เรามองเห็นจักรวาลได้หรือไม่?

ในช่วงรุ่งอรุณของจักรวาลวิทยา ซึ่งเป็นวิทยาศาสตร์ที่ศึกษาจักรวาล เป็นที่ยอมรับกันโดยทั่วไปว่านักวิทยาศาสตร์มักจะทำผิดพลาดเล็กๆ น้อยๆ แต่ก็ไม่เคยมีข้อสงสัยใหญ่หลวงเลย ในยุคของเรา ข้อผิดพลาดในการคำนวณลดลงเหลือน้อยที่สุด แต่ข้อสงสัยก็เพิ่มขึ้นตามขนาดของวัตถุที่กำลังศึกษา เป็นเวลาหลายทศวรรษแล้วที่นักจักรวาลวิทยาสร้างกล้องโทรทรรศน์ใหม่ ประดิษฐ์เครื่องตรวจจับอันชาญฉลาด โดยใช้ซูเปอร์คอมพิวเตอร์ และด้วยเหตุนี้ พวกเขาจึงพูดได้อย่างมั่นใจว่าจักรวาลถือกำเนิดเมื่อ 13,820 ล้านปีก่อนจากฟองสบู่เล็ก ๆ ในอวกาศ ซึ่งมีขนาดเทียบได้กับอะตอม นับเป็นครั้งแรกที่นักวิทยาศาสตร์ได้สร้างแผนที่พื้นหลังไมโครเวฟคอสมิก ซึ่งเป็นการแผ่รังสีที่เกิดขึ้นหลังบิ๊กแบง 380,000 ปี ด้วยความแม่นยำ 1 ใน 10 ของเปอร์เซ็นต์

ยังไม่ทราบว่าสสารมืดคืออะไร พลังงานมืดถือเป็นปริศนาที่ยิ่งใหญ่กว่า

นักจักรวาลวิทยายังได้สรุปว่าดวงดาวและกาแล็กซีที่เรามองเห็นนั้นประกอบขึ้นเพียง 5% ขององค์ประกอบของจักรวาลที่สังเกตได้ ส่วนใหญ่มาจากสสารมืดที่มองไม่เห็น (27%) และพลังงานมืด (68%) ตามที่นักวิทยาศาสตร์กล่าวไว้ สสารมืดก่อตัวเป็นโครงสร้างของจักรวาล โดยเชื่อมโยงกลุ่มของสสารที่กระจัดกระจายตามมุมต่างๆ เข้าด้วยกัน แม้ว่าจะยังไม่ทราบว่าสสารมืดนี้คืออะไรก็ตาม พลังงานมืดถือเป็นปริศนาที่ยิ่งใหญ่กว่าปกติ คำนี้มักใช้เพื่อแสดงถึงพลังที่ไม่รู้จักซึ่งรับผิดชอบต่อการขยายตัวของจักรวาลที่เร่งความเร็วขึ้นเรื่อยๆ คำใบ้แรกของการมีอยู่ของสสารมืดที่แพร่หลายมาจากการวิจัยของนักดาราศาสตร์ชาวสวิส Fritz Zwicky ในช่วงทศวรรษที่ 1930 ที่หอดูดาว Mount Wilson ทางตอนใต้ของรัฐแคลิฟอร์เนีย Zwicky วัดความเร็วของกาแลคซีในกระจุกดาวโคมาซึ่งโคจรรอบใจกลางกระจุกดาว เขาสรุปได้ว่ากาแล็กซีน่าจะกระจัดกระจายไปในอวกาศมานานแล้ว หากไม่ถูกยับยั้งด้วยสสารที่มองไม่เห็นด้วยตามนุษย์ กระจุกโคม่าดำรงอยู่เป็นเอนทิตีเดียวมาเป็นเวลาหลายพันล้านปี ซึ่งซวิคกี้สรุปว่า “สสารมืดที่ไม่รู้จักเติมเต็มจักรวาลด้วยความหนาแน่นมากกว่ามวลที่มองเห็นได้หลายเท่า” การวิจัยเพิ่มเติมแสดงให้เห็นว่าสนามโน้มถ่วงของสสารมืดมีบทบาทสำคัญในการก่อตัวของกาแลคซีในระยะแรกของการดำรงอยู่ของจักรวาล - มันเป็นพลังแห่งแรงโน้มถ่วงที่รวบรวมเมฆ "วัสดุก่อสร้าง" ซึ่งมีความสำคัญต่อการกำเนิด ของดาวดวงแรก สสารมืดไม่ได้เป็นเพียงสสารแบริออนธรรมดา (ประกอบด้วยโปรตอนและนิวตรอน) ที่ปลอมตัวอยู่ แต่มีน้อยเกินไปในอวกาศ แน่นอนว่ามีเทห์ฟากฟ้าจำนวนมากที่ไม่ปล่อยสิ่งใดออกมา เช่น หลุมดำ ดาวแคระสลัว การสะสมเย็นของก๊าซและดาวเคราะห์กำพร้า ด้วยเหตุผลบางประการที่ถูกผลักออกนอกระบบดาวพื้นเมืองของพวกมัน อย่างไรก็ตาม มวลรวมของพวกมันไม่สามารถเกินกว่าห้าเท่าของมวลของสสารที่มองเห็นได้ทั่วไป สิ่งนี้ทำให้นักวิทยาศาสตร์มีเหตุผลที่จะเชื่อว่าสสารมืดประกอบด้วยอนุภาคแปลกปลอมบางส่วนที่ยังไม่ได้ถูกสังเกตในการทดลอง นักวิทยาศาสตร์ที่เกี่ยวข้องกับการสร้างทฤษฎีควอนตัมสมมาตรยิ่งยวดได้เสนอแนะการมีอยู่ของอนุภาคต่างๆ ที่อาจเหมาะสมกับบทบาทของสสารมืดที่เป็นที่ปรารถนา การยืนยันว่าสสารมืดอ่อนมีปฏิสัมพันธ์ไม่เพียงแต่กับสสารแบริออนเท่านั้น แต่ยังรวมถึงตัวมันเองด้วย นักจักรวาลวิทยาค้นพบสามพันล้านปีแสงจากโลกในกระจุกกระสุน ซึ่งจริงๆ แล้วคือกระจุกกาแลคซีสองกระจุกที่ชนกัน นักดาราศาสตร์ได้ระบุเมฆก๊าซร้อนขนาดใหญ่ที่ใจกลางกระจุกดาว ซึ่งมักก่อตัวขึ้นเมื่อเมฆของสสารแบริโอนิกชนกัน เพื่อศึกษาเพิ่มเติม นักวิจัยได้สร้างแผนที่สนามโน้มถ่วงของกระจุกกระสุนและระบุบริเวณที่มีความเข้มข้นของมวลสูงสองแห่งซึ่งอยู่ห่างจากเขตการชนกัน โดยหนึ่งแห่งอยู่ในกระจุกกาแลคซีแต่ละแห่งที่ชนกัน การสังเกตพบว่า: ต่างจากสสารแบริออนซึ่งทำปฏิกิริยารุนแรงในช่วงเวลาที่มีการสัมผัสโดยตรง สสารมืดที่หนักกว่าของพวกมันจะเคลื่อนผ่านฉากภัยพิบัติอย่างสงบโดยไม่เกิดปฏิกิริยาใดๆ กับความวุ่นวายที่ครอบงำอยู่ในพื้นที่ เครื่องตรวจจับที่นักวิทยาศาสตร์กำลังสร้างเพื่อค้นหาสสารมืดมีความสง่างามอย่างเหลือเชื่อจากมุมมองทางวิศวกรรม - ที่นี่ค่อนข้างชวนให้นึกถึงไข่ Faberge ซึ่งเพียงแค่มองเห็นเท่านั้น แม้แต่ช่างทำอัญมณีระดับปรมาจารย์ก็แทบแทบจะหยุดหายใจ เครื่องตรวจจับชนิดหนึ่งคือ Magnetic Alpha Spectrometer มูลค่า 2 พันล้านดอลลาร์บนสถานีอวกาศนานาชาติ รวบรวมข้อมูลเกี่ยวกับการชนกันของอนุภาคสสารมืดที่อาจเกิดขึ้นระหว่างกัน เครื่องตรวจจับส่วนใหญ่มุ่งเป้าไปที่การค้นหาร่องรอยปฏิสัมพันธ์ระหว่างอนุภาคของสสารมืดและแบริออน และพยายามตรวจจับพวกมันว่าถูกสร้างขึ้นบนโลกหรือใต้ดิน: เพื่อลดสัญญาณรบกวนที่เกิดจากอนุภาครังสีคอสมิกพลังงานสูงที่มาจากนอกโลก คอมเพล็กซ์การวิจัยจะต้องถูกวางลึกลงไปในพื้นผิวโลก เครื่องตรวจจับเป็นอาร์เรย์ของคริสตัลที่เย็นลงจนถึงอุณหภูมิต่ำมาก อื่นๆ ดูเหมือนภาชนะขนาดใหญ่ที่เต็มไปด้วยซีนอนเหลวหรืออาร์กอน ล้อมรอบด้วยเซ็นเซอร์และบรรจุใน "หัวหอม" หลายชั้น - กระดาษห่อที่ทำจากวัสดุป้องกันหลากหลาย (จาก เอทิลีนเป็นตะกั่วและทองแดง) ข้อเท็จจริงที่น่าสนใจ: ตะกั่วที่เพิ่งถลุงมีกัมมันตภาพรังสีเพียงเล็กน้อย ซึ่งเป็นที่ยอมรับไม่ได้เมื่อสร้างเครื่องตรวจจับที่มีความไวสูง การทดลองใช้บัลลาสต์ตะกั่วที่ละลายแล้วซึ่งกู้มาจากเรือที่จมย้อนหลังไปถึงจักรวรรดิโรมัน ตลอดสองพันปีที่โลหะวางอยู่ใต้ทะเล กัมมันตภาพรังสีของมันลดลงอย่างเห็นได้ชัด คุณรู้สึกว่าสสารมืดเต็มไปด้วยคำถามหรือไม่? เรื่องไร้สาระบริสุทธิ์เมื่อเทียบกับความคิดของเราเกี่ยวกับพลังงานมืดลึกลับ! ผู้ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ในปี 1979 Steven Weinberg พิจารณาว่านี่เป็น "ปัญหาหลักของฟิสิกส์สมัยใหม่" นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ ไมเคิล เทิร์นเนอร์ บัญญัติศัพท์คำว่า "พลังงานมืด" หลังจากที่นักดาราศาสตร์สองทีมประกาศในปี 1998 ว่าค้นพบการขยายตัวอย่างรวดเร็วของจักรวาล พวกเขาได้ข้อสรุปนี้โดยการศึกษาซูเปอร์โนวาประเภท Ia ซึ่งมีความสว่างสูงสุดเท่ากัน ทำให้มีประโยชน์ในการวัดระยะทางไปยังกาแลคซีไกลโพ้น ปฏิกิริยาแรงโน้มถ่วงระหว่างกาแลคซีในกระจุกดาวควรจำกัดการขยายตัวของเอกภพ และนักดาราศาสตร์คาดว่าจะเห็นอัตราการเปลี่ยนแปลงระยะทางระหว่างกระจุกดาวช้าลง ลองนึกภาพความประหลาดใจของพวกเขาเมื่อพวกเขาพบว่าสิ่งที่ตรงกันข้ามนั้นเป็นจริง นั่นคือ จักรวาลกำลังขยายตัว และอัตราการขยายตัวก็เพิ่มขึ้นเมื่อเวลาผ่านไป และกระบวนการนี้ตามที่นักวิทยาศาสตร์แนะนำ เริ่มต้นเมื่อห้าถึงหกพันล้านปีก่อน ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา นักดาราศาสตร์ยุ่งอยู่กับการทำแผนที่จักรวาลอย่างระมัดระวังด้วยความแม่นยำอย่างที่ไม่เคยมีมาก่อน สิ่งนี้จะช่วยให้ข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับช่วงเวลาที่แม่นยำของพลังงานมืดและพิจารณาว่าพลังงานนั้นคงที่หรือเปลี่ยนแปลงตามเวลาหรือไม่ แต่ความสามารถของกล้องโทรทรรศน์และเครื่องตรวจจับดิจิทัลนั้นไม่ได้จำกัด ซึ่งหมายความว่าเพื่อให้ได้ทฤษฎีจักรวาลวิทยาที่แม่นยำยิ่งขึ้น จำเป็นต้องพัฒนาและสร้างเครื่องมือใหม่ ซึ่งเป็นหลักการที่ยังคงไม่เปลี่ยนแปลงนับตั้งแต่การกำเนิดของดาราศาสตร์ ในการสร้างแผนที่ดังกล่าว ได้มีการเปิดตัวโครงการหลายโครงการ เช่น Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (BOSS) ซึ่งวัดระยะทางในอวกาศด้วยความสูงพิเศษ (มากถึงหนึ่งเปอร์เซ็นต์) โดยใช้กล้องโทรทรรศน์ขนาด 2.5 เมตรที่ American Apache จุดสังเกตการณ์ ) ความแม่นยำ โครงการสำรวจพลังงานมืด (DES) รวบรวมและศึกษาข้อมูลเกี่ยวกับกาแลคซี 300 ล้าน (!) การสังเกตการณ์ดำเนินการบนกล้องโทรทรรศน์ Victor Blanco ขนาด 4 เมตรซึ่งตั้งอยู่ในเทือกเขาแอนดีสของชิลี องค์การอวกาศยุโรป ESA วางแผนที่จะเปิดตัวกล้องโทรทรรศน์วงโคจรยุคลิดในปี 2563 ซึ่งจะช่วยให้เรามองย้อนกลับไปในอดีตและเข้าใจว่าพลวัตของการขยายตัวของจักรวาลเปลี่ยนแปลงไปอย่างไรในช่วงหลายพันล้านปี และด้วยการเปิดตัวกล้องโทรทรรศน์สำรวจสรุปขนาดใหญ่ (LSST) ซึ่งอยู่ห่างจากกล้องโทรทรรศน์บลังโกเพียงไม่กี่กิโลเมตร นักจักรวาลวิทยาจะมีข้อมูลเฉพาะจำนวนมหาศาล มีขนาดค่อนข้างเล็ก (เส้นผ่านศูนย์กลางกระจก - 8.4 เมตร) แต่ถ่ายภาพได้ค่อนข้างเร็ว LSST จะติดตั้งกล้องดิจิตอลล้ำสมัย 3.2 กิกะพิกเซล จึงสามารถครอบคลุมท้องฟ้าส่วนใหญ่ได้ในคราวเดียว ด้วยความช่วยเหลือของคลังแสงเครื่องมือที่มีความซับซ้อนทางเทคนิค นักวิทยาศาสตร์หวังว่าจะวัดอัตราการขยายตัวของจักรวาล ค้นหาว่ามันเปลี่ยนแปลงไปหรือไม่นับตั้งแต่การเกิดขึ้นของพลังงานมืด และทำความเข้าใจว่าสถานที่หลังคืออะไรในโครงสร้างของจักรวาล . สิ่งนี้จะทำให้เราสามารถสรุปได้ว่าจักรวาลกำลังรออะไรอยู่ในอนาคตและเราจะศึกษามันต่อไปได้อย่างไร ถ้ามันขยายตัวในอัตราที่เพิ่มมากขึ้นเรื่อยๆ โดยถูกครอบงำด้วยพลังงานมืด กาแลคซีส่วนใหญ่จะถูกโยนออกจากขอบเขตการมองเห็นของกันและกัน ส่งผลให้นักดาราศาสตร์ในอนาคตไม่มีอะไรให้สังเกตนอกจากเพื่อนบ้านที่อยู่ใกล้ๆ และห้วงอวกาศที่กำลังหาว เพื่อเข้าใจธรรมชาติของพลังงานมืด เราจะต้องคิดใหม่เกี่ยวกับแนวคิดพื้นฐานเกี่ยวกับอวกาศนั่นเอง เป็นเวลานานแล้วที่ช่องว่างระหว่างดวงดาวและดาวเคราะห์ถือว่าว่างเปล่าโดยสิ้นเชิง แม้ว่าไอแซก นิวตันจะบอกว่าเป็นเรื่องยากมากสำหรับเขาที่จะจินตนาการว่าแรงโน้มถ่วงจะยึดโลกไว้ในวงโคจรรอบดวงอาทิตย์ได้อย่างไร หากไม่มีสิ่งใดอยู่ระหว่างทั้งสองนอกจากสุญญากาศ ในศตวรรษที่ 20 ทฤษฎีสนามควอนตัมแสดงให้เห็นว่า ที่จริงแล้วอวกาศไม่ได้ว่างเปล่า แต่ในทางกลับกัน กลับถูกสนามควอนตัมแทรกซึมไปทุกที่ “ส่วนประกอบ” พื้นฐานที่ประกอบเป็นสสาร เช่น โปรตอน อิเล็กตรอน และอนุภาคอื่นๆ โดยพื้นฐานแล้วเป็นเพียงการรบกวนของสนามควอนตัม เมื่อพลังงานสนามอยู่ที่ระดับต่ำสุด พื้นที่ว่างจะปรากฏขึ้น แต่หากสนามถูกรบกวน ทุกสิ่งรอบตัวก็จะมีชีวิตขึ้นมา เต็มไปด้วยสสารและพลังงานที่มองเห็นได้ ลูเซียโน บอย นักคณิตศาสตร์เปรียบเทียบพื้นที่กับผิวน้ำในสระน้ำบนเทือกเขาแอลป์ โดยจะสังเกตเห็นได้ชัดเจนเมื่อมีสายลมเบาๆ พัดเข้ามา ทำให้เกิดระลอกคลื่นที่สั่นสะเทือนปกคลุมสระน้ำ “พื้นที่ว่างไม่ว่างเปล่าจริงๆ” จอห์น อาร์ชิบัลด์ วีลเลอร์ นักฟิสิกส์ชาวอเมริกันกล่าว “มันมีฟิสิกส์จริง เต็มไปด้วยความประหลาดใจและความประหลาดใจ” พลังงานมืดอาจยืนยันพลังคำทำนายอันลึกซึ้งของคำพูดของวีลเลอร์ได้ ในความพยายามที่จะเข้าใจกลไกที่รับผิดชอบต่อการพองตัวของเอกภพอย่างต่อเนื่อง ซึ่งตามที่ปรากฏว่ายังคงเร่งความเร็วอยู่นั้น นักวิทยาศาสตร์อาศัยทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปที่มีอายุร่วมศตวรรษของไอน์สไตน์ มันใช้งานได้ดีกับวัตถุขนาดใหญ่ แต่จะสะดุดในระดับจุลภาค โดยที่ทฤษฎีควอนตัมควบคุมการเกาะอยู่ และจุดที่วิธีแก้ปัญหาของการขยายตัวของอวกาศรอบนอกที่เร่งความเร็วขึ้นเรื่อยๆ อยู่ เพื่ออธิบายพลังงานมืด เราอาจต้องการบางสิ่งที่เป็นพื้นฐานใหม่ เช่น ทฤษฎีควอนตัมเกี่ยวกับอวกาศและแรงโน้มถ่วง วิทยาศาสตร์สมัยใหม่กำลังดิ้นรนกับปัญหาที่ดูเหมือนง่าย: พลังงาน - มืดหรืออย่างอื่น - มีอยู่มากแค่ไหนในพื้นที่จำกัดของอวกาศ หากใครอาศัยทฤษฎีควอนตัมในการคำนวณ ผลลัพธ์ที่ได้ก็จะมีมูลค่ามหาศาลอย่างเหลือเชื่อ และถ้านักดาราศาสตร์มีส่วนร่วมในปัญหานี้ การประมาณค่าของพวกเขาซึ่งอิงจากการสังเกตพลังงานมืดจะกลายเป็นค่าที่น้อยอย่างไม่สมส่วน ความแตกต่างระหว่างตัวเลขทั้งสองนั้นน่าทึ่งมาก: 10 ยกกำลัง 121! นี่คือหนึ่งตามด้วยศูนย์ 121 ตัว ซึ่งมากกว่าจำนวนดวงดาวในจักรวาลที่สังเกตได้และเม็ดทรายทั้งหมดบนโลกของเรา นี่คือความไม่สมดุลที่สำคัญที่สุดในประวัติศาสตร์วิทยาศาสตร์ ซึ่งเกิดจากความไม่สอดคล้องกันของทฤษฎีและการสังเกตจริง แน่นอนว่า เรากำลังขาดคุณสมบัติที่สำคัญพื้นฐานของอวกาศ และทุกสิ่งที่ล้อมรอบเราและเป็นส่วนหนึ่งของมัน เช่น กาแล็กซี ดวงดาว ดาวเคราะห์ และตัวเราเอง นักวิทยาศาสตร์ยังไม่ทราบว่าช่องว่างในความรู้ของเราใหญ่แค่ไหน

อะไรอยู่นอกเหนือจักรวาล? ปัญหานี้ซับซ้อนเกินไปสำหรับความเข้าใจของมนุษย์ นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่าก่อนอื่นจำเป็นต้องกำหนดขอบเขตของมันและนี่ก็ไม่ง่ายเลย

คำตอบที่ยอมรับโดยทั่วไปจะพิจารณาเฉพาะจักรวาลที่สังเกตได้เท่านั้น ตามความเห็นของเขา มิติต่างๆ ถูกกำหนดโดยความเร็วแสง เนื่องจากเป็นไปได้ที่จะเห็นเฉพาะแสงที่ปล่อยออกมาหรือสะท้อนจากวัตถุในอวกาศเท่านั้น เป็นไปไม่ได้ที่จะมองไปไกลกว่าแสงที่อยู่ไกลที่สุดซึ่งเดินทางผ่านการดำรงอยู่ของจักรวาล

อวกาศยังคงขยายตัวต่อไป แต่ก็ยังมีขอบเขตจำกัด ขนาดของมันบางครั้งเรียกว่าปริมาตรหรือทรงกลมของฮับเบิล มนุษย์ในจักรวาลคงไม่มีทางรู้ได้ว่าอะไรอยู่นอกเหนือขอบเขตของมัน ดังนั้นสำหรับการสำรวจทั้งหมด นี่เป็นพื้นที่เดียวที่จะต้องมีปฏิสัมพันธ์ด้วย อย่างน้อยก็ในอนาคตอันใกล้นี้

ความยิ่งใหญ่

ทุกคนรู้ดีว่าจักรวาลนั้นใหญ่ มันขยายออกไปกี่ล้านปีแสง?

นักดาราศาสตร์กำลังศึกษารังสีไมโครเวฟพื้นหลังของจักรวาลอย่างระมัดระวัง ซึ่งเป็นแสงระเรื่อของบิ๊กแบง พวกเขามองหาความเชื่อมโยงระหว่างสิ่งที่เกิดขึ้นบนฟากฟ้าด้านหนึ่งกับสิ่งที่เกิดขึ้นที่อีกด้านหนึ่ง และจนถึงขณะนี้ยังไม่มีหลักฐานว่ามีอะไรเหมือนกัน ซึ่งหมายความว่าเป็นเวลา 13.8 พันล้านปีในทิศทางใดก็ตามที่เอกภพจะไม่ซ้ำรอยเดิม นี่คือระยะเวลาที่แสงต้องไปถึงอย่างน้อยที่สุดถึงขอบที่มองเห็นได้ของพื้นที่นี้

เรายังคงกังวลกับคำถามที่ว่ามีอะไรอยู่นอกเหนือเอกภพที่สังเกตได้ นักดาราศาสตร์ยอมรับว่าอวกาศนั้นไม่มีที่สิ้นสุด “สสาร” ในนั้น (พลังงาน กาแล็กซี ฯลฯ) มีการกระจายในลักษณะเดียวกับในจักรวาลที่สังเกตได้ทุกประการ หากเป็นกรณีนี้จริง ๆ ความผิดปกติต่าง ๆ ของสิ่งที่อยู่บนขอบก็จะปรากฏขึ้น

นอกปริมาตรฮับเบิลไม่ได้มีเพียงดาวเคราะห์ที่แตกต่างกันออกไปเท่านั้น ที่นั่นคุณจะพบทุกสิ่งที่อาจมีอยู่ได้ หากคุณไปไกลพอ คุณอาจพบระบบสุริยจักรวาลอื่นที่มีโลกเหมือนกันทุกประการ ยกเว้นว่าคุณทานโจ๊กแทนไข่คนเป็นอาหารเช้า หรือไม่มีอาหารเช้าเลย หรือสมมติว่าคุณตื่นแต่เช้าและปล้นธนาคาร

ในความเป็นจริง นักจักรวาลวิทยาเชื่อว่าถ้าคุณไปไกลพอ คุณจะพบทรงกลมฮับเบิลอีกอันที่เหมือนกับทรงกลมของเราโดยสิ้นเชิง นักวิทยาศาสตร์ส่วนใหญ่เชื่อว่าจักรวาลที่เรารู้จักนั้นมีขอบเขต สิ่งที่อยู่นอกเหนือพวกเขายังคงเป็นปริศนาที่ยิ่งใหญ่ที่สุด

หลักการจักรวาลวิทยา

แนวคิดนี้หมายความว่าไม่ว่าตำแหน่งและทิศทางของผู้สังเกตการณ์จะเป็นอย่างไร ทุกคนก็เห็นภาพจักรวาลเดียวกัน แน่นอนว่าสิ่งนี้ใช้ไม่ได้กับการศึกษาขนาดเล็ก ความสม่ำเสมอของอวกาศนี้เกิดจากความเท่าเทียมกันของคะแนนทั้งหมด ปรากฏการณ์นี้สามารถตรวจพบได้ในระดับกระจุกกาแลคซีเท่านั้น

สิ่งที่คล้ายกับแนวคิดนี้ถูกเสนอครั้งแรกโดยเซอร์ไอแซก นิวตันในปี ค.ศ. 1687 และต่อมาในศตวรรษที่ 20 สิ่งนี้ได้รับการยืนยันจากการสังเกตของนักวิทยาศาสตร์คนอื่นๆ ตามหลักเหตุผลแล้ว หากทุกสิ่งทุกอย่างเกิดขึ้นจากจุดหนึ่งในบิกแบงแล้วขยายออกสู่จักรวาล ทุกอย่างก็จะยังคงเป็นเนื้อเดียวกัน

ระยะทางที่เราสามารถสังเกตหลักการทางจักรวาลวิทยาเพื่อค้นหาการกระจายตัวของสสารที่สม่ำเสมอที่ชัดเจนนี้อยู่ห่างจากโลกประมาณ 300 ล้านปีแสง

อย่างไรก็ตาม ทุกอย่างเปลี่ยนไปในปี 1973 จากนั้นมีการค้นพบความผิดปกติที่ละเมิดหลักการทางจักรวาลวิทยา

นักดึงดูดผู้ยิ่งใหญ่

มวลขนาดใหญ่ถูกค้นพบที่ระยะ 250 ล้านปีแสง ใกล้กับกลุ่มดาวไฮดร้าและเซนทอร์ น้ำหนักของมันมากจนสามารถเทียบได้กับมวลนับหมื่นของทางช้างเผือก ความผิดปกตินี้ถือเป็นกระจุกกาแลคซี

วัตถุนี้เรียกว่าผู้ดึงดูดผู้ยิ่งใหญ่ แรงโน้มถ่วงของมันรุนแรงมากจนส่งผลต่อกาแลคซีอื่นๆ และกระจุกดาราจักรของมันเป็นเวลาหลายร้อยปีแสง มันยังคงเป็นหนึ่งในความลึกลับที่ใหญ่ที่สุดในอวกาศมายาวนาน

ในปี 1990 พบว่าการเคลื่อนที่ของกระจุกกาแลคซีขนาดมหึมาที่เรียกว่า Great Attractor นั้นมีแนวโน้มที่จะไปยังพื้นที่อื่น - เลยขอบจักรวาล จนถึงตอนนี้ กระบวนการนี้สามารถสังเกตได้ แม้ว่าความผิดปกตินั้นจะอยู่ใน "โซนการหลีกเลี่ยง"

พลังงานมืด

ตามกฎของฮับเบิล กาแลคซีทั้งหมดควรเคลื่อนที่ออกจากกันเท่าๆ กัน โดยคงหลักการทางจักรวาลวิทยาไว้ อย่างไรก็ตาม ในปี พ.ศ. 2551 มีการค้นพบครั้งใหม่เกิดขึ้น

โพรบแอนไอโซโทรปีไมโครเวฟวิลคินสัน (WMAP) ตรวจพบกระจุกดาวกลุ่มใหญ่ที่เคลื่อนที่ไปในทิศทางเดียวกันด้วยความเร็วสูงสุด 600 ไมล์ต่อวินาที พวกเขาทั้งหมดมุ่งหน้าไปยังพื้นที่เล็กๆ บนท้องฟ้าระหว่างกลุ่มดาวเซ็นทอรัสและเวลัส

ไม่มีเหตุผลที่ชัดเจนสำหรับเรื่องนี้ และเนื่องจากมันเป็นปรากฏการณ์ที่ไม่สามารถอธิบายได้ จึงถูกเรียกว่า "พลังงานมืด" มันเกิดจากบางสิ่งนอกจักรวาลที่สังเกตได้ ปัจจุบันมีเพียงการคาดเดาเกี่ยวกับธรรมชาติของมันเท่านั้น

หากกระจุกกาแลคซีถูกดึงเข้าหาหลุมดำขนาดมหึมา การเคลื่อนที่ของพวกมันก็ควรจะเร่งความเร็วขึ้น พลังงานมืดบ่งบอกถึงความเร็วคงที่ของวัตถุในจักรวาลในช่วงหลายพันล้านปีแสง

สาเหตุหนึ่งที่เป็นไปได้สำหรับกระบวนการนี้คือโครงสร้างขนาดใหญ่ที่อยู่นอกจักรวาล พวกมันมีอิทธิพลโน้มถ่วงอย่างมาก ไม่มีโครงสร้างขนาดยักษ์ภายในเอกภพที่สังเกตได้ซึ่งมีน้ำหนักแรงโน้มถ่วงเพียงพอที่จะทำให้เกิดปรากฏการณ์นี้ แต่นี่ไม่ได้หมายความว่าพวกมันไม่สามารถดำรงอยู่ได้นอกภูมิภาคที่สังเกตได้

นี่หมายความว่าโครงสร้างของจักรวาลไม่เป็นเนื้อเดียวกัน สำหรับโครงสร้างนั้น พวกมันสามารถเป็นอะไรก็ได้อย่างแท้จริง ตั้งแต่มวลรวมของสสารไปจนถึงพลังงานในระดับที่แทบจะจินตนาการไม่ออก เป็นไปได้ด้วยซ้ำว่าสิ่งเหล่านี้กำลังนำทางแรงโน้มถ่วงจากจักรวาลอื่น

ฟองอากาศที่ไม่มีที่สิ้นสุด

การพูดถึงบางสิ่งนอกทรงกลมฮับเบิลนั้นไม่ถูกต้องทั้งหมด เนื่องจากมันยังคงมีโครงสร้างที่เหมือนกันกับเมตากาแล็กซี “สิ่งไม่รู้” มีกฎทางกายภาพของจักรวาลและค่าคงที่เหมือนกัน มีเวอร์ชันหนึ่งที่บิ๊กแบงทำให้เกิดฟองอากาศในโครงสร้างของอวกาศ

ทันทีหลังจากนั้น ก่อนที่การพองตัวของเอกภพจะเริ่มขึ้น "โฟมคอสมิก" ชนิดหนึ่งก็เกิดขึ้น โดยมีอยู่เป็นกลุ่มของ "ฟองสบู่" วัตถุชิ้นหนึ่งของสสารนี้ขยายตัวอย่างกะทันหัน จนในที่สุดก็กลายเป็นที่รู้จักในจักรวาลจนทุกวันนี้

แต่ฟองสบู่อีกอันเกิดจากอะไร? Alexander Kashlinsky หัวหน้าทีม NASA องค์กรที่ค้นพบ "พลังงานมืด" กล่าวว่า "ถ้าคุณเคลื่อนตัวออกไปไกลพอ คุณจะมองเห็นโครงสร้างที่อยู่นอกฟองสบู่ นอกจักรวาล" โครงสร้างเหล่านี้จะต้องสร้างความเคลื่อนไหว”

ดังนั้น "พลังงานมืด" จึงถูกมองว่าเป็นหลักฐานแรกของการมีอยู่ของจักรวาลอื่น หรือแม้แต่ "ลิขสิทธิ์"

แต่ละฟองคือพื้นที่ที่หยุดยืดออกไปพร้อมกับพื้นที่ที่เหลือ เธอก่อตั้งจักรวาลของเธอเองด้วยกฎพิเศษของเธอเอง

ในสถานการณ์นี้ พื้นที่ไม่มีที่สิ้นสุด และแต่ละฟองก็ไม่มีขอบเขตเช่นกัน แม้ว่าจะเป็นไปได้ที่จะทำลายขอบเขตของหนึ่งในนั้น แต่ช่องว่างระหว่างพวกเขายังคงขยายออก เมื่อเวลาผ่านไป จะไม่สามารถไปถึงฟองสบู่ถัดไปได้ ปรากฏการณ์นี้ยังคงเป็นหนึ่งในความลึกลับที่ยิ่งใหญ่ที่สุดของจักรวาล

หลุมดำ

ทฤษฎีที่เสนอโดยนักฟิสิกส์ ลี สโมลิน เสนอว่าวัตถุจักรวาลแต่ละชิ้นที่คล้ายกันในโครงสร้างของเมตากาแลกซีทำให้เกิดการก่อตัววัตถุใหม่ เราแค่ต้องจินตนาการว่ามีหลุมดำจำนวนเท่าใดในจักรวาล แต่ละคนมีกฎทางกายภาพที่แตกต่างจากรุ่นก่อน สมมติฐานที่คล้ายกันนี้ได้รับการสรุปครั้งแรกในปี 1992 ในหนังสือ "Life of the Cosmos"

ดาวฤกษ์ทั่วโลกที่ตกลงไปในหลุมดำถูกบีบอัดจนมีความหนาแน่นสูงมาก ภายใต้เงื่อนไขดังกล่าว พื้นที่นี้จะระเบิดและขยายไปสู่จักรวาลใหม่ของตัวเองซึ่งแตกต่างไปจากเดิม จุดที่เวลาหยุดลงในหลุมดำคือจุดเริ่มต้นของบิ๊กแบงของเมทากาแล็กซีใหม่

สภาวะสุดขั้วภายในหลุมดำที่ถล่มทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงเล็กๆ น้อยๆ แบบสุ่มในแรงทางกายภาพและพารามิเตอร์ในจักรวาลลูกสาว แต่ละคนมีลักษณะและตัวชี้วัดที่แตกต่างจากผู้ปกครอง

การมีอยู่ของดวงดาวเป็นเงื่อนไขเบื้องต้นสำหรับการก่อตัวของสิ่งมีชีวิต นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่าคาร์บอนและโมเลกุลที่ซับซ้อนอื่น ๆ ที่รองรับชีวิตถูกสร้างขึ้นในตัวพวกมัน ดังนั้นการกำเนิดสิ่งมีชีวิตและจักรวาลจึงต้องมีเงื่อนไขเดียวกัน

การวิพากษ์วิจารณ์การคัดเลือกโดยธรรมชาติของจักรวาลในฐานะสมมติฐานทางวิทยาศาสตร์คือการขาดหลักฐานโดยตรงในขั้นตอนนี้ แต่ควรระลึกไว้ว่าจากมุมมองของความเชื่อมันไม่เลวร้ายไปกว่าทางเลือกทางวิทยาศาสตร์ที่เสนอ ไม่มีหลักฐานว่ามีอะไรอยู่นอกจักรวาล ไม่ว่าจะเป็นลิขสิทธิ์ ทฤษฎีสตริง หรือปริภูมิวัฏจักร

จักรวาลคู่ขนานมากมาย

แนวคิดนี้ดูเหมือนจะเป็นสิ่งที่มีความเกี่ยวข้องเพียงเล็กน้อยกับฟิสิกส์เชิงทฤษฎีสมัยใหม่ แต่ความคิดเรื่องการมีอยู่ของ Multiverse ได้รับการพิจารณาว่ามีความเป็นไปได้ทางวิทยาศาสตร์มานานแล้ว แม้ว่าจะยังคงทำให้เกิดการถกเถียงอย่างแข็งขันและการอภิปรายเชิงทำลายล้างในหมู่นักฟิสิกส์ก็ตาม ตัวเลือกนี้ทำลายแนวคิดว่ามีจักรวาลจำนวนเท่าใดในอวกาศโดยสิ้นเชิง

สิ่งสำคัญคือต้องจำไว้ว่าลิขสิทธิ์ไม่ใช่ทฤษฎี แต่เป็นผลจากความเข้าใจสมัยใหม่เกี่ยวกับฟิสิกส์เชิงทฤษฎี ความแตกต่างนี้เป็นสิ่งสำคัญ ไม่มีใครโบกมือแล้วพูดว่า: "ให้มีลิขสิทธิ์!" แนวคิดนี้ได้มาจากคำสอนในปัจจุบัน เช่น กลศาสตร์ควอนตัม และทฤษฎีสตริง

ฟิสิกส์พหุภพและควอนตัม

หลายๆ คนคุ้นเคยกับการทดลองทางความคิด “แมวของชโรดิงเงอร์” สาระสำคัญอยู่ที่ข้อเท็จจริงที่ว่า Erwin Schrödinger นักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีชาวออสเตรีย ชี้ให้เห็นถึงความไม่สมบูรณ์ของกลศาสตร์ควอนตัม

นักวิทยาศาสตร์แนะนำให้จินตนาการถึงสัตว์ที่ถูกวางไว้ในกล่องปิด หากคุณเปิดมัน คุณจะพบหนึ่งในสองสถานะของแมว แต่ตราบใดที่กล่องปิดอยู่ สัตว์นั้นก็จะมีชีวิตอยู่หรือตายไป นี่เป็นการพิสูจน์ว่าไม่มีรัฐใดที่รวมชีวิตและความตายเข้าด้วยกัน

ทั้งหมดนี้ดูเหมือนเป็นไปไม่ได้เพียงเพราะการรับรู้ของมนุษย์ไม่สามารถเข้าใจได้

แต่มันก็ค่อนข้างเป็นไปได้ตามกฎแปลก ๆ ของกลศาสตร์ควอนตัม พื้นที่ของความเป็นไปได้ทั้งหมดในนั้นมีขนาดใหญ่มาก ในทางคณิตศาสตร์ สถานะเชิงกลของควอนตัมคือผลรวม (หรือการซ้อน) ของสถานะที่เป็นไปได้ทั้งหมด ในกรณีของแมวของชโรดิงเงอร์ การทดลองเป็นการซ้อนทับระหว่างตำแหน่ง "ตาย" และ "สด"

แต่จะตีความสิ่งนี้ให้มีความหมายเชิงปฏิบัติได้อย่างไร? วิธีที่ได้รับความนิยมคือการคิดถึงความเป็นไปได้ทั้งหมดนี้ในลักษณะที่สถานะ "จริงตามความเป็นจริง" ของแมวเท่านั้นที่สามารถสังเกตได้ อย่างไรก็ตาม เราสามารถเห็นพ้องต้องกันว่าความเป็นไปได้เหล่านี้เป็นจริง และทั้งหมดนี้ก็มีอยู่ในจักรวาลต่างๆ

ทฤษฎีสตริง

นี่เป็นโอกาสที่มีแนวโน้มมากที่สุดในการรวมกลศาสตร์ควอนตัมและแรงโน้มถ่วงเข้าด้วยกัน นี่เป็นเรื่องยากเพราะแรงโน้มถ่วงนั้นอธิบายไม่ได้ในเครื่องชั่งขนาดเล็กพอ ๆ กับอะตอมและอนุภาคย่อยของอะตอมที่อยู่ในกลศาสตร์ควอนตัม

แต่ทฤษฎีสตริงซึ่งบอกว่าอนุภาคพื้นฐานทั้งหมดประกอบด้วยองค์ประกอบโมโนเมอร์ อธิบายพลังแห่งธรรมชาติที่รู้จักทั้งหมดในคราวเดียว ซึ่งรวมถึงแรงโน้มถ่วง แม่เหล็กไฟฟ้า และแรงนิวเคลียร์

อย่างไรก็ตาม ทฤษฎีสตริงทางคณิตศาสตร์ต้องมีมิติทางกายภาพอย่างน้อยสิบมิติ เราสังเกตได้เพียงสี่มิติเท่านั้น คือ ความสูง ความกว้าง ความลึก และเวลา ดังนั้นมิติเพิ่มเติมจึงถูกซ่อนไว้จากเรา

เพื่อให้สามารถใช้ทฤษฎีอธิบายปรากฏการณ์ทางกายภาพได้ การศึกษาเพิ่มเติมเหล่านี้จึง "หนาแน่น" และน้อยเกินไปในขนาดเล็ก

ปัญหาหรือคุณลักษณะของทฤษฎีสตริงคือมีหลายวิธีในการกระชับ แต่ละสิ่งเหล่านี้ส่งผลให้เกิดจักรวาลที่มีกฎทางกายภาพต่างกัน เช่น มวลอิเล็กตรอนและค่าคงที่แรงโน้มถ่วงต่างกัน อย่างไรก็ตาม ยังมีข้อโต้แย้งที่ร้ายแรงต่อวิธีการอัดแน่นอีกด้วย ดังนั้นปัญหาจึงไม่ได้รับการแก้ไขอย่างสมบูรณ์

แต่คำถามที่ชัดเจนคือ เรากำลังใช้ชีวิตอยู่ในความเป็นไปได้ใดเหล่านี้ ทฤษฎีสตริงไม่ได้จัดให้มีกลไกในการพิจารณาสิ่งนี้ มันทำให้ไร้ประโยชน์เพราะไม่สามารถทดสอบอย่างละเอียดได้ แต่การสำรวจขอบจักรวาลได้เปลี่ยนข้อผิดพลาดนี้ให้กลายเป็นคุณลักษณะ

ผลที่ตามมาของบิ๊กแบง

ในช่วงโครงสร้างแรกสุดของจักรวาล มีช่วงหนึ่งของการขยายตัวแบบเร่งที่เรียกว่าอัตราเงินเฟ้อ ในตอนแรก อธิบายว่าทำไมทรงกลมฮับเบิลจึงมีอุณหภูมิเกือบเท่ากัน อย่างไรก็ตาม อัตราเงินเฟ้อยังทำนายสเปกตรัมของความผันผวนของอุณหภูมิรอบสมดุลนี้ด้วย ซึ่งต่อมาได้รับการยืนยันจากยานอวกาศหลายลำ

แม้ว่ารายละเอียดที่แท้จริงของทฤษฎีนี้ยังคงเป็นที่ถกเถียงกันอย่างถึงพริกถึงขิง แต่นักฟิสิกส์ยอมรับภาวะเงินเฟ้ออย่างกว้างขวาง อย่างไรก็ตาม ข้อพิสูจน์ของทฤษฎีนี้คือต้องมีวัตถุอื่นในจักรวาลที่ยังคงมีความเร่งอยู่ เนื่องจากความผันผวนของควอนตัมในกาลอวกาศ บางส่วนของกาลอวกาศจึงไปไม่ถึงสถานะสุดท้าย ซึ่งหมายความว่าพื้นที่จะขยายออกไปตลอดกาล

กลไกนี้สร้างจักรวาลจำนวนอนันต์ เมื่อรวมสถานการณ์นี้เข้ากับทฤษฎีสตริง มีความเป็นไปได้ที่แต่ละมิติจะมีการบีบอัดมิติเพิ่มเติมที่แตกต่างกัน ดังนั้นจึงมีกฎทางกายภาพของจักรวาลที่แตกต่างกัน

ตามหลักคำสอนของลิขสิทธิ์ ซึ่งทำนายโดยทฤษฎีสตริงและการพองตัว จักรวาลทั้งหมดอาศัยอยู่ในพื้นที่ทางกายภาพเดียวกันและสามารถตัดกันได้ พวกเขาจะต้องปะทะกันอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ ทิ้งร่องรอยไว้ในท้องฟ้าแห่งจักรวาล คุณลักษณะของพวกมันมีตั้งแต่จุดที่เย็นหรือร้อนในพื้นหลังไมโครเวฟของจักรวาลไปจนถึงช่องว่างที่ผิดปกติในการกระจายตัวของกาแลคซี

เนื่องจากการชนกับจักรวาลอื่นจะต้องเกิดขึ้นในทิศทางที่แน่นอน การรบกวนใดๆ ก็ตามคาดว่าจะรบกวนความเป็นเนื้อเดียวกัน

นักวิทยาศาสตร์บางคนมองหาพวกมันผ่านความผิดปกติในพื้นหลังไมโครเวฟของจักรวาล ซึ่งเป็นแสงระเรื่อของบิกแบง ส่วนอื่นๆ อยู่ในคลื่นความโน้มถ่วงซึ่งกระเพื่อมผ่านอวกาศ-เวลาขณะที่วัตถุขนาดใหญ่เคลื่อนผ่าน คลื่นเหล่านี้สามารถพิสูจน์การมีอยู่ของภาวะเงินเฟ้อได้โดยตรง ซึ่งท้ายที่สุดแล้วก็ได้เสริมความแข็งแกร่งให้กับทฤษฎีพหุจักรวาล

จักรวาล... ช่างเป็นคำพูดที่แย่มาก ขนาดของสิ่งที่แสดงโดยคำนี้ท้าทายความเข้าใจใดๆ สำหรับเราการขับรถ 1,000 กม. นั้นเป็นระยะทางอยู่แล้ว แต่เมื่อเปรียบเทียบกับรูปร่างขนาดมหึมาซึ่งบ่งบอกถึงขนาดที่น้อยที่สุดที่เป็นไปได้จากมุมมองของนักวิทยาศาสตร์ เส้นผ่านศูนย์กลางของจักรวาลของเรา

ตัวเลขนี้ไม่ได้เป็นเพียงขนาดมหึมาเท่านั้น แต่มันไม่จริงด้วย 93 พันล้านปีแสง! หน่วยกิโลเมตรแสดงเป็น 879,847,933,950,014,400,000,000

จักรวาลคืออะไร?

จักรวาลคืออะไร? วิธีเข้าใจความใหญ่โตนี้ด้วยใจเพราะอย่างที่ Kozma Prutkov เขียนไว้สิ่งนี้ไม่ได้มอบให้กับใครเลย ให้เราพึ่งพาทุกสิ่งที่เราคุ้นเคย สิ่งง่ายๆ ที่สามารถนำเราไปสู่ความเข้าใจที่ต้องการผ่านการเปรียบเทียบ

จักรวาลของเราทำมาจากอะไร?

เพื่อให้เข้าใจปัญหานี้ ให้ไปที่ห้องครัวตอนนี้แล้วนำฟองน้ำโฟมที่คุณใช้ล้างจาน ได้เอาไหม? ดังนั้นคุณกำลังถือแบบจำลองของจักรวาลไว้ในมือของคุณ หากคุณพิจารณาโครงสร้างของฟองน้ำให้ละเอียดยิ่งขึ้นผ่านแว่นขยาย คุณจะเห็นว่ามันประกอบด้วยรูพรุนจำนวนมาก ซึ่งไม่ได้ล้อมรอบด้วยกำแพง แต่ถูกกั้นด้วยสะพาน

จักรวาลเป็นสิ่งที่คล้ายกัน แต่มีเพียงวัสดุที่ใช้ทำสะพานเท่านั้นไม่ใช่ยางโฟม แต่... ... ไม่ใช่ดาวเคราะห์ ไม่ใช่ระบบดาว แต่เป็นกาแลคซี! กาแลคซีแต่ละแห่งประกอบด้วยดาวฤกษ์หลายแสนล้านดวงที่โคจรรอบแกนกลาง และแต่ละกาแล็กซีอาจมีขนาดได้มากถึงหลายแสนปีแสง ระยะห่างระหว่างกาแลคซีมักจะประมาณหนึ่งล้านปีแสง

การขยายตัวของจักรวาล

จักรวาลไม่เพียงแค่ใหญ่เท่านั้น แต่ยังขยายตัวอย่างต่อเนื่องอีกด้วย ข้อเท็จจริงนี้ก่อตั้งขึ้นโดยการสังเกตการเปลี่ยนแปลงสีแดง ก่อให้เกิดพื้นฐานของทฤษฎีบิ๊กแบง


ตามข้อมูลของ NASA อายุของจักรวาลนับตั้งแต่บิ๊กแบงที่เริ่มต้นนั้นอยู่ที่ประมาณ 13.7 พันล้านปี

คำว่า "จักรวาล" หมายถึงอะไร?

คำว่า "จักรวาล" มีรากศัพท์มาจากภาษาสลาโวนิกเก่า และอันที่จริงแล้วเป็นกระดาษลอกลายจากคำภาษากรีก โออิโคเมนตา (οἰκουμένη)มาจากคำกริยา οἰκέω “ฉันอาศัยอยู่ ฉันอาศัยอยู่”. ในขั้นต้นคำนี้หมายถึงส่วนที่อาศัยอยู่ทั้งหมดของโลก ในภาษาคริสตจักร ความหมายที่คล้ายกันยังคงอยู่จนถึงทุกวันนี้ ตัวอย่างเช่น พระสังฆราชแห่งคอนสแตนติโนเปิลมีคำว่า "ทั่วโลก" ในชื่อของเขา

คำนี้มาจากคำว่า "การอยู่อาศัย" และพยัญชนะกับคำว่า "ทุกสิ่ง" เท่านั้น

ใจกลางจักรวาลคืออะไร?

คำถามเรื่องใจกลางจักรวาลเป็นเรื่องที่น่าสับสนอย่างยิ่งและยังไม่ได้รับการแก้ไขอย่างแน่นอน ปัญหาคือยังไม่ชัดเจนว่ามีอยู่จริงหรือไม่ มีเหตุผลที่จะสรุปได้ว่าเนื่องจากมีบิ๊กแบงจากศูนย์กลางของกาแลคซีจำนวนนับไม่ถ้วนที่เริ่มแยกตัวออกจากกัน หมายความว่าเมื่อติดตามวิถีโคจรของแต่ละกาแลคซี จึงเป็นไปได้ที่จะพบศูนย์กลางของจักรวาลที่จุดตัด ของวิถีเหล่านี้ แต่ความจริงก็คือกาแลคซีทั้งหมดเคลื่อนตัวออกจากกันด้วยความเร็วประมาณเดียวกัน และแทบจะสังเกตภาพเดียวกันได้จากทุกจุดในจักรวาล


มีทฤษฎีมากมายที่นี่ว่านักวิชาการคนไหนจะคลั่งไคล้ แม้แต่มิติที่สี่ก็ถูกนำเข้ามาเล่นมากกว่าหนึ่งครั้ง แม้ว่ามันจะผิด แต่จนถึงทุกวันนี้ ยังไม่มีความชัดเจนในคำถามนี้

หากไม่มีคำจำกัดความที่ชัดเจนเกี่ยวกับศูนย์กลางของจักรวาล เราจะพิจารณาพูดถึงสิ่งที่อยู่ในใจกลางนี้ว่าเป็นแบบฝึกหัดที่ว่างเปล่า

อะไรอยู่นอกเหนือจักรวาล?

โอ้ นี่เป็นคำถามที่น่าสนใจมาก แต่ก็คลุมเครือเหมือนคำถามก่อนหน้านี้ โดยทั่วไปไม่เป็นที่ทราบแน่ชัดว่าจักรวาลมีขีดจำกัดหรือไม่ บางทีอาจจะไม่มีเลย บางทีพวกเขาอาจมีอยู่ บางที นอกจากจักรวาลของเราแล้ว ยังมีจักรวาลอื่นๆ ที่มีคุณสมบัติของสสารอื่นๆ ด้วยกฎของธรรมชาติและค่าคงที่ของโลกที่แตกต่างจากของเรา ไม่มีใครสามารถให้คำตอบที่พิสูจน์แล้วสำหรับคำถามดังกล่าวได้

ปัญหาคือเราสามารถสังเกตจักรวาลได้จากระยะไกล 13.3 พันล้านปีแสงเท่านั้น ทำไม ง่ายมาก: เราจำได้ว่าอายุของจักรวาลคือ 13.7 พันล้านปี เมื่อพิจารณาว่าการสังเกตของเราเกิดขึ้นโดยมีความล่าช้าเท่ากับเวลาที่แสงใช้เพื่อเดินทางในระยะทางที่สอดคล้องกัน เราไม่สามารถสังเกตจักรวาลได้ก่อนที่จะเกิดขึ้นจริง ในระยะนี้เราเห็นจักรวาลของเด็กวัยหัดเดิน...

เรารู้อะไรอีกเกี่ยวกับจักรวาลอีก?

เยอะและไม่มีอะไร! เรารู้เกี่ยวกับวัตถุเรืองแสง เกี่ยวกับเส้นจักรวาล ควาซาร์ หลุมดำ และอื่นๆ อีกมากมาย ความรู้บางส่วนนี้สามารถพิสูจน์และพิสูจน์ได้ บางสิ่งเป็นเพียงการคำนวณทางทฤษฎีที่ไม่สามารถยืนยันได้ด้วยหลักฐาน และบางอย่างเป็นเพียงผลจากจินตนาการอันล้นเหลือของนักเทียมวิทยา


แต่เรารู้สิ่งหนึ่งที่แน่นอน: จะไม่มีช่วงเวลาที่เราจะทำได้โดยเช็ดเหงื่อออกจากหน้าผากด้วยความโล่งอกพูดว่า: "ฮึ! ในที่สุดปัญหานี้ก็ได้รับการศึกษาอย่างเต็มที่แล้ว ไม่มีอะไรให้จับอีกแล้วที่นี่!”

พอร์ทัลไซต์เป็นแหล่งข้อมูลที่คุณสามารถรับความรู้ที่เป็นประโยชน์และน่าสนใจมากมายเกี่ยวกับอวกาศ ก่อนอื่น เราจะพูดถึงจักรวาลของเราและจักรวาลอื่นๆ เกี่ยวกับเทห์ฟากฟ้า หลุมดำ และปรากฏการณ์ในส่วนลึกของอวกาศ

จำนวนทั้งสิ้นของทุกสิ่งที่มีอยู่ สสาร อนุภาคแต่ละอนุภาค และช่องว่างระหว่างอนุภาคเหล่านี้เรียกว่าจักรวาล ตามที่นักวิทยาศาสตร์และนักโหราศาสตร์มีอายุประมาณ 14 พันล้านปี ขนาดของส่วนที่มองเห็นได้ของจักรวาลนั้นครอบคลุมพื้นที่ประมาณ 14 พันล้านปีแสง และบางคนอ้างว่าจักรวาลขยายออกไปมากกว่า 90 พันล้านปีแสง เพื่อความสะดวกยิ่งขึ้น เป็นเรื่องปกติที่จะใช้ค่าพาร์เซกในการคำนวณระยะทางดังกล่าว หนึ่งพาร์เซกเท่ากับ 3.2616 ปีแสง กล่าวคือ พาร์เซกคือระยะทางที่รัศมีเฉลี่ยของวงโคจรของโลกมองด้วยมุมหนึ่งอาร์ควินาที

ด้วยตัวบ่งชี้เหล่านี้ คุณสามารถคำนวณระยะทางจักรวาลจากวัตถุหนึ่งไปยังอีกวัตถุหนึ่งได้ ตัวอย่างเช่น ระยะทางจากโลกของเราไปยังดวงจันทร์คือ 300,000 กม. หรือ 1 วินาทีแสง ดังนั้นระยะห่างจากดวงอาทิตย์จึงเพิ่มขึ้นเป็น 8.31 นาทีแสง

ตลอดประวัติศาสตร์ ผู้คนพยายามไขปริศนาที่เกี่ยวข้องกับอวกาศและจักรวาล ในบทความบนพอร์ทัลไซต์คุณสามารถเรียนรู้ได้ไม่เพียง แต่เกี่ยวกับจักรวาลเท่านั้น แต่ยังรวมถึงแนวทางทางวิทยาศาสตร์สมัยใหม่ในการศึกษาอีกด้วย เนื้อหาทั้งหมดอยู่บนพื้นฐานของทฤษฎีและข้อเท็จจริงที่ทันสมัยที่สุด

ควรสังเกตว่าจักรวาลมีวัตถุต่าง ๆ จำนวนมากที่มนุษย์รู้จัก สิ่งที่เป็นที่รู้จักอย่างกว้างขวางที่สุดคือดาวเคราะห์ ดวงดาว ดาวเทียม หลุมดำ ดาวเคราะห์น้อย และดาวหาง ในขณะนี้ ดาวเคราะห์ส่วนใหญ่เข้าใจกันดีอยู่แล้ว เนื่องจากเราอาศัยอยู่บนดาวเคราะห์ดวงใดดวงหนึ่ง ดาวเคราะห์บางดวงมีดาวเทียมของตัวเอง ดังนั้นโลกจึงมีดาวเทียมของตัวเอง - ดวงจันทร์ นอกจากโลกของเราแล้ว ยังมีอีก 8 ดวงที่โคจรรอบดวงอาทิตย์

ในอวกาศมีดวงดาวมากมาย แต่แต่ละดวงก็มีความแตกต่างกัน พวกเขามีอุณหภูมิ ขนาด และความสว่างที่แตกต่างกัน เนื่องจากดวงดาวทุกดวงมีความแตกต่างกัน จึงจำแนกได้ดังนี้

ดาวแคระขาว

ไจแอนต์;

ยักษ์ใหญ่;

ดาวนิวตรอน;

ควาซาร์;

พัลซาร์

สารที่หนาแน่นที่สุดที่เรารู้จักคือตะกั่ว ในดาวเคราะห์บางดวง ความหนาแน่นของสารในพวกมันอาจสูงกว่าความหนาแน่นของตะกั่วหลายพันเท่า ซึ่งทำให้เกิดคำถามมากมายสำหรับนักวิทยาศาสตร์

ดาวเคราะห์ทุกดวงหมุนรอบดวงอาทิตย์ แต่ก็ไม่ได้หยุดนิ่งเช่นกัน ดวงดาวสามารถรวมตัวกันเป็นกระจุก ซึ่งในทางกลับกันก็หมุนรอบศูนย์กลางที่เรายังไม่รู้จัก กระจุกเหล่านี้เรียกว่ากาแลคซี กาแล็กซีของเราเรียกว่าทางช้างเผือก การศึกษาทั้งหมดที่ดำเนินการจนถึงขณะนี้บ่งชี้ว่าสสารส่วนใหญ่ที่กาแลคซีสร้างขึ้นนั้นจนถึงขณะนี้มนุษย์ไม่สามารถมองเห็นได้ ด้วยเหตุนี้จึงถูกเรียกว่าสสารมืด

ศูนย์กลางของกาแลคซีถือว่าน่าสนใจที่สุด นักดาราศาสตร์บางคนเชื่อว่าใจกลางกาแลคซีที่เป็นไปได้คือหลุมดำ นี่เป็นปรากฏการณ์พิเศษที่เกิดขึ้นจากการวิวัฒนาการของดาวฤกษ์ แต่สำหรับตอนนี้ทั้งหมดนี้เป็นเพียงทฤษฎีเท่านั้น การทำการทดลองหรือศึกษาปรากฏการณ์ดังกล่าวยังไม่สามารถทำได้

นอกเหนือจากกาแลคซีแล้ว จักรวาลยังมีเนบิวลา (เมฆระหว่างดวงดาวที่ประกอบด้วยก๊าซ ฝุ่น และพลาสมา) การแผ่รังสีไมโครเวฟพื้นหลังของจักรวาลที่แผ่ซ่านไปทั่วอวกาศของจักรวาล และวัตถุอื่นๆ อีกมากมายที่ไม่ค่อยมีใครรู้จักหรือแม้แต่ไม่รู้จักเลยด้วยซ้ำ

การไหลเวียนของอีเทอร์ของจักรวาล

ความสมมาตรและความสมดุลของปรากฏการณ์ทางวัตถุเป็นหลักการสำคัญของการจัดโครงสร้างและการมีปฏิสัมพันธ์ในธรรมชาติ ยิ่งไปกว่านั้น ในทุกรูปแบบ: พลาสมาและสสารของดวงดาว โลกและอีเทอร์ที่ปล่อยออกมา สาระสำคัญทั้งหมดของปรากฏการณ์ดังกล่าวอยู่ที่ปฏิสัมพันธ์และการเปลี่ยนแปลงซึ่งส่วนใหญ่แสดงโดยอีเทอร์ที่มองไม่เห็น เรียกอีกอย่างว่ารังสีสะท้อน นี่คือรังสีไมโครเวฟพื้นหลังของจักรวาลที่มีอุณหภูมิ 2.7 K มีความเห็นว่าอีเธอร์ที่สั่นนี้เป็นพื้นฐานพื้นฐานสำหรับทุกสิ่งที่เติมเต็มจักรวาล การกระจายตัวของอีเทอร์แบบแอนไอโซโทรปีสัมพันธ์กับทิศทางและความเข้มข้นของการเคลื่อนที่ในพื้นที่ต่าง ๆ ของพื้นที่ที่มองไม่เห็นและมองเห็นได้ ความยากในการศึกษาและวิจัยทั้งหมดเทียบได้กับความยากในการศึกษากระบวนการปั่นป่วนในก๊าซ พลาสมา และของเหลวของสสาร

เหตุใดนักวิทยาศาสตร์หลายคนจึงเชื่อว่าจักรวาลมีหลายมิติ

หลังจากทำการทดลองในห้องปฏิบัติการและในอวกาศแล้ว ข้อมูลก็ได้รับจากการสันนิษฐานว่าเราอาศัยอยู่ในจักรวาลซึ่งสามารถระบุตำแหน่งของวัตถุใด ๆ ได้ตามเวลาและพิกัดเชิงพื้นที่สามพิกัด ด้วยเหตุนี้ จึงเกิดข้อสันนิษฐานว่าจักรวาลมีสี่มิติ อย่างไรก็ตาม นักวิทยาศาสตร์บางคนที่กำลังพัฒนาทฤษฎีอนุภาคมูลฐานและแรงโน้มถ่วงควอนตัม อาจสรุปได้ว่าการมีอยู่ของมิติจำนวนมากนั้นเป็นสิ่งจำเป็น แบบจำลองจักรวาลบางแบบไม่รวมมิติมากถึง 11 มิติ

ควรคำนึงว่าการดำรงอยู่ของจักรวาลหลายมิตินั้นเป็นไปได้ด้วยปรากฏการณ์พลังงานสูง - หลุมดำ, บิ๊กแบง, การระเบิด อย่างน้อยนี่ก็เป็นหนึ่งในแนวคิดของนักจักรวาลวิทยาชั้นนำ

แบบจำลองจักรวาลที่กำลังขยายตัวนั้นมีพื้นฐานมาจากทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป เสนอให้อธิบายโครงสร้างเรดชิฟต์อย่างเพียงพอ การขยายตัวเริ่มขึ้นในเวลาเดียวกับบิ๊กแบง สภาพของมันแสดงให้เห็นได้จากพื้นผิวของลูกบอลยางที่พองตัว ซึ่งมีจุดซึ่งเป็นวัตถุนอกกาแลคซีปรากฏอยู่ เมื่อลูกบอลพองลม จุดทั้งหมดจะเคลื่อนออกจากกันโดยไม่คำนึงถึงตำแหน่ง ตามทฤษฎีแล้ว จักรวาลสามารถขยายตัวได้อย่างไม่มีกำหนดหรือหดตัวก็ได้

ความไม่สมดุลแบริออนของจักรวาล

การเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญของจำนวนอนุภาคมูลฐานเหนือจำนวนปฏิภาคทั้งหมดที่พบในจักรวาลเรียกว่าแบริออนอสมมาตร แบริออน ได้แก่ นิวตรอน โปรตอน และอนุภาคมูลฐานอายุสั้นอื่นๆ ความไม่สมส่วนนี้เกิดขึ้นในยุคแห่งการทำลายล้าง คือสามวินาทีหลังจากบิ๊กแบง เมื่อถึงจุดนี้ จำนวนของแบริออนและแอนตีแบริออนก็สอดคล้องกัน ในระหว่างการทำลายล้างมวลของปฏิภาคและอนุภาคมูลฐาน ส่วนใหญ่จะรวมกันเป็นคู่และหายไป จึงทำให้เกิดรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า

Age of the Universe บนเว็บไซต์พอร์ทัล

นักวิทยาศาสตร์สมัยใหม่เชื่อว่าจักรวาลของเรามีอายุประมาณ 16 พันล้านปี ตามการประมาณการ อายุขั้นต่ำอาจเป็น 12-15 พันล้านปี ค่าต่ำสุดถูกผลักไสโดยดาวที่เก่าแก่ที่สุดในกาแล็กซีของเรา อายุที่แท้จริงของมันสามารถกำหนดได้โดยใช้กฎของฮับเบิลเท่านั้น แต่อายุที่แท้จริงไม่ได้หมายความว่าแม่นยำ

ขอบฟ้าการมองเห็น

ทรงกลมที่มีรัศมีเท่ากับระยะทางที่แสงเดินทางตลอดการดำรงอยู่ของเอกภพเรียกว่าขอบฟ้าที่มองเห็นได้ การมีอยู่ของขอบฟ้าเป็นสัดส่วนโดยตรงกับการขยายตัวและการหดตัวของจักรวาล ตามแบบจำลองทางจักรวาลวิทยาของฟรีดแมน จักรวาลเริ่มขยายตัวจากระยะเอกพจน์เมื่อประมาณ 15-20 พันล้านปีก่อน ตลอดเวลา แสงเดินทางเป็นระยะทางที่เหลืออยู่ในจักรวาลที่กำลังขยายตัว ซึ่งก็คือ 109 ปีแสง ด้วยเหตุนี้ ผู้สังเกตการณ์แต่ละคน ณ เวลา t0 หลังจากเริ่มกระบวนการขยายตัวจึงสามารถสังเกตได้เพียงส่วนเล็กๆ เท่านั้น ซึ่งถูกจำกัดด้วยทรงกลมซึ่งในขณะนั้นจะมีรัศมี I ร่างกายและวัตถุเหล่านั้นซึ่งอยู่นอกขอบเขตนี้ในขณะนี้คือ โดยหลักการแล้วไม่สามารถสังเกตได้ แสงที่สะท้อนจากพวกเขาไม่มีเวลาไปถึงผู้สังเกต สิ่งนี้เป็นไปไม่ได้แม้ว่าแสงจะออกมาเมื่อกระบวนการขยายเริ่มต้นขึ้นก็ตาม

เนื่องจากการดูดกลืนและการกระเจิงในเอกภพยุคแรกๆ เนื่องจากมีความหนาแน่นสูง โฟตอนจึงไม่สามารถแพร่กระจายในทิศทางอิสระได้ ดังนั้นผู้สังเกตจึงสามารถตรวจจับได้เฉพาะรังสีที่ปรากฏในยุคจักรวาลที่โปร่งใสต่อการแผ่รังสีเท่านั้น ยุคนี้พิจารณาจากเวลา t»300,000 ปี ความหนาแน่นของสาร r»10-20 g/cm3 และโมเมนต์การรวมตัวของไฮโดรเจนอีกครั้ง จากที่กล่าวมาทั้งหมด ยิ่งแหล่งกำเนิดอยู่ใกล้กาแลคซีมากเท่าใด ค่าเรดชิฟต์ก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น

บิ๊กแบง

ช่วงเวลาที่จักรวาลเริ่มต้นเรียกว่าบิ๊กแบง แนวคิดนี้มีพื้นฐานมาจากข้อเท็จจริงที่ว่าในตอนแรกมีจุดหนึ่ง (จุดเอกฐาน) ซึ่งมีพลังงานและสสารทั้งหมดอยู่ พื้นฐานของลักษณะนี้ถือเป็นความหนาแน่นของสสารสูง เกิดอะไรขึ้นก่อนเอกภาวะนี้ไม่เป็นที่ทราบแน่ชัด

ไม่มีข้อมูลที่แน่นอนเกี่ยวกับเหตุการณ์และสภาวะที่เกิดขึ้นในเวลา 5*10-44 วินาที (ช่วงเวลาแห่งการสิ้นสุดของควอนตัมครั้งที่ 1) ในแง่กายภาพในยุคนั้น คงได้แต่สรุปได้ว่าอุณหภูมิจะอยู่ที่ประมาณ 1.3 * 1,032 องศา โดยมีความหนาแน่นของสสารประมาณ 1,096 กิโลกรัมต่อลูกบาศก์เมตร ค่าเหล่านี้เป็นข้อจำกัดสำหรับการประยุกต์ใช้แนวคิดที่มีอยู่ ปรากฏขึ้นเนื่องจากความสัมพันธ์ระหว่างค่าคงที่แรงโน้มถ่วง ความเร็วแสง ค่าคงที่ของ Boltzmann และ Planck และถูกเรียกว่า "ค่าคงที่ของพลังค์"

เหตุการณ์เหล่านั้นที่เกี่ยวข้องกับเวลา 5*10-44 ถึง 10-36 วินาที สะท้อนถึงแบบจำลองของ "จักรวาลที่ขยายตัว" โมเมนต์ 10-36 วินาที เรียกว่าโมเดล “จักรวาลร้อนแรง”

ในช่วงเวลาตั้งแต่ 1-3 ถึง 100-120 วินาที นิวเคลียสของฮีเลียมและนิวเคลียสจำนวนเล็กน้อยขององค์ประกอบทางเคมีเบาอื่น ๆ ถูกสร้างขึ้น ตั้งแต่บัดนี้เป็นต้นไป อัตราส่วนเริ่มเกิดขึ้นในก๊าซ: ไฮโดรเจน 78% ฮีเลียม 22% ก่อนหนึ่งล้านปีก่อน อุณหภูมิในจักรวาลเริ่มลดลงเหลือ 3,000-45,000 เคลวิน และยุคแห่งการรวมตัวกันใหม่ก็เริ่มต้นขึ้น ก่อนหน้านี้อิเล็กตรอนอิสระเริ่มรวมตัวกับโปรตอนแสงและนิวเคลียสของอะตอม อะตอมของฮีเลียมและไฮโดรเจนและอะตอมลิเธียมจำนวนเล็กน้อยเริ่มปรากฏขึ้น สารกลายเป็นโปร่งใส และการแผ่รังสีซึ่งยังคงสังเกตเห็นอยู่ทุกวันนี้ก็ถูกตัดการเชื่อมต่อจากมัน

อีกพันล้านปีข้างหน้าของการดำรงอยู่ของจักรวาลถูกทำเครื่องหมายด้วยอุณหภูมิที่ลดลงจาก 3,000-45,000 K เป็น 300 K นักวิทยาศาสตร์เรียกช่วงเวลานี้ของจักรวาลว่า "ยุคมืด" เนื่องจากยังไม่มีแหล่งกำเนิดรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า ปรากฏขึ้น. ในช่วงเวลาเดียวกัน ความหลากหลายของส่วนผสมของก๊าซตั้งต้นจะมีความหนาแน่นมากขึ้นเนื่องจากอิทธิพลของแรงโน้มถ่วง เมื่อจำลองกระบวนการเหล่านี้บนคอมพิวเตอร์ นักดาราศาสตร์พบว่าสิ่งนี้นำไปสู่การปรากฏของดาวฤกษ์ขนาดยักษ์ที่เกินกว่ามวลดวงอาทิตย์หลายล้านครั้งอย่างไม่อาจย้อนกลับได้ เนื่องจากพวกมันมีมวลมาก ดาวเหล่านี้จึงร้อนจนมีอุณหภูมิสูงอย่างไม่น่าเชื่อ และวิวัฒนาการมาในช่วงหลายสิบล้านปี หลังจากนั้นพวกมันก็ระเบิดเป็นซูเปอร์โนวา เมื่อได้รับความร้อนที่อุณหภูมิสูง พื้นผิวของดาวฤกษ์ดังกล่าวจะก่อให้เกิดกระแสรังสีอัลตราไวโอเลตที่รุนแรง ด้วยเหตุนี้ ช่วงเวลาแห่งการรวมตัวกันใหม่จึงเริ่มต้นขึ้น พลาสมาที่ก่อตัวขึ้นจากปรากฏการณ์ดังกล่าวเริ่มกระจายรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าอย่างรุนแรงในช่วงคลื่นสั้นสเปกตรัม ในแง่หนึ่ง จักรวาลเริ่มพุ่งเข้าสู่หมอกหนาทึบ

ดาวฤกษ์ขนาดใหญ่เหล่านี้กลายเป็นแหล่งกำเนิดองค์ประกอบทางเคมีแห่งแรกในจักรวาลที่หนักกว่าลิเธียมมาก วัตถุอวกาศรุ่นที่ 2 เริ่มก่อตัวขึ้นซึ่งมีนิวเคลียสของอะตอมเหล่านี้อยู่ ดาวเหล่านี้เริ่มถูกสร้างขึ้นจากส่วนผสมของอะตอมหนัก การรวมตัวกันอีกครั้งของอะตอมส่วนใหญ่ของก๊าซระหว่างกาแลคซีและระหว่างดวงดาวเกิดขึ้นซึ่งในทางกลับกันนำไปสู่ความโปร่งใสใหม่ของพื้นที่สำหรับรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า จักรวาลกลายเป็นสิ่งที่เราสังเกตได้ในตอนนี้

โครงสร้างที่สังเกตได้ของจักรวาลบนพอร์ทัลเว็บไซต์

ส่วนที่สังเกตได้นั้นไม่เหมือนกันเชิงพื้นที่ กระจุกกาแลคซีและกาแลคซีแต่ละแห่งส่วนใหญ่ก่อตัวเป็นโครงสร้างเซลล์หรือรวงผึ้ง พวกมันสร้างผนังเซลล์ที่มีความหนาสองสามเมกะพาร์เซก เซลล์เหล่านี้เรียกว่า "ช่องว่าง" มีลักษณะขนาดใหญ่หลายสิบเมกะพาร์เซกและในขณะเดียวกันก็ไม่มีสารที่มีรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า ความว่างเปล่าคิดเป็นประมาณ 50% ของปริมาตรทั้งหมดของจักรวาล

โลกของเราซึ่งเกิดในช่วงบิ๊กแบง ยังคงขยายตัว และปริมาตรของกาแล็กซีที่แยกอวกาศก็เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว กระจุกกาแลคซีซึ่งเคลื่อนตัวออกจากกัน แต่ยังคงรูปแบบการก่อตัวที่มั่นคง โดยมีขนาดที่แน่นอนและโครงสร้างที่มั่นคง และอะตอมจะไม่บวมเลยในระหว่างการขยายตัวของเอกภพ ต่างจากโฟตอนที่บินอย่างอิสระ ซึ่งจะเพิ่มความยาวคลื่นของพวกมันเมื่อพวกมันเคลื่อนที่ผ่านอวกาศที่ขยายตัว พลังงานของโฟตอนที่ระลึกหายไปไหน? เหตุใดเราจึงเห็นควาซาร์เคลื่อนตัวออกไปจากเราด้วยความเร็วเหนือแสง พลังงานมืดคืออะไร? เหตุใดส่วนหนึ่งของจักรวาลจึงสามารถเข้าถึงได้สำหรับเราจึงหดตัวลงอย่างต่อเนื่อง นี่เป็นเพียงคำถามบางส่วนที่นักจักรวาลวิทยากำลังคิดอยู่ในปัจจุบัน โดยพยายามประสานทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปกับภาพโลกที่นักดาราศาสตร์สังเกตได้

ทรงกลมฮับเบิล

ตามกฎของฮับเบิลซึ่งอธิบายการขยายตัวของเอกภพ ความเร็วในแนวรัศมีของดาราจักรจะแปรผันตามระยะห่างของดาราจักรด้วย สัมประสิทธิ์เอช 0ซึ่งทุกวันนี้เรียกว่า ค่าคงที่ของฮับเบิล.

ค่าของ H 0 พิจารณาจากการสังเกตวัตถุกาแลคซี ซึ่งวัดระยะทางจากดาวฤกษ์ที่สว่างที่สุดหรือเซเฟอิดเป็นหลัก

การประมาณค่าอิสระส่วนใหญ่ของ H 0 ในปัจจุบันให้ค่าพารามิเตอร์นี้ประมาณ 70 กม./วินาทีต่อเมกะพาร์เซก

ซึ่งหมายความว่ากาแลคซีที่อยู่ห่างจากเรา 100 เมกะพาร์เซกจะเคลื่อนตัวออกจากเราด้วยความเร็วประมาณ 7,000 กม./วินาที

ในแบบจำลองของจักรวาลที่กำลังขยายตัว ค่าคงที่ของฮับเบิลเปลี่ยนแปลงตามเวลา แต่คำว่า "คงที่" นั้นสมเหตุสมผลด้วยข้อเท็จจริงที่ว่า ณ เวลาใดก็ตาม ณ ทุกจุดในจักรวาล ค่าคงที่ของฮับเบิลจะเท่ากัน

ส่วนกลับของค่าคงที่ฮับเบิลนั้นสมเหตุสมผล เวลาลักษณะเฉพาะของการขยายตัวของจักรวาลณ ตอนนี้. สำหรับค่าคงที่ของฮับเบิลในปัจจุบันนั้น อายุของเอกภพอยู่ที่ประมาณ 13.8 พันล้านปี

เมื่อเทียบกับศูนย์กลางของทรงกลมฮับเบิล ความเร็วของการขยายตัวของอวกาศภายในนั้นน้อยกว่าความเร็วแสง และความเร็วภายนอกนั้นมากกว่า บนทรงกลมฮับเบิลเอง ควอนตัมแสงก็แข็งตัวไปในอวกาศเหมือนกับที่เคยเป็น ซึ่งกำลังขยายออกไปที่นั่นด้วยความเร็วแสง และด้วยเหตุนี้ มันจึงกลายเป็นขอบฟ้าอีกอันหนึ่ง - ขอบฟ้าโฟตอน.

หากการขยายตัวของเอกภพช้าลง รัศมีของทรงกลมฮับเบิลก็จะเพิ่มขึ้น เนื่องจากมันจะแปรผกผันกับพารามิเตอร์ฮับเบิลที่ลดลง ในกรณีนี้ เมื่อจักรวาลมีอายุมากขึ้น ทรงกลมนี้จะครอบคลุมพื้นที่ใหม่ๆ ในอวกาศมากขึ้นเรื่อยๆ และปล่อยให้ควอนตัมแสงเข้ามามากขึ้นเรื่อยๆ เมื่อเวลาผ่านไป ผู้สังเกตการณ์จะได้เห็นกาแลคซีและเหตุการณ์ในกาแลคซีที่เคยอยู่นอกขอบฟ้าโฟตอนของเขา หากการขยายตัวของจักรวาลเร่งความเร็วขึ้น รัศมีของทรงกลมฮับเบิลก็จะหดตัวลง

ในจักรวาลวิทยา เราพูดถึงพื้นผิวที่สำคัญสามประการ ได้แก่ ขอบฟ้าเหตุการณ์ ขอบฟ้าอนุภาค และทรงกลมฮับเบิล สองอันสุดท้ายเป็นพื้นผิวในอวกาศ และอันแรกอยู่ในอวกาศ-เวลา เราคุ้นเคยกับทรงกลมฮับเบิลแล้ว ทีนี้มาพูดถึงขอบเขตอันไกลโพ้นกันดีกว่า

ขอบฟ้าของอนุภาค

ขอบฟ้าของอนุภาค แยกวัตถุที่สังเกตได้ในปัจจุบันออกจากวัตถุที่ไม่มีใครสังเกต

เนื่องจากความเร็วแสงที่จำกัด ผู้สังเกตการณ์จึงมองเห็นวัตถุท้องฟ้าเหมือนในอดีตอันไกลโพ้นไม่มากก็น้อย นอกเหนือจากขอบฟ้าอนุภาคยังมีกาแลคซีซึ่งปัจจุบันไม่ได้ถูกพบเห็นในขั้นตอนใด ๆ ของวิวัฒนาการครั้งก่อน ซึ่งหมายความว่าเส้นโลกในอวกาศ-เวลาไม่ได้ตัดกับพื้นผิวที่แสงเดินทางเข้ามายังผู้สังเกตการณ์นับตั้งแต่กำเนิดจักรวาลแพร่กระจาย ภายในขอบฟ้าอนุภาคคือกาแลคซีที่เส้นโลกตัดกับพื้นผิวนี้ในอดีต กาแลคซีเหล่านี้เองที่ประกอบเป็นส่วนหนึ่งของจักรวาลซึ่งโดยหลักการแล้วสามารถสังเกตได้ในช่วงเวลาที่กำหนด

สำหรับจักรวาลที่ไม่ขยายตัว ขนาดของขอบฟ้าอนุภาคจะเพิ่มขึ้นตามอายุ และไม่ช้าก็เร็ว ทุกภูมิภาคในจักรวาลก็จะพร้อมสำหรับการศึกษา แต่ในจักรวาลที่กำลังขยายตัวนี้กลับไม่เป็นเช่นนั้น ยิ่งไปกว่านั้น ขึ้นอยู่กับอัตราการขยายตัว ขนาดของขอบฟ้าอนุภาคอาจขึ้นอยู่กับเวลาที่ผ่านไปตั้งแต่เริ่มการขยายตัว ตามกฎหมายที่ซับซ้อนมากกว่าสัดส่วนธรรมดา โดยเฉพาะอย่างยิ่งในเอกภพที่กำลังขยายตัวอย่างรวดเร็ว ขนาดของขอบฟ้าอนุภาคอาจมีค่าคงที่ได้ ซึ่งหมายความว่ามีพื้นที่ที่ไม่สามารถสังเกตได้โดยพื้นฐานแล้ว และมีกระบวนการที่ไม่สามารถทราบโดยพื้นฐานได้

นอกจากนี้ ขนาดของขอบฟ้าของอนุภาคยังจำกัดขนาดของบริเวณที่เชื่อมโยงกันด้วยสาเหตุ อันที่จริงจุดอวกาศสองจุดคั่นด้วยระยะทางที่ใหญ่กว่าขนาดของขอบฟ้าไม่เคยมีปฏิสัมพันธ์กันในอดีต เนื่องจากยังไม่มีปฏิกิริยาโต้ตอบที่เร็วที่สุด (การแลกเปลี่ยนรังสีของแสง) จึงไม่รวมปฏิกิริยาอื่นใดไว้ ดังนั้นจึงไม่มีเหตุการณ์ใดที่จุดหนึ่งสามารถมีเหตุให้เกิดเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นที่จุดอื่นได้ ในกรณีที่ขนาดของขอบฟ้าอนุภาคมีแนวโน้มที่จะมีค่าคงที่ เอกภพจะถูกแบ่งออกเป็นบริเวณที่ไม่เกี่ยวข้องกันเชิงสาเหตุ ซึ่งวิวัฒนาการจะดำเนินไปอย่างอิสระ

ดังนั้นจึงเป็นไปไม่ได้ที่เราจะรู้ว่าจักรวาลเป็นอย่างไรนอกเหนือจากขอบเขตอนุภาคในปัจจุบัน ทฤษฎีบางทฤษฎีของจักรวาลในยุคแรกๆ แย้งว่าเมื่อเลยขอบฟ้าออกไปมาก มันดูไม่มีอะไรเหมือนกับที่เราเห็นเลย วิทยานิพนธ์นี้ค่อนข้างเป็นวิทยาศาสตร์เนื่องจากเป็นไปตามการคำนวณที่สมเหตุสมผล แต่ก็ไม่สามารถหักล้างหรือยืนยันได้ด้วยความช่วยเหลือจากการสังเกตการณ์ทางดาราศาสตร์ในยุคของเรา ยิ่งกว่านั้น หากอวกาศยังคงขยายตัวด้วยความเร่งต่อไปก็จะไม่สามารถตรวจสอบได้ และอนาคตอันไกลโพ้นเพียงใด

แหล่งกำเนิดที่ขอบฟ้าของอนุภาคมีการเคลื่อนตัวของสีแดงอย่างไม่มีที่สิ้นสุด เหล่านี้เป็นโฟตอนที่เก่าแก่ที่สุดที่อย่างน้อยตามทฤษฎีแล้วตอนนี้สามารถ "มองเห็น" ได้ พวกมันถูกปล่อยออกมาเกือบจะในช่วงเวลาที่เกิดบิ๊กแบง จากนั้นขนาดของส่วนของจักรวาลที่มองเห็นได้ในปัจจุบันก็เล็กมาก ซึ่งหมายความว่าตั้งแต่นั้นมา ระยะห่างทั้งหมดก็เพิ่มขึ้นอย่างมาก นี่คือที่มาของ Redshift แบบไม่มีที่สิ้นสุด แน่นอนว่าเราไม่สามารถมองเห็นโฟตอนจากขอบฟ้าของอนุภาคได้ จักรวาลในวัยเด็กนั้นทึบแสงต่อการแผ่รังสี ดังนั้นจึงตรวจไม่พบโฟตอนที่มีการเคลื่อนไปทางสีแดงมากกว่า 1,000 หากในอนาคตนักดาราศาสตร์เรียนรู้ที่จะตรวจจับนิวตริโนโบราณ สิ่งนี้จะช่วยให้พวกเขามองเข้าไปในนาทีแรกของชีวิตของจักรวาลซึ่งสอดคล้องกับการเลื่อนสีแดง - 3x10 7 สามารถบรรลุความก้าวหน้าที่ยิ่งใหญ่ยิ่งขึ้นในการตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงที่สะท้อนถึง "เวลาพลังค์" (10 -43 วินาทีนับจากจุดเริ่มต้นของการระเบิด) ด้วยความช่วยเหลือของพวกเขา คุณจะสามารถมองย้อนกลับไปในอดีตได้ไกลที่สุดในหลักการโดยใช้กฎแห่งธรรมชาติที่เป็นที่รู้จักในปัจจุบัน เมื่อใกล้ถึงช่วงเวลาเริ่มต้นของบิ๊กแบง ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปก็ใช้ไม่ได้อีกต่อไป

ขอบฟ้าเหตุการณ์

ขอบฟ้าเหตุการณ์ – มันเป็นพื้นผิวในกาลอวกาศ. ขอบฟ้าดังกล่าวไม่ได้ปรากฏในแบบจำลองทางจักรวาลวิทยาทุกแบบ ตัวอย่างเช่น, ไม่มีขอบฟ้าเหตุการณ์ในจักรวาลที่ชะลอตัว– เหตุการณ์ใด ๆ ในชีวิตของกาแล็กซีอันห่างไกลสามารถเห็นได้หากคุณรอนานพอ ประเด็นของการแนะนำขอบฟ้านี้คือแยกเหตุการณ์ที่อาจส่งผลกระทบต่อเราอย่างน้อยในอนาคตออกจากเหตุการณ์ที่ไม่ส่งผลกระทบต่อเราในทางใดทางหนึ่ง หากแม้แต่สัญญาณไฟเกี่ยวกับเหตุการณ์หนึ่งไม่ถึงเรา เหตุการณ์นั้นก็ไม่สามารถมีอิทธิพลต่อเราได้ ทำไมสิ่งนี้ถึงเป็นไปได้? อาจมีสาเหตุหลายประการ สิ่งที่ง่ายที่สุดคือโมเดล "วันสิ้นโลก" หากอนาคตมีจำกัดด้วยเวลา ก็ชัดเจนว่าแสงจากกาแลคซีไกลโพ้นบางแห่งไม่สามารถมาถึงเราได้ รุ่นที่ทันสมัยส่วนใหญ่ไม่มีคุณสมบัตินี้ อย่างไรก็ตาม มีเวอร์ชันหนึ่งของ Big Rip ที่กำลังจะมาถึง แต่ก็ไม่ได้รับความนิยมมากนักในแวดวงวิทยาศาสตร์ แต่มีตัวเลือกอื่น - การขยายตัวด้วยความเร่ง

การค้นพบเมื่อเร็วๆ นี้ว่าจักรวาลกำลังขยายตัวในอัตราเร่งที่เร่งขึ้นทำให้นักจักรวาลวิทยารู้สึกตื่นเต้นอย่างแท้จริง อาจมีเหตุผลสองประการสำหรับพฤติกรรมที่ผิดปกติของโลกของเรา: "ตัวเติม" หลักของจักรวาลของเราไม่ใช่สสารธรรมดา แต่เป็นสสารที่ไม่รู้จักซึ่งมีคุณสมบัติผิดปกติ (ที่เรียกว่าพลังงานมืด) หรือ (ยิ่งน่ากลัวกว่าที่จะคิด!) จำเป็นต้องเปลี่ยนสมการของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป ยิ่งไปกว่านั้น ด้วยเหตุผลบางประการ มนุษยชาติจึงมีชีวิตอยู่ในช่วงเวลาสั้น ๆ ตามระดับจักรวาลวิทยา เมื่อการขยายตัวอย่างช้า ๆ เป็นเพียงการหลีกทางให้กับการขยายตัวแบบเร่งเท่านั้น คำถามทั้งหมดนี้ยังห่างไกลจากการแก้ปัญหา แต่วันนี้เราสามารถพูดคุยได้ว่าการขยายตัวแบบเร่ง (หากดำเนินต่อไปตลอดกาล) จะเปลี่ยนจักรวาลของเราและสร้างขอบฟ้าเหตุการณ์ได้อย่างไร ปรากฎว่าชีวิตของกาแลคซีอันห่างไกลจะหยุดรอเราตั้งแต่วินาทีที่พวกเขาได้รับความเร็วหลบหนีที่สูงเพียงพอและอนาคตของพวกมันจะไม่ปรากฏแก่เรา - แสงจากเหตุการณ์หลายอย่างจะไม่มีวันมาถึงเรา เมื่อเวลาผ่านไป ในอนาคตอันไกลโพ้น กาแลคซีทั้งหมดที่ไม่รวมอยู่ในกระจุกดาราจักรท้องถิ่นที่มีขนาด 100 เมกะพาร์เซกจะหายไปเลยขอบฟ้าเหตุการณ์

อดีตและอนาคต

“ฉันเริ่มคิดถึงปัญหาขอบฟ้าในบัณฑิตวิทยาลัย แม้แต่ความคิดริเริ่มของฉันเอง” ศาสตราจารย์วูล์ฟกัง รินด์เลอร์ ซึ่งยังคงสอนวิชาฟิสิกส์ที่มหาวิทยาลัยเท็กซัสในดัลลัสกล่าว - ในเวลานั้น ทฤษฎีจักรวาลที่เรียกว่า Steady State Cosmology กำลังเป็นที่นิยมอย่างมาก หัวหน้างานของฉันมีข้อพิพาทที่รุนแรงกับผู้เขียนทฤษฎีนี้ และเชิญฉันให้เข้าใจแก่นแท้ของความขัดแย้ง ฉันไม่ได้ละทิ้งงานที่เสนอและด้วยเหตุนี้งานของฉันเกี่ยวกับขอบเขตจักรวาลวิทยาจึงปรากฏขึ้น

ตามที่ศาสตราจารย์รินด์เลอร์กล่าวไว้ มีการตีความขอบเขตอันไกลโพ้นทั้งสองของโลกของเราอย่างชัดเจน:“ขอบฟ้าเหตุการณ์ก่อตัวขึ้นจากด้านหน้าแสงที่จะมาบรรจบกันบนกาแล็กซีของเราในที่สุดเมื่ออายุของจักรวาลเพิ่มขึ้นจนไม่มีที่สิ้นสุด ในทางตรงกันข้าม ขอบฟ้าอนุภาคสอดคล้องกับแสงด้านหน้าที่ปล่อยออกมาในช่วงเวลาที่เกิดบิ๊กแบง หากพูดโดยนัยคือ ขอบฟ้าเหตุการณ์ถูกล้อมรอบด้วยขอบแสงสุดท้ายที่มาถึงดาราจักรของเรา และขอบฟ้าอนุภาคเป็นขอบแสงแรกสุด จากคำจำกัดความนี้ทำให้ชัดเจนว่า

ขอบฟ้าของอนุภาคเป็นตัวกำหนดระยะทางสูงสุดในยุคปัจจุบันที่เราสามารถสังเกตสิ่งที่เกิดขึ้นในอดีตได้ ในทางตรงกันข้าม ขอบฟ้าเหตุการณ์จะบันทึกระยะทางสูงสุดที่สามารถรับข้อมูลเกี่ยวกับอนาคตอันไกลโพ้นอันไร้ขอบเขตได้

นี่เป็นขอบเขตที่แตกต่างกันสองประการอย่างแท้จริงซึ่งจำเป็นต่อการอธิบายวิวัฒนาการของจักรวาลได้อย่างสมบูรณ์”