Нескінченний космос. Скільки всесвітів існує? Чи існує межа у космосу

Можливо, обмеження того, що ми можемо спостерігати, просто штучні; можливо, немає межі того, що знаходиться по ту сторону спостережуваного.

13,8 мільярда років тому Всесвіт почався з Великого Вибуху. З тих пір вона розширюється і охолоджується, так було вчора, сьогодні і буде завтра. З нашої точки зору, ми можемо спостерігати її в 46 мільярдах світлових років у всіх напрямках, завдяки швидкості світла і розширення простору. Хоча це велика відстань, воно звичайно. Але ж це лише частина того, що пропонує нам Всесвіт. Що знаходиться за цією частиною? Чи може Всесвіт бути нескінченною?

Як можна було б довести це емпірично?

По-перше, те, що ми бачимо, розповідає нам більше, ніж 46 мільярдів світлових років.

Чим далі ми дивимося в будь-якому напрямку, тим далі назад в часі ми дивимося. Найближча галактика, в 2,5 мільйона світлових років від нас, ми вбачаємо такою, якою була 2,5 мільйона років тому, оскільки світлу потрібно саме цей час, щоб потрапити в наші очі з того місця, де він був виданий. Найвіддаленіші галактики ми бачимо такими, які вони були мільйони, сотні мільйонів або навіть мільярди років тому. Ми бачимо світло молодому Всесвіті. Тому якщо ми будемо шукати світло, який був виданий 13,8 мільярда років тому, залишений Великим Вибухом, ми знайдемо і його: космічний мікрохвильовий фон.

Його картина флуктуацій неймовірно складна, при різних кутових масштабах наявності різні різниці в середніх температурах. Також в ньому закодовано неймовірну кількість інформації про Всесвіт, в тому числі і вражаючий факт: кривизна простору, наскільки ми можемо судити, абсолютно плоска. Якби простір було позитивно викривлене, якби ми жили на поверхні чотиривимірної сфери, ми побачили б, як сходяться ці далекі промені світла. Якби простір було викривлено негативно, як якщо б ми жили на чотиривимірному сідлі, ми побачили б, як далекі промені світла розходяться. Але немає, промені світла, що приходять здалеку, продовжують рухатися в первісному напрямку, а флуктуації говорять про ідеальну площині.

Космічний мікрохвильовий фон і великомасштабна структура Всесвіту в поєднанні дозволяють нам зробити висновок, що якщо Всесвіт кінцевий і замикається сама в собі, вона повинна бути принаймні в 250 разів більше того, що ми спостерігаємо. І оскільки ми живемо в трьох вимірах, ми отримуємо (250) 3 у вигляді обсягу, або множимо простір в 15 мільйонів разів. Яким би великим це число не було, воно не нескінченно. За найскромнішої оцінці, Всесвіт повинен бути щонайменше 11 трильйона світлових років у всіх напрямках. І це багато, але ... звичайно.

Втім, є підстави вважати, що вона більше. Великий Вибух міг ознаменувати початок спостережуваного Всесвіту, який ми її знаємо, але він не знаменує народження часу і простору як таких. До Великого Вибуху Всесвіт переживала період космічної інфляції. Вона не була наповнена матерією і випромінюванням і не була гарячою. вона:

• була наповнена енергією, властивою самому простору;
• розширювалася в постійному експоненційному порядку;
• створювала новий простір так швидко, що найменша фізична довжина, довжина Планка, розтягувалася до розмірів спостерігається сьогодні Всесвіту кожні 10-32 секунд.

Вірно, в нашому регіоні Всесвіту інфляція завершилася. Але є кілька питань, на які ми поки не знаємо відповіді, які можуть визначити дійсний розмір Всесвіту, а також і те, нескінченна вона чи ні.

Наскільки великою була область Всесвіту після інфляції, в якій народився наш Великий Вибух?

Дивлячись на нашу Всесвіт сьогодні, на рівномірний післясвітіння Великого Вибуху і на площину Всесвіту, ми можемо витягти не так багато. Ми можемо визначити найвищу межу енергетичного масштабу, при якому відбувалася інфляція; ми можемо визначити, яка частина Всесвіту пройшла через інфляцію; ми можемо визначити нижню межу того, скільки мала тривати інфляція. Але кишеньку інфляційного Всесвіту, в якій народилася наша власна, може бути набагато, набагато більше нижньої межі. Він може бути в сотні, мільйони або Гугол разів більше, ніж ми можемо спостерігати ... або воістину нескінченним. Але поки ми не зможемо спостерігати більше Всесвіту, ніж доступно нам в даний час, ми не отримаємо достатньо інформації, щоб відповісти на це питання.

Чи правильна ідея «вічної інфляції»?

Якщо ви вважаєте, що інфляція повинна бути квантовим полем, то в будь-який момент в ході цієї фази експоненціального розширення існує ймовірність, що інфляція закінчиться Великим Вибухом, і ймовірність, що інфляція буде продовжуватися, створюючи все більше і більше простору. Ці розрахунки ми цілком можемо зробити (при декількох припущеннях) і вони приведуть до неминучого висновку: якщо вам потрібна інфляція, яка виробляє спостережувану нами Всесвіт, тоді інфляція завжди буде створювати більше простору, яке продовжує розширюватися, в порівнянні з регіонами, які вже закінчилися Великими вибухами. І якщо наша Всесвіт міг з'явитися в результаті закінчення інфляції в нашому регіоні простору порядку 13,8 мільярда років тому, існують області, в яких інфляція триває - створюючи все більше і більше простору і народжуючи Великі Вибуху - і до цього дня. Ця ідея має назву «вічної інфляції» і в цілому приймається співтовариством фізиків-теоретиків. І тоді наскільки велика вся неспостережний Всесвіт?

Як довго протікала інфляція до свого кінця і Великого Вибуху?

Ми можемо бачити лише спостережувану Всесвіт, створену в кінці інфляції і нашим Великим Вибухом. Ми знаємо, що ця інфляція повинна була тривати щонайменше 10-32 секунд або близько то, але цілком могла і довше. Але наскільки довше? На секунди? Роки? Мільярди років? Або нескінченно? Чи завжди протікала інфляція Всесвіту? Чи було у неї початок? Виникла вона з попереднього стану, яке було вічно? Або, можливо, весь простір і час виникло з «нічого» якийсь час назад? Можливостей багато, але всі вони перевірити й довести до теперішнього часу.

Відповідно до наших кращими спостереженнями, ми знаємо, що Всесвіт набагато, набагато більше тієї частини, яку ми маємо щастя спостерігати. За межами того, що ми бачимо, є багато більше Всесвіту, з тими ж законами фізики, з тими ж структурами (зірками, галактиками, скупченнями, нитками, порожнечами і т. П.) І з тими ж шансами на розвиток складного життя. Також повинні бути кінцеві розміри «бульбашок», в яких закінчується інфляція, і гігантська кількість таких бульбашок, укладених в гігантському, роздувається в процесі інфляції просторі-часі. Але будь-яким великим числам є межа, вони не нескінченні. І тільки якщо інфляція не тривала протягом нескінченно протяжного часу, Всесвіт повинен бути кінцевою.

Проблема в цьому всьому те, що ми знаємо тільки, як отримати доступ до інформації, доступної в нашій спостережуваного Всесвіту: до цих 46 мільярдів світлових років у всіх напрямках. Відповідь на найбільший з усіх питань, будь Всесвіт кінцевої або нескінченної, може бути закодований в самій цій Всесвіту, але ми занадто зв'язані по руках, щоб дізнатися про це. На жаль, фізика, яка у нас є, не дає нам інших варіантів.

У повсякденному житті людині найчастіше доводиться мати справу з кінцевими величинами. Тому наочно уявити собі нічим не обмежену нескінченність буває дуже складно. Це поняття оповите ореолом таємничості і незвичайності, до якого домішується благоговіння перед Всесвіту, кордони якої визначити практично неможливо.

Просторова нескінченність світу належить до найбільш складним і суперечливим наукових проблем. Стародавні філософи і астрономи намагалися вирішити це питання за допомогою найпростіших логічних побудов. Для цього достатньо було допустити, що можна досягти передбачуваного краю Всесвіту. Але якщо в цей момент витягнути руку, то межа відсувається на якусь відстань. Цю операцію можна повторювати незліченну кількість разів, що доводить нескінченність Всесвіту.

Нескінченність Всесвіту важко собі уявити, але не менш складно, як міг би виглядати обмежений світ. Навіть у тих, хто не сильно просунутий у вивченні космології, в цьому випадку виникає природне запитання: а що знаходиться за кордоном Всесвіту? Втім, подібні міркування, побудовані на здоровому глузді і життєвому досвіді, не можуть служити міцною основою для строгих наукових висновків.

Сучасні уявлення про нескінченність Всесвіту

Сучасні вчені, досліджуючи множинні космологічні парадокси, прийшли до висновку, що існування кінцевої Всесвіту в принципі суперечить законам фізики. Світ за межами планети Земля, по всій видимості, не має меж ні в просторі, ні у часі. У цьому сенсі нескінченність передбачає, що ні кількість укладеного у Всесвіті речовини, ні її геометричні розміри не можна виразити навіть найбільшим числом ( «Еволюція Всесвіту», І.Д. Новиков, 1983).

Навіть якщо взяти до уваги гіпотезу про те, що Всесвіт близько 14 млрд років тому утворилася в результаті так званого Великого вибуху, це цілком може означати лише, що в ті надзвичайно віддалені часи світ пройшов через черговий етап закономірною трансформації. В цілому ж нескінченна Всесвіт ніколи не з'являлася в ході первинного поштовху або незрозумілого розвитку якогось нематеріального об'єкта. Припущення про нескінченну Всесвіту ставить хрест на гіпотезі Божественного творіння світу.

У 2014 році американські астрономи опублікували результати останніх досліджень, які підтверджують гіпотезу про існування нескінченної і плоскою Всесвіту. З високою точністю вчені виміряли відстань між галактиками, розташованими на відстані в кілька мільярдів світлових років один від одного. Виявилося, що ці колосальні за розмірами космічні зоряні скупчення розташовані по колам, які мають постійний радіус. Побудована дослідниками космологічна модель побічно доводить, що Всесвіт нескінченний як у просторі, так і в часі.

При вивченні Всесвіту і її будови нерідко постає питання про те, чи є у неї кінець або вона нескінченна. Поняття нескінченності є одним з найцікавіших в науці, оскільки відноситься до області таємничого і незвичайного. Дійсно, неможливо уявити собі нескінченність, адже у цього поняття немає наочності, але воно зовсім не є придуманим математичним побудовою, а використовується в науці для вирішення багатьох проблем.

Найбільш зацікавлені у вивченні нескінченності астрономи і фізики, так як їм доводиться мати справу з простором Всесвіту і геометрією навколишнього світу. Вивчати нескінченність Всесвіту і просторі почали ще в далекій давнині. Великі філософи пропонували прості і, здавалося б, незаперечні міркування, що не суперечать, на перший погляд, логіці.

Так, Лукрецій Кар в поемі «Про природу речей» писав: «Немає ніякого кінця ні з одного боку у Всесвіті, бо інакше краю неодмінно вона б мала». Багатьом вченим того часу було легше уявити, що Всесвіт не має кінця і нескінченно довго тягнеться на всі боки, ніж те, що у неї є певні межі, адже тоді б довелося шукати відповідь на питання, що ж лежить за цими межами.

Однак міркування Лукреція і його прихильників спиралися, в першу чергу, на логіку і звичні уявлення про земне просторі, а в сучасному світі спиратися на це при вивченні проблеми нескінченності в масштабах Всесвіту вважається нерозумним. В даному випадку слід вивчати реальні властивості світу і на їх основі робити висновки.

В епоху Відродження Коперник розробив геліоцентричну модель світу, по якій в центрі Всесвіту знаходилося Сонце, а навколо нього оберталася Земля й інші планети. За уявленнями вченого, Всесвіт обмежувала сфера з нерухомих зірок. Він вважав, що всі небесні тіла обертаються навколо Сонця з однаковою швидкістю, здійснюючи один оборот в добу. Отже, чим більше відстань від Сонця до небесного тіла, тим більша швидкість обігу у останнього.

Таким чином, якщо є зірки, розташовані на нескінченно великих відстанях від Сонця, то вони повинні володіти нескінченно великою швидкістю, що неможливо. З цього випливає, що Всесвіт має кінець, т. Е. Укладена в сферу зірок. Сучасникам Коперника такий доказ здавалося незаперечним, адже тоді ще не знали, що Сонце є не центром Всесвіту, а центром Сонячної системи.

У висновках Коперника першим засумнівався італійський вчений Джордано Бруно. Він же першим запропонував ідею і нескінченного Всесвіту. У своїх міркуваннях вчений спирався на філософські погляди, а не на фізичні чи астрономічні дослідження.

Ісаак Ньютон вперше спробував дати природно наукове пояснення нескінченність Всесвіту і в розроблених ним законах механіки. Згідно з його положеннями, якщо матеріальні частинки притягуються один до одного, то з часом вони повинні розсіятися в безкрайньому просторі. Отже, не може існувати незмінна кінцева Всесвіт. Довгий час вважалося, що відповідь на питання про нескінченність Всесвіту отриманий і вважається остаточним, але думка виявилася помилковою. Завжди вважалося, що на питання про те, чи є межа у Всесвіті, має бути тільки дві відповіді: «так» чи ні ». І тільки пізніше виявилося, що може існувати кілька видів нескінченності. Наприклад, в математиці існує нескінченність ряду натуральних чисел і нескінченність всіх точок, розташованих на відрізку прямої.

В геометрії також можуть існувати різні нескінченності. Наприклад, є такі поняття, як нескінченність і необмеженість простору, які не тотожні один одному Необмеженим простором є те, що не має межі, за маєте з тим воно замкнуто в собі, або звичайно. Прикладом такого простору може служити сфера. У площі сфери є кінцева величина, але досягти її межі неможливо, тому вона вважається необмеженою. Приклад зі сферою є прикладом, що простір може мати кінцевий обсяг, але при цьому у нього відсутні межі.

У сучасній науці ніхто вже не сумнівається в тому, що простір Всесвіту необмежено, тобто досягти межі Всесвіту неможливо. Але питання про її нескінченності або кінцівки все ще залишається відкритим. Для того щоб знайти відповідь на нього, вчені вивчають геометрію світу і намагаються з'ясувати розташування матерії у Вселенной.С допомогою теоретичних підрахунків проводиться вимір критичної щільності речовини, що знаходиться у Всесвіті. Так, підраховано, що на 13 см простору доводиться 1/100000 маси протона. Виходячи з теорії відносності, вчені говорять, що світовий простір має кінець, якщо середня щільність речовини, що знаходиться у Всесвіті, більше критичної. І навпаки, Всесвіт має нескінченний об'єм, якщо щільність речовини в ній нижче критичної.

Походженням, еволюцією і властивостями Всесвіту займається космологія - спеціальний розділ астрономії. Вона спирається на такі науки, як фізика, математика, астрономія, а також на богослов'я і філософію.

Грунтуючись на даному виведенні, багато дослідників створили різні версії обчислення середньої щільності матерії в світі. Деякі, грунтуючись на своїх обчисленнях, прийшли до висновку про те, що Всесвіт кінцева, і робили спроби підрахувати її радіус. Однак подібні обчислення не можуть відповісти на питання про нескінченність Всесвіту і розповісти про її геометричні властивості.

Загальна теорія відносності надає фізичний критерій, на підставі якого можна робити припущення про кривизну простору, але про фізичну величину даної кривизни можна судити, швидше за все, тільки на підставі спостережень, що вказують на те, що середня щільність речовини в світі приблизно дорівнює критичної.

Все це говорить на користь того, що сучасна наука поки не готова дати однозначної відповіді на питання про кінцівки і нескінченності Всесвіту і віддати перевагу одну з цих ймовірностей.

всесвіт Фрідман кант креаціонізм

Нескінченність як поняття - верх абстракції. В цьому відношенні з нею може змагатися хіба що швидкість світла або чорна діра. Щоб приручити ідею нескінченності, математики століттями придумували знаки, образи та історії, які примиряють наш розум з тим, що неможливо собі уявити.

1. Знак нескінченність

Можливо, придумуючи знак нескінченності, Валліс взяв за основу символ числа 1000, записаного римськими цифрами (CIƆ або CƆ), який римляни часто використовували для позначення незліченності предметів. За іншою версією, символ нескінченності відсилає до омега (Ω або ω) - останньої букви грецького алфавіту.

Концепція нескінченності була запропонована задовго до того, як Валліс придумав для неї символ. Наприклад, давньогрецький філософ Анаксимандр ввів поняття «апейрон», що означало якесь безмежне первовещество.

2. Апорії Зенона

Одна з найвідоміших апорії давньогрецького філософа Зенона називається «Ахіллес і черепаха»: черепаха пропонує Ахіллесу бігти наввипередки, з тією умовою, що вона почне рух трохи раніше.

Черепаха впевнена у своїй перемозі, тому що в той момент, як Ахіллес досягне точки старту черепахи, вона вже проповзе трохи далі, знову збільшуючи відстань між ними.

Таким чином, незважаючи на те, що відстань буде скорочуватися, Ахіллес ніколи не наздожене черепаху. Цей парадокс можна пояснити інакше. Уявіть, що ви перетинаєте кімнату, з кожним кроком долаючи половину що залишився відстані. Спочатку ваш крок буде дорівнює половині загальної відстані, потім чверті, потім 1/8-й, 1/16-й і т.д. Хоча з кожним наступним кроком ви будете все ближче до протилежної стіни кімнати, дійти до кінця неможливо: вам потрібно буде зробити нескінченну кількість кроків.

3. Число Пі

Ще один приклад нескінченності - число π: математики використовують для нього спеціальний символ, оскільки воно складається з нескінченної кількості цифр. Найчастіше його скорочують до 3,14 або 3,14159, але скільки б знаків ні стояло після коми, записати це число повністю неможливо.

4. Теорема про нескінченних мавп

Ця теорема стверджує, що якщо абстрактна мавпа буде нескінченно довго бити по клавішах друкарської машинки, рано чи пізно вона надрукує шекспірівського «Гамлета». Хоча деякі бачать в цій теоремі підтвердження того, що все можливо, математики зазвичай використовують її як приклад події з дуже низькою ймовірністю.

5. Фрактали

Фрактал - це абстрактний математичний об'єкт, який використовується в тому числі для зображення феноменів, що мають природне походження. У математиці це безліч, що володіє властивістю самоподібності: його частини подібні цілому. Візуально такий об'єкт являє собою фігуру, де один і той же мотив повторюється в послідовно уменьшающемся масштабі. Тому зображення фрактала можна нескінченно наближати: при збільшенні масштабу проступають все нові деталі.

Записані у вигляді математичного рівняння, більшість фракталів є недиференційованої функції.

6. Розміри нескінченності

Хоча нескінченність не має кордонів, вона може мати різні розміри. Позитивні і негативні числа представляють собою два нескінченних набору рівного розміру. Однак що буде, якщо скласти ці два набори? Вийде щось в два рази більше кожного з них.

Подібним чином можна розглянути парні числа: це також нескінченний набір, проте він в два рази менше набору всіх позитивних чисел.

Крім того, можна спробувати додати до нескінченності одиницю і переконатися в тому, що число ∞ + 1 завжди буде більше ∞.

7. Космологія і нескінченність

Космологи продовжують вивчати Всесвіт і роздумувати над концепцією нескінченності. Нескінченний чи космос? На це питання, як і раніше немає відповіді. Навіть якщо наша фізична Всесвіт кінцева, є ймовірність, що вона є лише однією Всесвіту з багатьох!

8. Ділення на нуль

Ми знаємо зі школи, що поділ на нуль - арифметично заборонений прийом. Число 1, поділене на 0, не може бути визначено: будь-який калькулятор видасть код помилки. Однак згідно з іншою теорією, 1/0 є цілком допустима форма нескінченності.

З приводу кордонів космосу і нескінченності всесвіту, дозволю собі нахабство послатися на один зі своїх попередніх відповідей.

Що ж до видимої частини всесвіту, то там трохи хитріше. В силу розширення всесвіту, світло від тих її частин, що відлітають від нас швидше за швидкість світла, не дійде до нас вже ніколи. Однак до нас доходить світло тих об'єктів, що вже опинилися за цією межею, все ще доходить до нас, однак зі зміщеною довжиною хвилі - один із проявів ефекту Допплера. Детальніше можна прочитати тут.

Якщо тепер говорити про те, що знаходиться за межами видимої частини всесвіту, то кажучи грубо, "зараз" там швидше за все в цілому така ж всесвіт, що і та частина, яка оточує нас. Більш точно, в теримінів спеціальної теорії відносності, якщо ми вирушимо в якусь далеку точку всесвіту з досветовой швидкості, то, на час нашого прибуття по нашим годинах, всесвіт в цій точці буде мабуть в загальних рисах нагадувати нашу.

Нарешті, той самий ефект червоного зсуву, через якого від далеких кінців видимої всесвіту світло до нас приходить з більшою довжиною хвилі - і тому здебільшого оці нашому вже не видимий - і дозволяє робити висновок про те, що Всесвіт розширюється. Саме завдяки розширенню небо вночі виглядає темним - в нескінченній або великий кінцевої всесвіту воно повинно було б здаватися практично рівномірно світлим.

Причини розширення всесвіту до цих пір не ясні, поки що в фізиці введено поняття "темної енергії", через яку всесвіт і розширюється. Природа її поки не ясна, спостерігати носіїв її прямо поки не виходить - саме тому цей гіпотетичний об'єкт і називається "темної" енергією.

Все ж не зовсім точно, сфера Хаббла це ще не горизонт подій, і світло від об'єктів які видаляються швидше за швидкість світла саме за рахунок прискорення розширення Всесвіту коли-небудь потрапить всередину сфери Хаббла і дійде до нас. З горизонтом подій (не часткою) - хитріше, ми можемо бачити світло від певних об'єктів і будемо бачити його в майбутньому але не побачимо як, наприклад, ті зірки згаснуть (навіть якщо вони вже згасли), в загальному події пізніше певної дати / часу.