Какво е Вселената? Устройството на Вселената. Най-ярката галактика във Вселената. Как изглежда Вселената - Грандиозни мащаби Как изглеждаше Вселената в началото

Племето Бошонго в централна Африка вярва, че от древни времена е имало само тъмнина, вода и великият бог Бумба. Един ден Бумбу беше толкова болен, че повърна. И така слънцето се появи. Той изсуши част от големия океан, освобождавайки земята, затворена под неговите води. Накрая Бумба повърна луната, звездите и тогава се родиха едни животни. Първият беше леопард, следван от крокодил, костенурка и накрая човек. Днес ще говорим за това какво е Вселената в съвременния поглед.

Дешифриране на концепцията

Вселената е грандиозно, необозримо пространство, изпълнено с квазари, пулсари, черни дупки, галактики и материя. Всички тези компоненти са в постоянно взаимодействие и формират нашата Вселена във вида, в който си я представяме. Често звездите във Вселената не са сами, а в състава на грандиозни купове. Някои от тях може да съдържат стотици или дори хиляди такива обекти. Астрономите казват, че малки и средни клъстери ("жабешки хайвер") са се образували съвсем наскоро. Но сферичните образувания са древни и много древни, все още "помнят" първичния космос. Вселената съдържа много такива образувания.

Обща информация за структурата

Звездите и планетите образуват галактики. Противно на общоприетото схващане, галактическите системи са изключително мобилни и се движат през пространството почти през цялото време. Звездите също са променлива величина. Те се раждат и умират, превръщайки се в пулсари и черни дупки. Нашето Слънце е "средна" звезда. Такива хора живеят (по стандартите на Вселената) много малко, не повече от 10-15 милиарда години. Разбира се, във Вселената има милиарди светила, по параметри наподобяващи нашето слънце, и същия брой системи, наподобяващи слънчевата. По-специално, мъглявината Андромеда се намира близо до нас.

Това е вселената. Но всичко далеч не е толкова просто, тъй като има огромен брой тайни и противоречия, чиито отговори все още не са налични.

Някои проблеми и противоречия на теориите

Митовете на древните народи за създаването на всички неща, както и много други преди и след тях, се опитват да отговорят на въпроси, които интересуват всички ни. Защо сме тук, откъде идват планетите във Вселената? Откъде сме дошли? Разбира се, ние започваме да получаваме повече или по-малко разбираеми отговори едва сега, когато нашите технологии са постигнали известен напредък. Но през цялата история на човечеството често е имало представители на човешкото племе, които са се съпротивлявали на идеята, че вселената изобщо има начало.

Аристотел и Кант

Например Аристотел, най-известният от гръцките философи, вярваше, че "произходът на Вселената" е грешен термин, тъй като тя винаги е съществувала. Нещо вечно е по-съвършено от нещо създадено. Мотивацията за вярата във вечността на Вселената беше проста: Аристотел не желаеше да признае съществуването на някакво божество, което можеше да я създаде. Разбира се, неговите опоненти в полемични спорове просто цитираха примера за създаването на Вселената като доказателство за съществуването висш разум. Дълго време Кант е преследван от един въпрос: „Какво се е случило преди възникването на Вселената?“ Той чувстваше, че всички теории, които съществуват по това време, имат много логически противоречия. Ученият разработи така наречената антитеза, която все още се използва от някои модели на Вселената. Ето нейните позиции:

• Ако вселената е имала начало, тогава защо е чакала цяла вечност, преди да започне?
• Ако вселената е вечна, защо изобщо има време; защо трябва да измервате вечността?

Разбира се, за времето си той задаваше повече от правилните въпроси. Но днес те са донякъде остарели, но някои учени, за съжаление, продължават да се ръководят от тях в своите изследвания. Теорията на Айнщайн, която хвърля светлина върху структурата на Вселената, сложи край на хвърлянето на Кант (по-точно на неговите наследници). Защо е толкова шокиращо за научната общност?

Гледната точка на Айнщайн

В неговата теория на относителността пространството и времето вече не са абсолютни, обвързани с някаква отправна точка. Той предполага, че те са способни на динамично развитие, което се определя от енергията във Вселената. Времето на Айнщайн е толкова неопределено, че няма особена нужда да се дефинира. Би било като да разберем посоката на юг от Южния полюс. Доста безсмислено. Всяко така наречено "начало" на Вселената би било изкуствено в смисъл, че човек може да се опита да разсъждава за "по-ранни" времена. Просто казано, това не е толкова физически проблем, колкото дълбоко философски. Днес с неговото решение са ангажирани най-добрите умове на човечеството, които неуморно мислят за формирането на първични обекти в космоса.

Позитивисткият подход е най-разпространеният днес. Просто казано, ние разбираме самата структура на Вселената, както можем да си я представим. Никой няма да може да пита дали използвания модел е верен, дали има други варианти. Може да се счита за успешно, ако е достатъчно елегантно и органично включва всички натрупани наблюдения. За съжаление, ние (най-вероятно) неправилно интерпретираме някои факти, използвайки изкуствено създадени математически модели, което допълнително води до изкривяване на фактите за света около нас. Мислейки за това какво представлява Вселената, губим от поглед милиони факти, които просто все още не са открити.

Съвременна информация за произхода на Вселената

„Средновековието на Вселената“ е ерата на мрака, съществувала преди появата на първите звезди и галактики.

Именно в онези мистериозни времена са се образували първите тежки елементи, от които сме създадени ние и целият свят около нас. Сега изследователите разработват първични модели на Вселената и методи за изследване на явленията, случили се по това време. Съвременните астрономи твърдят, че Вселената е на около 13,7 милиарда години. Преди възникването на Вселената, космосът е бил толкова горещ, че всички съществуващи атоми са били разделени на положително заредени ядра и отрицателно заредени електрони. Тези йони блокираха цялата светлина, предотвратявайки разпространението й. Цареше мрак, чийто край и край нямаше.

първа светлина

След около 400 000 години голям взривпространството се охлади достатъчно, за да могат разнородните частици да се обединят в атоми, образувайки планетите на Вселената и ... първата светлина в космоса, ехото от която все още ни е известно като "светлинен хоризонт". Все още не знаем какво се е случило преди Големия взрив. Може би тогава е съществувала друга вселена. Може би нямаше нищо. Великото Нищо... На този вариант настояват много философи и астрофизици.

Настоящите модели предполагат, че първите галактики във Вселената са започнали да се формират около 100 милиона години след Големия взрив, давайки началото на нашата Вселена. Процесът на образуване на галактики и звезди постепенно продължи до повечето отводород и хелий не бяха включени в новите слънца.

Тайни, чакащи да бъдат проучени

Има много въпроси, на които изследването на оригиналните процеси би могло да помогне да отговорим. Например, кога и как са възникнали чудовищно големите черни дупки, наблюдавани в сърцата на почти всички големи клъстери? Днес е известно, че в Млечния път има черна дупка, чието тегло е приблизително 4 милиона маси на нашето Слънце, а някои древни галактики на Вселената съдържат черни дупки, чийто размер обикновено е трудно да си представим. Най-голямото е обучението по системата ULAS J1120+0641. Нейната черна дупка има тегло 2 милиарда пъти по-голямо от масата на нашата звезда. Тази галактика е възникнала само 770 милиона години след Големия взрив.

Това е основната мистерия: според съвременните идеи такива масивни образувания просто не биха имали време да възникнат. И така, как са се образували? Какви са "семената" на тези черни дупки?

Тъмна материя

И накрая, тъмната материя, от която, според много изследователи, 80% от космоса, Вселената, все още е "тъмен кон". Все още не знаем каква е природата на тъмната материя. По-специално, неговата структура и взаимодействието на тези елементарни частици, които изграждат това мистериозно вещество, повдигат много въпроси. Днес ние приемаме, че неговите съставни части практически не взаимодействат помежду си, докато резултатите от наблюденията на някои галактики противоречат на тази теза.

По проблема за произхода на звездите

Друг проблем е въпросът какви са били първите звезди, от които се е образувала звездната вселена. В условия на невероятна топлина и чудовищно налягане в ядрата на тези слънца, относително прости елементи, като водород и хелий, бяха превърнати по-специално във въглерод, на който се основава нашият живот. Сега учените смятат, че първите звезди са били много пъти по-големи от слънцето. Може би са живели само няколкостотин милиона години или дори по-малко (вероятно така са се образували първите черни дупки).

Въпреки това, някои от "старите времена" може да съществуват в съвременното пространство. Трябва да са били много бедни по отношение на тежки елементи. Може би някои от тези образувания все още се „крият“ в ореола на Млечния път. Тази мистерия все още не е открита. Човек трябва да се среща с подобни инциденти всеки път, отговаряйки на въпроса: „И така, какво е Вселената?“ За да се изследват първите дни след възникването му, е изключително важно да се търсят най-ранните звезди и галактики. Естествено, най-древните вероятно са тези обекти, които се намират на самия ръб на светлинния хоризонт. Единственият проблем е, че само най-мощните и сложни телескопи могат да достигнат до тези места.

Изследователите възлагат големи надежди на космическия телескоп Джеймс Уеб. Този инструмент е предназначен да даде на учените най-ценната информация за първото поколение галактики, които са се образували веднага след Големия взрив. На практика няма изображения на тези обекти с приемливо качество, така че големи открития тепърва предстоят.

Невероятна "светлина"

Всички галактики разпространяват светлина. Някои образувания блестят силно, някои се различават в умерено "осветление". Но има най-ярката галактика във Вселената, чиято интензивност не прилича на нищо друго. Нейното име е WISE J224607.57-052635.0. Тази "крушка" се намира на разстояние от цели 12,5 милиарда светлинни години слънчева система, и свети като 300 трилиона слънца едновременно. Обърнете внимание, че днес има около 20 такива образувания и не трябва да забравяме понятието "светлинен хоризонт".

Просто казано, от мястото, където се намираме, виждаме само обекти, които са се образували преди около 13 милиарда години. Далечните региони са недостъпни за погледа на нашите телескопи, просто защото светлината оттам просто не е имала време да достигне. Така че трябва да има нещо подобно в онези части. Това е най-ярката галактика във Вселената (по-точно във видимата й част).

> Структура на Вселената

Разучете схемата структури на Вселената: мащаби на пространството, карта на Вселената, свръхкупове, купове, групи от галактики, галактики, звезди, Великата стена на Слоун.

Живеем в безкрайно пространство, така че винаги е интересно да знаем как изглеждат структурата и мащабът на Вселената. Глобалната универсална структура е кухини и влакна, които могат да бъдат разделени на клъстери, галактически групи и в крайна сметка самите те. Ако отново намалим, тогава вземете и (Слънцето е едно от тях).

Ако разберете как изглежда тази йерархия, можете по-добре да разберете каква роля играе всеки назован елемент в структурата на Вселената. Например, ако навлезем още по-навътре, ще забележим, че молекулите се делят на атоми, а тези на електрони, протони и неутрони. Последните два също се трансформират в кварки.

Но това са дребни неща. А какво да кажем за гигантските? Какво представляват свръхкуповете, кухините и нишките? Да преминем от малко към голямо. По-долу можете да видите как изглежда картата на Вселената в мащаб (тук ясно се виждат нишки, влакна и празнини на пространството).

Има единични галактики, но повечето предпочитат да бъдат в групи. Обикновено това са 50 галактики, заемащи 6 милиона светлинни години в диаметър. Групата на Млечния път включва повече от 40 галактики.

Клъстерите са региони с 50-1000 галактики, достигащи размери от 2-10 мегапарсека (диаметър). Интересно е да се отбележи, че техните скорости са невероятно високи, което означава, че трябва да преодолеят гравитацията. Но те все още се държат заедно.

Дискусиите за тъмната материя се появяват на етапа на разглеждане на галактическите купове. Смята се, че той създава силата, която не позволява на галактиките да се разпръснат в различни посоки.

Понякога групи също се обединяват, за да образуват суперклъстер. Това са едни от най-големите структури във Вселената. Най-голямата е Великата стена на Слоун, простираща се на дължина 500 милиона светлинни години, ширина 200 милиона светлинни години и дебелина 15 милиона светлинни години.

Съвременните устройства все още не са достатъчно мощни, за да увеличават изображения. Сега можем да разгледаме два компонента. Нишковидни структури – състоят се от изолирани галактики, групи, купове и суперкупове. А също и празнини - гигантски празни мехурчета. Гледайте интересни видеоклипове, за да разберете повече информацияза структурата на Вселената и свойствата на нейните елементи.

Йерархично формиране на галактиките във Вселената

Астрофизикът Олга Силченко за свойствата на тъмната материя, материята в ранната Вселена и реликтовия фон:

Материя и антиматерия във Вселената

izik Валерий Рубаков за ранната Вселена, стабилността на материята и барионния заряд:

Преди няколкостотин години хората бяха сигурни, че цялата ни Вселена е Слънцето и няколко планети около него, но с течение на годините любознателните умове постепенно започнаха да стигат до извода, че нашият свят изобщо не е „куп“ планети . В средата на 20-ти век Едуин Хъбъл смая човечеството с откритие, което доказа, че галактиката, в която живеем, не е цялата вселена, а Млечният път е „песъчинка“ в безбройния океан от други галактики. Съвременните хора все повече се чудят как изглежда Вселената, учените успяха да направят приблизителна представа за нашия свят, в тази статия ще го видите.

Популярни хипотези за произхода на Вселената

Но първо, нека да разгледаме най-популярните теории, които се опитват да обяснят раждането на нашия свят.

Може би най-известната е теорията за Големия взрив, която казва, че преди 14 милиарда години е имало прилив на енергия, с други думи, „експлозия“, какво е довело до нея, не е известно. Ясно е само, че в тази първоначална "точка" са били фокусирани огромна температура и най-висока плътност на материята, енергията на експлозията е породила всички елементи, които изграждат звездите и планетите (да, ние сме с вас).

Смята се, че нашият непрекъснато се разширява и ще продължи да се увеличава по размер. Това ще продължи трилиони години, докато звездите изчерпят цялата си материя и изгаснат, тогава нашият свят ще стане студен и тъмен.

Част от нашата вселена: всяка точка е галактика, която съдържа стотици милиарди звезди

Също така, друга популярна теория е тази, която твърди, че Вселената винаги е съществувала, тя няма начало и край, тя е била, е и ще бъде. Но това мнение има много несъответствия, т.к. беше доказано, че Вселената се разширява, с помощта на комплексно моделиране на движението на космическите обекти беше построена тяхната траектория, а тя не отива безкрайно в миналото, т.е. оказва се, че нашият свят има определено "начало".

За да бъда честен, Големият взрив също има много недостатъци, например скоростта след "експлозията" е такава, че е трябвало да се разпръснат много по-далеч за 14 милиарда години, но това не се наблюдава.

Как изглежда Вселената отвън?

Учените непрекъснато подобряват инструментите си за по-дълбоко „надникване“ в дълбините на Вселената. Вече са известни размери видим свят, това са почти 500 милиарда галактики (!), които образуват граници с размери от 26 милиарда светлинни години. Но това не е всичко, учените могат да уловят радиацията на наблюдавания свят, а тя е 92 милиарда светлинни години! Това са колосални числа, които е трудно да си представим. За щастие астрономите са направили много визуални модели на нашия видим свят и сега можете сами да видите как изглежда Вселената.

Колко голяма е частта от Вселената, която наблюдаваме? Нека помислим колко далеч можем да видим в космоса.

Изображение от Телескоп Хъбъл, показва масивен клъстер от галактики PLCK_G308.3-20.2, светещ ярко в тъмното. Ето как изглеждат огромни части от отдалечената вселена. Но докъде се простира известната вселена, включително частта, която не можем да видим?

Големият взрив се случи преди 13,8 милиарда години. Вселената беше изпълнена с материя, антиматерия, радиация и съществуваше в свръхгорещо и свръхплътно състояние, но разширяващо се и охлаждащо се състояние.

Как изглежда Вселената

Към днешна дата неговият обем, който включва вселената, която наблюдаваме, се е разширил до радиус от 46 милиарда светлинни години и светлината, която влиза в очите ни за първи път днес, е в границите на това, което можем да измерим. И какво следва? Какво ще кажете за ненаблюдаемата част от Вселената?

Историята на Вселената е толкова добре дефинирана, колкото далеч назад във времето можем да видим с различни инструменти и телескопи. Но може да се каже, прибягвайки до тавтологията, че нашите наблюдения могат да ни дадат информация само за наблюдаваните части от него. Всичко останало трябва да се гадае и тези предположения са толкова добри, колкото и основните предположения.

Днес Вселената е студена и на бучки, освен това се разширява и упражнява гравитационно привличане. Гледайки далеч в космоса, ние не само гледаме дълги разстояния, но виждаме и далечното минало, поради крайната скорост на светлината.

Отдалечените части на Вселената са по-малко бучки и по-хомогенни, те са имали по-малко време да образуват по-големи и по-сложни структури под въздействието на гравитацията.

Ранната, далечна Вселена също беше по-гореща. Разширяващата се Вселена води до увеличаване на дължината на вълната на светлината, разпространяваща се през нея. С разтягането си светлината губи енергия и се охлажда. Това означава, че в далечното минало Вселената е била по-гореща - и ние потвърдихме този факт, като наблюдавахме свойствата на отдалечени части от Вселената.

Проучването от 2011 г. (червени точки) предоставя най-доброто доказателство до момента, че температурата на CMB е била по-висока в миналото. Спектралните и топлинните свойства на светлината, идваща отдалеч, потвърждават факта, че живеем в разширяващо се пространство.

Проучване

Можем да измерим температурата на Вселената днес, 13,8 милиарда години след Големия взрив, като изучаваме радиацията, останала от това горещо, плътно ранно състояние.

Днес тя се проявява в микровълновата част на спектъра и е известна като CMB. То се вписва в спектъра на радиацията на черното тяло и има температура от 2,725 K и е доста лесно да се покаже, че тези наблюдения съвпадат с невероятна точност с прогнозите на модела на Големия взрив за нашата Вселена.

Реална светлина от Слънцето (вляво, жълта крива) и черно тяло (сиво). Поради дебелината на фотосферата на Слънцето, тя е по-свързана с черните тела. Вдясно е реалният радиационен фон, който съвпада с излъчването на черно тяло, според измерванията на спътника COBE. Обърнете внимание, че разпространението на грешките в диаграмата вдясно е изненадващо малко (в района на 400 сигма). Съвпадението на теорията с практиката е историческо.

Освен това знаем как енергията на това лъчение се променя с разширяването на Вселената. Енергията на фотона е обратно пропорционална на дължината на вълната. Когато Вселената е била наполовина по-малка, фотоните, останали от Големия взрив, са имали два пъти по-голяма енергия; когато размерът на Вселената е бил 10% от сегашния й размер, енергията на тези фотони е била 10 пъти по-голяма.

Ако искаме да се върнем към времето, когато Вселената е била 0,092% от сегашния си размер, ще открием, че Вселената е била 1089 пъти по-гореща, отколкото е днес: от порядъка на 3000 K. При тези температури Вселената е способна да йонизира всички атомите, които съдържа. Вместо твърди, течни или газообразни вещества, цялата материя в цялата вселена е била под формата на йонизирана плазма.

Вселената, в която свободните електрони и протони се сблъскват с фотони, става неутрална, прозрачна за фотоните, докато се охлажда и разширява. Отляво - йонизирана плазма преди излъчването на реликтово лъчение, отдясно - неутралната Вселена, прозрачна за фотони.

Три основни въпроса

Доближаваме се до размера на днешната вселена, като разбираме три свързани въпроса:

1. Колко бързо се разширява Вселената днес е нещо, което можем да измерим по няколко начина.
2. Колко гореща е Вселената днес - можем да разберем, като изследваме космическото микровълново фоново излъчване.
3. От какво е изградена Вселената – включително материя, радиация, неутрино, антиматерия, тъмна материя, тъмна енергия и др.

Използвайки текущото състояние на Вселената, можем да екстраполираме обратно към ранните етапи на горещия Голям взрив и да излезем със стойности за възрастта и размера на Вселената.

Лог графика на размера на наблюдаваната вселена в светлинни години спрямо времето след Големия взрив. Всичко това се отнася само за наблюдаваната Вселена.

От целия набор от налични наблюдения, включително CMB, данни за свръхнова, наблюдения на широкомащабни структури и акустични барионни трептения, получаваме картина, която описва нашата Вселена.

13,8 милиарда години след Големия взрив, радиусът му е 46,1 милиарда светлинни години. Това е границата на наблюдаемото. Всичко, което е по-далеч, дори и да се движи със скоростта на светлината след горещия Голям взрив, няма да има достатъчно време да ни достигне.

С течение на времето възрастта и размерът на Вселената се увеличават и винаги ще има ограничение за това, което можем да видим.

Художествено представяне на наблюдаваната вселена в логаритмична скала. Обърнете внимание, че ние сме ограничени в това колко далеч можем да погледнем в миналото от времето, изминало от горещия Голям взрив. Това са 13,8 милиарда години или (предвид разширяването на Вселената) 46 милиарда светлинни години. Всеки, който живее в нашата Вселена, във всяка точка от нея, ще види почти същата картина.

Какво има отвън

Какво можем да кажем за тази част от Вселената, която е извън нашите наблюдения? Можем само да гадаем въз основа на законите на физиката и това, което можем да измерим в нашата наблюдаема част.

Например, виждаме, че Вселената е пространствено плоска в големи мащаби: тя не е извита нито положително, нито отрицателно, с точност от 0,25%. Ако приемем, че нашите закони на физиката са правилни, можем да преценим колко голяма може да бъде Вселената, докато не се затвори сама в себе си.

Големините на горещите и студените области и техните мащаби говорят за кривината на Вселената. Доколкото можем да го измерим точно, той изглежда идеално плосък. Акустичните барионни трептения осигуряват още един метод за налагане на ограничения на кривината и водят до подобни резултати.

Digital Sky Survey на Sloan и сателитът Planck ни дават най-добрите данни до момента. Те казват, че ако Вселената е извита, затваряща се в себе си, тогава тази част от нея, която можем да видим, е толкова неразличима от плоската, че нейният радиус трябва да бъде поне 250 пъти по-голям от радиуса на наблюдаваната част.

Това означава, че ненаблюдаемата вселена, ако в нея няма топологични странности, трябва да има диаметър най-малко 23 трилиона светлинни години, а обемът й трябва да бъде поне 15 милиона пъти по-голям от това, което наблюдаваме.

Но ако си позволим да мислим теоретично, можем доста убедително да докажем, че размерите на ненаблюдаемата вселена трябва значително да надвишават дори тези оценки.

Наблюдаваната вселена може да е с диаметър 46 милиарда светлинни години във всички посоки от нашето местоположение, но със сигурност има голяма част от нея отвъд това, ненаблюдаема, може би дори безкрайна, подобна на това, което виждаме. С течение на времето ще можем да видим малко повече, но не всичко.

Горещият Голям взрив може да бележи раждането на наблюдаваната вселена, каквато я познаваме, но не бележи раждането на самото пространство и време. Преди Големия взрив Вселената премина през период на космическа инфлация. Не беше изпълнен с материя и радиация и не беше горещ, но:

• беше изпълнен с енергия, присъща на самото пространство,
• разширява се с постоянна, експоненциална скорост,
• и създаде ново пространство толкова бързо, че възможно най-малката дължина, Дължината на Планк, разтегната до размера на наблюдаваната днес вселена на всеки 10-32 секунди.

Инфлацията кара пространството да се разширява експоненциално, което може много бързо да направи извито или неравно пространство да изглежда плоско. Ако Вселената е извита, нейният радиус на кривина е поне стотици пъти по-голям от това, което можем да наблюдаваме.