreställa sig.

Det synliga universum och dess dimensioner

Det synliga eller observerbara universum är ett mycket komplext koncept. Enligt den sovjetiske geofysikern Fridmans teori är hela yttre rymden nu i expansionsstadiet. Samtidigt rör sig alla dess element bort från varandra med superluminal hastighet. I förhållande till jorden är den synliga delen av de universella vidderna den delen av det gränslösa rymden varifrån strålning kan komma till oss. Samtidigt kan själva objektet som sänder ut signalen redan förvärva en superluminal borttagningshastighet från vår galax, men vi registrerar fortfarande strålning från den.

Hur stor är det synliga universum? Gränsen för den observerbara delen av rymden är den kosmologiska horisonten. Alla universumstrukturer som befinner sig utanför detta område avger strålning som inte når solsystem. Den exakta storleken på den synliga delen av universum är dock mycket svår att fastställa på grund av dess ständigt accelererande expansion.

Om vi tar vårt stjärnsystem som centrum för den observerade delen av kosmos, och ytan av den sista spridningen av relikstrålning som den kosmologiska horisonten, kommer hela denna sfär i diameter att vara 93 miljarder ljusår. Dess ingående struktur är Metagalaxy, en region i yttre rymden tillgänglig för studier av moderna astronomiska instrument. Metagalaxen är homogen och isotrop, och forskare diskuterar fortfarande om det är hela universum eller bara en liten partikel av det. Dess längd förändras ständigt på grund av förbättringen av teknik som används av astronomer.

Vad är utrymme och vad är dess storlek

På tal om universums storlek kan man inte undgå att nämna begreppet "rymden". Denna term förstås som en del av de universella utrymmena, fyllda med tomhet, som ligger utanför himlakropparnas atmosfärer och skal. Utrymmet är inte tomt eller ihåligt. Den är fylld med interstellär materia, bestående av molekyler av väte, syre, samt joniserande och elektromagnetisk strålning. Dessutom finns det mörk materia, som forskare har bråkat om i flera århundraden. Många av dem lägger fram hypotesen att denna dolda massa är den förbindande länken till yttre rymden.

Moderna astronomer, som tar vår planet som referenspunkt, skiljer:

Nära rymden. För människor börjar det på en höjd av cirka 19 kilometer. Detta är Armstrong-linjen, där vatten kokar vid människokroppens temperatur. En person på denna höjd utan rymddräkt börjar koka saliv och tårar. En höjd av endast 100 kilometer anses vara den internationella officiella gränsen, varefter yttre rymden börjar.
Jordnära rymden anses som sådan upp till en höjd av cirka 260 tusen kilometer. Detta är den höjd till vilken jordens gravitation överstiger solens. Inom intervallet av dessa höjder gör våra kosmonauter orbitalflygningar och olika satelliter flyger.
Interplanetär region. På dessa höjder, eller snarare, avstånd från jorden, flyger den runt vår planet. Dessa sträckor flög endast automatiskt rymdstationer och NASA-astronauter på månlandningen 1970.
Interstellära rymden - avståndet från jorden mäts redan i miljarder kilometer.
Intergalaktiskt rymd, där avstånden är cirka 5 kvintiljoner kilometer. Allt detta är obetydligt med tanke på universums storlek.

Hur stor är världen?

Efter att ha läst allt är det värt att överväga hur enorm världen vi lever i är. Människor är bara mikrober jämfört med, för att inte tala om galaxer och rymden. Samtidigt är universums storlek inte tänkbar. Och det är osannolikt att vi någonsin kommer att få veta det.