Во что расширяется Вселенная, если она бесконечна: что по этому поводу говорит наука

Когда вы печете буханку хлеба или кексы, вы выкладываете тесто на противень. По мере того, как тесто печется в духовке, оно расширяется в противне. Шоколадные чипсы или черника в тесте для кексов оказываются все дальше друг от друга по мере расширения теста при выпечке.

Расширение Вселенной в некотором смысле похоже на этот процесс. Но в этой аналогии есть одна ошибка — в то время как тесто расширяется в противень, Вселенной не во что расширяться. Она просто расширяется сама в себя, пишет The Conversation.

Это может показаться сложным, но Вселенная рассматривается как все, что находится внутри нее. В расширяющейся Вселенной нет противня. Только тесто. Даже если бы "формочка" существовала, она была бы частью Вселенной и, следовательно, расширялась бы вместе с ней.

Еще один способ задуматься о расширении Вселенной — это вспомнить о том, как другие галактики удаляются от Млечного Пути. Ученые знают, что Вселенная расширяется, потому что они могут проследить, как другие галактики удаляются от нашей. Они определяют расширение по скорости, с которой другие галактики удаляются от нас.

Расширяющаяся Вселенная

Вселенная началась с Большого взрыва 13,8 млрд лет назад. Большой взрыв описывает возникновение Вселенной как чрезвычайно плотную, горячую сингулярность. Эта крошечная точка внезапно пережила быстрое расширение, называемое инфляцией, когда все места во Вселенной расширялись наружу. Но название "Большой взрыв" вводит в заблуждение. Это был не гигантский взрыв, как следует из названия, а время, когда Вселенная быстро расширялась.

Затем Вселенная быстро сконденсировалась, остыла и 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, была впервые опубликована физиком Александром Фридманом в 1922 году. Он подтвердил математически, что Вселенная расширяется.

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

Это открытие продолжает озадачивать астрофизиков. Какой феномен позволяет Вселенной преодолевать силу гравитации, удерживающую ее вместе, и одновременно расширяться, раздвигая объекты во Вселенной? И вдобавок ко всему скорость ее расширения увеличивается с течением времени.

Многие ученые используют визуальный образ, называемый воронкой расширения, чтобы описать, как ускорилось расширение Вселенной с момента Большого взрыва. Представьте себе глубокую воронку с широким краем. Левая сторона воронки — узкий конец — представляет собой начало Вселенной. Двигаясь вправо, вы перемещаетесь вперед во времени. Расширение конуса представляет собой расширение Вселенной.

Ученые не смогли напрямую измерить, откуда берется энергия, вызывающая это ускоряющееся расширение. Они не смогли обнаружить или измерить ее. Поскольку они не могут увидеть или непосредственно измерить этот тип энергии, они называют ее темной энергией.

Согласно моделям исследователей, темная энергия должна быть самой распространенной формой энергии во Вселенной, составляя около 68% от общего количества энергии во Вселенной. Энергия обычного вещества, из которого состоят Земля, Солнце и все, что мы видим, составляет лишь около 5% всей энергии.

За пределами воронки

Что же находится за пределами расширяющейся воронки?

Ученые не располагают доказательствами существования чего-либо за пределами нашей известной Вселенной. Однако некоторые предсказывают, что вселенных может быть несколько. Модель, включающая в себя множество вселенных, могла бы решить некоторые проблемы, с которыми сталкиваются ученые в нынешних моделях нашей Вселенной.

Одна из главных проблем нынешней физики заключается в том, что исследователи не могут объединить квантовую механику, которая описывает, как работает физика на очень малых масштабах, и гравитацию, которая управляет крупномасштабной физикой.

Правила поведения материи на 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, как мы видим мир.

На больших масштабах, которые физики называют классической механикой, объекты ведут себя так, как мы ожидаем от них в повседневной жизни. Объекты не квантованы и могут обладать непрерывным количеством энергии. Объекты не появляются и не исчезают.

Квантовый мир ведет себя как выключатель света, где энергия может быть только включена или выключена. Мир, который мы видим и с которым взаимодействуем, ведет себя как выключатель, позволяющий использовать все уровни энергии.

Один из способов заставить эти теории работать вместе — теория мультивселенной. Существует множество теорий, которые выходят за пределы нашей текущей вселенной, чтобы объяснить, как гравитация и квантовый мир работают вместе. Среди ведущих теорий — теория струн, космология брана, петлевая квантовая теория и многие другие.

Независимо от этого, Вселенная будет продолжать расширяться, а расстояние между Млечным Путем и большинством других галактик со временем будет увеличНо исследователи сталкиваются с проблемами, когда пытаются изучить гравитацию на квантовом уровне. На малых масштабах физики должны были бы предположить, что гравитация квантована. Но исследования, проведенные многими из них, не подтверждают эту идею.