observable universe что это
Какова масса и объем наблюдаемой Вселенной?
Для нашего наблюдения доступна лишь ограниченная часть Вселенной, которую называют Метагалактикой. Каков же объем видимой Вселенной и масса всего вещества, сосредоточенного в ней?
Сегодня ученые полагают, что на звезды, планеты, спутники и иные «классические» космические объекты приходится только 0,4% массы Вселенной. Ещё 3,6% – это межгалактический газ.
Аномалии в поведении галактик можно объяснить существованием так называемой темной материи. Это вещество, которое не участвует в электромагнитном взаимодействии, то есть оно не излучает свет. Однако темная материя обладает массой и участвует в гравитационном взаимодействии. Расчеты показывают, что на темную материю приходится 22% массы Вселенной.
Ещё одна проблема космологии заключается в кривизне нашего пространства. Теория относительности устанавливает связь между кривизной Вселенной и ее массой. Наблюдения показывают, что кривизна Вселенной равна или почти равна нулю, то есть мы живем в плоском мире евклидовой геометрии. Однако масса Вселенной даже с учетом темной материи слишком мала для того, чтобы Вселенная была плоская. В результате физикам пришлось ввести дополнительное понятие «темная энергия», на которую приходится 74% массы Вселенной. Честно говоря, даже сами ученые пока не до конца понимают физический смысл этой энергии, но тем не менее им приходится учитывать это понятие в своих теориях.
Список использованных источников
Поскольку расширение Вселенной ускоряется, все наблюдаемые в настоящее время объекты за пределами нашего локального сверхскопления со временем будут казаться застывшими во времени, излучая все более красный и тусклый свет. Например, объекты с текущим красным смещением z от 5 до 10 будут оставаться наблюдаемыми не более 4–6 миллиардов лет. Кроме того, свет, излучаемый объектами, которые в настоящее время находятся за пределами определенного сопутствующего расстояния (в настоящее время около 19 миллиардов парсеков), никогда не достигнет Земли.
СОДЕРЖАНИЕ
Вселенная против наблюдаемой вселенной
Предполагая, что темная энергия остается постоянной (неизменной космологической постоянной ), так что скорость расширения Вселенной продолжает ускоряться, существует «предел видимости будущего», за которым объекты никогда не войдут в нашу наблюдаемую Вселенную в любое время в бесконечном будущем, потому что свет, излучаемый объектами за пределами этого предела, никогда не достигнет Земли. (Тонкость заключается в том, что, поскольку параметр Хаббла уменьшается со временем, могут быть случаи, когда галактика, удаляющаяся от Земли немного быстрее света, действительно излучает сигнал, который в конечном итоге достигает Земли.) Этот будущий предел видимости равен вычислено на сопутствующем расстоянии 19 миллиардов парсеков (62 миллиарда световых лет), предполагая, что Вселенная будет продолжать расширяться вечно, что подразумевает количество галактик, которые мы можем теоретически наблюдать в бесконечном будущем (не говоря уже о том, что некоторые из них могут быть невозможно наблюдать на практике из-за красного смещения, как обсуждается в следующем параграфе) только больше, чем наблюдаемое в настоящее время число, в 2,36 раза.
Как в популярных, так и в профессиональных исследовательских статьях по космологии термин «вселенная» часто используется для обозначения «наблюдаемой вселенной». Это может быть оправдано тем, что с помощью прямых экспериментов мы никогда не сможем узнать что-либо о какой-либо части Вселенной, которая причинно не связана с Землей, хотя многие достоверные теории требуют, чтобы вся Вселенная была намного больше, чем наблюдаемая Вселенная. Нет никаких доказательств того, что граница наблюдаемой Вселенной образует границу Вселенной в целом, и ни одна из основных космологических моделей не предполагает, что Вселенная вообще имеет какую-либо физическую границу, хотя некоторые модели предполагают, что это может быть конечный, но неограниченный, как многомерный аналог двумерной поверхности сферы, которая имеет конечную площадь, но не имеет края.
Вполне вероятно, что галактики в нашей наблюдаемой Вселенной представляют собой лишь крохотную часть галактик во Вселенной. Согласно теории космической инфляции, первоначально введенной ее основателями Аланом Гутом и Д. Казанасом, если предположить, что инфляция началась примерно через 10-37 секунд после Большого взрыва, то при правдоподобном предположении, что размер Вселенной до произошедшая инфляция была приблизительно равна скорости света, умноженной на ее возраст, что позволяет предположить, что в настоящее время размер всей Вселенной по крайней мере в 3 × 10 23 (1,5 × 10 34 световых года) раз больше радиуса наблюдаемой Вселенной.
Размер
Сопутствующее расстояние от Земли до края наблюдаемой Вселенной составляет около 14.26 гиги парсек (46,5 млрд световых лет или 4,40 × 10 26 м) в любом направлении. Таким образом, наблюдаемая Вселенная представляет собой сферу диаметром около 28,5 гигапарсек (93 миллиарда световых лет или 8,8 × 10 26 м). Если предположить, что пространство примерно плоское (в смысле евклидова пространства ), этот размер соответствует сопутствующему объему около 1,22 × 10 4 Гпк 3 ( 4,22 × 10 5 Gly 3 или 3,57 × 10 80 м 3 ).
Есть ли что-нибудь за пределами наблюдаемой Вселенной?
Вопрос о том, что находится за пределами Вселенной представители рода человеческого задавали себе не одно столетие. Но приблизительное понимание того, что представляет собой наш космический дом, появилось (по меркам той же Вселенной) совсем недавно. Сегодня мы знаем, что Вселенная родилась около 14 миллиардов лет назад в результате Большого взрыва и с тех пор расширяется с ускорением, параллельно остывая. Кажется, это противоречит здравому смыслу, но чтобы понять удивительные законы космоса и то, как они работают, умнейшие из нас трудились не одно поколение. Но знания, накопленные за эти годы, увы, по-прежнему не позволяют собрать головоломку воедино. Да, мы знаем, как выглядит наблюдаемая Вселенная – с помощью мощнейших телескопов ученые наносят на карту не только звезды, но миллиарды галактик и их скопления, заглядывая все дальше и дальше в прошлое, вплоть до Большого взрыва. Но могут ли они узнать, находится ли что-то за пределами нашей Вселенной? Есть ли что-нибудь там, куда не только невозможно отправить самые мощные инструменты, но и попросту заглянуть?
Перед вами цветной рентген-снимок Вселенной в ее самый обычный день: ускорение и распад материи, нагретой до сверхвысоких температур, обжигающий газ, ненасытные черные дыры и взрывы звезд.
Что мы знаем о Вселенной?
Чтобы ответить на вопрос о том, что находится за пределами вселенной, сначала нужно точно определить, что мы подразумеваем под «вселенной». Если вы воспринимаете это буквально как все вещи, которые могут существовать во всем пространстве и времени, то за пределами вселенной не может быть ничего. Даже если вы представляете, что вселенная имеет некоторый конечный размер, и представляете что-то вне этого объема, тогда все, что находится снаружи, также должно быть включено во вселенную.
Даже если вселенная представляет собой бесформенную, безымянную пустоту – абсолютное ничего – это все равно является чем-то и входит в список «всего существующего» — и, следовательно, по определению является частью вселенной. Если вселенная бесконечна по размеру, то беспокоиться об этой головоломке действительно не нужно. Вселенная, будучи всем, что есть, бесконечно велика и не имеет края, поэтому нет ничего «внешнего», о котором можно было бы говорить.
Часть наблюдаемой Вселенной, доступной для изучения современными астрономическими методами, называется Метагалактикой; она расширяется по мере совершенствования приборов.
С другой стороны, конечно, есть внешняя сторона нашего наблюдаемого участка Вселенной. Космос стар и свет распространяется быстро. Таким образом, за всю историю вселенной мы не получали свет от каждой отдельной галактики. В настоящее время ширина наблюдаемой Вселенной составляет около 90 миллиардов световых лет. И, по-видимому, за этой границей находятся миллиарды других случайных звезд и галактик.
Но есть ли что-то помимо этого?
Границы Вселенной
Космологи не уверены, является ли Вселенная бесконечно большой или просто чрезвычайно большой. Чтобы измерить Вселенную, астрономы вместо этого смотрят на ее кривизну. Геометрическая кривая в больших масштабах Вселенной говорит о ее общей форме. Если вселенная идеально геометрически плоская, то она может быть бесконечной. Если она изогнута, как поверхность Земли, то она имеет конечный объем.
Как пишет в статье для Space.com астрофизик Пол Саттер, текущие наблюдения и измерения кривизны Вселенной показывают, что она практически идеально плоская. Можно подумать, будто это означает, что вселенная бесконечна, но все не так просто. Даже в случае плоской вселенной космос не обязательно должен быть бесконечно большим.
«Возьмем, к примеру, поверхность цилиндра. Он геометрически плоский, потому что параллельные линии, нарисованные на поверхности, остаются параллельными (это одно из определений «плоскостности»), и все же он имеет конечный размер. То же самое можно сказать и о Вселенной: она может быть абсолютно плоской, но замкнутой в себе», – Пол Саттер, астрофизик из SUNY Stony Brook и Института Флэтирона в Нью-Йорке.
Перед вами галактика, обнаруженная на краю Вселенной.
Но даже если вселенная конечна, это не обязательно означает, что где-о есть ее край. Возможно, наша трехмерная вселенная встроена в какую-то более крупную многомерную конструкцию. Это совершенно нормально и действительно является частью некоторых экзотических моделей физики. Но в настоящее время у ученых нет абсолютно никакой возможности проверить это.
Неправильный вопрос?
Вселенную можно представить как гигантский шар, наполненный звездами, галактиками и всевозможными интересными астрофизическими объектами. То, как эти объекты выглядят снаружи, также несложно представить –вспомните знаменитые фотографии астронавтов из космоса – они часто смотрят на земной шар с безмятежной орбиты наверху. Но эта общая перспектива вряд ли нужна вселенной для существования, ведь она просто есть.
«Когда вы представляете вселенную в виде шара, плавающего посреди пустоты, вы разыгрываете над собой мысленный трюк, которого математика не требует», – пишет Саттер.
Многие физики всерьез рассматривают теорию Мультивселенной, согласно которой существует бесчисленное множество миров.
Вообще, учитывая накопленный массив данных о наблюдаемой Вселенной (и хорошенько поразмыслив), кажется, что вопрос о том, находится ли что-то за ее пределами попросту не имеет смысла. Это все равно, что спрашивать «Какой звук издает фиолетовый цвет?» Откровенно бессмысленный вопрос, потому что в нем мы пытаемся объединить две несвязанные концепции. А как вы думаете, находится ли что-то за пределами Вселенной и не бессмысленный ли это вопрос? Ответ будем ждать в нашем Telegram-чате, а также комментариях к этой статье.
Observable universe
From Wikipedia, the free encyclopedia
The observable universe is a ball-shaped region of the universe comprising all matter that can be observed from Earth or its space-based telescopes and exploratory probes at the present time, because the electromagnetic radiation from these objects has had time to reach the Solar System and Earth since the beginning of the cosmological expansion. There may be 2 trillion galaxies in the observable universe, [7] [8] although that number was estimated, in 2021, at only several hundred billion based on data from New Horizons. [9] [10] Assuming the universe is isotropic, the distance to the edge of the observable universe is roughly the same in every direction. That is, the observable universe is a spherical region centered on the observer. Every location in the universe has its own observable universe, which may or may not overlap with the one centered on Earth.
The word observable in this sense does not refer to the capability of modern technology to detect light or other information from an object, or whether there is anything to be detected. It refers to the physical limit created by the speed of light itself. No signal can travel faster than light, hence there is a maximum distance (called the particle horizon) beyond which nothing can be detected, as the signals could not have reached us yet. Sometimes astrophysicists distinguish between the visible universe, which includes only signals emitted since recombination (when hydrogen atoms were formed from protons and electrons and photons were emitted)—and the observable universe, which includes signals since the beginning of the cosmological expansion (the Big Bang in traditional physical cosmology, the end of the inflationary epoch in modern cosmology).
According to calculations, the current comoving distance—proper distance, which takes into account that the universe has expanded since the light was emitted—to particles from which the cosmic microwave background radiation (CMBR) was emitted, which represents the radius of the visible universe, is about 14.0 billion parsecs (about 45.7 billion light-years), while the comoving distance to the edge of the observable universe is about 14.3 billion parsecs (about 46.6 billion light-years), [11] about 2% larger. The radius of the observable universe is therefore estimated to be about 46.5 billion light-years [12] [13] and its diameter about 28.5 gigaparsecs (93 billion light-years, or 8.8 × 10 26 metres or 2.89 × 10 27 feet), which equals 880 yottametres. [14] Using the critical density and the diameter of the observable universe, the total mass of ordinary matter in the universe can be calculated to be about 1.5 × 10 53 kg. [15] In November 2018, astronomers reported that the extragalactic background light (EBL) amounted to 4 × 10 84 photons. [16] [17]
As the universe’s expansion is accelerating, all currently observable objects, outside our local supercluster, will eventually appear to freeze in time, while emitting progressively redder and fainter light. For instance, objects with the current redshift z from 5 to 10 will remain observable for no more than 4–6 billion years. In addition, light emitted by objects currently situated beyond a certain comoving distance (currently about 19 billion parsecs) will never reach Earth. [18]
Наблюдаемая Вселенная
По мере того, как расширение Вселенной ускоряется, все наблюдаемые в настоящее время объекты в конечном итоге будут застывать во времени, излучая все более красный и тусклый свет. Например, объекты с текущим красным смещением z от 5 до 10 будут оставаться наблюдаемыми не более 4–6 миллиардов лет. Кроме того, свет, излучаемый объектами, которые в настоящее время находятся за пределами определенного сопутствующего расстояния (в настоящее время около 19 миллиардов парсеков), никогда не достигнет Земли. [18]
Содержание
Вселенная против наблюдаемой вселенной [ править ]
Предполагая, что темная энергия остается постоянной (неизменной космологической постоянной ), так что скорость расширения Вселенной продолжает ускоряться, существует «предел видимости в будущем», за которым объекты никогда не войдут в нашу наблюдаемую Вселенную в любое время в бесконечном будущем, потому что свет, излучаемый объектами за пределами этого предела, никогда не достигнет Земли. (Тонкость заключается в том, что, поскольку параметр Хаббла уменьшается со временем, могут быть случаи, когда галактика, удаляющаяся от Земли чуть быстрее, чем свет, действительно излучает сигнал, который в конечном итоге достигает Земли. [13] [20] ) Этот будущий предел видимости рассчитывается на сопутствующем расстоянии.19 миллиардов парсеков (62 миллиарда световых лет), если предположить, что Вселенная будет продолжать расширяться вечно, что подразумевает количество галактик, которые мы можем теоретически наблюдать в бесконечном будущем (не говоря уже о проблеме, которую некоторые из них невозможно наблюдать на практике). из-за красного смещения, как обсуждается в следующем абзаце) только в 2,36 раза больше, чем наблюдаемое в настоящее время число. [заметка 2]
Как в популярных, так и в профессиональных исследовательских статьях по космологии термин «вселенная» часто используется для обозначения «наблюдаемой вселенной». [ необходима цитата ] Это может быть оправдано на том основании, что мы никогда не сможем узнать что-либо путем прямых экспериментов о какой-либо части Вселенной, которая причинно не связана с Землей, хотя многие достоверные теории требуют, чтобы вся Вселенная была намного больше, чем наблюдаемая Вселенная. [ необходима цитата ] Нет никаких доказательств того, что граница наблюдаемой Вселенной образует границу Вселенной в целом, и ни одна из основных космологических моделей не предполагает, что Вселенная вообще имеет какие-либо физические границы, хотя некоторые модели предполагают, что это может быть конечная, но неограниченная [примечание 3], как многомерный аналог двумерной поверхности сферы, которая имеет конечную площадь, но не имеет края.
Если Вселенная конечна, но безгранична, также возможно, что Вселенная меньше наблюдаемой Вселенной. В этом случае то, что мы считаем очень далекими галактиками, на самом деле может быть дублированием изображений близлежащих галактик, образованных светом, который обогнул Вселенную. Эту гипотезу сложно проверить экспериментально, потому что разные изображения галактики могут показывать разные эпохи в ее истории и, следовательно, могут выглядеть совершенно разными. Bielewicz et al. [27] утверждают, что устанавливают нижнюю границу в 27,9 гигапарсек (91 миллиард световых лет) диаметра последней рассеивающей поверхности (поскольку это только нижняя граница, поскольку вся Вселенная, возможно, намного больше, даже бесконечна). Это значение основано на анализе круга соответствия WMAP.Данные за 7 лет. Этот подход оспаривается. [28]
Размер [ править ]
Сопутствующее расстояние от Земли до края наблюдаемой Вселенной составляет около 14.26 гиги парсек (46,5 млрд световых лет или 4,40 × 10 26 м) в любом направлении. Таким образом, наблюдаемая Вселенная представляет собой сферу диаметром около 28,5 гигапарсеков [29] (93 миллиарда световых лет или 8,8 × 10 26 м). [30] Если предположить, что пространство примерно плоское (в смысле евклидова пространства ), этот размер соответствует сопутствующему объему около 1,22 × 10 4 Гпк 3 ( 4,22 × 10 5 Gly 3 или 3,57 × 10 80 м 3 ). [31]