О границах вселенной
UPD: На dilettante_ru разместил немного улучшенную версию этого постинга.
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 больше Вселенной мы можем увидеть), 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 -- надо бы как-то картинки выложить). Однако в реальности там, в запределье, могут обитать синие драконы вкупе с красными селедками -- а узнаем мы о них только тогда, когда границы достатоно расширятся -- то есть явно не на нашем веку. (UPD -- в процессе спора с barzel понял, что ерунду написал, если какая-то область изначально закрыта для нашего восприятия, то она такой и останется и про голубых драконов мы никогда не узнаем -- расширяются границы нашего восприятия, но и пространство тоже расширяется, "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.
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.
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 больше Вселенной мы можем увидеть), 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 -- надо бы как-то картинки выложить). Однако в реальности там, в запределье, могут обитать синие драконы вкупе с красными селедками -- а узнаем мы о них только тогда, когда границы достатоно расширятся -- то есть явно не на нашем веку. (UPD -- в процессе спора с barzel понял, что ерунду написал, если какая-то область изначально закрыта для нашего восприятия, то она такой и останется и про голубых драконов мы никогда не узнаем -- расширяются границы нашего восприятия, но и пространство тоже расширяется, "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.
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.