внутри чего находится вселенная
Что находится за пределами Вселенной
Что находится за пределами Вселенной? Этим вопросом задаются как ученые, так и обычные люди, интересующиеся тайнами мироздания. Та часть звездного неба, что доступна нам по ночам, является лишь небольшой частью огромного космического пространства. В научном сообществе все еще ведутся споры о том, где проходит граница Вселенной и есть ли она вообще.
Существует множество гипотез, рассуждающих о возможных пределах космоса. Но главная проблема каждой из них заключается в том, что их невозможно ни доказать, ни опровергнуть. Современные космические технологии не позволяют нам исследовать настолько огромное пространство. Поэтому научное сообщество продолжает выдвигать свои гипотезы о том, что находится на краю Вселенной и за ее пределами. С самыми популярными из них вы познакомитесь в этой статье.
Мультивселенная
Обозримая Вселенная
Прежде чем начать рассуждения о том, что находится за пределами Вселенной, необходимо понять, где эти самые пределы. Естественно, узнать о настоящих границах космического пространства мы не можем, но точно знаем, где заканчивается обозримая часть Вселенной – Метагалактика.
Наблюдаемый космос – это пространство, из которого наши технологии способны регистрировать рассеяние реликтового излучения. Те области, где оно заканчивается, и принято считать за границы обозримого космоса. Реликтовое излучение – это энергия, высвободившаяся во время Большого взрыва и распространяющаяся по Вселенной до сих пор. Примерный радиус Метагалактики составляет 46 миллиардов световых лет.
Обозримая Вселенная
Однако насчет обозримой Вселенной у ученых есть два противоположных мнения. Одни считают, что за пределами Метагалактики есть и другие системы, а мы наблюдаем лишь малую часть необъятного космоса. Другое мнение говорит о том, что это и есть вся Вселенная, и за ее пределами уже ничего нет.
Помимо Метагалактики, есть такое понятие, как область Хаббла. Так называют часть обозримого космоса, которую мы можем увидеть с помощью своих технологий. Она составляет примерно 13,8 миллиарда световых лет. Так как возраст Вселенной составляет примерно столько же, свет из ее более далеких областей до нас еще попросту не дошел. Область Хаббла рано или поздно расширится, увеличив количество наблюдаемых нами звездных систем.
Мультивселенная
С обозримыми границами Вселенной разобрались, но что же находится за их пределами? Если космическое пространство представляет собой ограниченную область, пусть и очень большую, то почему рядом с ней не может существовать других подобных территорий? Что если наша Вселенная не единственная в своем роде, а лишь одна из бесчисленного множества?
Мультивселенная
Гипотеза Мультивселенной говорит о том, что каждая отдельная Вселенная представляет собой нечто вроде пузыря, формирующегося из вещества во время Большого взрыва. Все миры рождаются, эволюционируют и в конечном итоге умирают, сменяясь новыми. Одним из наиболее известных сторонников данной гипотезы был Стивен Хокинг. Также ее поддерживают, пожалуй, самый известный популяризатор науки астрофизик Нил Деграсс Тайсон, один из первых людей в области квантовых вычислений Дэвид Дойч, Алан Харви Гут – первый физик, предложивший идею космической инфляции, и Брайан Рэндолф Грин – известный популяризатор теории струн.
Стивен Хокинг
В Мультивселенной существует бесконечное множество «пузырей», которые работают по одним и тем же законам природы, но находятся в разных состояниях. Параллельные Вселенные никак не зависят друг от друга и практически не взаимодействуют.
Эта гипотеза на данном этапе даже не совсем научная. Она предполагает, что может находиться за пределами Вселенной, но доказать или хотя бы попытаться экспериментально проверить не может. Поэтому пока это скорее философский вопрос, чем научный. Но, если предположение окажется правдой, это будет означать, что, помимо нашей, существует огромное количество Вселенных с конечными размерами и продолжительностью жизни.
Полное ничто
Космос постоянно расширяется. Это утверждение официально признано современным научным сообществом. Но даже ученые не могут сказать, будет ли это продолжаться вечно и до каких масштабов может увеличиться Вселенная.
Некоторые теоретики предполагают, что наш мир имеет свои границы, но за их пределами нет ничего. Согласно такой гипотезе, когда Вселенная заканчивается, остается лишь абсолютная пустота, полное ничего, в котором не действуют ни одни законы физики. Туда не доходит свет, его нельзя ощутить, увидеть, там нет времени и пространства. Гипотеза гласит, что космос представляет собой замкнутый шар, который парит в бесконечном ничего, к которому не применимы ни одни из знакомых нам физических параметров.
Теория абсолютной пустоты
Осознать и принять абсолютную пустоту довольно сложно для человеческого мозга. Даже если гипотеза верна, мы не сможем представить, как выглядит полное ничто. Черный фон? Белый? Матрица? Гадать можно долго, но вряд ли мы действительно сможем это представить.
Голограмма
Гипотеза довольно сложная, и ее даже понять тяжело, не то что доказать. Если вдруг она окажется правдой, это будет означать, что все законы природы, работающие в трехмерном мире, на самом деле так не работают и являются лишь искажением. Если за пределами нашей Вселенной лежит первичная плоскость, то мы даже представить себе не сможем, как в ней все устроено. Наряду с абсолютной пустотой и Мультивселенной эта теория, как и сотни других, являются больше философскими, чем научными. А что на самом деле находится за пределами Вселенной мы вряд ли когда-нибудь узнаем.
Древние греки называли величайшего из учителей человечества Гермесом Трисмегистом (Гермесом Триждывеличайшим). Древние египтяне, которых он обучил грамоте и счету, законам и религии, обожествляли его и отождествляли с богом Тотом.
Судя по преданиям, Гермес владел многими тайнами мира людей, неба и преисподней. Знания, собранные в сорока двух книгах, он передал людям. Сохранились только фрагменты двух из них. А самая важная часть его заветов была изложена на пластинах изумруда – изумрудных скрижалях.
Для исследователей наибольший интерес представляет знаменитая формула Гермеса, якобы содержащая величайшую тайну мира:
«Вот истина, совершенная истина и ничего кроме истины. То, что вверху, подобно тому, что внизу. То, что внизу, подобно тому, что вверху. Одного этого знания уже достаточно, чтобы творить чудеса».
Астрономы тоже неплохо продвинулись в изучении мира. Галилео Галилей построил первый телескоп и обнаружил спутники Юпитера, а ныне астрономы научились измерять расстояния до звезд и повысили чувствительность своих инструментов настолько, что им стали доступны для наблюдения объекты, расположенные далеко за пределами нашей галактики Млечного пути. Оказалось, что там имеется множество других галактик, причем они рассеяны в пространстве не равномерно, а собраны в скопления. Многие скопления собраны в сверхскопления, имеющие ячеистую структуру.
Формула Бога Тота
Интересно, а как соотносятся размеры объектов микромира, много меньших человека, и объектов макромира, много больших его? Из-за огромной разницы их размеров сравнивать будем не абсолютные величины в метрах, а лишь их порядки, т.е. показатели десятичной степени. Планета Земля имеет диаметр около 10 миллионов метров, т.е. 10 в седьмой степени.
Таким образом, порядок размера нашей планеты равен плюс 7. О размере электрона пока известно, что его порядок не превышает минус 18. Так что их размеры, как минимум, отличаются на 25 порядков. На 23-24 порядка размер ядра легкого атома отличается от размера Солнца.
На 27-28 порядков отличаются размеры таких пар структурных элементов микромира и макромира: сложная органическая молекула – галактика, митохондрий (часть биологической клетки) – скопление галактик, живая клетка – сверхскопление галактик. Можно сказать, что размеры всех этих пар имеют коэффициент подобия, лежащий в пределах 23-28 порядков (в разброс отношений входят естественный разброс размеров объектов и погрешности их измерений). Обозначим среднее значение этого коэффициента, близкого к 10 в 26-й степени, символом Т в честь египетского бога Тота. С этим коэффициентом (Т=1026) трехмерные пространственные характеристики микромира подобны таким же характеристикам макромира.
Так в средние века пытались изобразить суть формулы Тота-Гермеса
Если бы мы могли чудесным образом переместиться с нашей планеты на третий электрон какого-то атома, то мы бы не заметили существенных перемен ни в продолжительности года, ни в угловом размере светила. Плотность звезд на ночном небе тоже оказалась бы такой же, только вид созвездий был бы совершенно другим. Наверное и продолжительность суток, определяемая спином электрона, была бы подобна привычной земной.
На этом основании знаменитую формулу Гермеса можно уточнить: «То, что вверху, подобно тому, что внизу. То, что внизу, подобно тому, что вверху. Коэффициент подобия пространства-времени вверху и внизу близок к величине 10 в 26 степени».
Чудеса возможны
Возникает вопрос: а что, в мире только три уровня – мир звезд, наш земной мир и мир атомов? Если бы это было так, то картина неба, которую можно наблюдать с уровня звезд не была бы подобна той, которую наблюдаем мы – на его небе не было бы звезд. Но Гермес не наложил каких-то ограничений на действие своей формулы. Тогда получается, что мир по Гермесу устроен из бесконечного числа уровней, как вверх, так и вниз по отношению к нашему уровню. И все соседние уровни мира подобны друг другу.
Гермес дополнил свою знаменитую формулу словами: «Одного этого знания уже достаточно, чтобы творить чудеса». Какие же чудеса возможны, если мы усвоим его замечательную формулу? Может быть чудеса, подобные тем, которые происходили во время перехода от освещения лучиной к электрической лампе при освоении электричества, или при переходе от алхимического перебора различных смесей к использованию таблицы Менделеева в химической промышленности?
Раньше понятие «материя» включало в себя только вещество (вещи, звезды и др.), в наше же время в это понятие включены и поля (гравитационные, электромагнитные и др.). По Резерфорду вещество сосредоточено в основном в ядрах атомов, занимающих примерно одну квадрилионную часть объема атома. Весь остальной объем в основном заполнен полями. Но по Гермесу сами ядра атомов состоят из микроатомов, в которых вещество занимает такую же часть объема и т.д. Очевидно, что при бесконечном числе уровней мира для вещества вообще не остается места.
В свое время для объяснения процесса горения физики ввели понятие флогистона, а потом от этого ложного понятия отказались, поняв истинную причину горения. Так и в случае справедливости формулы Гермеса придется отказаться от понятия вещества. Тогда получится, что мир устроен исключительно из полей и все разнообразие его объектов, включая человека, определяется разной конфигурацией этих полей. И еще из всего этого следует, что никакого корпускулярно-волнового дуализма в физике нет, а есть только волновой монизм.
Здесь уместно вспомнить, что в свое время Рене Декарт утверждал, что весь мир устроен только из вихрей корпускул. Но если формула Гермеса верна и материя состоит только из полей, то идею Декарта можно выразить так: мир состоит из полевых вихрей, располагающихся в ламинарных полях. Тогда станет понятна основа квантовой теории, определяемая скоростью вращения вихрей. Возможно, усвоение этого факта создаст импульс, который значительно продвинет науку, позволяя свершиться действительно фантастическим чудесам. Так случается всегда, когда наука, избавляясь от ложных представлений, продвигается к истине.
Астрономы уверены: Вселенная имеет ячеистую структуру, словно живая ткань
Мы живем в атоме кислорода
Если рассуждать в этом направлении далее, то из принципа подобия следует признать, что макрочеловек не единственный в макромире. Там должны быть и другие макролюди (другие вселенные), у которых есть своя жизнь. Также следует, что на земных электронах (этих планетах микромира) должны существовать микролюди, меньшие в Т раз относительно людей нашего уровня мира, и у них тоже есть жизнь, похожая на нашу.
Из всего этого получается, что астрономы, биологи и физики занимаются, в сущности, одним делом. Они изучают устройство мира на одних и тех же объектах, всего-то отличающихся масштабом. Астроном, изучающий в телескоп сверхскопление галактик, делает то же самое, что биолог, изучающий в микроскоп живую клетку. Физик, изучающий строение атома, делает то же самое, что астроном, изучающий строение звездной системы.
Грандиозные космические процессы, включая процессы рождения новых и гибели старых светил, функционирование пульсаров и квазаров – все это нормальные процессы жизнедеятельности, в частности, обмен веществ и энергий в клетках живого космического организма. Кстати, о космосе, как живом организме, еще три века назад говорил Готфрид Лейбниц – знаменитый математик и философ.
Подобно машине времени эти разные участки демонстрируют различные фазы развития составных частей живого организма Вселенной. По результатам анализа этой информации можно получить представление о динамике этих процессов. Биологи могут изучать свой предмет, глядя не на предметный столик в микроскоп, а глядя на небо в телескоп. Не исключено, что рождение новых и гибели старых звезд, поглощение одних галактик другими галактиками биологи признают вовсе не космическими катастрофами, а совершенно нормальными процессами жизнедеятельности в организме макрочеловека, в частности, обменом веществ.
Получается, что в мире Гермеса нет места ни черным дырам, ни Большому взрыву, а есть плановое строительство из имеющегося материала. Кстати, знаменитый британский ученый Стивен Хокинг, основной разработчик гипотезы черных дыр, недавно признал, что его работа в этом направлении является самой большой ошибкой его жизни. Наверное и разработчики чисто теоретической гипотезы Большого взрыва скоро последуют примеру Хокинга. Правда, от основателей гипотезы – Альберта Эйнштейна и Александра Фридмана трудно дождаться этого, а вот от современных их последователей услышать такое признание в принципе возможно.
Интересно, что закон Хаббла, утверждающий, что чем дальше от наблюдателя находится звезда, тем больше скорость ее удаления при любом местонахождении наблюдателя, прекрасно применим к живым организмам. В живом организме параметры относительного движения атомов (звезд на микроуровне) определяются суммой параметров роста всех элементов тела, расположенных на линии наблюдения независимо от расположения наблюдателя. Именно так подходит тесто, именно так растут все растения, животные и люди.
Вот такой удивительный мир получается, если точно следовать Гермесу Трисмегисту. Кто-то может сказать, что все это умозрительные рассуждения и поэтому они кажутся фантастической сказкой, не имеющей какого-либо экспериментального основания. Но это не так. На самом деле имеются определенные основания для подтверждения справедливости мироустройства по Гермесу Трисмегисту:
— Недавно с помощью космического телескопа Spitzer была обнаружена звездная система, состоящая из двух цепочек, переплетенных подобно молекуле ДНК. Эта система имеет длину 80 световых лет, что примерно в Т раз больше, чем длина молекулы ДНК человека.
— По разным методикам обработки экспериментальных данных астрономы дают оценку размера нашей Вселенной в пределах 10-80 миллиардов световых лет. Оценка в мире Гермеса (20 миллиардов световых лет) этому вполне соответствует.
— Несколько лет назад астрономы обнаружили, что за пределами 20 миллиардов световых лет закон Хаббла резко нарушается, что демонстрируют самые удаленные галактики (UDFj-39546284 и UDFy-38135539). Это подтверждает, что они действительно находятся за пределами нашей Вселенной.
— Космический зонд WMAP позволил построить в галактической системе координат карту уровня излучения разных частей Вселенной. Оказалось, что на небесной сфере есть пара областей с повышенным излучением (выделено красным цветом), и пара – с пониженным (выделено синим цветом). Повышенное излучение говорит о том, что в этих направлениях количество звезд больше, а пониженное – о том, что в этих направлениях звезд меньше. Эти оси развернуты относительно друг друга.
Так как средняя плотность звезд в разных областях Вселенной постоянна, получается, что Вселенная не шарообразна, каковой она была бы в случае Большого взрыва, а вытянута по горячей оси и сжата по холодной. Такая конфигурация Вселенной действительно подобна форме человека, вытянутой по оси голова-ноги и сжатой в поперечном направлении.
Скептики всегда могут сказать, что изложенных оснований мало. Но тут следует заметить, что бурное развитие в наше время космических и компьютерных технологий наверняка позволит в самое ближайшее время получить дополнительные основания для подтверждения справедливости мироустройства по Гермесу Трисмегисту.
Спросите Итана: как выглядит край Вселенной?
Симуляция крупномасштабной структуры Вселенной демонстрирует сложные неповторяющиеся скопления. Но с нашей точки зрения мы можем видеть конечный объём Вселенной. Что лежит за его пределами?
13,8 млрд лет назад известная нам Вселенная началась с Большого взрыва. За это время расширилось пространство, материя испытывала гравитационное притяжение, и в результате мы получили такую Вселенную, какую наблюдаем сегодня. Но пусть она и огромна, у наших наблюдений есть пределы. На определённом расстоянии галактики исчезают, звёзды тускнеют, и никаких сигналов от удалённых частей Вселенной мы не получаем. А что же находится за этим пределом? На этой неделе читатель спрашивает:
Если Вселенная конечна в объёме, где находится её граница? Можно ли к ней приблизиться? Как она будет выглядеть?
Начнём с нашего текущего местоположения, и заглянем так далеко, как сумеем.
Видимые нами звёзды и галактики, расположенные поблизости, выглядят так же, как наши. Но чем дальше мы смотрим, тем глубже в прошлое Вселенной заглядываем: там она менее структурирована, моложе, и не так сильно развита
В непосредственной близости от нас Вселенная полна звёзд. Если улететь за 100 000 световых лет, то можно оставить за собой Млечный Путь. За ним простирается море галактик — возможно, два триллиона внутри наблюдаемой Вселенной. Существует огромное количество их разновидностей, форм, размеров и масс. Но разглядывая более удалённые галактики, можно увидеть нечто необычное: чем дальше галактика, тем вероятнее то, что она будет меньше по размеру и по массе, а её звёзды будут тяготеть к голубому цвету сильнее, чем у ближайших галактик.
Чем отличаются галактики в разное время истории Вселенной
Композит из ультрафиолетового, видимого и инфракрасного света, полученный проектом Хаббла eXtreme Deep Field — величайшее из выпущенных изображение далёкой Вселенной
Выше приведено изображение проекта Хаббл eXtreme Deep Field (XDF), глубочайшее изображение удалённой Вселенной. На нём видны тысячи галактик, находящиеся на сильно различных расстояниях от нас и друг от друга. Но в простом цвете нельзя увидеть, что с каждой галактикой связан определённый спектр, в котором облака газа поглощают свет совершенно определённых длин волн, благодаря простой физике атома. С расширением Вселенной эта длина растягивается, поэтому более дальние галактики кажутся нам более красными. Эта физика позволяет нам делать предположения о расстоянии до них, и когда мы расставляем эти расстояния, выясняется, что самыми удалёнными галактиками оказываются самые молодые и мелкие.
За галактиками должны находиться первые звёзды, а затем ничего, кроме нейтрального газа — когда у Вселенной не было времени стянуть материю в достаточно плотные для формирования звёзд структуры. Пройдя ещё на несколько миллионов лет назад, мы увидим, что излучение во Вселенной было настолько горячим, что там не могли сформироваться нейтральные атомы, а значит фотоны постоянно отскакивали от заряженных частиц. Когда же нейтральные атомы сформировались, этот свет должен был просто пойти по прямой линии, и идти вечно, поскольку на него не влияет ничего, кроме расширения Вселенной. Открытие этого остаточного свечения — реликтового излучения — более 50 лет назад стало окончательным подтверждением Большого взрыва.
Систематическая диаграмма истории Вселенной, описывающая реионизацию. До формирования звёзд и галактик Вселенная была наполнена нейтральными атомами, блокировавшими свет. И хотя большая часть Вселенной подверглась реионизации только спустя 550 млн лет, некоторые более удачливые участки практически реионизировались раньше этого срока.
С нашего сегодняшнего местоположения мы можем посмотреть в любом направлении и увидеть одинаковый ход космической истории. Сегодня, спустя 13,8 млрд лет после Большого взрыва, у нас есть известные нам галактики и звёзды. Раньше галактики были меньше, голубее, моложе и не такие развитые. До того были первые звёзды, а до этого — только нейтральные атомы. До нейтральных атомов была ионизированная плазма, а до неё — свободные протоны и нейтроны, спонтанное возникновение материи и антиматерии, свободные кварки и глюоны, все нестабильные частицы Стандартной Модели, и, наконец, сам момент Большого взрыва. Заглядывать на всё более дальние расстояния — это всё равно, что заглядывать в прошлое.
Представление художника в виде логарифмической концепции наблюдаемой Вселенной. За галактиками следует крупномасштабная структура и горячая, плотная плазма Большого взрыва на задворках. Край является границей только во времени.
Хотя это определяет нашу наблюдаемую Вселенную — с теоретической границей Большого взрыва, находящейся в 46,1 млрд световых лет от нашего местоположения — это не будет какой-то реальной границей пространства. Это просто граница во времени; существуют ограничения того, что мы можем увидеть, поскольку скорость света позволила информации путешествовать только 13,8 млрд лет с момента горячего Большого взрыва. Это расстояние больше 13,8 млрд световых лет, поскольку ткань Вселенной расширялась (и продолжает расширяться), но оно всё равно конечно. Но что насчёт времени до Большого взрыва? Что бы вы увидели, если бы как-то попали за одну долю секунды до того, как Вселенная обладала высочайшей из энергий, была плотной, горячей, полной материи, антиматерии и излучения?
Наблюдаемая Вселенная может простираться на 46 млрд световых лет во все стороны с нашей точки зрения, но наверняка есть и больше ненаблюдаемых частей Вселенной, возможно, даже бесконечное количество, похожих на ту, в которой находимся мы
Наше расположение ничем особенным не отличается, ни в пространстве, ни во времени. То, что мы можем видеть на 46 млрд световых лет, не придаёт какого-то особого значения этой границе или этому местоположению. Это просто ограничение нашего поля зрения. Если бы мы каким-то образом смогли сделать фотографию всей Вселенной, простирающуюся за наблюдаемую границу, такой, какой она стала через 13,8 млрд лет после Большого взрыва, она бы вся выглядела так, как наша ближайшая часть. В ней была бы великая космическая сеть галактик, скоплений, галактических нитей, космических войдов, простирающихся за пределы относительно небольшого участка, видимого нам. Любой наблюдатель в любом месте увидел бы Вселенную, очень похожую на ту, что мы видим со своей точки зрения.
Одно из самых удалённых наблюдений Вселенной демонстрирует расположенные неподалёку звёзды и галактики, но галактики из внешних участков просто выглядят моложе и менее развитыми. С их точки зрения им 13,8 млрд лет от роду, и они более развитые, а мы кажемся им такими, какими были миллиарды лет назад
Итан Сигель – астрофизик, популяризатор науки, автор блога Starts With A Bang! Написал книги «За пределами галактики» [Beyond The Galaxy], и «Трекнология: наука Звёздного пути» [Treknology].