Можно ли измерить Вселенную?

Вселенная

Вселе́нная — фундаментальное понятие в астрономии и философии, строго не определяемо, т.е. невозможно дать окончательную характеристику этому понятию. Если попробовать сказать об этом просто, то Вселенная – это все, что существует: от атома до галактик. Таким образом, когда мы наблюдаем за ползущим по дереву муравьем или когда астроном наблюдает за самой отдаленной галактикой – все это является наблюдениями за Вселенной, за отдельными ее частями. Исследованием же физической Вселенной как целым занимаются астрономия и космология.

Философы и астрономы не перестают размышлять над загадкой возникновения Вселенной. Но, глядя в глубины космоса в телескоп, ученые обнаружили, что все галактики, окружающие нашу, движутся от нас, а это значит, что Вселенная расширяется. Из этого следует, что когда-то она была меньше.

Ранняя Вселенная

Вопросов о происхождении Вселенной множество, не на все из них возможно дать ответ в настоящее время. Однако самая популярная гипотеза о происхождении Вселенной – теория Большого Взрыва. В соответствии с этой теорией, Вселенная возникла в результате невообразимо мощного взрыва. Большой Взрыв был вспышкой энергии. После Взрыва фотоны распространялись по всем направлениям, а огненный шар начал превращаться в кипящее туманное облако материи. Затем атомы газа скапливались и начинали разогреваться – из них впоследствии образовались галактики. Спустя несколько тысячелетий температура Вселенной снизилась, туман расселся, и Вселенная стала прозрачной, как сейчас. Через некоторое время (возможно, прошли миллиарды лет) в одной из галактик (Млечный Путь) образовалось Солнце, Земля и другие планеты Солнечной системы. Теорию Большого Взрыва в 1946-1949 годах выдвинул Г. Гамов. Получается относительно стройная теория, но повторяем, что это всего лишь гипотеза. Существует много других гипотез о происхождении Вселенной, приведенная нами гипотеза – наиболее популярная, но этот вопрос остается открытым. Любой из вас, став ученым, может предоставить свою гипотезу о происхождении Вселенной. Главное в гипотезе не полет фантазии, а согласованность с тысячелетними астрономическими наблюдениями.

Георгий Антонович Гамов

Г.А. Гамов

Гео́ргий Анто́нович Га́мов (Джордж Гамов), 1904-1968, советский и американский физик-теоретик, астрофизик и популяризатор науки.
В 1933 году он покинул СССР и не возвратился. В 1940 г. получил гражданство США. Член-корреспондент АН СССР. Член Национальной академии наук США.
Гамов известен своими работами по квантовой механике, атомной и ядерной физике, астрофизике, космологии, биологии. Он впервые чётко сформулировал проблему генетического кода. Широкую известность Гамову принесли его научно-популярные произведения, в которых живым и доступным языком рассказывается о современных научных представлениях.
Сначала его теория Большого Взрыва не получила особого признания, тогда доминировали другие теории. Но теперь она является ведущей.

Измерение Вселенной

Вселенная

Для этой цели не имеют смысла такие понятия, как масса, форма, размер, потому что Вселенная ни с чем не взаимодействует. Ее только описывают как термодинамическую систему, используя понятия «плотность», «давление», «температура», «химический состав». И на эти вопросы ответы есть:
Химический состав:
H — 75 %
He — 23 %
O — 1 %
C — 0,5 % 

Средняя температура: 2, 725К

Плотность:

10−29г/см3. Из них:
Темная энергия — 74 %
Темная материя — 22 %
Барионное вещество — 4 %

Уравнение состояния: -1.1±0.4
Темная энергия – это энергетическая плотность, равномерно заполняющая пространство Вселенной. А темная материя – это форма материи, которая не испускает электромагнитного излучения и не взаимодействует с ним. Барионы – это сильно взаимодействующие элементарные частицы: протоны, нейтроны и др.
Многие астрономы уверены, что Вселенная содержит больше веществ, чем удается наблюдать. Возможно, скрытая масса находится во многих объектах малого размера, но очень плотных и темных – настолько, что их невозможно увидеть. Это косвенно подтверждает тот факт, что без этой скрытой массы Вселенная очень быстро расширялась бы, и галактики образовываться не смогли бы. Возможно, мы видим только 10% объектов, существующих во Вселенной.
Самый значительный из всех процессов Вселенной – ее расширение, в основе которого — гравитационное взаимодействие всех существующих объектов. Именно от его хода зависит будущее Вселенной на самых больших масштабах. Другим важным процессом, происходящим во Вселенной, является электромагнитное излучение, образованное фотонами, испущенными в эпоху, когда свет горячего Большого взрыва отделился от неё. Сейчас из-за расширения Вселенной из видимого диапазона большинство этих фотонов перешли в микроволновой радиодиапазон. Следующий важный процесс – гравитация, в результате которой образуются галактики, звездные скопления, звездные системы и т.д.
Таким образом, мы понимаем, что масштабы происходящих во Вселенной процессов огромны, но все современные знания о них – только лишь истолкование астрономических наблюдений.

Можно ли измерить Вселенную?

Из физики мы знаем, что на Земле и в Солнечной системе расстояние — это параметр, который надо подставить, чтобы что-то вычислить. Но на космологических масштабах расстояние перестает быть просто параметром. Эдвин Хаббл сформулировал закон измерения расстояния, используя две ступени шкалы расстояний: фундаментальная — метод тригонометрического параллакса, следующий из евклидовой геометрии, и метод измерения по видимому блеску цефеид. Сегодня расстояния измеряют в миллиардах парсек.
Существует еще метод определения расстояния по сверхновым типа Ia, метод определения расстояния по гравитационным линзам, метод определения расстояния по красным гигантам и др.
Единой точки зрения, является ли Вселенная действительно бесконечной или конечной в пространстве и объёме, не существует. Но наблюдаемая Вселенная конечна, поскольку конечна скорость света и существовал Большой Взрыв. Теория Большого Взрыва также не объясняет расширение Вселенной, она принимает его как факт. Вопрос о форме Вселенной также является важным открытым вопросом космологии.
Первый значительный толчок в сторону современных представлений о Вселенной совершил Коперник. Второй по величине вклад внесли Кеплер и Ньютон. Но поистине революционные изменения в наших представлениях о Вселенной происходят лишь в XX веке.