Форум портала «Миф»


    
      
        Форум портала «Миф»
        (http://www.mith.ru/cgi-bin/yabb2/YaBB.pl)
      

        Научный форум >> Новости астрономии >> Где у Вселенной границы?
        
(Message started by: Альвдис Н. Рутиэн на января 21^st, 2006, 10:59pm)

Заголовок: Где у Вселенной границы?
Прислано пользователем Альвдис Н. Рутиэн на января 21^st, 2006, 10:59pm

http://community.livejournal.com/dilettante_ru/16115.html

Пишет Юрій Підопригора / Yurii Pidopryhora (yuretz73) в dilettante_ru
@ 2006-01-21 01:13:00

О границах вселенной
sobe_panek спрашивает:

Скажите, может ли человек без специального образования, без базы знаний по астрономии (физике, математике)понять: что находится ЗА границами Вселенной. И можете ли вы объяснить это достаточно простыми словами? Я читала что-то на эту тему. И не могу уложить это в голове. Я совершенно искренне пытаюсь понять, как из сгустка материи, размером меньше электрона, получилась вся Вселенная. И где этот сгусток висел до Большого Взрыва? В том пространстве ведь тоже, наверное, были какие-то границы. Или границы - понятие земное, к космосу не применимое. Слово "бесконечна" я принимаю только на веру. Но никак не могу понять: что такое бесконечна? Меня (и, наверное, не одну меня) этот вопрос мучает очень много лет.
И еще попутно. В нескольких источниках натыкалась на такие данные: вес Вселенной - 10 в 45 степени тонн, размер - 10 миллиардов световых лет. Раз есть вес и размер, значит, есть и границы? Нельзя же взвесить необъятное и измерить бесконечное.

Я бы разделил Ваш ответ на две части. На первую ответить легко, на вторую -- не очень, но я надеюсь, что если Вы будете спрашивать о том, что окажется непонятным, то мы в конце концов разберемся.

Итак, часть первая. Откуда вообще у Вселенной границы, конечная масса и размеры?

Тут все дело в обыкновенной терминологической путанице. В советское время пользовались хорошим термином -- "метагалактика", но сейчас что-то его почти не видно и не слышно... Так вот, надо различать Вселенную (по-видимому, бесконечную) и "метагалактику", видимую и доступную для наших исследований часть этой Вселенной.

Почему для наших наблюдений доступна только часть Вселенной? Из-за конечности скорости света, с которой распространяются абсолютно все излучения. Надеюсь, что идею о свете далекой звезды, которая давно угасла, а свет от нее все еще идет к нам объяснять не надо. То, какой мы видим звезду, находящуюся от нас в 100 световых годах (световой год -- расстояние, которое свет проходит за год, очень просто) -- это то, какой она была 100 лет назад. То, какой мы видим галактику, находящуюся от нас в миллионах световых лет -- это то, какой она была миллионы лет назад.

Мне приходилось сталкиваться с дилетантскими рассуждениями о ложности современной научной космологии основывающихся на том, что нельзя, мол, теоретизировать о происхождении Вселенной на основании лишь наблюдений сегодняшнего дня. Так вот, дело в том, что наблюдательные данные у нас не только на сегодняшний день, а за всю историю Вселенной -- чем дальше мы смотрим, тем больше в прошлое мы заглядываем. Когда мы смотрим на галактики, то вблизи мы видем красивые хорошо оформившиеся спирали и аккуратные эллипсоиды. Однако чем дальше, тем более "растрепанными" выглядят галактики -- они только лишь формируются. Если заглянуть еще дальше, то мы увидем практически бесформенные комки звезд. А еще дальше -- ничего не увидим, потому что звезд тогда еще не было. Ну и, наконец, исходящим с самого предельного расстояния, эквивалентного возрасту Вселенной -- то есть 13-14 миллиардов световых лет -- мы увидем так называемое "реликтовое излучение", отблеск (или эхо, как Вам больше нравится) Большого Взрыва, в котором наша Вселенная возникла. Это не значит, что СЕЙЧАС на расстоянии в 13 миллиардов световых лет ничего нет. Нет, почти наверняка там такие же галактики, как и у нас здесь. Но свету от них идти долгие миллиарды лет, пока мы сможем их увидеть. А пока там -- "граница" нашей Метагалактики (которая, кстати, непрерывно расширяется во все стороны со скоростью света -- чем дольше мы живем, тем больший объем Вселенной мы можем увидеть, однако это нам мало что дает, см. вторую часть ответа), граница не реальная физически, но лишь связанная с пределом нашей "наблюдательной способности".

Вот у этой-то доступной нам части и есть вес, размер и т. п. К бесконечной Вселенной в целом это никак не относится.

Часть вторая Вашего вопроса гораздо сложнее. А как нам познать бесконечную Вселенную? Правильный ответ на этот вопрос, как мне кажется -- никак. Сила физических наук, к которым относится и научная космология (не путать с космологией философской), в единстве теории и эксперимента. Результаты экспериментов приводят к гипотезам, гипотезы путем логического осмысления становятся теориями, а теории превращаются в законы, получив экспериментальное подтверждение -- круг замыкается. Разорвав его, мы рискуем остаться у разбитого корыта -- с какой-то оторванной от земли философией, если не мистикой.

На основании наблюдений лишь части Вселенной, мы не можем ничего достоверно ЗНАТЬ о том, что находится за ее пределами (что за "пределы" -- см. выше), мы можем только ПРЕДПОЛАГАТЬ, что там все то же самое -- по той простой причине, что оснований полагать иначе у нас нет. Структура Вселенной в большом масштабе выглядит периодической, повторяющейся (очень похожа на нейронную сеть живой нервной ткани). Однако в реальности там, в запределье, могут обитать синие драконы вкупе с красными селедками, но мы об этом никогда не узнаем: если какая-то область изначально закрыта для нашего восприятия, то она такой и останется -- расширяются границы нашего восприятия, но и пространство тоже расширяется (расширение Вселенной, "разбегание галактик" -- тема отдельного разговора), "убегая", и в этом смысле эти границы "нерушимы", во всяком случае до тех пор, пока мы не научимся преодолевать световой барьер :)

То же самое и с бесконечностью -- может быть, на самом деле, там кирпичная стенка такая с надписью "проход закрыт" :) Нам просто проще предполагать, что там бесконечность. Да и вообще, в настоящей эмпирической науке ничего не бывает бесконечным, так как экспериментально проверить это невозможно. Обычно любая бесконечность -- это приближение, удобное с математической точки зрения.

В современной науке есть теории, которые пытаются чисто математически, на основании известных законов и свойств осмыслить Вселенную в целом и, в частности, понять, что находится "за границами", "до" Большого Взрыва, в каком таком "пространстве" находилось "зерно" Вселенной прежде, чем взорваться. Это различные теории "суперструн" (хотя теперь там уже даже не струны, а всякие "браны", М-поля и т. п.) Я даже не буду пытаться рассказывать об этих теориях хотя бы потому, что пока даже их непротиворечивость по отношению к наблюдаемому миру находится под вопросом -- не исключено, что все это лишь красивая игра ума.

За пределами же таких теорий, чтоб не сойти с ума, о Вселенной желательно думать начиная с какого-то небольшого (обычно физики используют т. н. "Планковское время" -- 10^-43 секунды = 0.000(еще 37 нулей)001 секунды) времени после ее возникновения -- тогда уже было и обычное наше 4-мерное пространство-время, пусть и туго свернутое, и вещество уже не имело бесконечной плотности.

Надеюсь, что это хоть как-то отвечает на Ваши вопросы.

Заголовок: Re: Где у Вселенной границы?
Прислано пользователем DST на февраля 22^nd, 2006, 2:03pm

Я так понимаю, что все выше изложенное, базируется на основном законе распространения света, что свет движется по векторной траекторией и постоянной скоростью. Тогда возникает такой вопрос: Как влияют на видимое нами пространство "черные дыры"?
Всем известно, что есть "черные дары", которые находятся в центре каждой галактики и бывает что не по одной... Они способны не только искажать свет, но и поглощать его, как тогда можно определить расстояние, когда свет может "некоторое время" просто быть на одном месте, к примеру свет нашей звезды который мы видим сейчас, мог образоваться тысячи лет назад. Конечно, правда, что свету от поверхности солнца до нашей планеты лететь приблизительно 8 минут, но сколько ему нужно времени, что бы долететь до поверхности солнца... Получается, что свет от далеких галактик, попутно проходит через другие галактики, неизбежно преломляемый "черными дырами".

Заголовок: Re: Где у Вселенной границы?
Прислано пользователем Альвдис Н. Рутиэн на февраля 9^th, 2007, 9:43pm

http://www.sciam.ru/news/detail.php?ID=1401

Эволюция Вселенной была описана общей теорией относительности (ОТО), разработанной Альбертом Эйнштейном в начале XX в. По сравнению с ньютоновской физикой, эта теория дала радикально иное описание сил гравитации.

В интерпретации Ньютона пространство и время абсолютны, причем не более чем параметр в уравнениях движения. А гравитация была некого рода мистическая сила притяжения, действующая между двумя массивными телами.

ОТО дает совсем иную концепцию, хотя уравнения движения во многих приближениях реального мира сводятся к ньютоновским, которыми, как мы увидим позже, можно описать многие явления Вселенной. В ОТО пространство и время соединены в четырехмерное пространство, свойство которого определены через гравитацию неоднородным образом распределенной массой. Гравитация огибает пространственно-временную сетку – таким образом ОТО описывает гравитационное взаимодействие как форму проявления искривления пространства-времени. Космическое тело под действием сил гравитации движется из менее изогнутых частей пространственно-временного континуума в более изогнутые области. (Когда кривизна пространства-времени становится бесконечной, как в случае черных дыр, гравитационная сила становится настолько мощной, что пространство-время схлопывается, создавая сингулярности в ткани пространственно-временного континуума. Ничто не может избежать падения сингулярности.)

Согласно общим уравнениям ОТО, пространство-время, содержащее материю не может быть стационарным – оно должно расширяться или сжиматься. Галактики и другие космические объекты, строго говоря, не разлетаются друг от друга, а движутся вместе с расширяющейся тканью пространства-времени, словно закреплены на нем. Таким образом, при наблюдении галактик складывается впечатление, что разлетаются. Представьте себе поверхность воздушного шарика, на которую вы наносите точки. Затем начинаете надувать шарик. Расстояния между точками увеличиваются, и если вы живете в одной из точек (точки это галактики), то увидите картину того, что точки разбегаются. В действительности, эти точки остаются в своих прежних положениях на поверхности шара (их долгота и широта не меняется). А вот ткань воздушного шара действительно расширяется.

В классической физике Ньютона тоже можно построить математическую аналогию расширения Вселенной, описав систему, которая расширяется или сжимается под действием собственных сил гравитации (например, галактики). Однако в этой модели расширение не связано с растяжением ткани пространства-времени. Здесь пространство это некий абстрактный абсолют, который включает в себя совокупность всех объектов, движущихся через него, но с ним не взаимодействующих. Таким образом можно спросить и «Куда расширяется Вселенная?», и «Что же было перед началом времен?».

В ОТО оба эти вопроса теряют свой смысл. Первый вопрос подразумевает наличие некой другой системы координат снаружи пространства-времени. Но поскольку пространство-время связано с материей, то снаружи воздушного шарика пространственно-временного континуума не может быть ничего. Точнее было бы сказать, что нам доступно только пространство-время.

A. Кенни

Заголовок: Re: Где у Вселенной границы?
Прислано пользователем Аврора Николаева на августа 10^th, 2007, 4:45pm

А вообще, есть теория о том, что вселенная безгранична, но конечна. Как шар - его поверхность конечна и измерима, но границ у нее нет. Теория в том, что Вселенная - четырехмерный шар.