У що розширюється Всесвіт, якщо він нескінченний: що з цього приводу говорить наука

Коли ви печете буханець хліба або кекси, ви викладаєте тісто на деко. У міру того, як тісто печеться в духовці, воно розширюється в деку. Шоколадні чіпси або чорниця в тісті для кексів опиняються все далі один від одного в міру розширення тіста під час випікання.

Розширення Всесвіту в певному сенсі схоже на цей процес. Але в цій аналогії є одна помилка — тоді як тісто розширюється в деко, Всесвіту нема в що розширюватися. Він просто розширюється сам у себе, пише The Conversation.

Це може здатися складним, але Всесвіт розглядається як усе, що є всередині нього. У Всесвіті, що розширюється, немає дека. Тільки тісто. Навіть якби "формочка" існувала, вона була б частиною Всесвіту і, отже, розширювалася б разом із ним.

Ще один спосіб задуматися про розширення Всесвіту — це згадати про те, як інші галактики віддаляються від Чумацького Шляху. Учені знають, що Всесвіт розширюється, тому що вони можуть простежити, як інші галактики віддаляються від нашої. Вони визначають розширення за швидкістю, з якою інші галактики віддаляються від нас.

Всесвіт, що розширюється

Всесвіт почався з Великого вибуху 13,8 млрд років тому. Великий вибух описує виникнення Всесвіту як надзвичайно щільну, гарячу сингулярність. Ця крихітна точка раптово пережила швидке розширення, зване інфляцією, коли всі місця у Всесвіті розширювалися назовні. Але назва "Великий вибух" вводить в оману. Це був не гігантський вибух, як випливає з назви, а час, коли Всесвіт швидко розширювався.

Потім Всесвіт швидко сконденсувався, охолов і почав створювати матерію та світло. Зрештою він перетворився на те, що ми знаємо сьогодні як наш Всесвіт.

Ідея про те, що наш Всесвіт не статичний і може розширюватися або стискатися, була вперше опублікована фізиком Олександром Фрідманом 1922 року. Він підтвердив математично, що Всесвіт розширюється.

Хоча Фрідман довів, що Всесвіт розширюється, принаймні в деяких місцях, саме Едвін Габбл глибше вивчив швидкість розширення. Багато інших вчених підтвердили, що інші галактики віддаляються від Чумацького Шляху, але 1929 року Габбл опублікував свою знамениту роботу, в якій довів, що весь Всесвіт розширюється і що швидкість його розширення зростає.

Це відкриття продовжує спантеличувати астрофізиків. Який феномен дає змогу Всесвіту долати силу гравітації, що утримує його разом, і одночасно розширюватися, розсовуючи об'єкти у Всесвіті? І на додачу до всього швидкість його розширення збільшується з плином часу.

Багато вчених використовують візуальний образ, званий воронкою розширення, щоб описати, як прискорилося розширення Всесвіту з моменту Великого вибуху. Уявіть собі глибоку воронку з широким краєм. Лівий бік воронки — вузький кінець — являє собою початок Всесвіту. Рухаючись праворуч, ви переміщаєтеся вперед у часі. Розширення конуса являє собою розширення Всесвіту.

Вчені не змогли безпосередньо виміряти, звідки береться енергія, що викликає це прискорене розширення. Вони не змогли виявити або виміряти її. Оскільки вони не можуть побачити або безпосередньо виміряти цей тип енергії, вони називають її темною енергією.

Згідно з моделями дослідників, темна енергія має бути найпоширенішою формою енергії у Всесвіті, складаючи близько 68% від загальної кількості енергії у Всесвіті. Енергія звичайної речовини, з якої складаються Земля, Сонце і все, що ми бачимо, становить лише близько 5% всієї енергії.

За межами воронки

Що ж знаходиться за межами воронки, що розширюється?

Учені не мають у своєму розпорядженні доказів існування чого-небудь за межами нашого відомого Всесвіту. Однак деякі передбачають, що всесвітів може бути кілька. Модель, що охоплює безліч всесвітів, могла б вирішити деякі проблеми, з якими стикаються вчені в нинішніх моделях нашого Всесвіту.

Одна з головних проблем нинішньої фізики полягає в тому, що дослідники не можуть об'єднати квантову механіку, яка описує, як працює фізика на дуже малих масштабах, і гравітацію, яка керує великомасштабною фізикою.

Правила поведінки матерії на малих масштабах залежать від імовірності та квантованої або фіксованої, кількості енергії. У цьому масштабі об'єкти можуть з'являтися та зникати. Матерія може поводитися як хвиля. Квантовий світ сильно відрізняється від того, як ми бачимо світ.

На великих масштабах, які фізики називають класичною механікою, об'єкти поводяться так, як ми очікуємо від них у повсякденному житті. Об'єкти не квантовані і можуть володіти безперервною кількістю енергії. Об'єкти не з'являються і не зникають.

Квантовий світ поводиться як вимикач світла, де енергія може бути тільки ввімкнена або вимкнена. Світ, який ми бачимо і з яким взаємодіємо, поводиться як вимикач, що дозволяє використовувати всі рівні енергії.

Один зі способів змусити ці теорії працювати разом — теорія мультивсесвіту. Є безліч теорій, які виходять за межі нашого поточного всесвіту, щоб пояснити, як гравітація і квантовий світ працюють разом. Серед провідних теорій — теорія струн, космологія Брана, петльова квантова теорія і багато інших.

Незалежно від цього, Всесвіт продовжуватиме розширюватися, а відстань між Чумацьким Шляхом і більшістю інших галактик із часом збільшуватиметься. Але дослідники стикаються з проблемами, коли намагаються вивчити гравітацію на квантовому рівні. На малих масштабах фізики мали б припустити, що гравітація квантована. Але дослідження, проведені багатьма з них, не підтверджують цю ідею.