U zarania kosmologii – nauki badającej Wszechświat – powszechnie przyjęto, że naukowcy często popełniają małe błędy, ale nigdy nie mają dużych wątpliwości. W naszych czasach błędy w obliczeniach zostały zredukowane do minimum, ale wątpliwości urosły do wielkości badanego obiektu. Kosmolodzy od dziesięcioleci budują nowe teleskopy, wymyślają genialne detektory, wykorzystują superkomputery, dzięki czemu mogą śmiało powiedzieć, że Wszechświat narodził się 13 820 milionów lat temu z maleńkiej bańki kosmicznej, wielkością porównywalną do atomu. Po raz pierwszy naukowcy stworzyli mapę kosmicznego mikrofalowego tła, reliktowego promieniowania, które powstało 380 tysięcy lat po Wielkim Wybuchu, z dokładnością do jednej dziesiątej procenta.
Nadal nie wiadomo, czym jest ciemna materia. Ciemna energia to jeszcze większa tajemnica.Kosmolodzy doszli także do wniosku, że widoczne dla nas gwiazdy i galaktyki stanowią jedynie 5% składu obserwowalnego Wszechświata. Większość pochodzi z niewidzialnej ciemnej materii (27%) i ciemnej energii (68%). Według naukowców ciemna materia tworzy strukturę Wszechświata, łącząc ze sobą skupiska materii rozproszone w różnych zakątkach, choć wciąż nie wiadomo, czym jest ta ciemna materia. Jeszcze większą tajemnicą jest ciemna energia; termin ten jest zwykle używany do określenia nieznanej siły odpowiedzialnej za stale przyspieszającą ekspansję Wszechświata. Pierwsza wskazówka na istnienie wszechobecnej ciemnej materii pochodzi z badań szwajcarskiego astronoma Fritza Zwicky’ego. W latach trzydziestych XX wieku w Obserwatorium Mount Wilson w południowej Kalifornii Zwicky zmierzył prędkości galaktyk w gromadzie Coma krążącej wokół centrum gromady. Doszedł do wniosku, że galaktyki powinny już dawno rozproszyć się w przestrzeni kosmicznej, gdyby nie powstrzymywała ich materia niewidoczna dla ludzkiego oka. Gromada w Warkoczu istnieje jako pojedyncza jednostka od miliardów lat, z czego Zwicky wywnioskował, że nieznana „ciemna materia wypełnia Wszechświat gęstością wielokrotnie większą niż jej widzialny odpowiednik”. Dalsze badania wykazały, że pole grawitacyjne ciemnej materii odegrało decydującą rolę w powstaniu galaktyk we wczesnych stadiach istnienia Wszechświata - to siła grawitacji połączyła chmury „materiału budowlanego”, niezbędnego do narodzin z pierwszych gwiazd. Ciemna materia to nie tylko zwykła materia barionowa (złożona z protonów i neutronów) w przebraniu: jest jej po prostu za mało w przestrzeni kosmicznej. Oczywiście istnieje wiele ciał niebieskich, które niczego nie emitują: czarne dziury, słabe gwiazdy karłowate, zimne nagromadzenia gazu i osierocone planety, z jakiegoś powodu wypchnięte poza swoje rodzime układy gwiezdne. Jednakże ich całkowita masa nie może być większa niż pięciokrotność masy zwykłej widzialnej materii. Daje to naukowcom podstawy sądzić, że ciemna materia składa się z bardziej egzotycznych cząstek, których nie zaobserwowano jeszcze w eksperymentach. Naukowcy zaangażowani w budowę supersymetrycznej teorii kwantów zasugerowali istnienie różnych cząstek, które mogą nadawać się do roli pożądanej ciemnej materii. Potwierdzeniem tego, jak słabo ciemna materia oddziałuje nie tylko z materią barionową, ale także ze sobą, kosmolodzy odkryli trzy miliardy lat świetlnych od Ziemi w Gromadzie Pocisku, która w rzeczywistości zderza się ze sobą dwie gromady galaktyk. Astronomowie zidentyfikowali masywne obłoki gorącego gazu w centrum gromady, które zwykle powstają w wyniku zderzenia obłoków materii barionowej. Aby dokładniej to zbadać, badacze stworzyli mapę pola grawitacyjnego Gromady Pocisku i zidentyfikowali dwa obszary o dużej koncentracji mas oddalone od strefy zderzenia – po jednym w każdej ze zderzających się gromad galaktyk. Obserwacje wykazały: w przeciwieństwie do materii barionowej, która reaguje gwałtownie w momencie bezpośredniego kontaktu, znajdujące się w nich cięższe ładunki ciemnej materii spokojnie omijają miejsce katastrofy w nienaruszonym stanie, nie wchodząc w żaden sposób w interakcję z chaosem panującym w okolicy. Detektory konstruowane przez naukowców do poszukiwania ciemnej materii są niezwykle eleganckie z inżynierskiego punktu widzenia - tutaj przypominają nieco jaja Faberge, których sam widok zapiera dech w piersiach nawet mistrzom jubilerskim. Jeden z takich detektorów, warty 2 miliardy dolarów magnetyczny spektrometr alfa znajdujący się na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej, zbiera dane na temat możliwych zderzeń cząstek ciemnej materii ze sobą. Większość detektorów nastawiona jest na poszukiwanie śladów interakcji pomiędzy cząstkami ciemnej i materii barionowej, a próby ich wykrycia podejmowane są na Ziemi, a raczej pod ziemią: aby zminimalizować zakłócenia wprowadzane przez cząstki wysokoenergetycznego promieniowania kosmicznego przybywające z kosmosu , kompleksy badawcze muszą być umieszczone głęboko pod powierzchnią ziemi. Detektory to układy kryształów chłodzonych do bardzo niskich temperatur; inne wyglądają jak ogromne pojemniki wypełnione ciekłym ksenonem lub argonem, otoczone czujnikami i zapakowane w wielowarstwową „cebulę” – opakowanie wykonane z różnych materiałów ekranujących (od polietylenu na ołów i miedź). Ciekawostka: niedawno wytopiony ołów ma niewielką radioaktywność, co jest niedopuszczalne przy budowie bardzo czułych detektorów. W eksperymentach wykorzystano stopiony balast ołowiany odzyskany z zatopionych statków z czasów Cesarstwa Rzymskiego. W ciągu dwóch tysiącleci, kiedy metal leżał na dnie morza, jego radioaktywność zauważalnie spadła. Czy masz wrażenie, że ciemna materia jest pełna pytań? Czysty nonsens w porównaniu z naszymi wyobrażeniami o tajemniczej ciemnej energii! Laureat Nagrody Nobla w dziedzinie fizyki z 1979 r. Steven Weinberg uważa to za „główny problem współczesnej fizyki”. Astrofizyk Michael Turner ukuł termin „ciemna energia” po tym, jak w 1998 roku dwa zespoły astronomów ogłosiły swoje odkrycie przyspieszającej ekspansji Wszechświata. Doszli do tego wniosku badając supernowe typu Ia, które mają tę samą maksymalną jasność, co czyni je przydatnymi do pomiaru odległości do odległych galaktyk. Oddziaływanie grawitacyjne między galaktykami w ich gromadach powinno ograniczyć ekspansję Wszechświata, a astronomowie spodziewali się spowolnienia tempa zmian odległości między gromadami gwiazd. Wyobraźcie sobie ich zdziwienie, gdy dowiedzieli się, że jest odwrotnie: Wszechświat się rozszerza, a tempo ekspansji rośnie z biegiem czasu. A proces ten, jak sugerują naukowcy, rozpoczął się pięć do sześciu miliardów lat temu. W ostatnich latach astronomowie byli zajęci dokładnym mapowaniem Wszechświata z niespotykaną dotąd precyzją. Pomoże to dostarczyć więcej informacji na temat dokładnego czasu pojawienia się ciemnej energii i określić, czy pozostaje ona stała, czy zmienia się w czasie. Ale możliwości teleskopów i detektorów cyfrowych nie są nieograniczone, co oznacza, że aby wyprowadzić dokładniejszą teorię kosmologiczną, konieczne jest opracowanie i zbudowanie nowych instrumentów – zasada, która pozostaje niezmieniona od narodzin astronomii. Aby skonstruować taką mapę, uruchomiono kilka projektów, takich jak Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (BOSS), w ramach którego odległości w przestrzeni kosmicznej są mierzone z bardzo dużą (do procenta) za pomocą 2,5-metrowego teleskopu w American Apache Obserwatorium Punktowe.) dokładność. Projekt Dark Energy Survey (DES) gromadzi i bada informacje o 300 milionach (!) galaktyk, obserwacje prowadzone są na 4-metrowym Teleskopie Victora Blanco znajdującym się w chilijskich Andach. Europejska Agencja Kosmiczna ESA planuje w 2020 roku wystrzelić teleskop orbitalny Euclid, który pozwoli nam zajrzeć w przeszłość i zrozumieć, jak zmieniała się dynamika ekspansji Wszechświata na przestrzeni kilku miliardów lat. A wraz z wystrzeleniem Wielkiego Teleskopu Przeglądów Synoptycznych (LSST), który jest budowany kilka kilometrów od teleskopu Blanco, kosmolodzy będą dysponować ogromnymi ilościami unikalnych danych. Stosunkowo mały (średnica lustra wynosi 8,4 metra), ale dość szybki podczas fotografowania, LSST zostanie wyposażony w najnowocześniejszy aparat cyfrowy o rozdzielczości 3,2 gigapiksela, dzięki któremu będzie mógł pokryć jednocześnie sporą część nieba. Za pomocą takiego arsenału technicznie wyrafinowanych instrumentów naukowcy mają nadzieję zmierzyć tempo ekspansji Wszechświata, dowiedzieć się, czy zmieniło się ono od czasu pojawienia się ciemnej energii i zrozumieć, jakie jest jej miejsce w strukturze wszechświata . Pozwoli nam to wyciągnąć wnioski na temat tego, co czeka Wszechświat w przyszłości i w jaki sposób możemy go dalej badać. Jeśli będzie się rozszerzać w coraz szybszym tempie, całkowicie zdominowany przez ciemną energię, większość galaktyk zostanie wyrzucona poza pole widzenia innych, pozostawiając przyszłym astronomom nic do obserwacji poza najbliższymi sąsiadami i ziejącą otchłanią kosmosu. Aby zrozumieć naturę ciemnej energii będziemy musieli ponownie przemyśleć podstawowe pojęcia dotyczące samej przestrzeni. Przez długi czas przestrzenie między gwiazdami i planetami uważano za całkowicie puste, chociaż Izaak Newton stwierdził, że niezwykle trudno mu było sobie wyobrazić, w jaki sposób grawitacja mogłaby utrzymać Ziemię na orbicie wokół Słońca, gdyby nie było między nimi nic poza próżnią. W XX wieku kwantowa teoria pola pokazała, że tak naprawdę przestrzeń nie jest pusta, lecz wręcz przeciwnie, jest wszędzie przesiąknięta polami kwantowymi. Podstawowe „cegiełki”, z których składa się materia – protony, elektrony i inne cząstki – to w zasadzie po prostu zaburzenia pól kwantowych. Kiedy energia pola osiąga minimalny poziom, przestrzeń wydaje się pusta. Jeśli jednak pole zostanie zakłócone, wszystko wokół ożywa, wypełniając się widoczną materią i energią. Matematyk Luciano Boy porównuje przestrzeń do powierzchni wody w alpejskim stawie: staje się to zauważalne, gdy wieje lekki wietrzyk, pokrywając staw drżącymi zmarszczkami. „Pusta przestrzeń nie jest tak naprawdę pusta” – powiedział amerykański fizyk John Archibald Wheeler – „zawiera prawdziwą fizykę, pełną niespodzianek i niespodzianek”. Ciemna energia może potwierdzić głęboką proroczą moc słów Wheelera. Próbując zrozumieć mechanizmy odpowiedzialne za ciągłą inflację Wszechświata – która, jak się okazuje, wciąż przyspiesza – naukowcy opierają się na stuletniej ogólnej teorii względności Einsteina. Działa świetnie na obiektach o dużej skali, ale potyka się na poziomie mikro, gdzie rządzi teoria kwantowa i gdzie leży rozwiązanie stale przyspieszającej ekspansji przestrzeni kosmicznej. Aby wyjaśnić ciemną energię, możemy potrzebować czegoś zasadniczo nowego – czegoś w rodzaju kwantowej teorii przestrzeni i grawitacji. Współczesna nauka zmaga się z pozornie prostym problemem: ile energii – ciemnej lub innej – kryje się w danym ograniczonym obszarze przestrzeni? Jeśli w obliczeniach opieramy się na teorii kwantowej, wynikiem jest niewyobrażalnie duża wartość. A jeśli w problem włączą się astronomowie, ich szacunki oparte na obserwacjach ciemnej energii okażą się nieproporcjonalnie małe. Różnica między tymi dwiema liczbami jest oszałamiająca: 10 do potęgi 121! Jest to jedynka, po której następuje 121 zer – więcej niż liczba gwiazd w obserwowalnym Wszechświecie i wszystkich ziaren piasku na naszej planecie. Jest to najbardziej znacząca nierównowaga w historii nauki, spowodowana niespójnością teorii i faktycznych obserwacji. Oczywiście brakuje nam jakiejś fundamentalnie ważnej właściwości przestrzeni, a zatem wszystkiego, co nas otacza i jest jej częścią – galaktyk, gwiazd, planet i nas samych. Naukowcy nie odkryli jeszcze, jak duża jest luka w naszej wiedzy.
Co jest poza Wszechświatem? Zagadnienie to jest zbyt złożone, aby mogło je zrozumieć człowiek. Wynika to z faktu, że przede wszystkim konieczne jest określenie jego granic, a to nie jest łatwe.
Ogólnie przyjęta odpowiedź uwzględnia jedynie obserwowalny Wszechświat. Według niego o wymiarach decyduje prędkość światła, ponieważ można zobaczyć jedynie światło emitowane lub odbijane przez obiekty w przestrzeni. Nie można patrzeć dalej niż na najdalsze światło, które wędruje przez całe istnienie Wszechświata.
Przestrzeń wciąż się rozszerza, ale wciąż jest skończona. Jego rozmiar jest czasami określany jako objętość lub kula Hubble'a. Człowiek we Wszechświecie prawdopodobnie nigdy nie będzie w stanie dowiedzieć się, co znajduje się poza jego granicami. Zatem w przypadku wszelkich eksploracji jest to jedyna przestrzeń, z którą kiedykolwiek trzeba będzie wchodzić w interakcję. Przynajmniej w najbliższej przyszłości.
Wielkość
Każdy wie, że Wszechświat jest duży. Na ile milionów lat świetlnych się rozciąga?
Astronomowie dokładnie badają kosmiczne mikrofalowe promieniowanie tła – poświatę Wielkiego Wybuchu. Szukają powiązań między tym, co dzieje się po jednej stronie nieba, a tym, co dzieje się po drugiej. I jak dotąd nie ma dowodów na to, że jest coś wspólnego. Oznacza to, że przez 13,8 miliarda lat w dowolnym kierunku Wszechświat się nie powtarza. Tyle czasu potrzebuje światło, aby dotrzeć przynajmniej do widocznej krawędzi tej przestrzeni.
Wciąż niepokoi nas pytanie, co leży poza obserwowalnym Wszechświatem. Astronomowie przyznają, że przestrzeń jest nieskończona. Znajdująca się w nim „materia” (energia, galaktyki itp.) jest rozłożona dokładnie w taki sam sposób, jak w obserwowalnym Wszechświecie. Jeżeli rzeczywiście tak jest, wówczas pojawiają się rozmaite anomalie tego, co na krawędzi.
Poza obszarem Hubble'a jest nie tylko więcej różnych planet. Można tam znaleźć wszystko, co może istnieć. Jeśli pójdziesz wystarczająco daleko, możesz nawet znaleźć inny układ słoneczny z Ziemią identyczną pod każdym względem, z wyjątkiem tego, że na śniadanie jadłeś owsiankę zamiast jajecznicy. Albo w ogóle nie było śniadania. Albo powiedzmy, że wstałeś wcześnie i obrabowałeś bank.
W rzeczywistości kosmolodzy uważają, że jeśli zajdzie się wystarczająco daleko, można znaleźć inną kulę Hubble'a, która będzie całkowicie identyczna z naszą. Większość naukowców uważa, że znany nam wszechświat ma granice. To, co jest poza nimi, pozostaje największą tajemnicą.
Zasada kosmologiczna
Koncepcja ta oznacza, że niezależnie od położenia i kierunku obserwatora, każdy widzi ten sam obraz Wszechświata. Nie dotyczy to oczywiście badań na mniejszą skalę. Ta jednorodność przestrzeni wynika z równości wszystkich jej punktów. Zjawisko to można wykryć jedynie w skali gromady galaktyk.
Koncepcja podobna do tej została po raz pierwszy zaproponowana przez Sir Izaaka Newtona w 1687 r. A później, w XX wieku, potwierdziły to obserwacje innych naukowców. Logicznie rzecz biorąc, jeśli wszystko powstało z jednego punktu Wielkiego Wybuchu, a następnie rozszerzyło się na Wszechświat, pozostałoby dość jednorodne.
Odległość, z której można zaobserwować zasadę kosmologiczną w celu znalezienia tego pozornie równomiernego rozkładu materii, wynosi około 300 milionów lat świetlnych od Ziemi.
Wszystko zmieniło się jednak w 1973 roku. Następnie odkryto anomalię, która naruszała zasadę kosmologiczną.
Świetny atraktor
Ogromne skupisko masy odkryto w odległości 250 milionów lat świetlnych, w pobliżu konstelacji Hydry i Centaura. Jego waga jest tak wielka, że można ją porównać do dziesiątek tysięcy mas Drogi Mlecznej. Anomalia ta jest uważana za supergromadę galaktyczną.
Obiekt ten nazwano Wielkim Atraktorem. Jego siła grawitacyjna jest tak silna, że oddziałuje na inne galaktyki i ich gromady przez kilkaset lat świetlnych. Od dawna pozostaje to jedną z największych tajemnic kosmosu.
W 1990 roku odkryto, że ruch kolosalnych gromad galaktyk, zwanych Wielkim Atraktorem, zmierza w stronę innego obszaru przestrzeni – poza krawędź Wszechświata. Na razie proces ten można zaobserwować, choć sama anomalia znajduje się w „strefie unikania”.
Ciemna energia
Zgodnie z prawem Hubble'a wszystkie galaktyki powinny oddalać się od siebie równomiernie, zachowując zasadę kosmologiczną. Jednak w 2008 roku pojawiło się nowe odkrycie.
Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) wykryła dużą grupę gromad, które poruszały się w tym samym kierunku z prędkością dochodzącą do 600 mil na sekundę. Wszyscy zmierzali w stronę niewielkiego obszaru nieba pomiędzy konstelacjami Centaura i Welusa.
Nie ma ku temu oczywistego powodu, a ponieważ było to zjawisko niewyjaśnione, nazwano je „ciemną energią”. Jest to spowodowane czymś spoza obserwowalnego wszechświata. Na razie istnieją jedynie domysły na temat jego natury.
Jeśli gromady galaktyk zostaną przyciągnięte w stronę kolosalnej czarnej dziury, ich ruch powinien przyspieszyć. Ciemna energia wskazuje stałą prędkość ciał kosmicznych na przestrzeni miliardów lat świetlnych.
Jedną z możliwych przyczyn tego procesu są masywne struktury znajdujące się poza Wszechświatem. Mają ogromny wpływ grawitacyjny. W obserwowalnym Wszechświecie nie ma gigantycznych struktur o wystarczającej masie grawitacyjnej, aby wywołać to zjawisko. Nie oznacza to jednak, że nie mogłyby istnieć poza obserwowalnym obszarem.
Oznaczałoby to, że struktura Wszechświata nie jest jednorodna. Jeśli chodzi o same struktury, mogą to być dosłownie wszystko, od agregatów materii po energię w skali, którą ledwo można sobie wyobrazić. Możliwe jest nawet, że kierują one siłami grawitacyjnymi z innych Wszechświatów.
Niekończące się bąbelki
Mówienie o czymś spoza sfery Hubble'a nie jest do końca poprawne, ponieważ nadal ma ona identyczną strukturę jak Metagalaktyka. „Nieznane” ma te same prawa fizyczne Wszechświata i stałe. Istnieje wersja, w której Wielki Wybuch spowodował pojawienie się bąbelków w strukturze przestrzeni.
Zaraz po nim, zanim rozpoczęła się inflacja Wszechświata, powstała swego rodzaju „kosmiczna piana”, istniejąca w postaci skupiska „bąbelków”. Jeden z obiektów tej substancji nagle się rozszerzył, stając się ostatecznie znanym dzisiaj Wszechświatem.
Ale co wyszło z pozostałych baniek? Alexander Kashlinsky, szef zespołu NASA, organizacji, która odkryła „ciemną energię”, powiedział: „Jeśli odsuniesz się wystarczająco daleko, zobaczysz strukturę znajdującą się poza bańką, poza Wszechświatem. Struktury te muszą tworzyć ruch.”
Zatem „ciemna energia” jest postrzegana jako pierwszy dowód na istnienie innego Wszechświata, a nawet „Multiwszechświata”.
Każda bańka to obszar, który przestał się rozciągać wraz z resztą przestrzeni. Utworzyła własny Wszechświat z własnymi specjalnymi prawami.
W tym scenariuszu przestrzeń jest nieskończona, a każda bańka również nie ma granic. Nawet jeśli uda się przełamać granicę jednego z nich, przestrzeń między nimi wciąż się powiększa. Z biegiem czasu dotarcie do kolejnej bańki będzie niemożliwe. Zjawisko to do dziś pozostaje jedną z największych tajemnic kosmosu.
Czarna dziura
Teoria zaproponowana przez fizyka Lee Smolina sugeruje, że każdy podobny obiekt kosmiczny w strukturze Metagalaktyki powoduje powstanie nowego. Wystarczy sobie tylko wyobrazić, ile czarnych dziur jest we Wszechświecie. Każdy z nich ma inne prawa fizyczne niż jego poprzednik. Podobną hipotezę po raz pierwszy przedstawiono w 1992 roku w książce „Life of the Cosmos”.
Gwiazdy na całym świecie wpadające do czarnych dziur są skompresowane do niewiarygodnie ekstremalnych gęstości. W takich warunkach przestrzeń ta eksploduje i rozszerza się, tworząc własny, nowy Wszechświat, odmienny od oryginału. Punkt, w którym czas się zatrzymuje wewnątrz czarnej dziury, jest początkiem Wielkiego Wybuchu nowej metagalaktyki.
Ekstremalne warunki panujące wewnątrz zapadniętej czarnej dziury prowadzą do małych, przypadkowych zmian w podstawowych siłach fizycznych i parametrach wszechświata-córki. Każdy z nich ma cechy i wskaźniki różniące się od ich rodziców.
Istnienie gwiazd jest warunkiem powstania życia. Dzieje się tak dlatego, że powstaje w nich węgiel i inne złożone cząsteczki podtrzymujące życie. Dlatego powstawanie istot i Wszechświata wymaga tych samych warunków.
Krytyką kosmicznego doboru naturalnego jako hipotezy naukowej jest brak bezpośrednich dowodów na tym etapie. Należy jednak mieć na uwadze, że z punktu widzenia przekonań nie jest ona gorsza od proponowanych naukowych alternatyw. Nie ma dowodów na to, co leży poza Wszechświatem, czy to Multiwersum, teoria strun, czy przestrzeń cykliczna.
Wiele równoległych wszechświatów
Pomysł ten wydaje się mieć niewielkie znaczenie dla współczesnej fizyki teoretycznej. Jednak idea istnienia Multiwersu od dawna jest uważana za możliwość naukową, chociaż nadal powoduje aktywną debatę i destrukcyjną debatę wśród fizyków. Ta opcja całkowicie burzy wyobrażenie o liczbie wszechświatów w kosmosie.
Należy pamiętać, że Multiwersum nie jest teorią, ale raczej konsekwencją współczesnego rozumienia fizyki teoretycznej. To rozróżnienie jest krytyczne. Nikt nie machnął ręką i nie powiedział: „Niech powstanie Multiwers!” Pomysł ten wywodzi się z aktualnych nauk, takich jak mechanika kwantowa i teoria strun.
Multiwersum i fizyka kwantowa
Wiele osób zna eksperyment myślowy „Kot Schrödingera”. Jej istota polega na tym, że Erwin Schrödinger, austriacki fizyk teoretyczny, wskazał na niedoskonałość mechaniki kwantowej.
Naukowiec sugeruje wyobrażenie sobie zwierzęcia umieszczonego w zamkniętym pudełku. Jeśli go otworzysz, możesz poznać jeden z dwóch stanów kota. Ale dopóki pudełko jest zamknięte, zwierzę jest albo żywe, albo martwe. To dowodzi, że nie ma państwa, które łączy życie i śmierć.
Wszystko to wydaje się niemożliwe po prostu dlatego, że ludzka percepcja nie jest w stanie tego pojąć.
Ale jest to całkiem możliwe, zgodnie z dziwnymi zasadami mechaniki kwantowej. Przestrzeń wszelkich możliwości jest w nim ogromna. Matematycznie stan mechaniki kwantowej jest sumą (lub superpozycją) wszystkich możliwych stanów. W przypadku kota Schrödingera eksperyment polega na superpozycji pozycji „martwej” i „żywej”.
Jak jednak to zinterpretować, aby miało jakiekolwiek znaczenie praktyczne? Popularnym sposobem jest myślenie o wszystkich tych możliwościach w taki sposób, że jedynym „obiektywnie prawdziwym” stanem kota jest ten, który można zaobserwować. Można jednak zgodzić się, że te możliwości są prawdziwe i wszystkie istnieją w różnych Wszechświatach.
Teoria strun
To najbardziej obiecująca szansa na połączenie mechaniki kwantowej i grawitacji. Jest to trudne, ponieważ grawitacji w małych skalach nie da się opisać tak samo, jak atomów i cząstek subatomowych w mechanice kwantowej.
Jednak teoria strun, która mówi, że wszystkie cząstki podstawowe składają się z pierwiastków monomerycznych, opisuje jednocześnie wszystkie znane siły natury. Należą do nich grawitacja, elektromagnetyzm i siły jądrowe.
Jednak matematyczna teoria strun wymaga co najmniej dziesięciu wymiarów fizycznych. Możemy obserwować tylko cztery wymiary: wysokość, szerokość, głębokość i czas. Dlatego dodatkowe wymiary są przed nami ukryte.
Aby móc wykorzystać teorię do wyjaśnienia zjawisk fizycznych, te dodatkowe badania są „gęste” i zbyt małe w małych skalach.
Problem lub cecha teorii strun polega na tym, że istnieje wiele sposobów przeprowadzenia zagęszczenia. Każde z nich skutkuje powstaniem wszechświata o innych prawach fizycznych, takich jak różne masy elektronów i stałe grawitacji. Istnieją jednak również poważne zastrzeżenia do metodologii kompaktowania. Dlatego problem nie został całkowicie rozwiązany.
Ale oczywiste pytanie brzmi: w której z tych możliwości żyjemy? Teoria strun nie zapewnia mechanizmu pozwalającego to ustalić. Czyni to go bezużytecznym, ponieważ nie można go dokładnie przetestować. Jednak badanie krawędzi Wszechświata zamieniło ten błąd w funkcję.
Konsekwencje Wielkiego Wybuchu
W najwcześniejszej strukturze Wszechświata miał miejsce okres przyspieszonej ekspansji zwany inflacją. Początkowo wyjaśniało to, dlaczego kula Hubble'a ma prawie jednolitą temperaturę. Jednak inflacja przewidywała również spektrum wahań temperatury wokół tej równowagi, co zostało później potwierdzone przez kilka statków kosmicznych.
Chociaż dokładne szczegóły tej teorii są nadal przedmiotem gorących dyskusji, inflacja jest powszechnie akceptowana przez fizyków. Jednakże konsekwencją tej teorii jest to, że we wszechświecie muszą istnieć inne obiekty, które wciąż przyspieszają. Ze względu na fluktuacje kwantowe czasoprzestrzeni niektóre jej części nigdy nie osiągną stanu końcowego. Oznacza to, że przestrzeń będzie się stale rozszerzać.
Mechanizm ten generuje nieskończoną liczbę Wszechświatów. Łącząc ten scenariusz z teorią strun, istnieje możliwość, że każdy z nich ma inne zagęszczenie dodatkowych wymiarów i dlatego obowiązują inne prawa fizyczne wszechświata.
Zgodnie z doktryną Multiwersum, przewidywaną przez teorię strun i inflację, wszystkie Wszechświaty żyją w tej samej przestrzeni fizycznej i mogą się przecinać. Muszą nieuchronnie zderzyć się, pozostawiając ślady na kosmicznym niebie. Ich charakter waha się od zimnych lub gorących punktów w kosmicznym mikrofalowym tle po anomalne puste przestrzenie w rozmieszczeniu galaktyk.
Ponieważ zderzenia z innymi Wszechświatami muszą zachodzić w określonym kierunku, oczekuje się, że jakakolwiek interferencja zakłóci jednorodność.
Niektórzy naukowcy szukają ich poprzez anomalie w kosmicznym mikrofalowym tle, czyli poświacie Wielkiego Wybuchu. Inne znajdują się w falach grawitacyjnych, które falują w czasoprzestrzeni, gdy przechodzą obok nich masywne obiekty. Fale te mogą bezpośrednio udowodnić istnienie inflacji, co ostatecznie wzmacnia poparcie dla teorii wieloświata.
Wszechświat... Co za okropne słowo. Skala tego, co oznacza to słowo, jest niepojęta. Dla nas przejechanie 1000 km to już odległość, ale co to oznacza w porównaniu z gigantyczną liczbą, która wskazuje minimalną możliwą z punktu widzenia naukowców średnicę naszego Wszechświata.
Liczba ta jest nie tylko kolosalna – jest nierealna. 93 miliardy lat świetlnych! W kilometrach wyraża się to jako 879 847 933 950 014 400 000 000.
Czym jest Wszechświat?
Czym jest Wszechświat? Jak ogarnąć umysłem ten ogrom, bo jak napisał Kozma Prutkov, to nie jest nikomu dane. Opierajmy się na wszystkim, co nam znane, prostych rzeczach, które poprzez analogie mogą nas doprowadzić do pożądanego zrozumienia.
Z czego zbudowany jest nasz Wszechświat?
Aby zrozumieć ten problem, idź już teraz do kuchni i zabierz piankową gąbkę, której używasz do mycia naczyń. Wziąłeś? Trzymasz więc w rękach model Wszechświata. Jeśli przyjrzysz się bliżej strukturze gąbki przez szkło powiększające, zobaczysz, że składa się ona z wielu otwartych porów, ograniczonych nawet nie ścianami, ale raczej mostami.
Wszechświat jest podobny, tyle że materiałem używanym do budowy mostów nie jest guma piankowa, ale... ...Nie planety, nie układy gwiezdne, ale galaktyki! Każda z tych galaktyk składa się z setek miliardów gwiazd krążących wokół centralnego jądra, a każda z nich może mieć rozmiar do setek tysięcy lat świetlnych. Odległość między galaktykami wynosi zwykle około miliona lat świetlnych.
Ekspansja Wszechświata
Wszechświat jest nie tylko duży, ale także stale się rozszerza. Fakt ten, ustalony na podstawie obserwacji przesunięcia ku czerwieni, stał się podstawą teorii Wielkiego Wybuchu. 
Według NASA wiek Wszechświata od Wielkiego Wybuchu, który go rozpoczął, wynosi około 13,7 miliarda lat.
Co oznacza słowo „Wszechświat”?
Słowo „Wszechświat” ma starosłowiańskie korzenie i w rzeczywistości jest kalką od greckiego słowa oikomenta (οἰκουμένη), pochodzące od czasownika οἰκέω „Mieszkam, mieszkam”. Początkowo słowem tym określano całą zamieszkaną część świata. W języku kościelnym podobne znaczenie pozostaje do dziś: na przykład patriarcha Konstantynopola ma w tytule słowo „ekumeniczny”.
Termin pochodzi od słowa „mieszkanie” i jest zgodny jedynie ze słowem „wszystko”.
Co znajduje się w centrum Wszechświata?
Kwestia centrum Wszechświata jest sprawą niezwykle zagmatwaną i zdecydowanie nie została jeszcze rozwiązana. Problem w tym, że nie wiadomo, czy w ogóle istnieje, czy nie. Logiczne jest założenie, że skoro nastąpił Wielki Wybuch, z którego epicentrum zaczęły się oddalać niezliczone galaktyki, oznacza to, że śledząc trajektorię każdej z nich, można znaleźć środek Wszechświata na przecięciu z tych trajektorii. Ale faktem jest, że wszystkie galaktyki oddalają się od siebie z mniej więcej tą samą prędkością i praktycznie z każdego punktu Wszechświata obserwujemy ten sam obraz. 
Jest tu tyle teoretyzowania, że każdy akademik oszaleje. Nawet czwarty wymiar był poruszany więcej niż raz, nawet jeśli był błędny, ale do dziś nie ma w tej kwestii szczególnej jasności.
Jeżeli nie ma jasnej definicji centrum Wszechświata, wówczas mówienie o tym, co znajduje się w tym samym centrum, uznajemy za puste ćwiczenie.
Co jest poza Wszechświatem?
Och, to bardzo interesujące pytanie, ale równie niejasne jak poprzednie. Generalnie nie wiadomo, czy Wszechświat ma granice. Być może ich nie ma. Być może istnieją. Być może oprócz naszego Wszechświata istnieją inne, które mają inne właściwości materii, prawa natury i stałe światowe różnią się od naszych. Na takie pytanie nikt nie jest w stanie udzielić sprawdzonej odpowiedzi.
Problem w tym, że Wszechświat możemy obserwować jedynie z odległości 13,3 miliarda lat świetlnych. Dlaczego? To bardzo proste: pamiętamy, że wiek Wszechświata wynosi 13,7 miliarda lat. Biorąc pod uwagę, że nasza obserwacja następuje z opóźnieniem równym czasowi, jaki światło potrzebuje na przebycie odpowiedniej odległości, nie możemy obserwować Wszechświata przed jego faktycznym powstaniem. Z tej odległości widzimy Wszechświat maluchów...
Co jeszcze wiemy o Wszechświecie?
Dużo i nic! Wiemy o reliktowym blasku, kosmicznych strunach, kwazarach, czarnych dziurach i wielu, wielu innych rzeczach. Część tej wiedzy można uzasadnić i udowodnić; niektóre rzeczy to jedynie teoretyczne obliczenia, których nie można potwierdzić dowodami, a niektóre są jedynie owocem bogatej wyobraźni pseudonaukowców. 
Ale jedno wiemy na pewno: nigdy nie nadejdzie taki moment, w którym będziemy mogli z ulgą ocierając pot z czoła i powiedzieć: „Uch! Zagadnienie to zostało w końcu w pełni zbadane. Nie ma tu już nic do złapania!”
Strona portalu jest źródłem informacji, w którym można zdobyć wiele przydatnej i ciekawej wiedzy związanej z kosmosem. Przede wszystkim porozmawiamy o naszym i innych Wszechświatach, o ciałach niebieskich, czarnych dziurach i zjawiskach zachodzących w głębinach kosmosu.
Całość wszystkiego, co istnieje, materia, poszczególne cząstki i przestrzeń między tymi cząsteczkami, nazywana jest Wszechświatem. Według naukowców i astrologów wiek Wszechświata wynosi około 14 miliardów lat. Rozmiar widocznej części Wszechświata wynosi około 14 miliardów lat świetlnych. Niektórzy twierdzą, że Wszechświat rozciąga się na ponad 90 miliardów lat świetlnych. Dla większej wygody przy obliczaniu takich odległości zwyczajowo używa się wartości parseków. Jeden parsek równa się 3,2616 lat świetlnych, co oznacza, że parsek to odległość, z której oglądany jest średni promień orbity Ziemi pod kątem jednej sekundy łukowej.
Uzbrojeni w te wskaźniki, możesz obliczyć kosmiczną odległość od jednego obiektu do drugiego. Na przykład odległość od naszej planety do Księżyca wynosi 300 000 km, czyli 1 sekunda świetlna. W rezultacie ta odległość do Słońca wzrasta do 8,31 minut świetlnych.
Na przestrzeni dziejów ludzie próbowali rozwikłać zagadki związane z przestrzenią i wszechświatem. W artykułach na stronie portalu można dowiedzieć się nie tylko o Wszechświecie, ale także o współczesnych naukowych podejściach do jego badania. Cały materiał opiera się na najbardziej zaawansowanych teoriach i faktach.
Należy zauważyć, że Wszechświat obejmuje dużą liczbę różnych obiektów znanych ludziom. Najbardziej znane z nich to planety, gwiazdy, satelity, czarne dziury, asteroidy i komety. W tej chwili przede wszystkim rozumie się planety, ponieważ żyjemy na jednej z nich. Niektóre planety mają własne satelity. Ziemia ma więc własnego satelitę - Księżyc. Oprócz naszej planety wokół Słońca krąży jeszcze 8 innych.
W kosmosie jest wiele gwiazd, ale każda z nich jest inna. Mają różną temperaturę, rozmiary i jasność. Ponieważ wszystkie gwiazdy są różne, klasyfikuje się je w następujący sposób:
Białe karły;
Giganci;
nadolbrzymy;
gwiazdy neutronowe;
kwazary;
Pulsary.
Najgęstszą znaną nam substancją jest ołów. Na niektórych planetach gęstość ich substancji może być tysiące razy większa niż gęstość ołowiu, co rodzi wiele pytań dla naukowców.
Wszystkie planety krążą wokół Słońca, ale ono też nie stoi w miejscu. Gwiazdy mogą gromadzić się w gromady, które z kolei również krążą wokół wciąż nieznanego nam centrum. Gromady te nazywane są galaktykami. Nasza galaktyka nazywa się Drogą Mleczną. Wszystkie dotychczasowe badania wskazują, że większość materii, którą tworzą galaktyki, jest dotychczas niewidoczna dla człowieka. Z tego powodu nazwano ją ciemną materią.
Za najciekawsze uważa się centra galaktyk. Niektórzy astronomowie uważają, że możliwym centrum galaktyki jest czarna dziura. To wyjątkowe zjawisko powstałe w wyniku ewolucji gwiazdy. Ale na razie to wszystko tylko teorie. Prowadzenie eksperymentów czy badanie takich zjawisk nie jest jeszcze możliwe.
Oprócz galaktyk we Wszechświecie znajdują się mgławice (chmury międzygwiazdowe składające się z gazu, pyłu i plazmy), kosmiczne mikrofalowe promieniowanie tła, które przenika całą przestrzeń Wszechświata, oraz wiele innych mało znanych, a nawet zupełnie nieznanych obiektów.
Cyrkulacja eteru Wszechświata
Symetria i równowaga zjawisk materialnych jest główną zasadą organizacji strukturalnej i interakcji w przyrodzie. Co więcej, we wszystkich postaciach: gwiezdnej plazmy i materii, świata i uwolnionych eterów. Cała istota takich zjawisk tkwi w ich oddziaływaniach i przemianach, z których większość reprezentowana jest przez niewidzialny eter. Nazywa się je również promieniowaniem reliktowym. Jest to mikrofalowe kosmiczne promieniowanie tła o temperaturze 2,7 K. Istnieje opinia, że to właśnie ten wibrujący eter jest podstawową podstawą wszystkiego, co wypełnia Wszechświat. Anizotropia rozkładu eteru związana jest z kierunkami i intensywnością jego ruchu w różnych obszarach przestrzeni niewidzialnej i widzialnej. Cała trudność studiowania i badań jest porównywalna z trudnościami badania procesów turbulentnych w gazach, plazmach i cieczach materii.
Dlaczego wielu naukowców wierzy, że Wszechświat jest wielowymiarowy?
Po przeprowadzeniu eksperymentów w laboratoriach i w samym Kosmosie uzyskano dane, z których można założyć, że żyjemy we Wszechświecie, w którym położenie dowolnego obiektu można scharakteryzować za pomocą czasu i trzech współrzędnych przestrzennych. Z tego powodu powstaje założenie, że Wszechświat jest czterowymiarowy. Jednak niektórzy naukowcy, rozwijając teorie cząstek elementarnych i grawitacji kwantowej, mogą dojść do wniosku, że istnienie dużej liczby wymiarów jest po prostu konieczne. Niektóre modele Wszechświata nie wykluczają aż 11 wymiarów.
Należy wziąć pod uwagę, że istnienie wielowymiarowego Wszechświata jest możliwe dzięki zjawiskom wysokoenergetycznym - czarnym dziurom, Wielkiemu Wybuchowi, wybuchom. Przynajmniej taki jest jeden z pomysłów czołowych kosmologów.
Model rozszerzającego się Wszechświata opiera się na ogólnej teorii względności. Zaproponowano odpowiednie wyjaśnienie struktury przesunięcia ku czerwieni. Ekspansja rozpoczęła się w tym samym czasie, co Wielki Wybuch. Jego stan ilustruje powierzchnia nadmuchanej gumowej kuli, na którą naniesiono kropki – obiekty pozagalaktyczne. Kiedy taka piłka jest napompowana, wszystkie jej punkty oddalają się od siebie, niezależnie od położenia. Według tej teorii Wszechświat może się rozszerzać w nieskończoność lub kurczyć.
Asymetria barionowa Wszechświata
Znaczący wzrost liczby cząstek elementarnych w stosunku do całej liczby antycząstek obserwowanych we Wszechświecie nazywany jest asymetrią barionową. Bariony obejmują neutrony, protony i niektóre inne krótkotrwałe cząstki elementarne. Dysproporcja ta wystąpiła w epoce zagłady, czyli trzy sekundy po Wielkim Wybuchu. Do tego momentu liczba barionów i antybarionów odpowiadała sobie. Podczas masowej anihilacji elementarnych antycząstek i cząstek większość z nich łączyła się w pary i znikała, generując w ten sposób promieniowanie elektromagnetyczne.
Wiek Wszechświata na stronie portalu
Współcześni naukowcy uważają, że nasz Wszechświat ma około 16 miliardów lat. Według szacunków minimalny wiek może wynosić 12-15 miliardów lat. Minimum jest odpychane przez najstarsze gwiazdy w naszej Galaktyce. Jego prawdziwy wiek można określić jedynie za pomocą prawa Hubble'a, ale prawdziwy nie znaczy dokładny.
Horyzont widoczności
Kula o promieniu równym odległości, jaką pokonuje światło podczas całego istnienia Wszechświata, nazywana jest jego horyzontem widzialności. Istnienie horyzontu jest wprost proporcjonalne do rozszerzania się i kurczenia Wszechświata. Według modelu kosmologicznego Friedmana Wszechświat zaczął się rozszerzać z pojedynczej odległości około 15–20 miliardów lat temu. Przez cały czas światło pokonuje resztkową odległość w rozszerzającym się Wszechświecie, mianowicie 109 lat świetlnych. Z tego powodu każdy obserwator w chwili t0 po rozpoczęciu procesu rozszerzania może obserwować jedynie niewielką część, ograniczoną kulą, która w tym momencie ma promień I. Ciała i przedmioty znajdujące się w tym momencie poza tą granicą to: w zasadzie nie do zaobserwowania. Odbite od nich światło po prostu nie ma czasu dotrzeć do obserwatora. Nie jest to możliwe, nawet jeśli w momencie rozpoczęcia procesu ekspansji zgasło światło.
Ze względu na absorpcję i rozpraszanie we wczesnym Wszechświecie, ze względu na dużą gęstość, fotony nie mogły rozprzestrzeniać się w swobodnym kierunku. Dlatego obserwator jest w stanie wykryć tylko to promieniowanie, które pojawiło się w epoce Wszechświata przezroczystej dla promieniowania. Epokę tę wyznacza czas t»300 000 lat, gęstość substancji r»10-20 g/cm3 i moment rekombinacji wodoru. Z powyższego wynika, że im bliżej źródła znajduje się w galaktyce, tym większa będzie dla niego wartość przesunięcia ku czerwieni.
Wielki Wybuch
Moment powstania Wszechświata nazywa się Wielkim Wybuchem. Koncepcja ta opiera się na fakcie, że początkowo istniał punkt (punkt osobliwości), w którym znajdowała się cała energia i cała materia. Za podstawę tej cechy uważa się dużą gęstość materii. Nie wiadomo, co wydarzyło się przed tą osobliwością.
Nie ma dokładnych informacji na temat zdarzeń i warunków, które miały miejsce w czasie 5*10-44 sekund (moment zakończenia pierwszego kwantu czasu). Pod względem fizycznym tamtej epoki można jedynie przypuszczać, że temperatura wynosiła wówczas około 1,3*1032 stopni, a gęstość materii około 1096 kg/m 3. Wartości te stanowią granice zastosowania istniejących pomysłów. Pojawiają się na skutek związku pomiędzy stałą grawitacji, prędkością światła, stałymi Boltzmanna i Plancka i nazywane są „stałymi Plancka”.
Te zdarzenia, które są powiązane z 5*10-44 do 10-36 sekund, odzwierciedlają model „inflacyjnego Wszechświata”. Moment 10-36 sekund nazywany jest modelem „gorącego Wszechświata”.
W okresie od 1-3 do 100-120 sekund powstały jądra helu i niewielka liczba jąder innych lekkich pierwiastków chemicznych. Od tego momentu w gazie zaczęto ustalać stosunek: wodór 78%, hel 22%. Przed milionem lat temperatura we Wszechświecie zaczęła spadać do 3000-45 000 K i rozpoczęła się era rekombinacji. Wcześniej wolne elektrony zaczęły łączyć się z lekkimi protonami i jądrami atomowymi. Zaczęły pojawiać się atomy helu i wodoru oraz niewielka liczba atomów litu. Substancja stała się przezroczysta, a promieniowanie, które obserwuje się do dziś, zostało od niej odłączone.
Kolejny miliard lat istnienia Wszechświata upłynął pod znakiem spadku temperatury z 3000-45 000 K do 300 K. Naukowcy nazwali ten okres dla Wszechświata „wiekiem ciemnym”, gdyż nie wykształciły się jeszcze żadne źródła promieniowania elektromagnetycznego. pojawił się. W tym samym okresie niejednorodność mieszaniny gazów wyjściowych uległa zagęszczeniu pod wpływem sił grawitacyjnych. Po symulowaniu tych procesów na komputerze astronomowie zauważyli, że doprowadziło to nieodwracalnie do pojawienia się gigantycznych gwiazd, które miliony razy przekraczały masę Słońca. Ponieważ były tak masywne, gwiazdy te rozgrzały się do niewiarygodnie wysokich temperatur i ewoluowały przez dziesiątki milionów lat, po czym eksplodowały jako supernowe. Nagrzewając się do wysokich temperatur, powierzchnie takich gwiazd wytworzyły silne strumienie promieniowania ultrafioletowego. W ten sposób rozpoczął się okres rejonizacji. Powstała w wyniku takich zjawisk plazma zaczęła silnie rozpraszać promieniowanie elektromagnetyczne w jego widmowych zakresach krótkofalowych. W pewnym sensie Wszechświat zaczął pogrążać się w gęstej mgle.
Te ogromne gwiazdy stały się pierwszymi we Wszechświecie źródłami pierwiastków chemicznych znacznie cięższych od litu. Zaczęły powstawać obiekty kosmiczne drugiej generacji, które zawierały jądra tych atomów. Gwiazdy te zaczęto tworzyć z mieszanin ciężkich atomów. Nastąpił powtarzający się rodzaj rekombinacji większości atomów gazów międzygalaktycznych i międzygwiazdowych, co z kolei doprowadziło do nowej przezroczystości przestrzeni dla promieniowania elektromagnetycznego. Wszechświat stał się dokładnie tym, co możemy teraz obserwować.
Obserwowalna struktura Wszechświata na portalu internetowym
Obserwowana część jest niejednorodna przestrzennie. Większość gromad galaktyk i pojedynczych galaktyk tworzy strukturę komórkową lub plastra miodu. Budują ściany komórkowe o grubości kilku megaparseków. Komórki te nazywane są „pustkami”. Charakteryzują się dużymi rozmiarami, rzędu kilkudziesięciu megaparseków, a jednocześnie nie zawierają substancji wykazujących promieniowanie elektromagnetyczne. Pustka stanowi około 50% całkowitej objętości Wszechświata.
Nasz świat, narodzony podczas Wielkiego Wybuchu, wciąż się rozszerza, a objętość przestrzeni oddzielającej galaktyki gwałtownie rośnie. Gromady galaktyk oddalające się od siebie pozostają jednak stabilnymi formacjami o określonych rozmiarach i stabilnej strukturze. Atomy w ogóle nie pęcznieją podczas rozszerzania się Wszechświata, w przeciwieństwie do swobodnie latających fotonów, które zwiększają swoją długość fali w miarę przemieszczania się w rozszerzającej się przestrzeni. Gdzie podziała się energia fotonów reliktowych? Dlaczego możemy zobaczyć kwazary oddalające się od nas z prędkością ponadświetlną? Czym jest ciemna energia? Dlaczego dostępna dla nas część Wszechświata stale się kurczy? To tylko niektóre z pytań, nad którymi zastanawiają się dziś kosmolodzy, próbując pogodzić ogólną teorię względności z obrazem Świata obserwowanym przez astronomów.
Kula Hubble'a
Zgodnie z prawem Hubble'a, które opisuje ekspansję Wszechświata, prędkości radialne galaktyk są proporcjonalne do odległości od nich współczynnik H 0 który dzisiaj nazywa się Stała Hubble'a.
Wartość H 0 określa się na podstawie obserwacji obiektów galaktycznych, do których odległości mierzone są głównie od najjaśniejszych gwiazd lub cefeid.
Większość niezależnych szacunków H 0 obecnie podaje temu parametrowi wartość około 70 km/s na megaparsek.
Oznacza to, że galaktyki znajdujące się w odległości 100 megaparseków oddalają się od nas z prędkością około 7000 km/s.
W modelach rozszerzającego się Wszechświata stała Hubble'a zmienia się w czasie, ale określenie „stała” uzasadnia fakt, że w dowolnym momencie, we wszystkich punktach Wszechświata, stała Hubble'a jest taka sama.
Odwrotność stałej Hubble'a ma sens charakterystyczny czas ekspansji Wszechświata w tym momencie. Przy obecnej wartości stałej Hubble'a wiek Wszechświata szacuje się na około 13,8 miliarda lat.
W stosunku do środka kuli Hubble'a prędkość rozszerzania się przestrzeni w jej wnętrzu jest mniejsza niż światła, a na zewnątrz większa. Na samej kuli Hubble'a kwanty światła są jakby zamrożone w przestrzeń, która rozszerza się tam z prędkością światła, przez co staje się kolejnym horyzontem - horyzont fotonowy.
Jeśli ekspansja Wszechświata zwalnia, wówczas promień kuli Hubble'a wzrasta, ponieważ jest odwrotnie proporcjonalny do malejącego parametru Hubble'a. W tym przypadku w miarę starzenia się wszechświata kula ta pokrywa coraz więcej nowych obszarów przestrzeni i wpuszcza coraz więcej kwantów światła. Z czasem obserwator dostrzeże galaktyki i zdarzenia wewnątrzgalaktyczne, które wcześniej znajdowały się poza jego horyzontem fotonowym. Jeśli ekspansja Wszechświata przyspiesza, wówczas promień kuli Hubble'a, przeciwnie, maleje.
W kosmologii mówimy o trzech ważnych powierzchniach: horyzoncie zdarzeń, horyzoncie cząstek i sferze Hubble'a. Dwie ostatnie to powierzchnie w przestrzeni, a pierwsza w czasoprzestrzeni. Zapoznaliśmy się już ze sferą Hubble'a, teraz porozmawiajmy o horyzontach.
Horyzont cząstek
Horyzont cząstek oddziela aktualnie obserwowane obiekty od nieobserwowanych.
Dzięki skończonej prędkości światła obserwator widzi ciała niebieskie takimi, jakie były w mniej lub bardziej odległej przeszłości. Za horyzontem cząstek leżą galaktyki, których obecnie nie obserwuje się na żadnym etapie ich wcześniejszej ewolucji. Oznacza to, że ich linie świata w czasoprzestrzeni nie przecinają powierzchni, po której rozchodzi się światło docierające do obserwatora od chwili narodzin Wszechświata. Wewnątrz horyzontu cząstek znajdują się galaktyki, których linie świata przecinały się w przeszłości z tą powierzchnią. To właśnie te galaktyki tworzą część Wszechświata, która w zasadzie jest dostępna do obserwacji w danym momencie.
W przypadku nierozszerzającego się Wszechświata wielkość horyzontu cząstek zwiększa się wraz z wiekiem i prędzej czy później wszystkie obszary Wszechświata staną się dostępne do badań. Jednak w rozszerzającym się Wszechświecie tak nie jest. Co więcej, w zależności od szybkości ekspansji, wielkość horyzontu cząstek może zależeć od czasu, jaki upłynął od rozpoczęcia ekspansji, zgodnie z bardziej złożonym prawem niż zwykła proporcjonalność. W szczególności w coraz szybciej rozszerzającym się Wszechświecie wielkość horyzontu cząstek może mieć stałą wartość. Oznacza to, że istnieją obszary, których zasadniczo nie można zaobserwować, i że istnieją procesy, których zasadniczo nie można poznać.
Ponadto wielkość horyzontu cząstek ogranicza wielkość obszarów powiązanych przyczynowo. Rzeczywiście, dwa punkty przestrzenne oddzielone odległością większą niż rozmiar horyzontu nigdy w przeszłości nie wchodziły w interakcję. Ponieważ najszybsza interakcja (wymiana promieni świetlnych) jeszcze nie nastąpiła, wykluczona jest jakakolwiek inna interakcja. Zatem żadne zdarzenie w jednym punkcie nie może mieć za przyczynę zdarzenia, które miało miejsce w innym punkcie. W przypadku, gdy wielkość horyzontu cząstek ma tendencję do stałej wartości, Wszechświat dzieli się na niepowiązane przyczynowo obszary, których ewolucja przebiega niezależnie.
Dlatego nie jesteśmy w stanie dowiedzieć się, jaki jest Wszechświat poza obecnym horyzontem cząstek. Niektóre teorie dotyczące wczesnego Wszechświata twierdzą, że bardzo daleko za tym horyzontem w niczym nie przypomina tego, co widzimy. Teza ta jest dość naukowa, gdyż wynika z całkiem rozsądnych obliczeń, jednak nie można jej obalić ani potwierdzić za pomocą dostępnych w naszych czasach obserwacji astronomicznych.Co więcej, jeśli przestrzeń będzie nadal rozszerzać się z przyspieszeniem, nie będzie można jej zweryfikować to i jak bardzo odległa przyszłość.
Źródła na horyzoncie cząstek mają nieskończone przesunięcie ku czerwieni. To najstarsze fotony, które – przynajmniej teoretycznie – można obecnie „zobaczyć”. Zostały wyemitowane niemal w momencie Wielkiego Wybuchu. Wtedy rozmiar widocznej dzisiaj części Wszechświata był niezwykle mały, co oznacza, że od tego czasu wszystkie odległości bardzo wzrosły. Stąd właśnie bierze się nieskończone przesunięcie ku czerwieni. Oczywiście w rzeczywistości nie możemy zobaczyć fotonów z samego horyzontu cząstek. Wszechświat w swojej młodości był nieprzezroczysty dla promieniowania. Dlatego nie obserwuje się fotonów z przesunięciem ku czerwieni większym niż 1000. Jeśli w przyszłości astronomowie nauczą się wykrywać neutrina reliktowe, umożliwi im to wgląd w pierwsze minuty życia Wszechświata, odpowiadające przesunięciu ku czerwieni - 3x10 7. Jeszcze większy postęp można osiągnąć w wykrywaniu reliktowych fal grawitacyjnych, osiągając „czasy Plancka” (10 -43 sekundy od początku eksplozji). Za ich pomocą będzie można w miarę możliwości zajrzeć w przeszłość w zasadzie korzystając ze znanych współcześnie praw natury. W pobliżu początkowego momentu Wielkiego Wybuchu ogólna teoria względności nie ma już zastosowania.
Horyzont zdarzeń
Horyzont zdarzeń - jest to powierzchnia w czasoprzestrzeni. Taki horyzont nie pojawia się w każdym modelu kosmologicznym. Na przykład, W zwalniającym wszechświecie nie ma horyzontu zdarzeń– każde wydarzenie z życia odległych galaktyk można zobaczyć, jeśli poczekasz wystarczająco długo. Sens wprowadzenia tego horyzontu polega na tym, że oddziela on zdarzenia, które mogą na nas wpłynąć przynajmniej w przyszłości, od tych, które nie mogą na nas w żaden sposób wpłynąć. Jeśli nawet sygnał świetlny o jakimś wydarzeniu do nas nie dociera, to samo wydarzenie nie może na nas wpłynąć. Dlaczego jest to możliwe? Powodów może być kilka. Najprostszy to model „końca świata”. Jeśli przyszłość jest ograniczona w czasie, jasne jest, że światło z niektórych odległych galaktyk po prostu nie będzie w stanie do nas dotrzeć. Większość nowoczesnych modeli nie zapewnia tej funkcji. Istnieje jednak wersja nadchodzącego Wielkiego Rozprucia, jednak nie cieszy się ona zbyt dużą popularnością w kręgach naukowych. Ale jest inna opcja - ekspansja z przyspieszeniem.
Niedawne odkrycie, że Wszechświat rozszerza się obecnie w coraz szybszym tempie, dosłownie podekscytowało kosmologów. Powody tego niezwykłego zachowania naszego świata mogą być dwie: albo głównym „wypełniaczem” naszego Wszechświata nie jest zwykła materia, ale nieznana materia o niezwykłych właściwościach (tzw. ciemna energia), albo (jeszcze bardziej przerażające!) konieczna jest zmiana równań ogólnej teorii względności. Co więcej, z jakiegoś powodu ludzkości przyszło żyć w tym krótkim okresie w skali kosmologicznej, kiedy powolna ekspansja ustępowała miejsca przyspieszonej. Wszystkie te pytania są wciąż bardzo dalekie od rozwiązania, ale dziś możemy przedyskutować, w jaki sposób przyspieszona ekspansja (jeśli będzie trwać wiecznie) zmieni nasz Wszechświat i stworzy horyzont zdarzeń. Okazuje się, że życie odległych galaktyk od chwili, gdy nabiorą odpowiednio dużej prędkości ucieczki, zatrzyma się dla nas, a ich przyszłość stanie się dla nas nieznana – światło szeregu zdarzeń po prostu do nas nie dotrze. Z biegiem czasu, w dość odległej przyszłości, wszystkie galaktyki niewchodzące w skład naszej lokalnej supergromady o rozmiarach 100 megaparseków znikną poza horyzontem zdarzeń.
Przeszłość i przyszłość
„Zacząłem myśleć o problemach horyzontalnych już na studiach, nawet nie z własnej inicjatywy” – mówi profesor Wolfgang Rindler, który nadal wykłada fizykę na Uniwersytecie Teksasu w Dallas. - W tamtym czasie teoria Wszechświata, znana jako kosmologia stanu ustalonego, była w wielkiej modzie. Mój przełożony wdał się w ostry spór z autorami tej teorii i poprosił mnie o zrozumienie istoty sporu. Nie porzuciłem proponowanego zadania, w wyniku czego pojawiła się moja praca nad horyzontami kosmologicznymi.
Według profesora Rindlera Istnieje bardzo jasna interpretacja obu horyzontów naszego świata:„Horyzont zdarzeń jest utworzony przez front światła, który ostatecznie zbiegnie się w stronę naszej Galaktyki, gdy wiek Wszechświata wzrośnie do nieskończoności. Natomiast horyzont cząstek odpowiada czołu światła wyemitowanego w momencie Wielkiego Wybuchu. Mówiąc obrazowo, horyzont zdarzeń wyznacza ostatni z frontów świetlnych docierających do naszej Galaktyki, a horyzont cząstek jest pierwszym. Z tej definicji wynika, że
Horyzont cząstek określa maksymalną odległość, z której w naszej obecnej epoce możemy obserwować to, co wydarzyło się w przeszłości. Horyzont zdarzeń natomiast rejestruje maksymalną odległość, z której można uzyskać informacje o nieskończenie odległej przyszłości.
To naprawdę dwa różne horyzonty niezbędne do pełnego opisania ewolucji wszechświata.”