RW Space

Когда вы печете буханку хлеба или партию кексов, вы кладете тесто в форму. Когда тесто выпекается в духовке, оно расширяется в форме для выпечки. Шоколадная крошка или ягоды черники в тесте для кексов становятся все дальше друг от друга по мере расширения теста.

Расширение Вселенной в некотором смысле аналогично. Но эта аналогия ошибочна в одном: пока тесто расширяется в форму для выпечки, Вселенной не во что расширяться. Он просто расширяется сам в себя.

Это может показаться головоломкой, но Вселенная рассматривается как все, что находится внутри нее. Вселенная. В расширяющейся Вселенной нет сковороды. Просто тесто. Даже если бы сковорода существовала, она была бы частью Вселенной и, следовательно, расширялась бы вместе с ней.

Даже мне, преподавателю физики и астрономии, много лет изучающему Вселенную, эти идеи трудно понять. Ничего подобного вы не испытываете в своей повседневной жизни. Это все равно что спрашивать, в каком направлении находится севернее Северного полюса.

Другой способ подумать о расширении Вселенной это думать о том, как другие галактики удаляются от нашей галактики, Млечного Пути.

Ученым известна Вселенная расширяется потому что они могут отслеживать другие галактики, когда они удаляются от нашей. Они определяют расширение, используя скорость удаления от нас других галактик. Это определение позволяет им представить расширение без необходимости во что-то расширяться.

Расширяющаяся Вселенная

Вселенная началась в результате Большого взрыва 13,8 миллиарда лет назад. Большой взрыв описывает происхождение Вселенной как чрезвычайно плотную горячую сингулярность. Эта крошечная точка внезапно подверглась быстрому расширению, называемому инфляцией, когда все места во Вселенной расширились наружу.

Но название «Большой взрыв» вводит в заблуждение. Это был не гигантский взрыв, как следует из названия, а время, когда Вселенная быстро расширялась.

Вселенная затем быстро сконденсировалась и остыла, и она начала создавать материю и свет. В конце концов, она превратилась в то, что мы знаем сегодня как нашу Вселенную.

Идея о том, что наша Вселенная не статична и может расширяться или сжиматься. Впервые опубликовано физиком Александром Фридманом в 1922 году. Он математически подтвердил, что Вселенная расширяется.

Хотя Фридман доказал, что Вселенная расширяется, по крайней мере в некоторых местах, именно Эдвин Хаббл глубже изучил скорость расширения. Многие другие ученые подтвердили, что другие галактики удаляются от Млечного Пути, но в 1929 году Хаббл опубликовал свою знаменитую статью, в которой подтвердилось, что вся Вселенная расширяется и что скорость ее расширения увеличивается.

Это открытие продолжает озадачивать астрофизиков. Какое явление позволяет Вселенной преодолевать силу гравитации, удерживая ее вместе, а также расширяясь, раздвигая объекты во Вселенной? И вдобавок ко всему, скорость его расширения со временем ускоряется.

Многие учёные используют визуальные называется воронкой расширения, чтобы описать, как ускорилось расширение Вселенной после Большого взрыва. Представьте себе глубокую воронку с широкими полями. Левая сторона воронки – узкий конец – представляет собой начало Вселенной. Двигаясь вправо, вы движетесь вперед во времени. Расширение конуса представляет собой расширение Вселенной.

Ученым не удалось напрямую измерить, откуда берется энергия, вызывающая это ускоряющееся расширение. Они не смогли его обнаружить или измерить. Поскольку они не могут видеть или напрямую измерять этот тип энергии, они называют ее темной энергией.

Согласно По мнению исследователей, темная энергия должна быть наиболее распространенной формой энергии во Вселенной, составляя около 68 процентов всей энергии во Вселенной. Энергия повседневной материи, из которой состоят Земля, Солнце и все, что мы видим, составляет лишь около 5 процентов всей энергии.

За пределами воронки расширения

Итак, что же находится за пределами воронки расширения?

Ученые не располагают доказательствами существования чего-либо за пределами известной нам Вселенной. Однако некоторые предсказывают, что может существовать несколько Вселенных. Модель, включающая несколько Вселенных, могла бы решить некоторые проблемы, с которыми сталкиваются учёные при использовании текущих моделей нашей Вселенной.

Одна из основных проблем современной физики заключается в том, что исследователи не могут объединить квантовую механику, которая описывает, как работает физика в очень малых масштабах, и гравитацию, которая управляет физикой в ​​больших масштабах.

Правила поведения материи в малых масштабах зависят от вероятности и квантованного или фиксированного количества энергии. В этом масштабе объекты могут появляться и исчезать. Материя может вести себя как волна. Квантовый мир сильно отличается от того, каким мы видим мир.

На больших масштабах, которые физики называют классическими механика, объекты ведут себя так, как мы ожидаем от них в повседневной жизни. Объекты не квантованы и могут иметь постоянное количество энергии. Объекты не появляются и не исчезают.

Квантовый мир ведет себя как выключатель, где энергия имеет только вариант включения-выключения. Мир, который мы видим и с которым взаимодействуем, ведет себя как диммер, позволяющий использовать все уровни энергии.

Но исследователи сталкиваются с проблемами, когда пытаются изучить гравитацию на квантовом уровне. В малых масштабах физикам пришлось бы предположить, что гравитация квантована. Но исследования, проведенные многими из них, не подтверждают эту идею.

Один из способов заставить эти теории работать вместе — это мультивселенная теория. Существует множество теорий, которые выходят за рамки нашей нынешней Вселенной и объясняют, как гравитация и квантовый мир работают вместе. Некоторые из ведущих теорий включают теорию струн, космологию бран, петлевую квантовую теорию и многие другие.

Несмотря на это, Вселенная будет продолжать расширяться, а расстояние между Млечным Путем и большинством других галактик со временем будет увеличиваться. .

Николь Грануччи, преподаватель физики Квиннипиакского университета

Эта статья перепечатана из The Conversation под лицензией Creative Commons. Прочтите оригинал статьи.