Πριν από μερικές εκατοντάδες χρόνια, οι άνθρωποι ήταν σίγουροι ότι ολόκληρο το Σύμπαν μας είναι ο Ήλιος και αρκετοί πλανήτες γύρω του, αλλά καθώς περνούσαν τα χρόνια, τα μυαλά που διερευνούσαν σταδιακά άρχισαν να καταλήγουν στο συμπέρασμα ότι ο κόσμος μας δεν είναι καθόλου ένα «μάτσο» πλανήτες. . Στα μέσα του 20ου αιώνα, ο Έντουιν Χαμπλ κατέπληξε την ανθρωπότητα με μια ανακάλυψη που απέδειξε ότι ο γαλαξίας στον οποίο ζούμε δεν είναι ολόκληρο το σύμπαν, ο Γαλαξίας είναι ένας «κόκκος άμμου» σε έναν αμέτρητο ωκεανό άλλων γαλαξιών. Οι σύγχρονοι άνθρωποι αναρωτιούνται όλο και περισσότερο πώς μοιάζει το Σύμπαν, οι επιστήμονες μπόρεσαν να κάνουν μια κατά προσέγγιση άποψη του κόσμου μας, σε αυτό το άρθρο θα το δείτε.
Δημοφιλείς υποθέσεις για την προέλευση του σύμπαντος
Αλλά πρώτα, ας ρίξουμε μια ματιά στις πιο δημοφιλείς θεωρίες που προσπαθούν να εξηγήσουν τη γέννηση του κόσμου μας.
Ίσως η πιο διάσημη είναι η θεωρία της Μεγάλης Έκρηξης, λέει ότι πριν από 14 δισεκατομμύρια χρόνια υπήρξε ένα κύμα ενέργειας, με άλλα λόγια, μια «έκρηξη», τι την προκάλεσε είναι άγνωστο. Είναι ξεκάθαρο μόνο ότι σε αυτό το αρχικό «σημείο» επικεντρώθηκε μια τεράστια θερμοκρασία και η υψηλότερη πυκνότητα ύλης, η ενέργεια της έκρηξης προκάλεσε όλα τα στοιχεία που αποτελούν τα αστέρια και τους πλανήτες (ναι, είμαστε μαζί σας).
Πιστεύεται ότι το δικό μας επεκτείνεται συνεχώς και θα συνεχίσει να αυξάνεται σε μέγεθος. Αυτό θα συνεχιστεί για τρισεκατομμύρια χρόνια, μέχρι τα αστέρια να εξαντλήσουν όλη την ύλη τους και να σβήσουν, τότε ο κόσμος μας θα γίνει κρύος και σκοτεινός.
Μέρος του σύμπαντος μας: κάθε κουκκίδα είναι ένας γαλαξίας που περιέχει εκατοντάδες δισεκατομμύρια αστέρια
Επίσης, μια άλλη δημοφιλής θεωρία είναι αυτή που υποστηρίζει ότι το Σύμπαν ήταν πάντα, δεν έχει αρχή και τέλος, ήταν, είναι και θα είναι. Αλλά αυτή η άποψη έχει πολλές ασυνέπειες, γιατί. αποδείχθηκε ότι το Σύμπαν διαστέλλεται, μέσω πολύπλοκης μοντελοποίησης της κίνησης των διαστημικών αντικειμένων, χτίστηκε η τροχιά τους και δεν πηγαίνει άπειρα στο παρελθόν, δηλ. αποδεικνύεται ότι ο κόσμος μας έχει μια ορισμένη «αρχή».
Για να είμαστε δίκαιοι, το Big Bang έχει και πολλές ελλείψεις, πχ η ταχύτητα μιας και η «έκρηξη» είναι τέτοια που θα έπρεπε να είχαν σκορπιστεί πολύ πιο μακριά σε 14 δισεκατομμύρια χρόνια, αλλά αυτό δεν παρατηρείται.
Πώς φαίνεται το σύμπαν από έξω;
Οι επιστήμονες βελτιώνουν συνεχώς τα εργαλεία τους για μια βαθύτερη «ομότιμη ματιά» στα βάθη του σύμπαντος. Οι διαστάσεις του ορατού κόσμου είναι ήδη επακριβώς γνωστές, πρόκειται για σχεδόν 500 δισεκατομμύρια γαλαξίες (!), οι οποίοι σχηματίζουν τα όρια μεγεθών 26 δισεκατομμυρίων ετών φωτός. Αλλά δεν είναι μόνο αυτό, οι επιστήμονες θα μπορούσαν να πιάσουν την ακτινοβολία του παρατηρούμενου κόσμου, και είναι 92 δισεκατομμύρια έτη φωτός! Πρόκειται για κολοσσιαίους αριθμούς που είναι δύσκολο να φανταστεί κανείς. Ευτυχώς, οι αστρονόμοι έχουν φτιάξει πολλά οπτικά μοντέλα του ορατού κόσμου μας και τώρα μπορείτε να δείτε μόνοι σας πώς μοιάζει το Σύμπαν.
Πώς μοιάζει το σύμπαν μας;
Κάθε φορά που σηκώνουμε το κεφάλι μας κοιτάζοντας τον έναστρο ουρανό, ανακύπτουν άθελά μας ερωτήματα: πόσο μακριά είναι όλα αυτά τα αστέρια από εμάς, και τι είναι πιο πίσω από αυτά, υπάρχει άκρη σε όλα αυτά και πώς λειτουργούν όλα, πώς μοιάζει το Σύμπαν . Όπου στο Σύμπαν είναι ο Ήλιος, η Γη και άλλοι πλανήτες μας ηλιακό σύστημα. Είναι δυνατόν να φανταστούμε και με τι να συγκρίνουμε αυτές τις αποστάσεις και τα μεγέθη, ώστε το μυαλό μας να καταλάβει πώς μοιάζει το Σύμπαν;
Ο ανθρώπινος νους αντιλαμβάνεται τέλεια τη συνηθισμένη ζυγαριά. Ο εγκέφαλός μας καταλαβαίνει τι σημαίνει να οδηγείς ογδόντα χιλιόμετρα σε μια μέρα, αλλά τι περίπου τριακόσιες χιλιάδες, πολλοί άνθρωποι δεν έχουν ταξιδέψει ποτέ με ταχύτητα 150 km.h. Τι θα λέγατε για εκατό εκατομμύρια. Πολλοί άνθρωποι δεν μπορούν καν να φανταστούν αριθμούς όπως εκατομμύρια και δισεκατομμύρια. Πώς μπορούμε να μελετήσουμε και να καταλάβουμε πώς μοιάζει το Σύμπαν αν δεν μπορούμε να φανταστούμε την τεράστια κλίμακα του. Είναι απαραίτητο να δημιουργήσουμε ένα μοντέλο του Σύμπαντος σε μια κλίμακα, γιατί θα είναι ένα κατανοητό μέγεθος για εμάς.
κλίμακες στο σύμπαν.
1.
Και έτσι πήγαμε. Εδώ είναι το σπίτι μας. Η Γη με τις απέραντες εκτάσεις της: βαθιές θάλασσες και ψηλά βουνά, ατελείωτες πεδιάδες και πολυάριθμες πόλεις. Ωστόσο, είναι απλώς ένας κόκκος άμμου στο διάστημα. 
2. Και αυτή είναι η περιοχή στην οποία βρίσκεται ο πλανήτης μας.
3. Αυτή είναι η απόσταση μεταξύ της Γης και της Σελήνης, η οποία είναι 384.400 χιλιάδες χιλιόμετρα. Δεν φαίνεται πολύ μεγάλο, έτσι δεν είναι;
4. Και τώρα ας δούμε πώς μπορούν να χωρέσουν όλοι οι πλανήτες του ηλιακού συστήματος σε αυτή την απόσταση. Η αλήθεια είναι εντυπωσιακή.
5.
Και κάπως έτσι φαίνονται οι επίγειες ήπειροι στον Δία. 
6.
Έτσι μοιάζει ένας κομήτης με φόντο μια μεγάλη πόλη. 
7.
Αλλά αυτό δεν είναι τίποτα σε σύγκριση με αυτό που μοιάζει η Γη μας δίπλα στον Ήλιο. 
8.
Ας δούμε τώρα πόσο μικρός και ασήμαντος είναι ο Ήλιος μας σε σύγκριση με άλλα αστέρια. Το περισσότερο μεγάλο αστέρι VY Canis Major. 
9.
Και πόσο μεγάλο; Αν ο Ήλιος μειωθεί στο μέγεθος ενός λευκού κυττάρου 
αίμα, και στη συνέχεια μειώστε τον Γαλαξία χρησιμοποιώντας την ίδια κλίμακα, τότε ο γαλαξίας θα έχει το μέγεθος της Ρωσίας.
10. Ωστόσο, ακόμη και ολόκληρος ο Γαλαξίας μοιάζει με νάνο σε σύγκριση με. Αυτός ο γαλαξίας είναι ο IC 1011, ο οποίος βρίσκεται 350 εκατομμύρια έτη φωτός από τη Γη.
11. Και αυτή η φωτογραφία που τραβήχτηκε από το τηλεσκόπιο Hubble δείχνει χιλιάδες γαλαξίες.
Καταλάβαμε τη ζυγαριά και τώρα εξετάστε το μοντέλο του Σύμπαντος.
Μοντέλο - πώς μοιάζει το σύμπαν μας
1.
Εδώ είμαστε στο ηλιακό σύστημα. 
Για πρώτη φορά, οι επιστήμονες έλαβαν σοβαρές αποδείξεις ότι αρκετοί άλλοι βρίσκονται κοντά στον κόσμο μας.
Τα μυστικά του ουράνιου χάρτη
Τα δεδομένα που ελήφθησαν χρησιμοποιώντας το διαστημικό τηλεσκόπιο Planck (δορυφόρος Planck της Ευρωπαϊκής Υπηρεσίας Διαστήματος) οδήγησαν σε εντυπωσιακά συμπεράσματα. Οι επιστήμονες δημιούργησαν τον πιο ακριβή χάρτη του μικροκυματικού υποβάθρου - τη λεγόμενη κοσμική ακτινοβολία υποβάθρου που έχει διατηρηθεί από τη γέννηση του Σύμπαντος. Και είδε κάτι παραπάνω από παράξενα ίχνη.
Πιστεύεται ότι αυτή ακριβώς η ερειπωμένη ακτινοβολία που γεμίζει το διάστημα είναι ηχώ της Μεγάλης Έκρηξης - όταν πριν από 13,8 δισεκατομμύρια χρόνια κάτι απίστευτα μικροσκοπικό και απίστευτα πυκνό ξαφνικά «εξερράγη», επεκτάθηκε και μετατράπηκε στον κόσμο γύρω μας. Δηλαδή στο σύμπαν μας.
Το να καταλάβουμε πώς έγινε η «πράξη της δημιουργίας» δεν θα λειτουργήσει με όλη την επιθυμία. Μόνο με τη βοήθεια μιας πολύ μακρινής αναλογίας μπορεί κανείς να φανταστεί ότι κάτι βρόντηξε, φούντωσε και πέταξε μακριά. Όμως είτε μια «ηχώ», είτε μια «λάμψη», είτε κάποια σβώλοι έμειναν. Αυτοί σχημάτισαν το μωσαϊκό, το οποίο παρουσιάζεται στον χάρτη, όπου οι φωτεινές («καυτές») περιοχές αντιστοιχούν σε ένα πιο ισχυρό ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία. Και αντίστροφα.
Τα «καυτά» και τα «κρύα» σημεία του φόντου μικροκυμάτων θα πρέπει να εναλλάσσονται ομοιόμορφα. Αλλά ο χάρτης δείχνει: δεν υπάρχει διατεταγμένη διανομή. Από το νότιο τμήμα του ουρανού υπάρχει μια πολύ πιο ισχυρή υπολειμματική ακτινοβολία από ό,τι από το βορρά. Και αυτό που προκαλεί έκπληξη: το μωσαϊκό είναι γεμάτο με σκοτεινά κενά - μερικές τρύπες και εκτεταμένες τρύπες, η εμφάνιση των οποίων δεν μπορεί να εξηγηθεί από τη σκοπιά της σύγχρονης φυσικής.
Οι γείτονες γίνονται γνωστοί
Πίσω στο 2005, η θεωρητική φυσικός Laura Mersini-Houghton του Πανεπιστημίου της Βόρειας Καρολίνας στο Chapel Hill και ο συνάδελφός της Richard Holman, καθηγητής στο Πανεπιστήμιο Carnegie Mellon) προέβλεψαν την ύπαρξη ανωμαλιών στο φόντο των μικροκυμάτων. Και πρότειναν ότι προέκυψαν λόγω του γεγονότος ότι το Σύμπαν μας επηρεάζεται από άλλα Σύμπαντα που βρίσκονται κοντά. Αντίστοιχα, στην οροφή του διαμερίσματός σας εμφανίζονται λεκέδες από γείτονες που «διέρρευσαν», οι οποίοι έκαναν αισθητή την αίσθηση με τόσο εμφανείς ανωμαλίες του «στόκου φόντου».
Στον προηγούμενο - λιγότερο σαφή - χάρτη, που συντάχθηκε σύμφωνα με τον ανιχνευτή WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) της NASA, ο οποίος πετάει από το 2001, δεν ήταν ορατό τίποτα το ασυνήθιστο. Μερικές υποδείξεις. Και τώρα η εικόνα είναι ξεκάθαρη. Και συγκλονιστικό. Σύμφωνα με τους επιστήμονες, οι παρατηρούμενες ανωμαλίες σημαίνουν απλώς ότι το Σύμπαν μας δεν είναι μόνο. Άλλα είναι αμέτρητα.
Ούτε η Λόρα και ο Ρίτσαρντ είναι μόνοι στις απόψεις τους. Για παράδειγμα, ο Stephen Feeney από το University College του Λονδίνου (University College London) είδε στην εικόνα του φόντου των μικροκυμάτων, τουλάχιστον τέσσερις ασυνήθιστα «κρύες» στρογγυλές κηλίδες, τις οποίες ονόμασε «μώλωπες». Και τώρα αποδεικνύει ότι αυτές οι «μώλωπες» προέκυψαν από απευθείας χτυπήματα από γειτονικά Σύμπαντα στα δικά μας.
Κατά τη γνώμη του, Στέφαν, τα σύμπαντα προκύπτουν και εξαφανίζονται σαν φυσαλίδες ατμού σε υγρό που βράζει. Και αφού προέκυψαν, συγκρούονται. Και αναπηδούν ο ένας από τον άλλο, αφήνοντας ίχνη.
Πού τους πάει;
Πριν από μερικά χρόνια, μια ομάδα της NASA με επικεφαλής τον αστροφυσικό Alexander Kashlinsky ανακάλυψε περίεργη συμπεριφορά σε περίπου 800 μακρινά σμήνη γαλαξιών. Αποδείχθηκε ότι όλοι πετούν προς την ίδια κατεύθυνση -σε ένα συγκεκριμένο σημείο του διαστήματος- με ταχύτητα 1000 χιλιομέτρων το δευτερόλεπτο. Αυτό το παγκόσμιο κίνημα έχει ονομαστεί «Σκοτεινό Ρεύμα».
Πρόσφατα αποκαλύφθηκε ότι το «Σκοτεινό ρεύμα» καλύπτει έως και 1400 γαλαξιακά σμήνη. Και τους μεταφέρει σε μια περιοχή που βρίσκεται κάπου κοντά στα σύνορα του σύμπαντος μας. Γιατί είναι αυτό; Ή εκεί -πέρα από τα απρόσιτα για τις παρατηρήσεις όρια- υπάρχει κάποια απίστευτα τεράστια μάζα, που έλκει την ύλη. Το οποίο είναι απίστευτο. Ή ο γαλαξίας απορροφάται σε ένα άλλο σύμπαν.
Πετώντας από κόσμο σε κόσμο
Είναι δυνατόν να φτάσουμε από το σύμπαν μας σε κάποιο άλλο; Ή μήπως οι γείτονες χωρίζονται από κάποιο ανυπέρβλητο εμπόδιο;
Το εμπόδιο είναι ξεπερασμένο, λέει ο καθηγητής Thibault Damour του Γαλλικού Ινστιτούτου για Προχωρημένους επιστημονική έρευνα(Institut des Hautes E "tudes Scientifiques - IHE" S) και τον συνάδελφό του, Διδάκτωρ Φυσικών και Μαθηματικών Επιστημών Sergey Solodukhin από το Φυσικό Ινστιτούτο Lebedev της Μόσχας της Ρωσικής Ακαδημίας Επιστημών (FIAN), ο οποίος τώρα εργάζεται στη γερμανική Βρέμη διεθνές πανεπιστήμιο(Διεθνές Πανεπιστήμιο Βρέμης). Σύμφωνα με τους επιστήμονες, υπάρχουν περάσματα που οδηγούν σε άλλους κόσμους. Από έξω, - αυτές οι κινήσεις - μοιάζουν ακριβώς με «μαύρες τρύπες». Αλλά στην πραγματικότητα δεν είναι.
Οι σήραγγες που συνδέουν τα μακρινά μέρη του σύμπαντός μας ονομάζονται «σκουληκότρυπες» από ορισμένους αστροφυσικούς, «σκουληκότρυπες» από άλλους. Η ουσία είναι ότι, βουτώντας σε μια τέτοια τρύπα, μπορείτε σχεδόν αμέσως να αναδυθείτε κάπου σε έναν άλλο γαλαξία, εκατομμύρια ή και δισεκατομμύρια έτη φωτός μακριά. Τουλάχιστον θεωρητικά, ένα τέτοιο ταξίδι είναι δυνατό μέσα στο σύμπαν μας. Και αν πιστεύετε στον Damur και τον Solodukhin, τότε μπορείτε να αναδυθείτε ακόμα πιο μακριά - γενικά, σε ένα άλλο Σύμπαν. Ούτε ο δρόμος της επιστροφής φαίνεται να είναι κλειστός.
Οι επιστήμονες μέσα από υπολογισμούς παρουσίασαν πώς πρέπει να μοιάζουν οι «σκουληκότρυπες» που οδηγούν ακριβώς στα γειτονικά Σύμπαντα. Και αποδείχθηκε ότι τέτοια αντικείμενα δεν διαφέρουν ιδιαίτερα από τις ήδη γνωστές «μαύρες τρύπες». Και συμπεριφέρονται με τον ίδιο τρόπο - απορροφούν την ύλη, παραμορφώνουν τον ιστό του χωροχρόνου.
Η μόνη σημαντική διαφορά: μέσα από την "τρύπα" μπορείτε να περάσετε. Και μείνε ολόκληρος. Και η «μαύρη τρύπα» θα σπάσει το πλοίο που το πλησιάζει σε άτομα με το τερατώδες βαρυτικό του πεδίο.
Δυστυχώς, ο Thibaut και ο Solodukhin δεν ξέρουν πώς να διακρίνουν με ακρίβεια μια «μαύρη τρύπα» από μια «σκουληκότρυπα» από μεγάλη απόσταση. Όπως, αυτό θα γίνει σαφές μόνο στη διαδικασία της βύθισης στο αντικείμενο.
Είναι αλήθεια ότι η ακτινοβολία προέρχεται από «μαύρες τρύπες» - τη λεγόμενη ακτινοβολία Hawking. Και οι «σκουληκότρυπες» δεν εκπέμπουν τίποτα. Αλλά η ακτινοβολία είναι τόσο μικρή που είναι απίστευτα δύσκολο να την πιάσεις με φόντο άλλες πηγές.
Δεν είναι ακόμη σαφές πόσο καιρό θα πάρει το άλμα σε άλλο σύμπαν. Ίσως κλάσματα του δευτερολέπτου, ίσως δισεκατομμύρια χρόνια.
Και το πιο εκπληκτικό: σύμφωνα με τους επιστήμονες, «σκουληκότρυπες» μπορούν να δημιουργηθούν τεχνητά - στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων (LHC), που συγκρούονται με σωματίδια σε ενέργεια πολλαπλάσια από το επί του παρόντος επιτυγχανόμενο επίπεδο. Δεν θα σχηματιστούν δηλαδή «μαύρες τρύπες», τις οποίες συνήθιζαν να τρομάζουν ακόμη και πριν από την έναρξη των πειραμάτων προσομοίωσης. μεγάλη έκρηξη, και ανοίγουν «σκουληκότρυπες». Πόσο τρομακτική συγκεκριμένα αυτή η εξέλιξη των γεγονότων, οι φυσικοί δεν έχουν εξηγήσει ακόμη. Αλλά η ίδια η προοπτική - να δημιουργήσουμε μια είσοδο σε ένα άλλο σύμπαν - φαίνεται δελεαστική.
ΠΑΡΕΜΠΙΠΤΟΝΤΩΣ
Ζούμε μέσα σε μια μπάλα ποδοσφαίρου
Μέχρι πρόσφατα, οι επιστήμονες πρότειναν πολλές επιλογές για το σχήμα του κόσμου μας: από μια συνηθισμένη μπάλα με φυσαλίδες μέχρι ένα ντόνατ, ένα παραβολοειδές. Ή ακόμα και ... φλιτζάνια με λαβή. Λοιπόν, δεν μπορείτε να δείτε από τη Γη πώς μοιάζει το Σύμπαν από έξω. Ωστόσο, τώρα, αφού εξέτασαν προσεκτικά την εικόνα της κατανομής της ακτινοβολίας λειψάνων, οι αστροφυσικοί κατέληξαν στο συμπέρασμα: το Σύμπαν είναι σαν μια μπάλα ποδοσφαίρου, «ραμμένη» από πεντάγωνα - δωδεκάεδρα, σύμφωνα με την επιστήμη.
- «Η μπάλα», φυσικά, είναι τεράστια, - λέει ο Ντάγκλας Σκοτ από το Πανεπιστήμιο της Βρετανικής Κολομβίας (Καναδάς), - αλλά όχι τόσο ώστε να τη θεωρούμε άπειρη.
Οι επιστήμονες αναφέρονται και πάλι στην περίεργη σειρά κατανομής των «ψυχρών» και «καυτών» περιοχών. Και πιστεύουν ότι ένα «μοτίβο» τέτοιας κλίμακας θα μπορούσε να προκύψει μόνο σε ένα σύμπαν περιορισμένου μεγέθους. Από τους υπολογισμούς προκύπτει: από άκρη σε άκρη είναι μόνο 70 δισεκατομμύρια έτη φωτός.
Και τι είναι στην άκρη; Προτιμούν να μην το σκέφτονται. Εξηγούν: ο χώρος μοιάζει να είναι κλειστός στον εαυτό του. Και η «μπάλα» στην οποία ζούμε, σαν να «καθρεφτίζει» από μέσα. Και αν στείλετε μια ακτίνα από τη Γη προς οποιαδήποτε κατεύθυνση, τότε σίγουρα θα επιστρέψει κάποια μέρα. Και μερικές ακτίνες φέρεται να έχουν ήδη επιστρέψει, που αντανακλώνται από την "άκρη του καθρέφτη". Και όχι μόνο μια φορά. Όπως, από αυτό, οι αστρονόμοι βλέπουν μερικούς (ίδιους) γαλαξίες μέσα διαφορετικά μέρηουράνιος θόλος. Ναι, και από διαφορετικές οπτικές γωνίες.
Πόσο μεγάλο είναι το τμήμα του σύμπαντος που παρατηρούμε; Ας σκεφτούμε πόσο μακριά μπορούμε να δούμε στο διάστημα.
Εικόνα από τηλεσκόπιο Hubble, δείχνει ένα τεράστιο σμήνος γαλαξιών PLCK_G308.3-20.2, που λάμπει έντονα στο σκοτάδι. Έτσι μοιάζουν τεράστια τμήματα του απομακρυσμένου σύμπαντος. Αλλά πόσο μακριά εκτείνεται το γνωστό σύμπαν, συμπεριλαμβανομένου του τμήματος που δεν μπορούμε να δούμε;
Η Μεγάλη Έκρηξη συνέβη πριν από 13,8 δισεκατομμύρια χρόνια. Το Σύμπαν ήταν γεμάτο με ύλη, αντιύλη, ακτινοβολία και υπήρχε σε μια υπερθερμή και υπερπυκνή, αλλά διαστελλόμενη και ψυχρή κατάσταση.
Πώς μοιάζει το σύμπαν
Μέχρι σήμερα, ο όγκος του, συμπεριλαμβανομένου του σύμπαντος που παρατηρούμε, έχει επεκταθεί σε μια ακτίνα 46 δισεκατομμυρίων ετών φωτός και το φως που εισέρχεται στα μάτια μας για πρώτη φορά σήμερα είναι εντός των ορίων αυτού που μπορούμε να μετρήσουμε. Και τι ακολουθεί; Τι γίνεται με το μη παρατηρήσιμο μέρος του σύμπαντος;
Η ιστορία του σύμπαντος είναι τόσο καλά καθορισμένη όσο πίσω στο χρόνο μπορούμε να δούμε με διάφορα όργανα και τηλεσκόπια. Αλλά μπορεί κανείς να πει, καταφεύγοντας στην ταυτολογία, ότι οι παρατηρήσεις μας μπορούν να μας δώσουν μόνο πληροφορίες για τα παρατηρούμενα μέρη του. Όλα τα άλλα πρέπει να μαντεύονται, και αυτές οι εικασίες είναι τόσο καλές όσο οι υποκείμενες υποθέσεις.
Σήμερα, το σύμπαν είναι ψυχρό και ογκώδες, και επίσης διαστέλλεται και ασκεί βαρυτική έλξη. Κοιτάζοντας μακριά στο διάστημα, δεν κοιτάμε μόνο μακρινές αποστάσεις, αλλά βλέπουμε και το μακρινό παρελθόν, λόγω της πεπερασμένης ταχύτητας του φωτός.
Τα μακρινά μέρη του σύμπαντος είναι λιγότερο ογκώδη και πιο ομοιογενή, είχαν λιγότερο χρόνο να σχηματίσουν μεγαλύτερες και πιο περίπλοκες δομές υπό την επίδραση της βαρύτητας.
Το πρώιμο, μακρινό Σύμπαν ήταν επίσης πιο ζεστό. Το διαστελλόμενο σύμπαν οδηγεί σε αύξηση του μήκους κύματος του φωτός που διαδίδεται μέσω αυτού. Με το τέντωμα του, το φως χάνει ενέργεια και ψύχεται. Αυτό σημαίνει ότι στο μακρινό παρελθόν το Σύμπαν ήταν πιο ζεστό - και επιβεβαιώσαμε αυτό το γεγονός παρατηρώντας τις ιδιότητες μακρινών τμημάτων του Σύμπαντος.
Η μελέτη του 2011 (κόκκινες κουκκίδες) παρέχει τις καλύτερες διαθέσιμες αποδείξεις ότι η θερμοκρασία του CMB ήταν υψηλότερη στο παρελθόν. Οι φασματικές και θερμικές ιδιότητες του φωτός που ήρθε από μακριά επιβεβαιώνουν το γεγονός ότι ζούμε σε έναν διαστελλόμενο χώρο.
Ερευνα
Μπορούμε να μετρήσουμε τη θερμοκρασία του σύμπαντος σήμερα, 13,8 δισεκατομμύρια χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, μελετώντας την ακτινοβολία που απομένει από αυτή την καυτή, πυκνή πρώιμη κατάσταση.
Σήμερα εκδηλώνεται στο τμήμα μικροκυμάτων του φάσματος και είναι γνωστό ως CMB. Ταιριάζει στο φάσμα της ακτινοβολίας του μαύρου σώματος και έχει θερμοκρασία 2,725 K, και είναι πολύ εύκολο να δείξουμε ότι αυτές οι παρατηρήσεις συμπίπτουν με εκπληκτική ακρίβεια με τις προβλέψεις του μοντέλου Big Bang για το Σύμπαν μας.
Πραγματικό φως από τον Ήλιο (αριστερά, κίτρινη καμπύλη) και μαύρο σώμα (γκρι). Λόγω του πάχους της φωτόσφαιρας του Ήλιου, σχετίζεται περισσότερο με τα μαύρα σώματα. Στα δεξιά φαίνεται η πραγματική ακτινοβολία υποβάθρου, η οποία συμπίπτει με την ακτινοβολία ενός μαύρου σώματος, σύμφωνα με τις μετρήσεις του δορυφόρου COBE. Σημειώστε ότι η εξάπλωση των σφαλμάτων στο οικόπεδο στα δεξιά είναι εκπληκτικά μικρή (στην περιοχή των 400 σίγμα). Η σύμπτωση της θεωρίας με την πράξη είναι ιστορική.
Επιπλέον, γνωρίζουμε πώς η ενέργεια αυτής της ακτινοβολίας αλλάζει με τη διαστολή του Σύμπαντος. Η ενέργεια ενός φωτονίου είναι αντιστρόφως ανάλογη με το μήκος κύματος. Όταν το σύμπαν είχε το μισό μέγεθος, τα φωτόνια που είχαν απομείνει από τη Μεγάλη Έκρηξη είχαν διπλάσια ενέργεια. όταν το μέγεθος του σύμπαντος ήταν 10% του σημερινού του μεγέθους, η ενέργεια αυτών των φωτονίων ήταν 10 φορές μεγαλύτερη.
Αν θέλουμε να επιστρέψουμε στην εποχή που το σύμπαν ήταν 0,092% του σημερινού του μεγέθους, θα διαπιστώσουμε ότι το σύμπαν ήταν 1089 φορές θερμότερο από ό,τι είναι σήμερα: περίπου 3000 Κ. Σε αυτές τις θερμοκρασίες, το σύμπαν είναι σε θέση να ιονίσει όλα τα άτομα που περιέχει. Αντί για στερεό, υγρό ή αέριες ουσίες, όλη η ύλη σε ολόκληρο το σύμπαν είχε τη μορφή ιονισμένου πλάσματος.
Το σύμπαν, στο οποίο τα ελεύθερα ηλεκτρόνια και τα πρωτόνια συγκρούονται με τα φωτόνια, γίνεται ουδέτερο, διαφανές στα φωτόνια, καθώς ψύχεται και διαστέλλεται. Στα αριστερά - ιονισμένο πλάσμα πριν από την εκπομπή της ακτινοβολίας λειψάνων, στα δεξιά - το ουδέτερο Σύμπαν, διαφανές στα φωτόνια.
Τρεις βασικές ερωτήσεις
Προσεγγίζουμε το μέγεθος του σημερινού σύμπαντος κατανοώντας τρεις σχετικές ερωτήσεις:
- Το πόσο γρήγορα διαστέλλεται το σύμπαν σήμερα είναι κάτι που μπορούμε να μετρήσουμε με διάφορους τρόπους.
- Πόσο καυτό είναι το Σύμπαν σήμερα - μπορούμε να το μάθουμε μελετώντας την κοσμική ακτινοβολία υποβάθρου μικροκυμάτων.
- Από τι αποτελείται το Σύμπαν – συμπεριλαμβανομένης της ύλης, της ακτινοβολίας, των νετρίνων, της αντιύλης, της σκοτεινής ύλης, της σκοτεινής ενέργειας κ.λπ.
Χρησιμοποιώντας την τρέχουσα κατάσταση του σύμπαντος, μπορούμε να επανέλθουμε στα αρχικά στάδια της καυτής Μεγάλης Έκρηξης και να καταλήξουμε σε τιμές για την ηλικία και το μέγεθος του σύμπαντος.
Καταγραφή του μεγέθους του παρατηρήσιμου σύμπαντος, σε έτη φωτός, έναντι του χρόνου από τη Μεγάλη Έκρηξη. Όλα αυτά ισχύουν μόνο για το παρατηρήσιμο σύμπαν.
Από ολόκληρο το σύνολο των διαθέσιμων παρατηρήσεων, συμπεριλαμβανομένου του CMB, των δεδομένων σουπερνόβα, των παρατηρήσεων δομών μεγάλης κλίμακας και των ακουστικών ταλαντώσεων του βαρυονίου, έχουμε μια εικόνα που περιγράφει το Σύμπαν μας.
13,8 δισεκατομμύρια χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, η ακτίνα του είναι 46,1 δισεκατομμύρια έτη φωτός. Αυτή είναι η άκρη του παρατηρήσιμου. Οτιδήποτε πιο μακριά, ακόμα και να κινείται με την ταχύτητα του φωτός από την καυτή Μεγάλη Έκρηξη, δεν θα έχει αρκετό χρόνο για να φτάσει σε εμάς.
Όσο περνά ο καιρός, η ηλικία και το μέγεθος του σύμπαντος αυξάνονται και θα υπάρχει πάντα ένα όριο σε αυτό που μπορούμε να δούμε.
Μια καλλιτεχνική αναπαράσταση του παρατηρήσιμου σύμπαντος σε λογαριθμική κλίμακα. Σημειώστε ότι είμαστε περιορισμένοι στο πόσο μακριά μπορούμε να κοιτάξουμε στο παρελθόν από το χρονικό διάστημα από την καυτή Μεγάλη Έκρηξη. Αυτό είναι 13,8 δισεκατομμύρια έτη, ή (δεδομένης της διαστολής του σύμπαντος) 46 δισεκατομμύρια έτη φωτός. Όλοι όσοι ζουν στο Σύμπαν μας, σε οποιοδήποτε σημείο του, θα δουν σχεδόν την ίδια εικόνα.
Τι υπάρχει έξω
Τι μπορούμε να πούμε για εκείνο το μέρος του σύμπαντος που είναι πέρα από τις παρατηρήσεις μας; Μπορούμε μόνο να μαντέψουμε με βάση τους νόμους της φυσικής και τι μπορούμε να μετρήσουμε στο παρατηρήσιμο μέρος μας.
Για παράδειγμα, βλέπουμε ότι το Σύμπαν είναι χωρικά επίπεδο σε μεγάλες κλίμακες: δεν είναι κυρτό ούτε θετικά ούτε αρνητικά, με ακρίβεια 0,25%. Αν υποθέσουμε ότι οι νόμοι της φυσικής μας είναι σωστοί, μπορούμε να εκτιμήσουμε πόσο μεγάλο μπορεί να είναι το σύμπαν μέχρι να κλείσει στον εαυτό του.
Τα μεγέθη των θερμών και ψυχρών περιοχών και οι κλίμακες τους μιλούν για την καμπυλότητα του σύμπαντος. Όσο μπορούμε να το μετρήσουμε με ακρίβεια, φαίνεται απόλυτα επίπεδο. Οι ακουστικές ταλαντώσεις βαρυονίου παρέχουν μια ακόμη μέθοδο για την επιβολή περιορισμών καμπυλότητας και οδηγούν σε παρόμοια αποτελέσματα.
Το Sloan Digital Sky Survey και ο δορυφόρος Planck μας δίνουν τα καλύτερα δεδομένα μέχρι σήμερα. Λένε ότι αν το Σύμπαν είναι κυρτό, κλείνοντας στον εαυτό του, τότε αυτό το τμήμα του που μπορούμε να δούμε είναι τόσο δυσδιάκριτο από ένα επίπεδο που η ακτίνα του θα πρέπει να είναι τουλάχιστον 250 φορές μεγαλύτερη από την ακτίνα του παρατηρούμενου τμήματος.
Αυτό σημαίνει ότι το μη παρατηρήσιμο σύμπαν, εάν δεν υπάρχουν τοπολογικές παραξενιές σε αυτό, θα πρέπει να έχει διάμετρο τουλάχιστον 23 τρισεκατομμύρια έτη φωτός και ο όγκος του θα πρέπει να είναι τουλάχιστον 15 εκατομμύρια φορές μεγαλύτερος από αυτόν που παρατηρούμε.
Αλλά αν επιτρέψουμε στον εαυτό μας να σκεφτεί θεωρητικά, μπορούμε να αποδείξουμε αρκετά πειστικά ότι οι διαστάσεις του μη παρατηρήσιμου σύμπαντος πρέπει να υπερβαίνουν σημαντικά ακόμη και αυτές τις εκτιμήσεις.
Το παρατηρήσιμο σύμπαν μπορεί να έχει πλάτος 46 δισεκατομμυρίων ετών φωτός προς όλες τις κατευθύνσεις από τη θέση μας, αλλά σίγουρα υπάρχει ένα μεγάλο μέρος του πέρα από αυτό, μη παρατηρήσιμο, ίσως και άπειρο, παρόμοιο με αυτό που βλέπουμε. Με τον καιρό, θα μπορούμε να δούμε λίγο περισσότερα, αλλά όχι όλα.
Η καυτή Μεγάλη Έκρηξη μπορεί να σηματοδοτεί τη γέννηση του παρατηρήσιμου σύμπαντος όπως το γνωρίζουμε, αλλά δεν σηματοδοτεί τη γέννηση του ίδιου του χώρου και του χρόνου. Πριν από τη Μεγάλη Έκρηξη, το σύμπαν πέρασε μια περίοδο κοσμικού πληθωρισμού. Δεν ήταν γεμάτο με ύλη και ακτινοβολία και δεν ήταν ζεστό, αλλά:
- ήταν γεμάτο με ενέργεια εγγενή στο ίδιο το διάστημα,
- επεκτείνεται με σταθερό, εκθετικό ρυθμό,
- και δημιούργησε έναν νέο χώρο τόσο γρήγορα ώστε το μικρότερο δυνατό μήκος, Μήκος Planck, που εκτείνεται στο μέγεθος του παρατηρήσιμου σύμπαντος σήμερα κάθε 10-32 δευτερόλεπτα.
Ο πληθωρισμός προκαλεί εκθετική επέκταση του χώρου, κάτι που μπορεί πολύ γρήγορα να κάνει τον καμπύλο ή ανομοιόμορφο χώρο να φαίνεται επίπεδος. Αν το σύμπαν είναι κυρτό, η ακτίνα καμπυλότητάς του είναι τουλάχιστον εκατοντάδες φορές μεγαλύτερη από αυτή που μπορούμε να παρατηρήσουμε.
Στο δικό μας μέρος του σύμπαντος, ο πληθωρισμός έχει όντως τερματιστεί. Τρεις ερωτήσεις όμως που δεν γνωρίζουμε τις απαντήσεις για να έχουν τεράστιο αντίκτυπο στο πραγματικό μέγεθος του σύμπαντος και αν είναι άπειρο:
- Πόσο μεγάλο είναι το κομμάτι του σύμπαντος μετά τον πληθωρισμό που προκάλεσε το Big Bang;
- Είναι σωστή η ιδέα του αιώνιου πληθωρισμού, σύμφωνα με την οποία το Σύμπαν διαστέλλεται άπειρα, τουλάχιστον σε ορισμένες περιοχές;
- Πόσο κράτησε ο πληθωρισμός προτού σταματήσει και δημιουργήσει ένα καυτό Big Bang;
Είναι πιθανό ότι το μέρος του Σύμπαντος όπου συνέβαινε ο πληθωρισμός θα μπορούσε να αυξηθεί σε μέγεθος όχι πολύ μεγαλύτερο από αυτό που μπορούμε να παρατηρήσουμε. Είναι πιθανό ότι ανά πάσα στιγμή θα υπάρξουν στοιχεία για ένα «άκρο» όπου ο πληθωρισμός έχει τελειώσει. Αλλά είναι επίσης πιθανό ότι το σύμπαν είναι ένα googol φορές μεγαλύτερο από το παρατηρήσιμο. Χωρίς να απαντήσουμε σε αυτές τις ερωτήσεις, δεν θα λάβουμε απάντηση στο κύριο.
Ο τεράστιος αριθμός χωριστών περιοχών στις οποίες συνέβη το Big Bang διαιρείται με βάση το διάστημα, συνεχώς αυξανόμενος ως αποτέλεσμα του αιώνιου πληθωρισμού. Αλλά δεν έχουμε ιδέα πώς να δοκιμάσουμε, να μετρήσουμε ή να αποκτήσουμε πρόσβαση σε αυτό που βρίσκεται πέρα από το παρατηρήσιμο σύμπαν μας.
Πέρα από αυτό που μπορούμε να δούμε, πιθανότατα υπάρχει περισσότερο ένα σύμπαν όπως το δικό μας, με τους ίδιους νόμους της φυσικής, τις ίδιες κοσμικές δομές και τις ίδιες πιθανότητες για πολύπλοκη ζωή.
Επίσης, η «φούσκα» στην οποία έχει τελειώσει ο πληθωρισμός πρέπει να έχει πεπερασμένο μέγεθος, δεδομένου ότι ένας εκθετικά μεγάλος αριθμός τέτοιων φυσαλίδων περιέχεται σε έναν μεγαλύτερο, διαστελλόμενο χωροχρόνο.
Αλλά ακόμα κι αν ολόκληρο αυτό το σύμπαν, ή το Πολυσύμπαν, μπορεί να είναι απίστευτα μεγάλο, μπορεί να μην είναι άπειρο. Στην πραγματικότητα, εκτός αν ο πληθωρισμός συνεχίστηκε επ' αόριστον, ή το σύμπαν γεννήθηκε απείρως μεγάλο, πρέπει να είναι πεπερασμένο.
Ανεξάρτητα από το πόσο μεγάλο μέρος του Σύμπαντος παρατηρούμε, όσο μακριά κι αν μπορούμε να κοιτάξουμε, όλα αυτά είναι μόνο ένα μικρό κλάσμα από αυτό που πρέπει να υπάρχει εκεί, πέρα.
Το μεγαλύτερο πρόβλημα είναι ότι δεν έχουμε αρκετές πληροφορίες για να απαντήσουμε οριστικά στην ερώτηση. Ξέρουμε μόνο πώς να έχουμε πρόσβαση στις διαθέσιμες πληροφορίες μέσα στο παρατηρήσιμο σύμπαν μας: αυτά τα 46 δισεκατομμύρια έτη φωτός προς όλες τις κατευθύνσεις.
Η απάντηση στο μεγαλύτερο ερώτημα, σχετικά με το πεπερασμένο ή το άπειρο του σύμπαντος, μπορεί να κρύβεται στο ίδιο το σύμπαν, αλλά δεν μπορούμε να γνωρίζουμε ένα αρκετά μεγάλο μέρος του για να γνωρίζουμε με βεβαιότητα. Και μέχρι να το καταλάβουμε ή να καταλήξουμε σε ένα έξυπνο σχέδιο για να ξεπεράσουμε τα όρια της φυσικής, δεν θα μας μείνει τίποτα παρά μόνο οι πιθανότητες.
> Δομή του Σύμπαντος
Μελετήστε το σχήμα δομές του σύμπαντος: κλίμακες του διαστήματος, χάρτης του Σύμπαντος, υπερσμήνη, σμήνη, ομάδες γαλαξιών, γαλαξίες, αστέρια, Σινικό Τείχος του Sloane.
Ζούμε σε άπειρο διάστημα, επομένως είναι πάντα ενδιαφέρον να γνωρίζουμε πώς μοιάζει η δομή και η κλίμακα του σύμπαντος. Η παγκόσμια καθολική δομή είναι τα κενά και οι ίνες που μπορούν να χωριστούν σε, σμήνη, γαλαξιακές ομάδες και στο τέλος οι ίδιες. Εάν κάνουμε σμίκρυνση ξανά, τότε σκεφτείτε και (ο Ήλιος είναι ένα από αυτά).
Εάν καταλαβαίνετε πώς μοιάζει αυτή η ιεραρχία, μπορείτε να καταλάβετε καλύτερα τι ρόλο παίζει κάθε ονομαζόμενο στοιχείο στη δομή του σύμπαντος. Για παράδειγμα, αν διεισδύσουμε ακόμη περισσότερο, θα παρατηρήσουμε ότι τα μόρια χωρίζονται σε άτομα και αυτά σε ηλεκτρόνια, πρωτόνια και νετρόνια. Τα δύο τελευταία μεταμορφώνονται επίσης σε κουάρκ.
Αλλά αυτά είναι μικροαντικείμενα. Και τι γίνεται με τους γίγαντες; Τι είναι τα υπερσμήνη, τα κενά και τα νήματα; Ας περάσουμε από το μικρό στο μεγάλο. Παρακάτω μπορείτε να δείτε πώς μοιάζει ο χάρτης του Σύμπαντος σε κλίμακα (κλωστές, ίνες και κενά διαστήματος φαίνονται ξεκάθαρα εδώ).
Υπάρχουν μεμονωμένοι γαλαξίες, αλλά οι περισσότεροι προτιμούν να είναι σε ομάδες. Συνήθως πρόκειται για 50 γαλαξίες, με διάμετρο 6 εκατομμυρίων ετών φωτός. Η ομάδα Milky Way περιέχει περισσότερους από 40 γαλαξίες.
Τα σμήνη είναι περιοχές με 50-1000 γαλαξίες, που φτάνουν τα μεγέθη των 2-10 megaparsecs (διάμετρος). Είναι ενδιαφέρον να σημειωθεί ότι οι ταχύτητες τους είναι απίστευτα υψηλές, πράγμα που σημαίνει ότι πρέπει να ξεπεράσουν τη βαρύτητα. Αλλά εξακολουθούν να μένουν μαζί.
Οι συζητήσεις για τη σκοτεινή ύλη εμφανίζονται στο στάδιο της εξέτασης των γαλαξιακών σμηνών. Πιστεύεται ότι δημιουργεί τη δύναμη που δεν επιτρέπει στους γαλαξίες να διασκορπιστούν σε διαφορετικές κατευθύνσεις.
Μερικές φορές ομάδες ενώνονται επίσης για να σχηματίσουν ένα υπερσμήνος. Αυτές είναι μια από τις μεγαλύτερες δομές στο σύμπαν. Το μεγαλύτερο είναι το Σινικό Τείχος του Σλόουν, με μήκος 500 εκατομμύρια έτη φωτός, πλάτος 200 εκατομμύρια έτη φωτός και πάχος 15 εκατομμύρια έτη φωτός.
Οι σύγχρονες συσκευές εξακολουθούν να μην είναι αρκετά ισχυρές για να μεγεθύνουν τις εικόνες. Τώρα μπορούμε να εξετάσουμε δύο στοιχεία. Νηματώδεις δομές - αποτελούνται από απομονωμένους γαλαξίες, ομάδες, σμήνη και υπερσμήνη. Και επίσης κενά - γιγάντιες κενές φυσαλίδες. Παρακολουθήστε ενδιαφέροντα βίντεο για να μάθετε περισσότερα για τη δομή του σύμπαντος και τις ιδιότητες των στοιχείων του.
Ιεραρχικός σχηματισμός γαλαξιών στο Σύμπαν
Η αστροφυσικός Olga Silchenko σχετικά με τις ιδιότητες της σκοτεινής ύλης, την ύλη στο πρώιμο Σύμπαν και το υπόβαθρο των λειψάνων:
Ύλη και αντιύλη στο σύμπαν
izik Valery Rubakov για το πρώιμο Σύμπαν, τη σταθερότητα της ύλης και το φορτίο του βαρυονίου:
