Международная группа ученых совершила прорыв в изучении крупномасштабной структуры Вселенной


Какова масса и объем наблюдаемой Вселенной?

Для нашего наблюдения доступна лишь ограниченная часть Вселенной, которую называют Метагалактикой. Каков же объем видимой Вселенной и масса всего вещества, сосредоточенного в ней?

Расчеты показывают, что ее масса составляет 1050 тонн, или 1053 кг. Это примерно в 100 секстиллион раз больше массы Солнца! Объём Вселенной примерно равен 3,5⋅1080 м3 или 350 квинвиджинтиллионов м3. Надо заметить, что при измерении массы вещества ученые столкнулись с большой проблемой, известной как скрытая масса. Дело в том, что ученые могут оценить массу отдельных объектов, например, звезд. Также они могут рассмотреть взаимодействие звезд друг с другом в рамках единой галактики. Казалось бы, общая масса галактики должна примерно соответствовать массе составляющих ее звезд. Однако анализ вращения галактик показывает, что это не так! Грубо говоря, галактики вращаются не так, как это предсказывается законами механики. Аналогично аномалии обнаружены и в поведении скоплений и сверхскоплений галактик.

Сегодня ученые полагают, что на звезды, планеты, спутники и иные «классические» космические объекты приходится только 0,4% массы Вселенной. Ещё 3,6% – это межгалактический газ.

Аномалии в поведении галактик можно объяснить существованием так называемой темной материи. Это вещество, которое не участвует в электромагнитном взаимодействии, то есть оно не излучает свет. Однако темная материя обладает массой и участвует в гравитационном взаимодействии. Расчеты показывают, что на темную материю приходится 22% массы Вселенной.

Ещё одна проблема космологии заключается в кривизне нашего пространства. Теория относительности устанавливает связь между кривизной Вселенной и ее массой. Наблюдения показывают, что кривизна Вселенной равна или почти равна нулю, то есть мы живем в плоском мире евклидовой геометрии. Однако масса Вселенной даже с учетом темной материи слишком мала для того, чтобы Вселенная была плоская. В результате физикам пришлось ввести дополнительное понятие «темная энергия», на которую приходится 74% массы Вселенной. Честно говоря, даже сами ученые пока не до конца понимают физический смысл этой энергии, но тем не менее им приходится учитывать это понятие в своих теориях.

Список использованных источников
• https://www.vseocosmose.ru/?p=641 • https://vaen.ru/wp-content/themes/TechHub/TechHub/images/stat_img/3/massa.pdf • https://en.wikipedia.org/wiki/Observable_universe

Сколько весит Вселенная и при чем тут новая физика

«Если это действительно намек на несостоятельность стандартной модели, то грядет настоящая революция», — говорит астроном Хендрик Хильдебрандт из Рурского университета в Бохуме (Германия).

Опасения относительно правильности стандартной модели вызывают два независимых расчетов так называемой постоянной Хаббла, или скорости, с которой Вселенная расширяется. Измерения просто не совпадают, создавая так называемое напряжение Хаббла.

Новое несоответствие, называемое напряжением сигма-восьмерки, включает измерение плотности вещества во вселенной и его концентраций (скоплений), а не равномерного распределения. Результат выводится в некий параметр, называемый сигма-восемь. Чтобы его вычислить, Хильдебрандт с коллегами обратился к эффекту, называемому слабым гравитационным линзированием, при котором свет от далеких галактик слегка отклоняется из-за гравитационного притяжения вещества, находящегося между галактиками и Землей.

Искажение настолько мало, что едва способно изменить форму отдельной галактики. Но если вы возьмете формы десятков тысяч галактик на одном клочке неба, то появится эфект слабой линзы. Средняя форма должна быть почти круглой, но благодаря легким искажениям она отклоняется к эллиптической.

Наука

В любую точку Вселенной за минуту: новое о червоточинах

Астрономы использовали такой эффект, чтобы оценить количество материи и ее распределение вдоль линий обзора. Проще говоря, исследователям удалось измерить плотность космического вещества.

Для этого потребовался еще один параметр — расстояние до каждой наблюдаемой галактики. Как правило, астрономы вычисляют его, находя спектральное красное смещение — величину, на которую свет галактики смещается в сторону более длинных волн красной стороны спектра. Все просто: чем больше красное смещение, тем дальше объект.

Но измерение отдельных спектральных смещений неэффективно при работе с миллионами галактик. Поэтому команда Хильдебрандта обратилась к так называемому фотометрическому красному смещению, при котором получают несколько изображений одного и того же участка неба на разных длинах волн, охватывающих оптический и ближний инфракрасный диапазоны.

Также ученые использовали изображения высокого разрешения сотен квадратных градусов неба (для сравнения, полная луна имеет ширину около половины градуса) в девяти диапазонах длин волн (четырех оптических и пяти ближних инфракрасных). Таким образом наблюдения включают в себя около 15 миллионов галактик.

Астрофизик и нобелевский лауреат Адам Рисс из Университета Джона Хопкинса одобрил такой подход: «Их последние результаты поучены с помощью инфракрасных данных, которые, вероятно, лучше отслеживают массу линз и дают точные фотометрические красные смещения».

Теперь мы подошли к самому интересному. Используя полученные данные, астрономы оценили сигма-восьмерку. Значение, которое они получили, вступает в серьезное противоречие с сигмой-восьмеркой, рассчитанной с помощью наблюдений космического микроволнового фона (CMB) спутника «Планка» Европейского космического агентства — самого раннего наблюдаемого света во Вселенной, который появился приблизительно через 380 000 лет после Большого взрыва.

Согласно стандартной модели космологии, космос состоит из примерно 5 процентов обычной материи и 27 процентов темной материи, а также из 68 процентов темной энергии.

Но, согласно исследованию Хильдебрандта, сигма-восьмерка составляет около 0,74, тогда как данные Планка дают значение около 0,81. «Вероятность того, что это является статистическим отклонением, составляет около 1 процента», — говорит Хильдебрандт. Также возможна систематическая ошибка, скрывающаяся в тех или иных расчетах. Но расхождение в настоящее время считается статистически значимым.

Если разница оценки сигма-восьмерки (массы вселенной) увеличится до того же уровня, что и напряжение Хаббла (разница оценок размеров Вселенной, которая имеет значительные разночтения), переоценка стандартной модели космологии станет неизбежной.

Проще говоря, космологам понадобится новая физика, чтобы привести оценки «Планка» в соответствие с прямыми измерениями параметров Вселенной.

Исправления «новой физики» могут привести к изменению оценки количества и характера темной энергии или темной материи (или того и другого), а также к изменениям представлений об их взаимодействии и друг с другом, и с нормальной материей.

Альтернативный взгляд

Как появилась наша Вселенная и как она на самом деле устроена? Конечно, на этот счет есть официальная научная теория, связанная с Большим взрывом, но кто может поручиться, что она истинна? А почему бы не рассмотреть и другие концепции, отличные от стандартной? Тем более, что их авторы — вовсе не писатели-фантасты, а маститые ученые…

Наш мир — виртуальная матрица

Эта теория далеко не нова, но вот есть ли у нее какие-то научные подтверждения? Например, физик из Боннского университета Сайлас Бин считает, что если наша Вселенная является всего лишь компьютерной реальностью, то она должна состоять из «пикселей» и имеет предел, за которым дальнейший процесс расширения уже невозможен. По мнению Сайласа Бина, этой границей может быть так называемый предел Грайзена-Зацепина-Кузьмина.

Мир представляет собой бесконечное количество комбинаций одних и тех же частиц

Представим себе конструктор. Из одних и тех же его деталей мы можем складывать самые разнообразные объекты. Поэтому могут существовать параллельные миры, а у нас в этих мирах могут существовать собственные копии-антиподы.

Калифорнийский физик Энтони Агирре утверждает, что параллельные измерения могут сталкиваться между собой и при таком столкновении создается ощущение, что на нас с неба падает гигантское зеркало, в котором мы видим собственные испуганные лица…

Алекс Виленкин и его коллеги из Университета Тафтса (США), в свою очередь, уверяют, что им удалось обнаружить следы такого столкновения миров.
Рекламное видео:
Дело в том, что все космическое пространство пронизано слабым электромагнитным фоном, так называемым «реликтовым излучением». В принципе, оно должно быть равномерным, однако встречаются места, где уровень излучения выше или ниже среднего… По всей вероятности, это как раз и есть точки «соприкосновения» разных миров.

Мир — это гигантский компьютер

Оксфордский профессор квантовой информатики Влатко Ведрал полагает, что Вселенная состоит не из частиц материи, а из битов — информационных единиц. Информация зашифрована в двоичном коде — «1» или «0», а взаимодействие между частицами материи происходит путем передачи информации.

Профессор Массачусетского технологического института Сет Ллойд, участвовавший в создании первого в мире квантового компьютера, считает, что Вселенная как суперкомпьютер способна корректировать динамику собственного развития.

Мы живем в черной дыре

Как известно, черные дыры обладают таким притяжением и плотностью, что не пропускают даже свет. А вот доктор теоретической физики из Университета Индианы Никодем Поплавски выдвинул гипотезу о том, что некогда наш мир поглотила черная дыра, переместив нас в новую Вселенную. Доказать обратное невозможно, так как до сих пор неизвестно толком, что именно происходит с объектами, оказавшимися внутри черных дыр.

Никодем Поплавски провел расчеты, согласно которым прохождение материи через черную дыру может являться аналогом Большого взрыва. При этом с одной стороны черной дыры пространство сжимается, а с другой — наоборот, расширяется, что вполне может привести к образованию новой реальности…

Время — следствие нарушения симметрии

Джоан Ваккаро из Университета Гриффита (Австралия) на недавнем ежегодном фестивале науки National Science Week заявила, что время и законы сохранения энергии могли возникнуть из-за нарушения во Вселенной временной симметрии (Т-инвариантности).

Мы хорошо знаем, что некоторые физические явления необратимы. К примеру, согласно второму правилу термодинамики, запрещена передача тепловой энергии от менее нагретого тела к более нагретому.

Ваккаро занялась изучением поведения мезонов — частиц, участвующих в процессах взаимодействия, отвечающих за связи между кварками. Более ранние эксперименты продемонстрировали, что если бы время текло вспять, то вероятность превращения этих частиц в другие была бы иной.

Если бы Т-инвариантность не была нарушена, происходили бы странные явления. Так, объекты могли бы перемещаться во времени так же легко, как и в пространстве. При этом, появляясь где-либо, они сразу бы исчезали… Законы сохранения энергии при таких условиях просто не смогли бы работать. И Вселенная была бы совсем не такой, какой мы ее знаем…

Кстати, хотя Большой взрыв произошел, по подсчетам, около 14 миллиардов лет назад, скорость расширения Вселенной продолжает увеличиваться, хотя сила гравитации, по идее, должна была бы способствовать замедлению этого процесса. Хотя большинство физиков объясняют это действием «антигравитации», отталкивающим галактики друг от друга, специалисты из двух испанских университетов разработали теорию о том, что это не Вселенная ускоряется, а постепенно замедляется время… Именно поэтому мы способны видеть другие галактики не в их нынешнем состоянии, а такими, какими они были в далеком прошлом. Гипотетически может настать момент, когда время вообще остановится. Но мы, конечно, его уже не застанем.

Рейтинг
( 2 оценки, среднее 4 из 5 )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями: