Как объяснить загадочное холодное пятно реликтового излучения

Что дает нам изучение реликтового излучения?

Ранняя Вселенная была холодной, очень холодной. Почему Вселенная была такой холодной, и что случилось, когда началось расширение вселенной? Можно предположить, что из-за большого взрыва случился выброс огромного количества сгустков энергии за пределы вселенной, затем Вселенная остыла, почти замерзла, но со временем энергия начала собираться в сгустки снова, и возникла некая реакция, которая и запустила процесс расширения вселенной. Тогда откуда взялась темная материя и взаимодействует ли она с реликтовым излучением? Возможно реликтовое излучение – это результат разложения темной материи, что более логично, чем остаточное излучение большого взрыва. Поскольку темная энергия может являться антиматерией и частицы темной материи, сталкиваясь с частицами материи, образуют в материальном и антиматериальном мире излучение подобно реликтовому. На сегодняшний день это самая свежая, неизученная область науки, в которой можно достичь успехов и запечатлиться в истории науки и общества.

Постскриптум

Реликтовое излучение — это самый старый свет, который мы можем видеть. Самый дальний во времени и пространстве. Этот свет отправился в путешествие 14 миллиардов лет назад, задолго до того, как появилась Земля, наша Галактика и даже до рождения первых звёзд. Это период младенчества Вселенной, время, когда это было не холодное тёмное место, как сейчас, а огненный океан радиации и элементарных частиц.

На протяжении тысячелетий человек созерцал окружающий мир и стремился познать его истинную суть. Древние философы считали, что Земля — это диск, зиккурат или куб, окружённые небесными океанами или каким-то загадочным эфиром. Были и более экзотические тории, но развитие современной астрономии открыло глаза на реальное положение вещей. Правда, загадок от этого стало только больше.

К 20-му веку учёные начали понимать, насколько огромна (и, возможно, даже бесконечна) Вселенная на самом деле. И в процессе изучения космоса, учёные обнаружили действительно удивительные вещи. Например, в 1960-х астрономам стало известно о микроволновом фоновом излучении, которое можно пронизывает всё космическое пространство и даёт нам возможность путешествовать во времени и созерцать Вселенную такой, какой она была в самом начале.

Реликтовое излучение полезно для учёных, потому что оно помогает нам узнать, как была сформирована ранняя Вселенная. Его изучение не просто даёт общую картину, а демонстрирует конкретные физические законы, которые стояли за процессами мироздания. И изучая его, человечество заглядывает в прошлое и развивает туман над будущим, получая знание о том, какое будущее ждёт наш общий дом миллиарды лет спустя.

Откуда взялось реликтовым излучение?

Считается, что по этому излучению можно узнать ответ на вопрос: откуда взялась Вселенная? По сути, реликтовое излучение – это то, что осталось от «строительства Вселенной», когда она начала только зарождаться после расширения плотной горячей плазмы. Для того чтобы проще было понять что такое реликтовое излучение сравним его с остатками человеческой деятельности. К примеру, человек изобретает что-то, другие это покупают, употребляют и выбрасывают отходы. Так вот мусор (тот самый результат жизни человека) – это и есть аналог реликтового излучения. По мусору можно узнать все – где человек был в определенный промежуток времени, что он ел, во что был одет, и даже о чем вел беседу. Также и реликтовое излучение. По его свойствам ученые пытаются построить картину момента большого взрыва, что возможно даст ответ на вопрос: как появилась Вселенная? Но все же, законы сохранения энергии создают определенные разногласия о возникновении вселенной, потому что ничто из ниоткуда не берется и никуда не девается. Динамика нашей вселенной – это переходы, смена свойств и состояний. Это можно наблюдать даже на нашей планете. К примеру, шаровая молния появляется в сгустке облака из частиц воды?! Как? Как так может быть? Никто не может объяснить происхождение тех или иных законов. Есть только моменты открытия этих законов, как и история открытия реликтового излучения.

Какую модель Вселенной предлагает современная наука?

Как мы знаем, наша планета входит в состав галактики Млечный путь. Кроме того, она состоит в Солнечной системе.

За основу современные учёные берут модель Фридмана. Его теория объясняет, что Вселенная однородная и изотропная. Состоит она из вещества с постоянной кривизной, которая может быть положительной, отрицательной, либо нулевой.

В разные времена человек по-разному представлял себе мир. Сначала все строилось на догадках. Сейчас же, учёные основываются на выведенные наукой законы, наблюдения и доказательства.

Но остаётся ещё много загадок и предположений о Вселенной. И главное, что ждёт нас в будущем?

Прогнозы на будущее

Вследствие того, что Вселенная имеет собственную точку начала, у ученых периодически создаются гипотезы относительно того, что когда-нибудь появится и та точка, которая прекратит ее существование. Также физиков и астрономов интересует вопрос, касающийся расширения Вселенной всего из одной точки, они даже строят прогнозы на предмет того, что она может расширяться еще больше. Или же и вовсе однажды может произойти обратный процесс, в безграничном пространстве по неизвестным причинам может прекратить действовать экспансивная сила, вследствие чего может произойти обратный процесс, заключающийся в сжатии.В 1990-х годах в качестве основной модели развития Вселенной была принята теория Большого взрыва, именно тогда же примерно и были разработаны два основных пути дальнейшего существования космического безграничного пространства.

1. Большое сжатие. В один момент Вселенная может достигнуть максимального пика в виде огромного размера, а потом начнется ее разрушение. Подобный вариант развития станет возможным только в том случае, когда плотность массы Вселенной будет больше, чем ее критическая плотность.

2. В данном случае будет происходить иная картина действий: плотность приравняется или даже станет ниже критический. Итог – замедление расширения, которое никогда не остановится. Этот вариант был назван тепловой смертью Вселенной. Расширение будет длиться до тех времен, пока звездообразованиями не перестанет активно потребляться газ, находящийся внутри близлежащих галактик. В таком случае произойдет следующее: от энергии и материи просто-напросто прекратится передача от одного космического объекта к другому. Всех звезд, которые невооруженным взглядом можно лицезреть каждые вечер и ночь на небосводе, постигнет одна и та же печальная участь: они станут не чем иным, как белым карликом, черной дырой либо же нейтронной звездой. Черные дыры всегда представляли неприятность не только для космологов. Новообразованные дыры будут соединяться с собой, образовывая себе подобные же объекты гораздо большего размера. Между тем показатель средней температуры в безграничном пространстве может достичь отметки в 0. Следствием данной ситуации станет абсолютное испарение черных дыр, которые напоследок начнут выдавать в окружающую среду излучение Хокигнга. Завершающим этапом в данном случае будет тепловая смерть.Современные ученые проводят огромное количество исследований, касающихся не только существования темной энергии, но и ее непосредственного влияния на расширение космического пространства. В ходе проведения своих исследований они в свою очередь установили, что расширение Вселенной происходит настолько быстрыми темпами, что скоро человечество даже не будет и знать, насколько безграничным на самом деле является безграничное пространство. Конечно же, по какому именно дальнейшему пути развития может пойти планета, умы ученых мужей даже и представить себе не могут. Они лишь прогнозируют результат, обосновывая свой выбор теми или иными критериями. Однако, многие из светил предрекают безграничному пространству такой конец, как тепловая смерть, считая его наиболее вероятным.

Также в научной среде бытует мнение, что все планеты, ядра атомов, атомы, материя и звезды будут в далеком будущем сами собой разрываться, что приведет к большому разрыву. Это еще один вариант гибели Вселенной, однако, он формируется на расширении.

Большое холодное пятно

Итак, реликтовое излучение присутствует везде, в какую бы сторону мы не смотрели. И хотя его распределение очень однородно, существуют и крупные аномалии. Из них наиболее яркой и выделяющейся среди других является область пространства под названием Большое холодное пятно, или Сверхпустота Эридана. Температура здесь всего на 0,00015 градусов ниже, чем у всего, что ее окружает. Однако природа такого явления остается загадкой. Хотя и существует несколько гипотез, предлагающих объяснения этой аномалии.

Одно из самых популярных предположений гласит, что Большое холодное пятно создается неким космическим супервакуумом. Другое предположение сообщает нам совсем странную вещь — Большое холодное пятно может быть шрамом. Следом, оставшимся от столкновения Вселенных…

И еще здесь относительно небольшое количество галактик. То есть, помимо того, что здесь холодно, здесь еще и практически пусто.

Сверхпустота Эридана — это проблема для ученых. Потому что стандартная космологическая модель не может удовлетворительно объяснить существование такого пятна.

Что такое Мультивселенная?

Вот мы и подошли к самому интересному – почему спикер Geek Picnic 2020 Андрей Линде, а вместе с ним и писатель-фантаст Йен Макдональд, считает, что мы живем в Мультивселенной? Профессор Стэндфордского университета полагает, что Мультивселенная является ответом на вопрос о том… какого цвета наша Вселенная. Если она черная, то это необходимо доказать, точно так же, как если бы мы считали, что ее цвет белый или желтый. Помните чан с бурлящей водой? Представьте, что если наша Вселенная белого цвета, а профессор Линде считает именно так, другие пузырьки могут быть черными, красными, желтыми, синими, зелеными и так далее. А значит, мы живем в Мультивселенной.

По мнению профессора, находясь в белой области пространства (белой Вселенной) мы не видим другие ее области (красные, фиолетовые, коричневые и др). В свою очередь, в каждой Вселенной должен быть наблюдатель, который попытается объяснить почему его Вселенная, например, красная. Таким образом, мы просто не можем исключить возможность существования красной, желтой, синей, голубой и прочих вселенных.

И если все вышеперечисленное кажется вам не достаточно головокружительным, представьте, что Россия – это единственная страна, о существовании которой мы знаем. В попытках понять, почему Россия устроена так, как устроена, ученые будут искать ответы на вопросы о ее природе и происхождении. Ровно то же самое будут делать ученые из Китая, Великобритании, Индии, США и любой другой страны. Главное условие в этом примере звучит так – жители разных стран не знают о существовании друг друга. Так и Мультивселенная – находясь в белой вселенной мы не знаем, что существуют, например, красные, черные и зеленые.

Мы так мало знаем о Вселенной, что не можем исключить того, что она может быть голограммой

Возвращаясь к Началу начал – Большому взрыву, Линде сравнивает рождение Вселенной из ничего (в результате распада вакуума) с разными состоянии одного вещества – Н2О. Вода, как известно, может находиться в трех состояниях – жидком, газообразном (пар, туман) и твердом (снег, лед, град), а значит и сам вакуум, породивший Вселенную, может иметь разные состояния. Из этого, как вы, вероятно, уже поняли – и следует вывод о множественности миров.

Говоря о Мультивселенной важно понимать, что какой бы удивительной, непонятной, хаотичной и местами безумной не казалась нам эта теория, с точки зрения физики существование Мультивселенной возможно. Отчасти и по этой причине тоже ученые работают над «теорией всего» – теорией, которая смогла бы в полной мере ответить на все вопросы современной физики, включая существование Мультивселенной

По мнению профессора Линде, ближе всего подобрались физики, изучающие теорию струн. Но это уже совсем другая история.

Новая инфляционная теория

В середине 1981 г. Линде предложил первый вариант нового сценария раздувающейся Вселенной, основывающийся на более детальном анализе фазовых переходов в модели Великого объединения. Он пришел к выводу, что в некоторых теориях экспоненциальное расширение не заканчивается сразу после образования пузырьков, так что инфляция может идти не только до фазового перехода с образованием пузырьков, но и после, уже внутри них. В рамках этого сценария наблюдаемая часть Вселенной считается содержащейся внутри одного пузырька.

В новом сценарии Линде показал, что разогрев после раздувания происходит за счет рождения частиц во время колебаний скалярного поля (см. ниже). Таким образом, соударения стенок пузырьков, порождающих неоднородности, стали не нужны, и тем самым была решена проблема крупномасштабной однородности и изотропности Вселенной.

Новый сценарий содержал два ключевых момента: во-первых, свойства физического состояния внутри пузырьков должен меняться медленно, чтобы обеспечивалось раздувание внутри пузырька; во-вторых, на более поздних стадиях должны происходить процессы, обеспечивающие разогрев Вселенной после фазового перехода. Спустя год исследователь пересмотрел свой подход, предложенный в новой инфляционной теории, и пришел к выводу, что фазовые переходы вообще не нужны, равно как переохлаждение и ложный вакуум, с которого начинал Алан Гус. Это был эмоциональный шок, т. к. предстояло отказаться от считавшихся истинными представлений о горячей Вселенной, фазовых переходах и переохлаждении. Необходимо было найти новый способ решения проблемы. Тогда была выдвинута теория хаотической инфляции.

Geek Picnic Online 2020

Теория Мультивселенной сегодня настолько популярна, что стала главной темой крупного европейского научно-популярного фестиваля (традиционно open air), посвященного современным технологиям, науке и творчеству Geek Picnic Online 2020. Среди приглашенных 122 спикеров были профессор Линде – его лекцию на русском языке можно посмотреть здесь, а также ирландский писатель фантаст Йен Макдональд. Как пишут организаторы фестиваля в официальном паблике мероприятия во Вконтакте, лекция Макдональда будет опубликована позже.

Скриншот лекции Андрея Линде, посвященной Мультивселенной

Как объясняет Линде, согласно теории Большого взрыва, после своего рождения Вселенная была очень маленькая, но в какой-то момент начала расширяться. При этом, в ранней Вселенной было намного больше энергии, чем сегодня. Часть этой энергии впоследствии ушла на расширение Вселенной. Однако главный вопрос заключается в том, откуда взялась вся эта энергия.

Представьте, что вечером ваши карманы пусты, а на утро в них лежит миллиард долларов, – говорит Линде. Но ведь в реальной жизни ничего подобного не происходит

Важно понимать, что все процессы, из-за которых родилась Вселенная, начались спонтанно

Что такое геоцентрическая модель Вселенной?

Собственно говоря, это космологическая модель Вселенной, в центре которой расположена шарообразная Земля. А вокруг неё вращаются все остальные планеты.

Геоцентрическая модель Вселенной

Как оказалось, данное представление о мире поддерживали многие древние учёные. Большой вклад в развитие и поддержание геоцентрической модели Вселенной внесли работы Аристотеля и Птолемея.

Модель вселенной по Аристотелю

Более целостное представление о мире, его форме и развитии предложил Аристотель.

Аристотель

Стоит отметить, что в своих работах Аристотель объединил свои знания по физике и философские идеи.

По мнению учёного, Вселенная представляла собой материю. В её состав входили земля, вода, огонь и воздух. То есть четыре стихии.

Пять элементов по мнению Аристотеля

Между прочим, он верил, что присутствует пятый элемент-эфир. Все части движутся и для каждого движения существует конечная цель.

В понимании Аристотеля космос не пустое пространство. Он утверждал, что пустоты не существует в природе. Передвижение есть, а пустоты нет. Стало быть, само пространство состоит из мест и тел. А граница это край, которое имеет только тело.

По его представлениям, вселенная не подвластна времени. Хотя он не отрицал связь между ним и движением.

Само время определяет движение, а оно, в свою очередь, определяет время. В этом противоречии заключен «круг времени».

На основе наблюдений Аристотель сделал вывод, что Земля неподвижно находится в центре Вселенной. А вокруг неё движутся небесные тела.

Учёный был противником представления о том, что кто-то поддерживал планеты. Типа сказок про Атлантов и трёх китов.

Модель Вселенной Птолемея

Теорию Аристотеля поддержал и обосновал Птолемей. Именно поэтому её еще называют моделью Вселенной Аристотеля-Птолемея.

Скульптура Платона

Его картина Вселенной была построена на математических расчётах. В основе картины также лежала шарообразная Земля и её движение в мире.

Модель Вселенной Птолемея подразумевала неподвижность нашей планеты, но описывала движение тел вокруг Земли.

Безусловно, модель Вселенной Аристотеля-Птолемея стала важным шагом в изучении и понимании окружающего мира. Такая космологическая картина была актуальна до 16 века.

Последние новости

Тапуннгака — крупнейший птерозавр Австралии

24.09 • Анна Новиковская

Вспышка сверхновой произошла из-за столкновения звезды с нейтронной звездой или черной дырой

23.09 • Андрей Фельдман

Системы типа CRISPR-Cas9 широко распространены и имеют множество вариантов

21.09 • Елена Наймарк

Шкура карнотавра описана до мельчайших складок

17.09 • Анна Новиковская

См. также

Нобелевская премия по физике — 2019

10.10.2019 • Алексей Левин • Новости науки

Очень темные дела

20.11.2017 • Айк Акопян • Задачи

Как объяснить загадочное холодное пятно реликтового излучения

30.10.2017 • Михаил Столповский • Новости науки

Какова на самом деле кривизна Вселенной и есть ли кризис в космологии?

14.02.2020 • Михаил Столповский • Новости науки

WMAP: триумф девятилетней службы

Борис Штерн • Библиотека • «Троицкий вариант» №3, 2013

Конец темных веков

Борис Штерн • Библиотека • «Троицкий вариант» №5, 2018

Всемогущая инфляция

Алексей Левин • Библиотека • «Популярная механика» №7, 2012

Новые данные обсерватории Planck закрывают чересчур оптимистичную интерпретацию результатов BICEP2

24.09.2014 • Игорь Иванов • Новости науки

Космологический ликбез. Что такое Вселенная

Борис Штерн • Библиотека • «Троицкий вариант» №11, 2021

Избранное

См. также

Джордж и его команда: к 70-летию горячей модели Вселенной

26.01.2016 • Алексей Левин • Новости науки

Как объяснить загадочное холодное пятно реликтового излучения

30.10.2017 • Михаил Столповский • Новости науки

Темная сторона Вселенной

Алексей Левин • Библиотека • «Популярная механика» №7, 2007

«Уродливая Вселенная». Глава из книги

2020 • Сабина Хоссенфельдер • Книжный клуб • Главы

«Всё ещё неизвестная Вселенная». Глава из книги

2019 • Стивен Вайнберг • Книжный клуб • Главы

«Как работает Вселенная». Глава из книги

2017 • Сергей Парновский • Книжный клуб • Главы

«Вселенная». Глава из книги

2017 • Сергей Попов • Книжный клуб • Главы

«Вселенная». Глава из книги

2016 • Шон Майкл Кэрролл • Книжный клуб • Главы

«Наша математическая Вселенная». Отрывок из книги

2016 • Макс Тегмарк • Книжный клуб • Главы

«Бог и Мультивселенная». Глава из книги

2015 • Виктор Стенджер • Книжный клуб • Главы

Возникнуть и не пропасть

Мы уже выяснили, что пустое пространство, которое мы сейчас наблюдаем во Вселенной, не такое уж пустое: в нем постоянно что-то бурлит, возникают и исчезают виртуальные частицы. Но откуда взялось то ничто, из которого появляются эти частицы, откуда взялось само пространство? Оказывается, при совместном действии квантовой механики и гравитации могут появляться не только частицы в пространстве, но и само пространство.

Ранее мы выяснили, что спонтанно появиться из ничего может только Вселенная, у которой общая энергия равна нулю, а это закрытая Вселенная. А еще раньше — что наша Вселенная плоская. Возникает противоречие.

Представьте себе воздушный шарик: если надуть его очень сильно, его поверхность будет казаться плоской, как кажется плоской круглая Земля (особенно если наблюдать ее где-нибудь в тундре). Если Вселенная с первых мгновений своего существования будет очень быстро расширяться, с ней произойдет то же самое — она возникнет как закрытая, а через 14 миллиардов лет станет плоской. Это резкое расширение — инфляция — описывается инфляционной моделью, которая была предложена в 1981 году физиком Аланом Гутом. Вот она на графике:

Но как доказать, что инфляция действительно имела место?

Еще в 1916 году Эйнштейн пришел к выводу, что, перемещаясь в пространстве, мы создаем гравитационные волны, так называемую рябь пространства-времени. Каждый раз, когда я двигаю рукой, появляются гравитационные волны, распространяющиеся со скоростью света. Но рябь настолько незначительна, что мы ее не замечаем. В обсерваториях в Вашингтоне и Луизиане (лазерно-интерферометрических гравитационно-волновых обсерваториях LIGO. — Прим. T&P) есть специальные детекторы, позволяющие улавливать гравитационные волны. Впервые это удалось сделать в сентябре 2015 года, когда произошло слияние двух черных дыр. За это открытие в 2017 году ученые получили Нобелевскую премию по физике.

Но это значит, что такое событие, как инфляция, также должно было породить гравитационные волны, и, если мы их обнаружим, мы подтвердим и правильность инфляционной модели (их поиском занимаются ученые в рамках серии экспериментов BICEP2. — Прим. T&P). А это будет значить, что наша Вселенная действительно могла быть произведена из ничего.

Если мы действительно находимся во Вселенной, расширяющейся с ускорением, то объекты, которые мы сейчас видим, вскоре будут находиться от нас на огромном расстоянии.

Мы еще не доказали, что это так, но это очень вероятно. И мне нравится эта вероятность: каждый раз, когда можно избавиться от божественного вмешательства и объяснить все с точки зрения физики, мы делаем шаг вперед. Помимо нашей Вселенной, могут существовать или прямо сейчас создаваться и другие, где действуют другие законы. Мы, люди, крайне неважная часть Вселенной, мы шум, загрязнение на ее фоне. Если вам это не нравится, возможно, вас утешит высказывание Эйнштейна:

Вселенная была создана не для нас, она была просто создана. Вселенной на нас наплевать. Мы сами наполняем нашу жизнь значением и смыслом.

Будущее реликтового излучения

Согласно различным космологическим теориям, Вселенная может в какой-то момент перестать расширяться и начать движение в обратном направлении, завершаясь коллапсом, за которым следует ещё один Большой взрыв. Так гласит так называемая теория Большого сжатия. В другом сценарии, известном как Большой Разрыв, расширение Вселенной в конечном итоге приведёт к разрыву всей материи и разрушению ткани пространства-времени.

Если ни один из этих сценариев не окажется правильным, и Вселенная продолжит расширяться с ускоряющейся скоростью, реликтовое излучение продолжит красное смещение до точки, где оно станет необнаружимым. В этот момент его окончательно перекроет свет первых звёзд, а затем фоновые радиационные поля, созданные другими процессами, которые произойдут в будущем. А сама Вселенная вскоре в конце концов придёт в состояние термодинамического равновесия, или так называемой «тепловой смерти». Но это не точно, ведь если с прошлым всё более или менее ясно, то будущее — непаханая нива для разного рода теорий и гипотез.

Большой взрыв — в таком виде

Альтернативой служит другой сценарий, который гласит, что если плотность во Вселенной будет равна или ниже значения критической плотности, то ее расширение замедлится, однако никогда не остановится полностью. Согласно этой гипотезе, получившей название «тепловая смерть Вселенной», расширение продолжится до тех пор, пока звездообразования не перестанут потреблять межзвездный газ внутри каждой из окружающих галактик. То есть полностью прекратится передача энергии и материи от одного объекта к другому. Все существующие звезды в этом случае выгорят и превратятся в белых карликов, нейтронные звезды и черные дыры.

Постепенно черные дыры будут сталкиваться с другими черными дырами, что привет к образованию все более и более крупных. Средняя температура Вселенной приблизится к абсолютному нулю. Черные дыры в итоге «испарятся», выпустив свое последнее излучение Хокинга. В конце концов термодинамическая энтропия во Вселенной станет максимальной. Наступит тепловая смерть.

Современные наблюдения, которые учитывают наличие темной энергии и ее влияние на расширение космоса, натолкнули ученых на вывод, согласно которому со временем все больше и больше пространства Вселенной будет проходить за пределами нашего горизонта событий и станет невидимым для нас. Конечный и логичный результат этого ученым пока не известен, однако «тепловая смерть» вполне может оказаться конечной точкой подобных событий.

Есть и другие гипотезы относительно распределения темной энергии, а точнее, ее возможных видов (например фантомной энергии). Согласно им галактические скопления, звезды, планеты, атомы, ядра атомов и материя сама по себе будут разорваны на части в результате ее бесконечного расширения. Такой сценарий эволюции носит название «большого разрыва». Причиной гибели Вселенной согласно этому сценарию является само расширение.

Похожие записи:

Космические грядки: что и зачем выращивают в космосе? Гороскоп на май 2021 года для женщины водолей Фаза луны 27 мая 2021 года Здоровые зубы Инерция и первый закон ньютона К чему снятся много гробов