Бесконечный космос. Сколько вселенных существует? Существует ли граница у космоса

Возможно, ограничения того, что мы можем наблюдать, просто искусственные; возможно, нет предела тому, что находится по ту сторону наблюдаемого.

13,8 миллиарда лет назад Вселенная началась с Большого Взрыва. С тех пор она расширяется и остывает, так было вчера, сегодня и будет завтра. С нашей точки зрения, мы можем наблюдать ее в 46 миллиардах световых лет во всех направлениях, благодаря скорости света и расширению пространства. Хотя это большое расстояние, оно конечно. Но ведь это лишь часть того, что предлагает нам Вселенная. Что находится за этой частью? Может ли Вселенная быть бесконечной?

Как можно было бы доказать это эмпирически?

Во-первых, то, что мы видим, рассказывает нам больше, чем 46 миллиардов световых лет.

Чем дальше мы смотрим в любом направлении, тем дальше назад во времени мы смотрим. Ближайшая галактика, в 2,5 миллиона световых лет от нас, видится нам такой, какой была 2,5 миллиона лет назад, поскольку свету нужно именно это время, чтобы попасть в наши глаза с того места, где он был испущен. Самые далекие галактики мы видим такими, какие они были миллионы, сотни миллионов или даже миллиарды лет назад. Мы видим свет молодой Вселенной. Поэтому если мы будем искать свет, который был испущен 13,8 миллиарда лет назад, оставленный Большим Взрывом, мы найдем и его: космический микроволновый фон.

Его картина флуктуаций невероятно сложная, при разных угловых масштабах налицо разные разницы в средних температурах. Также в нем закодировано невероятное количество информации о Вселенной, в том числе и поразительный факт: кривизна пространства, насколько мы можем судить, абсолютно плоская. Если бы пространство было положительно искривлено, если бы мы жили на поверхности четырехмерной сферы, мы увидели бы, как сходятся эти далекие лучи света. Если бы пространство было искривлено отрицательно, как если бы мы жили на четырехмерном седле, мы увидели бы, как далекие лучи света расходятся. Но нет, лучи света, приходящие издалека, продолжают двигаться в изначальном направлении, а флуктуации говорят об идеальной плоскости.

Космический микроволновый фон и крупномасштабная структура Вселенной в сочетании позволяют нам сделать вывод, что если Вселенная конечна и замыкается сама в себе, она должна быть по крайней мере в 250 раз больше того, что мы наблюдаем. И поскольку мы живем в трех измерениях, мы получаем (250)3 в виде объема, или умножаем пространство в 15 миллионов раз. Каким бы большим это число ни было, оно не бесконечно. По самой скромной оценке, Вселенная должна быть по меньшей мере 11 триллиона световых лет во всех направлениях. И это много, но… конечно.

Впрочем, имеются основания полагать, что она больше. Большой Взрыв мог ознаменовать начало наблюдаемой Вселенной, какой мы ее знаем, но он не знаменует рождение времени и пространства как таковых. До Большого Взрыва Вселенная переживала период космической инфляции. Она не была наполнена материей и излучением и не была горячей. Она:

• была наполнена энергией, присущей самому пространству;
• расширялась в постоянном экспоненциальном порядке;
• создавала новое пространство так быстро, что самая маленькая физическая длина, длина Планка, растягивалась до размеров наблюдаемой сегодня Вселенной каждые 10-32 секунд.

Верно, в нашем регионе Вселенной инфляция завершилась. Но есть несколько вопросов, на которые мы пока не знаем ответа, которые могут определить истинный размер Вселенной, а также и то, бесконечна она или нет.

Насколько большой была область Вселенной после инфляции, в которой родился наш Большой Взрыв?

Глядя на нашу Вселенную сегодня, на равномерное послесвечение Большого Взрыва и на плоскость Вселенной, мы можем извлечь не так много. Мы можем определить высший предел энергетического масштаба, при котором происходила инфляция; мы можем определить, какая часть Вселенной прошла через инфляцию; мы можем определить нижний предел того, сколько должна была продолжаться инфляция. Но кармашек инфляционной Вселенной, в которой родилась наша собственная, может быть намного, намного больше нижнего предела. Он может быть в сотни, миллионы или гуголы раз больше, чем мы можем наблюдать… или воистину бесконечным. Но пока мы не сможем наблюдать больше Вселенной, чем доступно нам в настоящее время, мы не получим достаточно информации, чтобы ответить на этот вопрос.

Верна ли идея «вечной инфляции»?

Если вы считаете, что инфляция должна быть квантовым полем, то в любой момент в ходе этой фазы экспоненциального расширения существует вероятность, что инфляция закончится Большим Взрывом, и вероятность, что инфляция будет продолжаться, создавая все больше и больше пространства. Эти расчеты мы вполне можем произвести (при нескольких допущениях) и они приведут к неизбежному выводу: если вам нужна инфляция, которая производит наблюдаемую нами Вселенную, тогда инфляция всегда будет создавать больше пространства, которое продолжает расширяться, по сравнению с регионами, которые уже закончились Большими Взрывами. И если наша наблюдаемая Вселенная могла появиться в результате окончания инфляции в нашем регионе пространства порядка 13,8 миллиарда лет назад, существуют области, в которых инфляция продолжается - создавая все больше и больше пространства и рождая Большие Взрыва - и по сей день. Эта идея носит название «вечной инфляции» и в целом принимается сообществом физиков-теоретиков. И тогда насколько велика вся ненаблюдаемая Вселенная?

Как долго протекала инфляция до своего конца и Большого Взрыва?

Мы можем видеть лишь наблюдаемую Вселенную, созданную в конце инфляции и нашим Большим Взрывом. Мы знаем, что эта инфляция должна была продолжаться по меньшей мере 10-32 секунд или около то, но вполне могла и дольше. Но насколько дольше? На секунды? Годы? Миллиарды лет? Или бесконечно? Всегда ли протекала инфляция Вселенной? Было ли у нее начало? Возникла ли она из предыдущего состояния, которое было вечно? Или, возможно, все пространство и время возникло из «ничего» какое-то время назад? Возможностей много, но все они непроверяемы и недоказуемы к настоящему времени.

В соответствии с нашими лучшими наблюдениями, мы знаем, что Вселенная намного, намного больше той части, которую мы имеем счастье наблюдать. За пределами того, что мы видим, находится много больше Вселенной, с теми же законами физики, с теми же структурами (звездами, галактиками, скоплениями, нитями, пустотами и т. п.) и с теми же шансами на развитие сложной жизни. Также должны быть конечные размеры «пузырей», в которых заканчивается инфляция, и гигантское количество таких пузырей, заключенных в гигантском, раздувающемся в процессе инфляции пространстве-времени. Но любым большим числам есть предел, они не бесконечны. И только если инфляция не продолжалась на протяжении бесконечно протяженного времени, Вселенная должна быть конечной.

Проблема в этом всем то, что мы знаем только, как получить доступ к информации, доступной в нашей наблюдаемой Вселенной: к этим 46 миллиардам световых лет во всех направлениях. Ответ на самый большой из всех вопросов, будь Вселенная конечной или бесконечной, может быть закодирован в самой этой Вселенной, но мы слишком связаны по рукам, чтобы узнать это. К сожалению, физика, которая у нас есть, не дает нам других вариантов.

В повседневной жизни человеку чаще всего приходится иметь дело с конечными величинами. Поэтому наглядно представить себе ничем не ограниченную бесконечность бывает очень сложно. Это понятие окутано ореолом таинственности и необычности, к которому примешивается благоговение перед Вселенной, границы которой определить практически невозможно.

Пространственная бесконечность мира принадлежит к наиболее сложным и спорным научным проблемам. Древние философы и астрономы пытались разрешить этот вопрос посредством самых простых логических построений. Для этого достаточно было допустить, что можно достичь предполагаемого края Вселенной. Но если в этот момент вытянуть руку, то граница отодвигается на какое-то расстояние. Эту операцию можно повторять бесчисленное количество раз, что доказывает бесконечность Вселенной.

Бесконечность Вселенной трудно себе представить, но не менее сложно , как мог бы выглядеть ограниченный мир. Даже у тех, кто не сильно продвинут в изучении космологии, в этом случае возникает естественный вопрос: а что находится за границей Вселенной? Впрочем, подобные рассуждения, построенные на здравом смысле и житейском опыте, не могут служить прочным основанием для строгих научных выводов.

Современные представления о бесконечности Вселенной

Современные ученые, исследуя множественные космологические парадоксы, пришли к выводу, что существование конечной Вселенной в принципе противоречит законам физики. Мир за пределами планеты Земля, по всей видимости, не имеет границ ни в пространстве, ни во времени. В этом смысле бесконечность предполагает, что ни количество заключенного во Вселенной вещества, ни ее геометрические размеры нельзя выразить даже самым большим числом («Эволюция Вселенной», И.Д. Новиков, 1983).

Даже если принять во внимание гипотезу о том, что Вселенная около 14 млрд лет назад образовалась в результате так называемого Большого взрыва, это вполне может означать лишь, что в те чрезвычайно отдаленные времена мир прошел через очередной этап закономерной трансформации. В целом же бесконечная Вселенная никогда не появлялась в ходе первоначального толчка или необъяснимого развития какого-то нематериального объекта. Предположение о бесконечной Вселенной ставит крест на гипотезе Божественного творения мира.

В 2014 году американские астрономы опубликовали результаты самых последних исследований, которые подтверждают гипотезу о существовании бесконечной и плоской Вселенной. С высокой точностью ученые измерили расстояние между галактиками, расположенными на расстоянии в несколько миллиардов световых лет друг от друга. Оказалось, что эти колоссальные по размерам космические звездные скопления расположены по кругам, имеющим постоянный радиус. Построенная исследователями космологическая модель косвенно доказывает, что Вселенная бесконечна как в пространстве, так и во времени.

При изучении Вселенной и ее строения нередко встаёт вопрос о том, есть ли у нее конец или она бесконечна. Понятие бесконечности является одним из самых интересных в науке, поскольку относится к области таинственного и необычного. Действительно, невозможно представить себе бесконечность, ведь у этого понятия нет наглядности, но оно вовсе не является придуманным математическим построением, а используется в науке для решения многих проблем.

Наиболее заинтересованы в изучении бесконечности астрономы и физики, так как им приходится иметь дело с пространством Вселенной и геометрией окружающего мира. Изучать бесконечность Вселенной и пространстве начали еще в глубокой древности. Великие философы предлагали простые и, казалось бы, неопровержимые рассуждения, не противоречащие, на первый взгляд, логике.

Так, Лукреций Кар в поэме «О природе вещей» писал: «Нет никакого конца ни с одной стороны у Вселенной, ибо иначе края непременно она бы имела». Многим ученым того времени было легче представить, что Вселенная не имеет конца и бесконечно долго простирается во все стороны, чем то, что у нее есть определенные границы, ведь тогда бы пришлось искать ответ на вопрос, что же лежит за этими границами.

Однако рассуждения Лукреция и его сторонников опирались, в первую очередь, на логику и привычные представления о земном пространстве, а в современном мире опираться на это при изучении проблемы бесконечности в масштабах Вселенной считается неразумным. В данном случае следует изучать реальные свойства мира и на их основе делать выводы.

В эпоху Возрождения Коперник разработал гелиоцентрическую модель мира, по которой в центре Вселенной находилось Солнце, а вокруг него вращалась Земля и другие планеты. По представлениям ученого, Вселенную ограничивала сфера из неподвижных звезд. Он считал, что все небесные тела вращаются вокруг Солнца с одинаковой скоростью, совершая один оборот в сутки. Следовательно, чем большее расстояние от Солнца до небесного тела, тем большая скорость обращения у последнего.

Таким образом, если есть звезды, расположенные на бесконечно больших расстояниях от Солнца, то они должны обладать бесконечно большой скоростью, что невозможно. Из этого следует, что Вселенная имеет конец, т. е. заключена в сферу звезд. Современникам Коперника такое доказательство казалось неопровержимым, ведь тогда еще не знали, что Солнце является не центром Вселенной, а центром Солнечной системы.

В выводах Коперника первым усомнился итальянский ученый Джордано Бруно. Он же первым предложил идею и бесконечной Вселенной. В своих рассуждениях ученый опирался на философские взгляды, а не на физические или астрономические исследования.

Исаак Ньютон впервые попытался дать естественно научное объяснение бесконечности Вселенной и в разработанных им законах механики. Согласно его положениям, если материальные частицы притягиваются друг к другу, то со временем они должны рассеяться в бескрайнем пространстве. Следовательно, не может существовать неизменная конечная Вселенная. Долгое время считалось, что ответ на вопрос о бесконечности Вселенной получен и считается окончательным, но мнение оказалось ошибочным. Всегда считалось, что на вопрос о том, есть ли граница у Вселенной, должно быть только два ответа: «да» или нет». И только позднее оказалось, что может существовать несколько видов бесконечности. Например, в математике существует бесконечность ряда натуральных чисел и бесконечность всех точек, расположенных на отрезке прямой.

В геометрии также могут существовать разные бесконечности. Например, есть такие понятия, как бесконечность и неограниченность пространства, которые не тождественны друг другу Неограниченным пространством является то, которое не имеет границы, по имеете с тем оно замкнуто в себе, или конечно. Примером такого пространства может служить сфера. У площади сферы есть конечная величина, но достичь её границы невозможно, поэтому она считается неограниченной. Пример со сферой служит примером, что пространство может иметь конечный объем, но при этом у него отсутствуют границы.

В современной науке никто уже не сомневается в том, что пространство Вселенной неограниченно, т.е. достичь границы Вселенной невозможно. Но вопрос о ее бесконечности или конечности все еще остается открытым. Для того чтобы найти ответ на него, ученые изучают геометрию мира и пытаются выяснить расположение материи во Вселенной.С помощью теоретических подсчетов проводится измерение критической плотности вещества, находящегося во Вселенной. Так, подсчитано, что на 13 см пространства приходится 1/100000 массы протона. Исходя из теории относительности, ученые говорят, что мировое пространство имеет конец, если средняя плотность вещества, находящегося во Вселенной, больше критической. И наоборот, Вселенная имеет бесконечный объем, если плотность вещества в ней ниже критической.

Происхождением, эволюцией и свойствами Вселенной занимается космология - специальный раздел астрономии. Она опирается на такие науки, как физика, математика, астрономия, а также на богословие и философию.

Основываясь на данном выводе, многие исследователи создали различные версии вычисления средней плотности материи в мире. Некоторые, основываясь на своих вычислениях, пришли к выводу о том, что Вселенная конечна, и делали попытки подсчитать ее радиус. Однако подобные вычисления не могут ответить на вопрос о бесконечности Вселенной и рассказать о ее геометрических свойствах.

Общая теория относительности предоставляет физический критерий, на основании которого можно делать догадки о кривизне пространства, но о физической величине данной кривизны можно судить, скорее всего, только на основании наблюдений, указывающих на то, что средняя плотность вещества в мире приблизительно равна критической.

Все это говорит в пользу того, что современная наука пока не готова дать однозначного ответа на вопрос о конечности и бесконечности Вселенной и предпочесть одну из этих вероятностей.

вселенная фридман кант креационизм

Бесконечность как понятие - верх абстракции. В этом отношении с ней может соперничать разве что скорость света или черная дыра. Чтобы приручить идею бесконечности, математики веками придумывали знаки, образы и истории, которые примиряют наш разум с тем, что невозможно себе представить.

1. Знак бесконечность

Возможно, придумывая знак бесконечности, Валлис взял за основу символ числа 1000, записанного римскими цифрами (CIƆ или CƆ), который римляне часто использовали для обозначения бесчисленности предметов. По другой версии, символ бесконечности отсылает к омеге (Ω или ω) - последней букве греческого алфавита.

Концепция бесконечности была предложена задолго до того, как Валлис придумал для нее символ. Например, древнегреческий философ Анаксимандр ввел понятие «апейрон», означавшее некое беспредельное первовещество.

2. Апории Зенона

Одна из самых известных апорий древнегреческого философа Зенона называется «Ахиллес и черепаха»: черепаха предлагает Ахиллесу бежать наперегонки, с тем условием, что она начнет движение немного раньше.

Черепаха уверена в своей победе, потому что в тот момент, как Ахиллес достигнет точки старта черепахи, она уже проползет чуть дальше, вновь увеличивая расстояние между ними.

Таким образом, несмотря на то, что расстояние будет сокращаться, Ахиллес никогда не догонит черепаху. Этот парадокс можно объяснить иначе. Представьте, что вы пересекаете комнату, с каждым шагом преодолевая половину оставшегося расстояния. Сначала ваш шаг будет равен половине общего расстояния, затем четверти, затем 1/8-й, 1/16-й и т.д. Хотя с каждым следующим шагом вы будете все ближе к противоположной стене комнаты, дойти до конца невозможно: вам нужно будет совершить бесконечное количество шагов.

3. Число Пи

Еще один пример бесконечности - число π: математики используют для него специальный символ, поскольку оно состоит из бесконечного количества цифр. Чаще всего его сокращают до 3,14 или 3,14159, но сколько бы знаков ни стояло после запятой, записать это число полностью невозможно.

4. Теорема о бесконечных обезьянах

Эта теорема утверждает, что если абстрактная обезьяна будет бесконечно долго бить по клавишам пишущей машинки, рано или поздно она напечатает шекспировского «Гамлета». Хотя некоторые видят в этой теореме подтверждение того, что все возможно, математики обычно используют ее в качестве примера события с очень низкой вероятностью.

5. Фракталы

Фрактал - это абстрактный математический объект, используемый в том числе для изображения феноменов, имеющих природное происхождение. В математике это множество, обладающее свойством самоподобия: его части подобны целому. Визуально такой объект представляет собой фигуру, где один и тот же мотив повторяется в последовательно уменьшающемся масштабе. Поэтому изображение фрактала можно бесконечно приближать: при увеличении масштаба проступают все новые детали.

Записанные в виде математического уравнения, большинство фракталов представляют собой недифференцируемые функции.

6. Размеры бесконечности

Хотя бесконечность не имеет границ, она может иметь разные размеры. Положительные и отрицательные числа представляют собой два бесконечных набора равного размера. Однако что будет, если сложить эти два набора? Получится нечто в два раза большее каждого из них.

Подобным образом можно рассмотреть четные числа: это также бесконечный набор, однако он в два раза меньше набора всех положительных чисел.

Кроме того, можно попробовать прибавить к бесконечности единицу и убедиться в том, что число ∞ + 1 всегда будет больше ∞.

7. Космология и бесконечность

Космологи продолжают изучать Вселенную и размышлять над концепцией бесконечности. Бесконечен ли космос? На этот вопрос по-прежнему нет ответа. Даже если наша физическая Вселенная конечна, есть вероятность, что она является лишь одной Вселенной из многих!

8. Деление на ноль

Мы знаем со школы, что деление на ноль - арифметически запрещенный прием. Число 1, поделенное на 0, не может быть определено: любой калькулятор выдаст код ошибки. Однако согласно другой теории, 1/0 есть вполне допустимая форма бесконечности.

По поводу границ космоса и бесконечности вселенной, позволю себе наглость сослаться на один из своих предыдущих ответов.

Что касается видимой части вселенной, то там немного хитрее. В силу расширения вселенной, свет от тех её частей, что улетают от нас быстрее скорости света, не дойдёт до нас уже никогда. Однако до нас доходит свет тех объектов, что уже оказались за этой границей, всё ещё доходит до нас, однако со смещённой длиной волны - одно из проявлений эффекта Допплера. Подробнее можно прочитать здесь.

Если теперь говорить о том, что находится за границами видимой части вселенной, то говоря грубо, "сейчас" там скорее всего в целом такая же вселенная, что и та часть, которая окружает нас. Более точно, в териминах специальной теории относительности, если мы отправимся в какую-то дальнюю точку вселенной с досветовой скоростю, то, ко времени нашего прибытия по нашим часам, вселенная в этой точке будет видимо в общих чертах напоминать нашу.

Наконец, тот самый эффект красного смещения, из-за которого от дальних концов видимой вселенной свет к нам приходит с большей длиной волны - и потому по большей части глазу нашему уже не видимый - и позволяет делать вывод о том, что вселенная расширяется. Именно благодаря расширению небо ночью выглядит тёмным - в бесконечной или большой конечной вселенной оно должно было бы казаться практически равномерно светлым.

Причины расширения вселенной до сих пор не ясны, пока что в физике введено понятие "тёмной энергии", из-за которой вселенная и расширяется. Природа её пока не ясна, наблюдать носителей её прямо пока не получается - именно поэтому этот гипотетический объект и называется "тёмной" энергией.

Все же не совсем точно, сфера хаббла это еще не горизонт событий, и свет от объектов которые удаляются быстрее скорости света именно за счет ускорения расширения вселенной когда-нибудь попадет внутрь сферы хаббла и дойдет до нас. С горизонтом событий (не частиц) - хитрее, мы можем видеть свет от определенных объектов и будем видеть его в будущем но не увидим как, например, те звезды погаснут (даже если они уже погасли) , в общем события позже определенной даты/времени.