Beskrajni prostor. Koliko svemira postoji? Ima li prostor granicu

Možda su ograničenja onoga što možemo promatrati samo umjetna; možda ne postoji granica za ono što je s druge strane promatranog.

Prije 13,8 milijardi godina svemir je započeo Velikim praskom. Od tada se širi i hladi, tako je bilo jučer, danas i bit će sutra. S naše točke gledišta, možemo ga promatrati na 46 milijardi svjetlosnih godina u svim smjerovima, zahvaljujući brzini svjetlosti i širenju svemira. Iako je ovo velika udaljenost, ona je konačna. Ali ovo je samo dio onoga što nam Svemir nudi. Što se krije iza ovog dijela? Može li svemir biti beskonačan?

Kako bi se to moglo empirijski dokazati?

Prvo, ono što vidimo govori nam više od 46 milijardi svjetlosnih godina.

Što dalje gledamo u bilo kojem smjeru, gledamo dalje u prošlost. Najbliža galaksija, udaljena 2,5 milijuna svjetlosnih godina, čini nam se onakvom kakva je bila prije 2,5 milijuna godina, budući da svjetlosti treba upravo to vrijeme da uđe u naše oči s mjesta odakle je emitirana. Vidimo najudaljenije galaksije kakve su bile prije milijune, stotine milijuna ili čak milijarde godina. Vidimo svjetlo mladog svemira. Dakle, ako tražimo svjetlost koja je emitirana prije 13,8 milijardi godina, a koju je ostavio Veliki prasak, nalazimo i to: kozmičku mikrovalnu pozadinu.

Njegova slika fluktuacija je nevjerojatno složena, s različitim kutnim skalama koje pokazuju različite razlike u prosječnim temperaturama. Također kodira nevjerojatnu količinu informacija o svemiru, uključujući zapanjujuću činjenicu: zakrivljenost prostora, koliko možemo reći, apsolutno je ravna. Kad bi prostor bio pozitivno zakrivljen, kad bismo živjeli na površini četverodimenzionalne sfere, vidjeli bismo kako se te udaljene zrake svjetlosti konvergiraju. Kad bi prostor bio zakrivljen negativno, kao da živimo na četverodimenzionalnom sedlu, vidjeli bismo da se udaljene zrake svjetlosti razilaze. Ali ne, zrake svjetlosti koje dolaze izdaleka nastavljaju se kretati u izvornom smjeru, a fluktuacije govore o idealnoj ravnini.

Kozmička mikrovalna pozadina i velika struktura Svemira, zajedno, omogućuju nam da zaključimo da ako je Svemir konačan i samostalan, mora biti barem 250 puta veći od onoga što promatramo. A budući da živimo u tri dimenzije, dobivamo (250) 3 kao volumen, ili prostor množimo 15 milijuna puta. Koliko god ovaj broj bio velik, on nije beskonačan. Prema najkonzervativnijoj procjeni, svemir bi trebao biti najmanje 11 bilijuna svjetlosnih godina u svim smjerovima. I to je puno, ali... naravno.

Međutim, postoje razlozi za vjerovanje da je veći. Veliki prasak mogao bi označiti početak promatranog svemira kakvog ga poznajemo, ali ne označava rađanje vremena i prostora kao takvih. Prije Velikog praska, svemir je prolazio kroz razdoblje kozmičke inflacije. Nije bio ispunjen materijom i zračenjem, a nije bio ni vruć. Ona:

• bio je ispunjen energijom svojstvenom samom prostoru;
• proširena u stalnom eksponencijalnom redu;
• stvorio novi prostor tako brzo da se najmanja fizička duljina, Planckova duljina, protezala do veličine svemira koja se danas promatra svakih 10-32 sekunde.

Istina je da je inflacija gotova u našoj regiji Svemira. No, postoji nekoliko pitanja na koja još ne znamo odgovor, a koja mogu odrediti pravu veličinu svemira, kao i je li on beskonačan ili ne.

Koliko je bilo veliko područje svemira nakon inflacije, u kojem je rođen naš Veliki prasak?

Gledajući naš Univerzum danas, ujednačeni naknadni sjaj Velikog praska i ravninu Svemira, ne možemo mnogo izvući. Možemo definirati najvišu granicu na energetskoj ljestvici na kojoj je došlo do inflacije; možemo odrediti koliko je svemira prošlo kroz inflaciju; možemo definirati donju granicu koliko se dugo inflacija trebala nastaviti. Ali džep inflatornog svemira u kojem je rođen naš mogao bi biti mnogo, puno veći od dna. Može biti stotine, milijune ili googola puta veće nego što možemo primijetiti... ili uistinu beskonačno. No dok ne budemo mogli promatrati više svemira nego što nam je trenutno dostupno, nećemo dobiti dovoljno informacija da odgovorimo na ovo pitanje.

Je li ideja o "vječnoj inflaciji" istinita?

Ako mislite da bi inflacija trebala biti kvantno polje, tada u bilo kojem trenutku tijekom ove faze eksponencijalne ekspanzije postoji mogućnost da će inflacija završiti Velikim praskom i vjerojatnost da će se inflacija nastaviti, stvarajući sve više i više prostora. Lako možemo napraviti ove izračune (uz nekoliko pretpostavki) i oni će dovesti do neizbježnog zaključka: ako želite inflaciju koja proizvodi Svemir koji promatramo, tada će inflacija uvijek stvarati više prostora, koji se nastavlja širiti, u usporedbi s regijama koje imaju već je završio u Velikim eksplozijama. I ako je naš vidljivi svemir mogao nastati kao rezultat prestanka inflacije u našem prostoru svemira prije otprilike 13,8 milijardi godina, postoje regije u kojima se inflacija nastavlja - stvarajući sve više prostora i rađajući Velike praske - do danas . Ova ideja se naziva "vječna inflacija" i općenito je prihvaćena od strane teoretskih fizičara. I koliko je onda velik cijeli nevidljivi svemir?

Koliko je trajala inflacija do svog kraja i Velikog praska?

Možemo vidjeti samo vidljivi svemir nastao na kraju inflacije i našeg Velikog praska. Znamo da je ova inflacija trebala trajati najmanje 10-32 sekunde, ali moglo je i dulje. Ali koliko još? Na sekunde? Godine? Milijarde godina? Ili beskonačno? Je li svemir uvijek bio inflatoran? Je li imala početak? Je li proizašla iz prethodnog stanja koje je bilo vječno? Ili su možda sav prostor i vrijeme nastali iz "ničega" prije nekog vremena? Mogućnosti je mnogo, ali sve su dosad neprovjerljive i nedokazive.

Prema našim najboljim opažanjima, znamo da je svemir mnogo, mnogo veći od dijela koji imamo sreću promatrati. Izvan onoga što vidimo, postoji mnogo više Svemira, s istim zakonima fizike, s istim strukturama (zvijezde, galaksije, nakupine, niti, praznine, itd.) i s istim šansama za razvoj složenog života . Također bi trebale postojati konačne veličine "mjehurića" u kojima prestaje inflacija, i gigantski broj takvih mjehurića zatvorenih u gigantski prostor-vrijeme koje nabubri tijekom inflacije. Ali postoji ograničenje za bilo koji veliki broj, oni nisu beskonačni. I samo ako se inflacija ne nastavi beskonačno dugo, svemir mora biti konačan.

Problem sa svime je u tome što znamo samo kako pristupiti informacijama dostupnim u našem vidljivom svemiru: do tih 46 milijardi svjetlosnih godina u svim smjerovima. Odgovor na najveće pitanje od svih, je li svemir konačan ili beskonačan, možda je kodiran u samom svemiru, ali mi smo previše vezani da bismo znali. Nažalost, fizika koju imamo ne daje nam druge mogućnosti.

U svakodnevnom životu čovjek se najčešće mora nositi s konačnim količinama. Stoga može biti vrlo teško vizualizirati neograničenu beskonačnost. Ovaj koncept obavijen je aurom misterija i neobičnosti, pomiješan sa strahopoštovanjem prema Svemiru, čije je granice gotovo nemoguće definirati.

Prostorna beskonačnost svijeta spada u najsloženije i najkontroverznije znanstvene probleme. Antički filozofi i astronomi pokušali su riješiti ovo pitanje pomoću najjednostavnijih logičkih konstrukcija. Za to je bilo dovoljno priznati da je moguće doći do navodnog ruba svemira. Ali ako u ovom trenutku ispružite ruku, granica se pomiče unatrag. Ova se operacija može ponoviti bezbroj puta, što dokazuje beskonačnost svemira.

Beskonačnost svemira teško je zamisliti, ali ništa manje teško nego što bi ograničeni svijet mogao izgledati. Čak i oni koji nisu baš napredni u proučavanju kozmologije, u ovom slučaju, postavlja se prirodno pitanje: što je izvan granica svemira? Međutim, takvo razmišljanje, izgrađeno na zdravom razumu i svakodnevnom iskustvu, ne može poslužiti kao čvrsta osnova za rigorozne znanstvene zaključke.

Suvremeni koncepti beskonačnosti svemira

Moderni znanstvenici, istražujući više kozmoloških paradoksa, došli su do zaključka da je postojanje konačnog svemira, u načelu, proturječno zakonima fizike. Svijet izvan planete Zemlje, očito, nema granica ni u prostoru ni u vremenu. U tom smislu, beskonačnost pretpostavlja da se ni količina materije sadržane u Svemiru, niti njegove geometrijske dimenzije ne mogu izraziti čak ni najvećim brojem ("Evolucija svemira", ID Novikov, 1983).

Čak i ako uzmemo u obzir hipotezu da je Svemir nastao prije oko 14 milijardi godina kao rezultat takozvanog Velikog praska, to bi moglo značiti samo da je u tim iznimno dalekim vremenima svijet prošao još jednu fazu prirodne transformacije. Općenito, beskonačni Svemir nikada se nije pojavio tijekom početnog impulsa ili neobjašnjivog razvoja nekog nematerijalnog objekta. Pretpostavka o beskonačnom svemiru stavlja kraj hipotezi o božanskom stvaranju svijeta.

Američki astronomi su 2014. objavili rezultate najnovijih studija koje podupiru hipotezu o postojanju beskonačnog i ravnog svemira. Znanstvenici su s velikom preciznošću izmjerili udaljenost između galaksija koje se nalaze na udaljenosti od nekoliko milijardi svjetlosnih godina jedna od druge. Pokazalo se da se ta kolosalna svemirska zvjezdana jata nalaze u krugovima s konstantnim polumjerom. Kozmološki model koji su izgradili istraživači neizravno dokazuje da je Svemir beskonačan iu prostoru iu vremenu.

Prilikom proučavanja Svemira i njegove strukture često se postavlja pitanje ima li kraj ili je beskonačan. Koncept beskonačnosti jedan je od najzanimljivijih u znanosti, jer se odnosi na područje tajanstvenog i neobičnog. Doista, nemoguće je zamisliti beskonačnost, jer ovaj koncept nema jasnoću, ali uopće nije izmišljena matematička konstrukcija, već se koristi u znanosti za rješavanje mnogih problema.

Astronome i fizičare najviše zanima proučavanje beskonačnosti, budući da se moraju baviti prostorom Svemira i geometrijom okolnog svijeta. Proučavanje beskonačnosti svemira i prostora počelo je u antičko doba. Veliki filozofi nudili su jednostavno i naizgled nepobitno rezoniranje koje na prvi pogled nije proturječilo logici.

Dakle, Lukrecije Kar je u pjesmi "O prirodi stvari" napisao: "Nema kraja ni na jednoj strani svemira, jer bi inače sigurno imao oštricu." Mnogim je znanstvenicima tog vremena bilo lakše zamisliti da Svemir nema kraja i da se proteže beskonačno dugo u svim smjerovima nego da ima određene granice, jer bi tada morali tražiti odgovor na pitanje što leži izvan ovih granica.

Međutim, razmišljanje Lukrecija i njegovih pristaša oslanjalo se, prije svega, na logiku i uobičajene ideje o zemaljskom prostoru, a u modernom svijetu smatra se nerazumnim oslanjati se na to kada se proučava problem beskonačnosti na skali svemira. . U ovom slučaju treba proučavati stvarna svojstva svijeta i na temelju njih donositi zaključke.

Tijekom renesanse Kopernik je razvio heliocentrični model svijeta, prema kojem je Sunce bilo u središtu svemira, a Zemlja i drugi planeti su se vrtjeli oko njega. Prema znanstveniku, svemir je bio ograničen sferom fiksnih zvijezda. Vjerovao je da se sva nebeska tijela okreću oko Sunca istom brzinom, čineći jedan okret dnevno. Posljedično, što je veća udaljenost od Sunca do nebeskog tijela, to je veća brzina okretanja potonjeg.

Dakle, ako postoje zvijezde koje se nalaze na beskonačno velikim udaljenostima od Sunca, tada moraju imati beskonačno veliku brzinu, što je nemoguće. Iz ovoga slijedi da Svemir ima kraj, odnosno da je zatvoren u sferi zvijezda. Kopernikovim se suvremenicima takav dokaz činio nepobitnim, jer tada još nisu znali da Sunce nije središte Svemira, nego središte Sunčevog sustava.

Talijanski znanstvenik Giordano Bruno prvi je doveo u pitanje Kopernikove zaključke. Bio je prvi koji je predložio ideju o beskonačnom svemiru. Znanstvenik se u svom obrazloženju oslanjao na filozofska stajališta, a ne na fizička ili astronomska istraživanja.

Isaac Newton je prvi pokušao dati prirodno znanstveno objašnjenje beskonačnosti svemira i u zakonima mehanike koje je razvio. Prema njegovim odredbama, ako se materijalne čestice privlače jedna drugoj, s vremenom bi se trebale raspršiti u beskrajnom prostoru. Stoga ne može postojati nepromjenjivi konačni Svemir. Dugo se vjerovalo da je odgovor na pitanje beskonačnosti svemira primljen i smatra se konačnim, ali se mišljenje pokazalo pogrešnim. Oduvijek se vjerovalo da bi na pitanje ima li svemir granicu trebala postojati samo dva odgovora: "da" ili ne." I tek kasnije se pokazalo da može postojati nekoliko vrsta beskonačnosti. Na primjer, u matematici postoji beskonačnost niza prirodnih brojeva i beskonačnost svih točaka smještenih na odsječku pravca.

U geometriji mogu postojati i različite beskonačnosti. Na primjer, postoje pojmovi kao što su beskonačnost i neograničenost prostora, koji nisu međusobno identični.Neograničeni prostor je onaj koji nema granica, ali je time zatvoren u sebe, ili naravno. Primjer takvog prostora je kugla. Površina kugle ima konačnu vrijednost, ali je nemoguće doći do njezine granice, stoga se smatra neograničenom. Primjer sfere služi kao primjer da prostor može imati konačan volumen, ali nema granica.

U suvremenoj znanosti nitko ne sumnja da je prostor Svemira neograničen, t.j. nemoguće je doći do granice svemira. Ali pitanje njegove beskonačnosti ili konačnosti još uvijek je otvoreno. Kako bi pronašli odgovor na njega, znanstvenici proučavaju geometriju svijeta i pokušavaju dokučiti položaj materije u Svemiru, a uz pomoć teorijskih proračuna mjeri se kritična gustoća materije u Svemiru. Dakle, računa se da 1/100 000 mase protona padne na 13 cm prostora. Na temelju teorije relativnosti, znanstvenici kažu da svjetski prostor ima kraj ako je prosječna gustoća materije u Svemiru veća od kritične. Suprotno tome, Svemir ima beskonačan volumen ako je gustoća materije u njemu ispod kritične vrijednosti.

Kozmologija, posebna grana astronomije, bavi se nastankom, evolucijom i svojstvima svemira. Oslanja se na znanosti kao što su fizika, matematika, astronomija, kao i teologija i filozofija.

Na temelju ovog zaključka mnogi su istraživači stvorili različite verzije izračuna prosječne gustoće tvari u svijetu. Neki su, na temelju svojih proračuna, došli do zaključka da je svemir konačan, te su pokušali izračunati njegov polumjer. Međutim, takvi izračuni ne mogu odgovoriti na pitanje o beskonačnosti svemira i reći o njegovim geometrijskim svojstvima.

Opća teorija relativnosti daje fizički kriterij na temelju kojeg se može nagađati zakrivljenost prostora, ali se o fizičkoj vrijednosti te zakrivljenosti može suditi, najvjerojatnije, samo na temelju opažanja koja pokazuju da je prosječna gustoća materije u svijet je približno jednak kritičnom.

Sve to govori u prilog činjenici da moderna znanost još nije spremna dati jednoznačan odgovor na pitanje konačnosti i beskonačnosti Svemira i dati prednost jednoj od tih vjerojatnosti.

svemir friedman kant kreacionizam

Beskonačnost kao pojam je visina apstrakcije. U tom pogledu, samo brzina svjetlosti ili crna rupa mogu joj se natjecati. Kako bi ukrotili ideju beskonačnosti, matematičari su stoljećima smišljali znakove, slike i priče koje pomiruju naše umove s onim što je nemoguće zamisliti.

1. Znak beskonačnosti

Možda kada je smislio znak beskonačnosti, Wallis je za osnovu uzeo simbol za broj 1000, napisan rimskim brojevima (CIƆ ili CƆ), koji su Rimljani često koristili za označavanje bezbrojnih objekata. Prema drugoj verziji, simbol beskonačnosti odnosi se na omega (Ω ili ω) - posljednje slovo grčke abecede.

Koncept beskonačnosti je predložen mnogo prije nego što je Wallis smislio simbol za njega. Na primjer, starogrčki filozof Anaksimandar uveo je pojam "apeiron", što je značilo neku vrstu beskonačne primordijalne supstance.

2. Zenonove aporije

Jedna od najpoznatijih aporija starogrčkog filozofa Zenona zove se "Ahilej i kornjača": kornjača poziva Ahila da trči, pod uvjetom da se krene nešto ranije.

Kornjača je uvjerena u svoju pobjedu, jer u trenutku kada Ahilej dođe do kornjačine početne točke, ona će već puzati malo dalje, opet povećavajući razmak između njih.

Dakle, unatoč činjenici da će se udaljenost smanjiti, Ahilej nikada neće sustići kornjaču. Ovaj se paradoks može objasniti i na drugi način. Zamislite da prelazite sobu, pokrivajući polovicu preostale udaljenosti sa svakim korakom. Prvo će vaš korak biti polovica ukupne udaljenosti, zatim četvrtina, zatim 1/8, 1/16, itd. Iako ćete se svakim sljedećim korakom približavati suprotnom zidu prostorije, nemoguće je doći do kraja: trebat ćete napraviti beskonačan broj koraka.

3. Pi broj

Drugi primjer beskonačnosti je π: matematičari za to koriste poseban simbol jer se sastoji od beskonačnog broja znamenki. Najčešće se skraćuje na 3,14 ili 3,14159, no koliko god decimalnih mjesta bilo, potpuno je nemoguće zapisati ovaj broj.

4. Teorem o beskonačnom majmunu

Ovaj teorem kaže da ako apstraktni majmun udara po tipkama pisaćeg stroja beskonačno dugo vremena, prije ili kasnije će ispisati Shakespeareovog Hamleta. Dok neki ovaj teorem vide kao potvrdu da je sve moguće, matematičari ga obično koriste kao primjer događaja s vrlo malom vjerojatnošću.

5. Fraktali

Fraktal je apstraktni matematički objekt koji se, između ostalog, koristi za prikaz pojava prirodnog podrijetla. U matematici je to skup koji ima svojstvo samosličnosti: njegovi su dijelovi slični cjelini. Vizualno je takav predmet lik, gdje se isti motiv ponavlja u sukcesivno sve manjem mjerilu. Stoga se slika fraktala može beskonačno povećavati: kada se skala poveća, pojavljuju se svi novi detalji.

Zapisana kao matematička jednadžba, većina fraktala su nediferencirane funkcije.

6. Dimenzije beskonačnosti

Iako beskonačnost nema granica, može biti različitih veličina. Pozitivni i negativni brojevi predstavljaju dva beskonačna skupa jednake veličine. Međutim, što će se dogoditi ako dodate ova dva skupa? Na kraju ćete dobiti nešto dvostruko veće od svakog od njih.

Parne brojeve možemo promatrati na sličan način: ovo je također beskonačan skup, ali je upola manji od skupa svih pozitivnih brojeva.

Osim toga, možete pokušati dodati jedan u beskonačnost i osigurati da broj ∞ + 1 uvijek bude veći od ∞.

7. Kozmologija i beskonačnost

Kozmolozi nastavljaju proučavati svemir i razmišljati o konceptu beskonačnosti. Je li prostor beskonačan? Još uvijek nema odgovora na ovo pitanje. Čak i ako je naš fizički svemir konačan, velike su šanse da je to samo jedan svemir od mnogih!

8. Dijeljenje nulom

Iz škole znamo da je dijeljenje nulom aritmetički zabranjena tehnika. Broj 1 podijeljen s 0 ne može se odrediti: bilo koji kalkulator će dati kod pogreške. Međutim, prema drugoj teoriji, 1/0 je savršeno valjan oblik beskonačnosti.

Što se tiče granica prostora i beskonačnosti svemira, usudit ću se pozvati na jedan od svojih prethodnih odgovora.

Što se tiče vidljivog dijela svemira, tu je malo teže. Zbog širenja svemira, svjetlost iz onih njegovih dijelova koji odlete od nas brže od brzine svjetlosti nikada neće doći do nas. Međutim, svjetlost onih objekata koji su već izvan ove granice dopire do nas, ipak dopire do nas, ali s pomaknutom valnom duljinom - jedna od manifestacija Dopplerovog efekta. Pročitajte više ovdje.

Ako sada govorimo o onome što je izvan granica vidljivog dijela svemira, onda, grubo govoreći, "sada" najvjerojatnije općenito postoji isti svemir kao i dio koji nas okružuje. Točnije, u smislu specijalne teorije relativnosti, ako idemo u neku udaljenu točku svemira subluminalnom brzinom, tada će, do trenutka našeg dolaska, prema našem satu, svemir u ovoj točki izgleda nalikovati našem općenito govoreći.

Konačno, sam efekt crvenog pomaka, zbog kojeg svjetlost dolazi do nas s udaljenih krajeva vidljivog svemira s većom valnom duljinom - pa stoga, uglavnom, više nije vidljiv našem oku - i omogućuje nam da zaključimo da svemir se širi. Zbog širenja nebo noću izgleda mračno – u beskonačnom ili velikom konačnom svemiru trebalo bi izgledati gotovo jednoliko svijetlo.

Razlozi širenja svemira još uvijek nisu jasni, do sada je u fiziku uveden koncept "tamne energije" zbog koje se svemir širi. Njegova priroda još nije jasna, još nije moguće izravno promatrati njezine nositelje - zato se ovaj hipotetski objekt naziva "tamnom" energijom.

Ipak, nije sasvim točno, Hubbleova sfera još nije horizont događaja, a svjetlost objekata koji se udaljavaju brže od brzine svjetlosti upravo zbog ubrzanja širenja svemira će ikada ući unutar Hubbleove sfere i doći do nas. S horizontom događaja (ne česticama) to je teže, možemo vidjeti svjetlost iz određenih objekata i vidjet ćemo je u budućnosti, ali nećemo vidjeti kako će se, na primjer, te zvijezde ugasiti (čak i ako su se već ugasile ), općenito, događaji su kasniji od određenog datuma/vremena.