Что такое открытая вселенная

Какова форма Вселенной?

Отвечать:

Одним из наиболее глубоких открытий общей теории относительности был вывод о том, что масса заставляет пространство искривляться, и траектории объектов, движущихся в этом искривленном пространстве, отклоняются точно так же, как если бы на них действовала сила. Если само пространство искривлено, есть три основных возможности геометрии Вселенной. Каждая из этих возможностей связана с количеством массы (и, следовательно, с общей силой гравитации) во Вселенной, и каждая из них подразумевает различное прошлое и будущее для Вселенной.

Во-первых, давайте посмотрим на формы и кривизну двумерной поверхности. Математики различают 3 качественно разных класса кривизны, как показано на следующем изображении:

Говорят, что плоская поверхность слева имеет нулевую кривизну, сферическая поверхность имеет положительную кривизну, а седлообразная поверхность имеет отрицательную кривизну.

Предыдущее нетрудно представить себе, но ОТО утверждает, что само пространство (а не только объект в пространстве) может быть искривлено, и, кроме того, пространство ОТО имеет 3 пространственно-подобных измерения и одно временное измерение, а не только два. как в нашем примере выше. ЭТО трудно себе представить! Тем не менее, его можно описать математически теми же методами, которые математики используют для описания двумерных поверхностей. Итак, что три типа кривизны — нулевая, положительная и отрицательная — значат для Вселенной?

Если пространство имеет отрицательную кривизну, массы недостаточно, чтобы остановить расширение Вселенной. В таком случае Вселенная не имеет границ и будет расширяться вечно. Это называется открытая вселенная.

Если пространство не имеет кривизны (т. е. оно плоское), массы ровно столько, чтобы остановить расширение, но только через бесконечное количество времени. Таким образом, Вселенная не имеет границ и тоже будет расширяться вечно, но со скоростью расширения, постепенно приближающейся к нулю через бесконечное количество времени. Это называется плоской вселенной или евклидовой вселенной (поскольку обычная геометрия некривых поверхностей, которую мы изучаем в старшей школе, называется евклидовой геометрией).

Если пространство имеет положительную кривизну, массы более чем достаточно, чтобы остановить нынешнее расширение Вселенной. Вселенная в этом случае не бесконечна, но у нее нет конца (так же, как площадь на поверхности сферы не бесконечна, но на сфере нет точки, которую можно было бы назвать «концом»). Расширение в конце концов остановится и превратится в сжатие. Таким образом, в какой-то момент в будущем галактики перестанут удаляться друг от друга и начнут сближаться, поскольку Вселенная схлопывается сама на себя. Это называется закрытая вселенная.

Статья в тему: В чем анимирована вселенная стивена

Геометрия Вселенной часто выражается в терминах «параметра плотности», который определяется как отношение фактической плотности Вселенной к критической плотности, необходимой для прекращения расширения. Таким образом, если Вселенная плоская (содержит ровно столько массы, чтобы закрыть ее), параметр плотности точно равен 1, если Вселенная открыта с отрицательной кривизной, параметр плотности лежит между 0 и 1, а если Вселенная замкнута с положительной кривизной. кривизна параметр плотности больше 1.

Параметр плотности определяется с помощью различных методов, таких как расчет количества барионов, созданных в результате Большого взрыва, подсчет звезд в галактиках и наблюдение за динамикой галактик как близких, так и далеких. С некоторыми довольно большими неопределенностями все методы указывают на открытость Вселенной (т.е. параметр плотности меньше единицы). Но мы должны помнить, что маловероятно, что мы уже обнаружили всю материю во Вселенной.

Нынешнее теоретическое убеждение (поскольку оно предсказывается теорией космической инфляции) состоит в том, что Вселенная плоская, с массой, ровно той, которая необходима, чтобы остановить расширение (соответствующая средняя критическая плотность, которая просто остановила бы расширение, называется плотностью замыкания). ). Недавние наблюдения (такие как результаты космического микроволнового фонового излучения БУМЕРАНГ и МАКСИМА, а также различные наблюдения сверхновых) подразумевают, что расширение Вселенной ускоряется. Если это так, это убедительно свидетельствует о том, что Вселенная геометрически «плоская».

На самом деле определение значения параметра плотности и, следовательно, окончательной судьбы Вселенной остается одной из главных нерешенных проблем современной космологии. Недавно (30 июня 2001 г.) запущенная миссия MAP сможет окончательно измерить значение в течение следующих 5 лет.

Статья в тему: Сколько солнц во вселенной

Вернуться на главную страницу StarChild

Перейти к воображению Вселенной! (Сайт для лиц от 14 лет и старше.)

Авторы StarChild: Команда StarChild
Графика и музыка StarChild: благодарность
Руководитель проекта StarChild: доктор Лаура А. Уитлок
Куратор: Дж. Д. Майерс
Ответственный представитель НАСА: Фил Ньюман

голоса

Рейтинг статьи