Что такое вселенная?

Он включает в себя все, что когда-либо было и когда-либо будет.

Красивая туманность абстрактный фон. (Изображение предоставлено: Сюаньюй Хан через Getty Images)

• Сколько этому лет?
• Как это было сделано?
• Наблюдаемая вселенная
• Вселенная бесконечна?
• Из чего это сделано?
• Как это закончится?
• Дополнительные ресурсы
• Библиография

Вселенная — это буквально все, сумма всего сущего. Он включает в себя всю материю, такую ​​как звезды и галактики. Вселенная также включает в себя все излучения и все другие формы энергии.Независимо от того, где и когда вы существуете, вы являетесь частью вселенной, как и все, что вы испытываете. Нет ничего вне вселенной, потому что все, что существует, автоматически включается в определение вселенной.

Сколько лет Вселенной и расширяется ли она?

Наше лучшее понимание истории Вселенной исходит от теория большого взрыва. Наблюдения за далекими галактиками показывают, что все галактики в среднем удаляются от любой другой галактики. Астрономы интерпретируют это движение как расширение самой Вселенной; в самых больших масштабах расстояния между галактиками со временем растут. Это означает, что в прошлом Вселенная была меньше, горячее и плотнее, чем сегодня.

Эйнштейнтеория общего относительность позволяет космологам связать содержимое Вселенной с историей ее расширения и, исходя из этого, вычислить ее возраст. По текущим оценкам, основанным на самых разнообразных наблюдениях — таких как отдаленные сверхновые звезды (откроется в новой вкладке), космический микроволновый фон (opens in new tab) и обилие легких элементов — Вселенной примерно 13,787 миллиарда лет. В самые ранние моменты вся Вселенная была сжата в бесконечно крошечную точку, известную как необычность. Из этой сингулярности пространство расширилось, породив Вселенную, которую мы видим сегодня, по данным НАСА (откроется в новой вкладке).

Как была создана Вселенная?

Ученые не знают, что было до Большого Взрыва. Однако они знают, что сингулярность не реальна; вместо этого это артефакт общей теории относительности, который возникает, когда уравнения выходят из строя и теряют способность описывать физическую ситуацию. Истинное объяснение сингулярности должно лежать в теории квантовой гравитации, которая является физической теорией сильной гравитации в чрезвычайно малых масштабах. В настоящее время у физиков нет такой теории, но есть несколько кандидатов, например теория струн и петлевая квантовая гравитация.

Ученые даже не знают, стоит ли вопрос»Что было до Большого Взрыва?» имеет смысл. Наше понимание течения времени исходит из той же теории относительности, которая не работает при описании ранней Вселенной. Вполне может быть, что наши концепции «до» и «после» неадекватны для описания того, что происходит. в таких экстремальных масштабах, по словам астрофизика Итана Сигела (откроется в новой вкладке).

В конечном счете причина существования Вселенной, возможно, является величайшим из всех философских вопросов.

Что такое наблюдаемая Вселенная?

Астрономы в настоящее время не знают насколько велика вселенная, но есть предел тому, что мы можем видеть. Этот объем известен как наблюдаемая Вселенная.

Поскольку Вселенная имеет конечный возраст и поскольку распространение света ограничено максимальной скоростью, с нашей точки зрения освещена только определенная часть Вселенной. Наблюдаемая Вселенная представляет собой сферу диаметром примерно 42 миллиарда световых лет. (Для масштаба Млечный Путь всего 100 000 световых лет в поперечнике, а ближайшая к солнце находится менее чем в 4 световых годах от нас.)

галактики которые астрономы наблюдают на самом краю этой сферы, испускали свой свет до 13 миллиардов лет назад. Однако Вселенная расширяется быстрее скорости света, что не является проблемой, потому что специальная теория относительности диктует, что ограничение, согласно которому объекты не могут двигаться быстрее скорости света, применяется только к измерениям, сделанным вблизи наблюдателя, а не к объектам в далекая вселенная.

Если бы Вселенная была статична, то с течением времени мы могли бы наблюдать еще более далекие галактики, поскольку их свет в конечном итоге достигал нас. Однако расширение Вселенной уносит эти более далекие галактики быстрее, чем свет от них может вернуться к нам, и мы никогда не сможем их наблюдать, Об этом сообщила компания PBS Nova. (откроется в новой вкладке).

Бесконечна ли Вселенная?

Космологи считают, что за краем наблюдаемой Вселенной лежит… больше Вселенной: больше звезд, больше галактик, больше планет, больше всего. Однако, поскольку ее невозможно наблюдать, астрономы не знают, насколько велика вся Вселенная. Возможно, Вселенная действительно бесконечна и вообще не имеет границ в пространстве. по данным НАСА (откроется в новой вкладке).

Тем не менее, одна оценка размера исходит из теории инфляции, события, которое, по мнению многих космологов, произошло в самые ранние моменты Большого взрыва. Во время инфляции Вселенная быстро увеличилась на много порядков за крошечную долю секунды. Согласно теории инфляции, минимальный размер Вселенной примерно в 10 ^ 62 раз шире, чем наблюдаемая Вселенная.

Из чего состоит Вселенная?

Большая часть содержимого Вселенной имеет форму, в настоящее время неизвестную современной физике. Около 68% всей энергии во Вселенной состоит из темная энергия, гипотетическая форма энергии, которая, по-видимому, находится в вакууме пространство-время сам. Однако физики не знают, откуда берется эта энергия и почему она обладает такой силой. согласно Форуму Вселенной Гарвардского университета (откроется в новой вкладке).

Около 27% вещества и энергии Вселенной состоит из темная материя, который считается невидимой формой материи, не взаимодействующей со светом. Хотя подавляющее большинство физиков думают, что темная материя — это какой-то новый тип фундаментальной частицы (или частиц), они еще не обнаружили ее напрямую.

Остальные 5% Вселенной состоят из обычной, привычной материи, такой как звезды, планеты и огромные газовые облака.

Как закончится вселенная?

Чтобы понять, чем закончится Вселенная, мы должны сначала точно измерить ее содержимое. Поскольку основным компонентом Вселенной является темная энергия, это будет определять ее дальнейшую эволюцию. Главный эффект темной энергии заключается в том, что она ускоряет расширение Вселенной.Таким образом, Вселенная не только становится больше с каждым днем, но с каждым днем ​​становится все быстрее и быстрее. Если предположить, что темная энергия останется неизменной (что является большим предположением, поскольку в настоящее время мы не понимаем природу темной энергии), то это ускоренное расширение в конечном итоге вытеснит почти каждую галактику из нашей наблюдаемой сферы, написал астрофизик Кевин Пимблет в своей работе. Разговор (откроется в новой вкладке).

Через сотни миллиардов лет почти каждая галактика станет для нас невидимой. В конце концов, в Млечном Пути закончится свежий газ для создания новых звезд. Через триллионы лет последние звезды погаснут, оставив после себя жидкий суп из элементарных частиц, который будет медленно остывать до температуры абсолютного нуля.

Дополнительные ресурсы

• Чтобы вникнуть в космологию, ознакомьтесь с книгой «Ваше место во Вселенной (opens in new tab)» (Prometheus, 2018), написанной автором статьи и астрофизиком Полом М. Саттером.
• Исследуйте конечную судьбу Вселенной в этом великолепном видео (откроется в новой вкладке) от PBS Space Time.
• Посмотрите, как вычислить размер Вселенной — немалый подвиг, в этом выпуске подкаста «Астрономический состав» (opens in new tab).