Велике стиснення. Розширення чи стиснення всесвіту?! Теплова смерть Всесвіту
Ми повсякденно стикаємося зі стисненням у тому чи іншому вигляді. Коли вичавлюємо воду з губки, пакуємо валізу перед відпусткою, намагаючись заповнити весь порожній простір. необхідними речами, стискаємо файли перед надсиланням електронною поштою. Ідея видалення "порожнього" простору дуже знайома.
Як у космічному, і в атомному масштабі вчені неодноразово підтверджували, що порожнеча займає основний простір. І все ж таки надзвичайно дивно, наскільки вірне це твердження! Коли доктор Калеб А. Шарф із Колумбійського університету (США) писав свою нову книгу «Масштабований Всесвіт» («Zoomable Universe»), він, за власним зізнанням, планував використати його для якогось драматичного ефекту.
Що, якщо ми зможемо якимось чином зібрати всі зірки Чумацького Шляху та встановити їх поруч один з одним, немов яблука, щільно запаковані у великій коробці? Звичайно, природа ніколи не дозволить людині підкорити гравітацію, і зірки, швидше за все, зіллються в одну колосальну чорну дірку. Але, як уявний експеримент, це чудовий спосіб проілюструвати обсяг простору в Галактиці.
Результат шокує. Якщо припустити, що в Чумацькому Шляху може бути близько 200 мільярдів зірок, і ми щедро вважаємо, що всі вони діаметром із Сонце (що завищено, оскільки переважна більшість зірок менш масивні та менші за розміри), ми все одно могли б зібрати їх у куб, довжина граней якого відповідає двом відстаням від Нептуна до Сонця.
«У космосі дуже багато порожнього простору. І це призводить мене до наступного рівня божевілля», – пише доктор Шарф. Відповідно до спостережуваного Всесвіту, який визначається космічним горизонтом руху світла з часів Великого Вибуху, поточні оцінки припускають, що існує від 200 мільярдів до 2 трильйонів галактик. Хоча це велика кількістьвключає всі маленькі «протогалактики», які в кінцевому підсумку зіллються у великі галактики.
Давайте будемо сміливими і приймемо їх найбільша кількість, після чого запакуємо всі зірки у всіх цих галактиках. Будучи вражаюче щедрими, припустимо, що вони всі розміром з Чумацький Шлях (хоча більшість насправді набагато менша за нашу Галактику). Ми отримаємо 2 трильйони кубів, межі яких становитимуть 10 13 метрів. Помістимо ці кубики у більший куб, і ми залишимося з мегакубом з довжиною сторін приблизно 10-17 метрів.
Чи досить великий, правильно? Але тільки не в космічному масштабі. Діаметр Чумацького Шляху становить близько 10 21 метрів, тому кубик розміром 10 17 метрів, як і раніше, займає всього 1/10 000 розміру Галактики. Фактично, 10-17 метрів – це близько 10 світлових років!
Природно, це всього лише невеликий прийом. Але вона ефектно вказує на те, наскільки малий обсяг Всесвіту, фактично зайнятий щільною матерією, в порівнянні з порожнечею простору, чудово охарактеризованого Дугласом Адамсом: «Космос великий. Справді великий. Ви просто не повірите, наскільки широко, величезно, дивовижно великий космос. Ось що ми маємо на увазі: ви, можливо, думаєте, що до найближчої закусочної далеко, але для космосу це нічого не означає. («Путівник Галактикою для подорожуючих автостопом»).
Проте рівняння теорії відносності припускають ще й іншу можливість – стиснення. Чи має значення те, що Всесвіт саме розширюється, а чи не стискується?
Давайте уявімо, що наша Всесвіт стискається. Що зміниться при цьому в картині навколишнього світу?
Щоб відповісти на це питання, потрібно знати відповідь на інше питання: чому вночі темно? Він увійшов до історії астрономії під назвою фотометричного феномена. Суть цього феномена у наступному.
Якщо у Всесвіті всюди розпорошені, які в середньому випромінюють приблизно однакову кількість світла, то незалежно від того, згруповані вони в галактиці чи ні, вони б покривали своїми дисками всю небесну сферу. Адже Всесвіт складається з багатьох мільярдів зірок, і, куди б ми не спрямували свій погляд, він майже напевно рано чи пізно натрапить на якусь зірку.
Іншими словами, кожна ділянка зоряного неба мала б світитися, як ділянка диска Сонця, тому що в подібній ситуації видима поверхнева яскравість не залежить від відстані. З неба на нас обрушувався б сліпучий і спекотний потік світла, що відповідає температурі близько 6 тис. градусів, що майже в 200000 разів перевершує світло Сонця. Тим часом нічне небо чорне та холодне. У чому тут справа?
Лише теоретично розширення Всесвіту фотометричний феномен автоматично усувається. Оскільки галактики розбігаються, у тому спектрах відбувається червоне зміщення спектральних ліній. Через війну частота, отже, і енергія кожного фотона зменшуються. Адже червоне зміщення – це зсув електромагнітного випромінювання зірок галактики у бік. довгих хвиль. А чим більша довжина хвилі, тим меншу енергію несе з собою випромінювання, і чим далі галактика, тим сильніше послаблюється енергія кожного фотона, що приходить до нас.
Крім цього, безперервне збільшення відстані між Землею і галактикою, що віддаляється, призводить до того, що кожен наступний фотон змушений долати трохи більший шлях, ніж попередній. Завдяки цьому фотони потрапляють у приймач рідше, ніж вони випускаються джерелом. Отже, зменшується і число фотонів, що приходять в одиницю часу. Це також призводить до зниження кількості енергії, що приходить в одиницю часу. Саме тому нічне небо лишається чорним.
Тому, якщо уявити, що Всесвіт стискається і це стиснення триває мільярди років, то яскравість неба при цьому не ослаблена, а навпаки, посилена. При цьому на нас обрушився б сліпучий і спекотний потік світла, що відповідає дуже високій температурі.
У подібних умовах на Землі життя, напевно, не могло б існувати. Значить, ми аж ніяк не випадково живемо саме в Всесвіті, що розширюється.
РОЗШИРЕННЯ АБО стиснення Всесвіту?!
Видалення галактик один від одного в даний час пояснюється розширенням Всесвіту, яке почалося завдяки так званому «Великому вибуху».
Для аналізу видалення галактик один від одного використовуємо такі відомі Фізичні властивостіта закони:
1. Галактики обертаються навколо центру метагалактики, здійснюючи один оберт навколо центру метагалактики за 100 трильйонів років.
Отже, метагалактика – гігантський торсіон, у якому діють закони вихрової гравітації та класичної механіки (гл. 3.4).
2. Оскільки Земля збільшує свою масу, то припустимо припустити, що всі інші небесні тіла або їх системи (галактики), під впливом власної гравітації, також збільшують свою масу відповідно до закономірностей, представлених у розділі 3.5. Тоді, на підставі формул з цієї глави, очевидно, що галактики повинні рухатися по спіралі, до центру метагалактики, з прискоренням назад пропорційним відстані до центру метагалактики або збільшення маси галактик.
Радіальне прискорення галактик під час руху у бік центру метагалактики викликає видалення їх друг від друга, що було зафіксовано Хабблом і яке, досі, помилково кваліфікується як розширення Всесвіту.
Таким чином, на підставі вищевикладеного, слідує висновок:
Всесвіт не розширюється, а навпаки – закручується по спіралі чи стискається.
Цілком ймовірно, що в центрі метагалактики розташована метагалактична Чорна Діра, тому спостерігати її неможливо.
При зверненні галактик навколо центру метагалактики по нижчій орбіті, швидкість орбітального руху цих галактик має бути більшою ніж у галактик, що рухають вищою орбітою. У цьому випадку галактики, у певні мега інтервали часу, мають зближуватися.
Крім того, зірки, що мають нахилення власних орбіт до галактичного, гравітаційного торсіону, повинні віддалятися від центру галактики (див. гл. 3.5). Цими обставинами пояснюється наближення до нас галактики М31.
У початковий етап виникнення космічного торсіону він має бути у стані ЧД (див. гл. 3.1). У цей період космічний торсіон максимально збільшує свою відносну масу. Отже, величина та вектор швидкості цього торсіону (ЧД) також має максимальні зміни. Тобто Чорні Діри мають характер руху, що значно не відповідає руху сусідніх космічних тіл.
Наразі виявлено ЧД, яка наближається до нас. Рух цієї ЧД пояснюється вищезазначеною залежністю.
Слід зазначити протиріччя гіпотези «Великого вибуху», які з незрозумілих причин не враховуються сучасною наукою:
За другим законом термодинаміки, система (Всесвіт), надана сама собі (після вибуху) перетворюється на хаос і безладдя.
Насправді гармонія і порядок, що спостерігаються у Всесвіті, суперечить цьому закону,
Будь-яка частка, підірваної речовини з величезною силою, повинна мати лише прямолінійний та радіальний напрямок власного руху.
Загальне обертання в космічному просторі всіх небесних тіл або їх систем навколо свого центру або інших тіл, включаючи метагалактику, повністю заперечує інерційну природу руху космічних об'єктів, отриману від вибуху. Отже, джерелом руху всіх космічних об'єктів може бути вибух.
- - як могли утворитися величезні міжгалактичні порожнечі у космічному просторі після «Великого вибуху»?
- - згідно з загальновизнаною моделлю Фрідмана причиною «Великого вибуху» було стиснення Всесвіту до розміру сонячної системи. Внаслідок цього понад гігантське ущільнення космічної речовини стався «Великий вибух».
Послідовники ідеї «Великого вибуху» замовчують очевидний абсурд у цій гіпотезі - як зміг нескінченний Всесвіт стиснутись і уміститися в обмежений обсяг розміром, рівним сонячній системі!?
, Великий стиск(англ. Big Crunch, також вживається термін «Велика бавовна») - один з можливих сценаріїв майбутнього Всесвіту, в якому розширення Всесвіту з часом змінюється на стиснення, і Всесвіт колапсує, врешті-решт хлопаючись у сингулярність.
Огляд
Якщо Всесвіт кінцева в просторі, і швидкість розширення не перевищує швидкість втікання, то спільне гравітаційне тяжіння всієї її матерії врешті-решт зупинить розширення Всесвіту і змусить її стискатися. Внаслідок зростання ентропії картина стиснення сильно відрізнятиметься від наверненого у часі розширення. У той час як ранній Всесвіт був дуже однорідним, Всесвіт, що стискається, буде розбиватися на окремі ізольовані групи. Зрештою, вся матерія колапсує в чорні дірки, які потім зростатимуться, створюючи в результаті єдину чорну дірку – сингулярність Великого стиску.
Постійна Хаббла визначає поточний стан розширення Всесвіту, сила гравітації залежить від щільності і тиску матерії у Всесвіті, а їх співвідношення задається критичною щільністю Всесвіту. Якщо щільність Всесвіту більша критичної, то гравітаційні сили зупинять розширення Всесвіту, і вона почне стискатися. Якщо ж щільність Всесвіту менша за критичну, Всесвіт буде продовжувати розширюватися, і сил гравітації буде недостатньо, щоб зупинити це розширення. Цей сценарій розвитку призведе до результату, відомого як "Велике замерзання", коли Всесвіт остигає в міру розширення і досягає стану ентропії [ ]. Деякі теорії кажуть, що Всесвіт може стиснутися до стану, з якого він розпочався, а потім відбудеться новий Великий, вибух, і такі цикли стиснення-розширення будуть продовжуватися вічно
Найбільш помітна теорія про те, як почався Всесвіт Великого Вибуху, де вся матерія спочатку існувала як сингулярність, нескінченно щільна точка у крихітному просторі. Потім щось призвело до вибуху. Матерія розширилася з неймовірною швидкістю і зрештою сформувала Всесвіт, який ми бачимо сьогодні.
Великий Стиснення, як ви могли здогадатися, протилежність Великого Вибуху. Все, що розлетілося по краях Всесвіту, під впливом сили тяжіння стискатиметься. Відповідно до цієї теорії, гравітація уповільнить розширення, викликане Великим Вибухом і зрештою все повернеться назад у крапку.
- Неминуча теплова смерть Всесвіту.
Подумайте про теплову смерть, як повну протилежність Великому Стиснення. І тут, сила тяжкості мало сильна, щоб подолати розширення, оскільки Всесвіт просто тримає курс розширення в геометричній прогресії. Галактики віддалятися один від одного, як нещасні закохані, і всеосяжна ніч між ними стає все ширшою і ширшою.
Всесвіт підпорядковується тим самим правилам, як і будь-яка термодинамічна система, що в кінцевому підсумку призведе нас до того, що тепло рівномірно розподілиться по всьому Всесвіту. Нарешті, весь Всесвіт згасне.
- Теплова смерть від Чорних дірок.
Згідно з популярною теорією, більшість матерії у Всесвіті обертається навколо чорних дірок. Просто подивіться на галактики, які містять надмасивні чорні дірки в їхніх центрах. Більшість теорії чорної діри передбачає поглинання зірок чи навіть цілих галактик, як вони потрапляють у горизонт подій діри.
Зрештою, ці чорні діри поглинуть більшу частину матерії, і ми залишимося у темному Всесвіті.
- Кінець Часу.
Якщо щось вічне, то це, безперечно, час. Чи є Всесвіт чи ні, час все одно йде. В інакше, не було б жодного способу, щоб розрізнити один момент з наступного. Але що, якщо час втрачений і просто завмер? Що робити, якщо не буде більше моментів? Просто один і той самий момент часу. Назавжди.
Припустимо, що ми живемо у Всесвіті, час у якому ніколи не закінчується. З нескінченною кількістю часу все, що може статися відбувається зі 100-відсотковою ймовірністю. Парадокс же станеться, якщо у вас є вічне життя. Ви живете нескінченний час, тому все, що можна гарантовано відбудеться (і станеться нескінченна кількість разів). Зупинка часу також може статися.
- Велике зіткнення.
Велике Зіткнення схоже на Великий Стиснення, але набагато оптимістичніше. Уявіть собі той самий сценарій: Гравітація уповільнює розширення Всесвіту і все стискається назад в одну точку. У цій теорії, сила цього швидкого стиснення достатньо, щоб почати ще один Великий Вибух, і Всесвіт починається знову.
Фізикам не подобається це пояснення, тому деякі вчені стверджують, що, можливо, Всесвіт не пройде весь шлях назад до сингулярності. Замість цього, вона стиснеться дуже сильно, а потім відштовхнеться від сили, подібної до тієї, що відштовхує м'яч, коли ви його ударяєте об підлогу.
- Великий розрив.
Незалежно від того, як закінчується світ, вчені поки що не відчувають необхідності використовувати (жахливо занижене) слово «великий», щоб описати його. У цій теорії невидима сила називається "темна енергія", вона викликає прискорення розширення Всесвіту, що ми і спостерігаємо. Зрештою, швидкості зростуть настільки, що матерія почне рватися на дрібні частки. Але є і світла сторона цієї теорії, принаймні Великого Розриву доведеться чекати ще 16 мільярдів років.
- Ефект Метастабільності Вакуум.
Ця теорія залежить від ідеї, що існуючий Всесвіт перебуває у вкрай нестабільному стані. Якщо ви подивитеся на значення квантових частинок фізики, то можна зробити припущення, що наш Всесвіт знаходиться на межі стійкості.
Деякі вчені припускають, що мільярди років по тому, Всесвіт буде на межі руйнування. Коли це станеться, колись у Всесвіті, з'явиться міхур. Подумайте про це як про альтернативний Всесвіт. Цей міхур буде розширюватися у всіх напрямках зі швидкістю світла, і знищуватиме все, до чого торкається. Зрештою, цей міхур знищить все у Всесвіті.
- Тимчасовий бар'єр.
Тому що закони фізики не мають сенсу в нескінченному мультивсесвіті, єдиний спосіб зрозуміти цю модель це припустити, якщо є реальний кордон, фізичний кордон Всесвіту, і ніщо не може вийти за межі. І відповідно до законів фізики, у найближчі 3,7 млрд років, ми перетнемо тимчасовий бар'єр, і Всесвіт скінчиться для нас.
- Це не станеться (бо ми живемо в мультивсесвіті).
За сценарієм мультивсесвітів, з нескінченними Всесвітами, ці Всесвіти можуть виникати або з існуючих. Вони можуть виникати з Великих Вибухів, знищуватися Великими Стисненнями або Розривами, але це не має жодного значення, оскільки нових Всесвітів завжди буде більше, ніж знищених.
- Вічний Всесвіт.
Ах, вікова ідея, що Всесвіт завжди був, і завжди буде. Це одна з перших концепцій, яку люди, створили про природу Всесвіту, але є і новий виток у цій теорії, що звучить трохи цікавіше, ну серйозно.
Замість сингулярності та Великого Вибуху, який започаткував самий час, час міг існувати раніше. У цій моделі Всесвіт циклічний, і буде продовжувати розширюватися і стискатися завжди.
У найближчі 20 років ми з більшою впевненістю зможемо сказати, яка з цих теорій найбільше відповідає реальності. І можливо, знайдемо відповідь на питання, як наш Всесвіт починався і як він закінчиться.
