Где находится центр вселенной?

Центра Вселенной нет! Согласно стандартным космологическим теориям, Вселенная началась с «Большого взрыва» около 14 миллиардов лет назад и с тех пор постоянно расширяется. Тем не менее, у расширения нет центра; это везде одинаково. Большой взрыв не следует представлять себе как обычный взрыв. Вселенная не расширяется из центра в пространство; скорее, расширяется вся вселенная, и, насколько мы можем судить, она делает это одинаково во всех местах.

В 1929 году Эдвин Хаббл объявил, что измерил скорость галактик на разных расстояниях от нас и обнаружил, что чем дальше они удаляются, тем быстрее они удаляются. Это может означать, что мы находимся в центре расширяющейся Вселенной, но на самом деле, если Вселенная расширяется равномерно в соответствии с законом Хаббла, то с любой точки обзора будет казаться, что она расширяется.

Если мы увидим галактику Б удаляясь от нас со скоростью 10 000 км/с, инопланетянин в галактике Б увидит нашу галактику А удаляясь от него со скоростью 10 000 км/с в обратном направлении. Другая галактика С в два раза дальше в том же направлении, что и Б будет восприниматься нами как удаляющаяся со скоростью 20 000 км/с. Инопланетянин увидит, как он удаляется со скоростью 10 000 км/с:

A B C От A 0 км/с 10 000 км/с 20 000 км/с От B -10 000 км/с 0 км/с 10 000 км/с

Так что с точки зрения пришельца на Б, все расширяется от него, куда бы он ни смотрел, точно так же, как и для нас.

Знаменитая аналогия с воздушным шаром

Хороший способ визуализировать расширяющуюся Вселенную — сравнить пространство с поверхностью расширяющегося воздушного шара. Эта аналогия была использована Артуром Эддингтоном еще в 1933 году в его книге Расширяющаяся Вселенная. Он также использовался Фредом Хойлом в издании его популярной книги 1960 года. Природа Вселенной. Хойл написал «Мои друзья-нематематики часто говорят мне, что им трудно представить себе это расширение. Если не использовать много математики, я не могу сделать ничего лучше, чем использовать аналогию с воздушным шаром с большим количеством точек, отмеченных на его поверхности. воздушный шар надувается, расстояния между точками увеличиваются так же, как расстояния между галактиками».

Аналогия с воздушным шаром очень хороша, но ее нужно правильно понимать, иначе это может привести к еще большей путанице. Как сказал Хойл, «Есть несколько важных аспектов, в которых это определенно вводит в заблуждение». Важно понимать, что трехмерное пространство следует сравнивать с двухмерной поверхностью воздушного шара. Поверхность однородна, нет точки, которую следует выделить в качестве центра. Центр самого воздушного шара находится не на поверхности, и его не следует рассматривать как центр вселенной. Если это поможет, вы можете думать о радиальном направлении в воздушном шаре как о времени. Это было то, что предложил Хойл, но это также может сбивать с толку. Лучше рассматривать точки вне поверхности как не являющиеся частью вселенной вообще.Как открыл Гаусс в начале XIX века, такие свойства пространства, как кривизна, могут быть описаны в терминах внутренних величин, которые можно измерить, не задумываясь о том, во что оно искривляется. другие размеры "снаружи". Гаусс даже пытался определить кривизну пространства, измерив углы большого треугольника между вершинами трех холмов.

Думая об аналогии с воздушным шаром, вы должны помнить об этом. . .

• Двухмерная поверхность воздушного шара аналогична трехмерному пространству.
• Трехмерное пространство, в которое встроен воздушный шар, не аналогично какому-либо физическому пространству более высокого измерения.
• Центр воздушного шара не соответствует ничему физическому.
• Вселенная может иметь конечный размер и расти, как поверхность расширяющегося воздушного шара, но она также может быть бесконечной.
• Галактики расходятся, как точки на расширяющемся воздушном шаре, но сами галактики не расширяются, потому что связаны гравитацией.

. но если Большой Взрыв был взрывом

При обычном взрыве материал расширяется из центральной точки. Через короткое время после начала взрыва центр станет самой горячей точкой. Позже будет сферическая оболочка из материала, расширяющаяся от центра, пока гравитация не вернет ее обратно на Землю. Большой взрыв, насколько мы его понимаем, был вовсе не таким взрывом. Это был взрыв из космос, а не взрыв в пространство. Согласно стандартным моделям, до Большого взрыва не было пространства и времени. Не было даже речи о «до». Итак, Большой взрыв сильно отличался от любого взрыва, к которому мы привыкли, и ему не обязательно иметь центральную точку.

Если бы Большой Взрыв мы обычный взрыв в уже существующем пространстве, мы могли бы выглянуть и увидеть расширяющийся край взрыва с пустым пространством за ним.Вместо этого мы смотрим назад, к самому Большому взрыву, и обнаруживаем слабое фоновое свечение горячих первичных газов ранней Вселенной. Это «космическое микроволновое фоновое излучение» однородно во всех направлениях. Это говорит нам о том, что не материя расширяется наружу из точки, а само пространство расширяется равномерно.

Важно подчеркнуть, что другие наблюдения подтверждают точку зрения об отсутствии центра Вселенной, по крайней мере, насколько могут быть достигнуты наблюдения. Тот факт, что Вселенная расширяется равномерно, не исключает возможности существования некоего более плотного и горячего места, которое можно было бы назвать центром, но тщательные исследования распределения и движения галактик подтверждают, что оно однородно в самых больших масштабах, которые мы можем см., без каких-либо признаков специальной точки для вызова центра.

Космологический принцип

Идея о том, что Вселенная должна быть однородной (однородной и изотропной) в очень больших масштабах, была введена в качестве «космологического принципа» Артуром Милном в 1933 году. Незадолго до этого некоторые астрономы утверждали, что Вселенная состоит только из нашей Галактика, а центр Млечного Пути был бы центром Вселенной. Хаббл положил конец этому спору в 1924 году, когда показал, что помимо нашей галактики существуют другие галактики. Несмотря на открытие значительной части структуры в распределении галактик, большинство космологов по-прежнему придерживаются космологического принципа либо по философским соображениям, либо потому, что это полезная рабочая гипотеза, которой еще не противоречило ни одно наблюдение. Тем не менее наше представление о Вселенной ограничено скоростью света и конечным временем, прошедшим после Большого взрыва. Наблюдаемая часть очень велика, но, вероятно, очень мала по сравнению со всей Вселенной, которая может быть даже бесконечной.У нас нет способа узнать, какова форма Вселенной за пределами наблюдаемого горизонта, и нет способа узнать, имеет ли космологический принцип какое-либо значение в самых больших возможных масштабах расстояний.

В 1927 году Жорж Леметр нашел решения уравнений общей теории относительности Эйнштейна, в которых пространство расширяется. Затем он предложил теорию Большого взрыва с этими решениями в качестве модели расширяющейся Вселенной. Наиболее известным классом решений, которые рассматривал Лематр, были однородные решения, известные сейчас как модели Фридмана-Лемэтра-Робертсона-Уокера (FLRW). (Фридман первым нашел решения, но не считал их разумными физическими моделями). Менее известно, что Лематр нашел более общий класс решений, описывающих расширяющуюся вселенную со сферической симметрией. Эти решения, теперь известные как модели Лематра-Толмана-Бонди (LTB), описывают возможные формы Вселенной, которая может иметь центр. Поскольку модели FLWR на самом деле являются частным предельным случаем моделей LTB, у нас нет уверенного способа узнать, что модели LTB неверны. Модели FLWR могут быть просто хорошими приближениями, которые хорошо работают в пределах наблюдаемой Вселенной, но не за ее пределами.

Конечно, вселенная может иметь множество других, еще менее однородных форм, с идентифицируемым центром или без него. Если окажется, что у него есть центр в каком-то масштабе за пределами наблюдаемой Вселенной, такой центр может оказаться всего лишь одним из многих «центров» в гораздо больших масштабах, точно так же, как раньше был центр нашей галактики.

Другими словами, хотя стандартные модели Большого взрыва описывают расширяющуюся вселенную без центра, и это согласуется со всеми наблюдениями, все же существует вероятность того, что эти модели не точны в масштабах больших, чем мы можем наблюдать. У нас до сих пор нет реального ответа на вопрос «Где находится центр Вселенной?».