Space & Astronomy 14 юни 2025 г. · 3 коментара
Къде е центърът на Вселената? Има ли такъв? Кредит за изображение: ESA / НАСА
Трудно е да си представим, че Вселената има „център“ – но също толкова трудно да си представим, че не е така.
Роб Койн: Преди около век учените се бореха да примирят това, което изглеждаше противоречие в теорията на Алберт Айнщайн за общата относителност.
Публикувана през 1915 г. и вече широко приета по целия свят от физици и математици, теорията предполага, че Вселената е статична – непроменяща се, неподвижна и неизменна. Накратко, Айнщайн вярваше, че размерът и формата на Вселената днес са, повече или по -малко, един и същ размер и форма винаги е бил.
Но когато астрономите погледнаха в нощното небе в далечни галактики с мощни телескопи, те видяха намеци, че Вселената е всичко друго, но това. Тези нови наблюдения подсказват обратното – вместо това да се разшири.
Учените скоро разбраха, че теорията на Айнщайн всъщност не казва, че Вселената трябва да бъде статична; Теорията може да подкрепи и разширяващата се вселена. Всъщност, използвайки същите математически инструменти, предоставени от теорията на Айнщайн, учените създадоха нови модели, които показват, че Вселената всъщност е динамична и развиваща се.
Прекарах десетилетия в опит да разбера общата относителност, включително в настоящата си работа като курсове по преподавател по физика по темата.
Знам, че обвиването на главата ви около идеята за непрекъснато разрастваща се вселена може да се почувства обезсърчаваща – и част от предизвикателството е да отменя естествената ви интуиция за това как работят нещата. Например, трудно е да си представим нещо толкова голямо, колкото Вселената изобщо няма център, но физиката казва, че това е реалността.
Пространството между галактиките
Първо, нека дефинираме какво се разбира под „разширяване“. На земята „разширяването“ означава, че нещо става все по -голямо. И по отношение на Вселената, това е вярно, нещо като. Разширяването може също да означава, че „всичко става все по -далеч от нас“, което също е вярно по отношение на Вселената.
Посочете телескоп на далечни галактики и всички те изглежда се отдалечават от нас.
Нещо повече, колкото по -далеч са, толкова по -бързо изглежда се движат. Тези галактики също изглежда се отдалечават една от друга. Така че е по -точно да се каже, че всичко във Вселената се отдалечава по -далеч от всичко останало, всичко наведнъж.
Тази идея е фина, но критична. Лесно е да помислите за създаването на Вселената като експлодиране на фойерверки: Започнете с голям взрив, а след това всички галактики във Вселената летят във всички посоки от някаква централна точка.
Но тази аналогия не е правилна. Това не само предполага, че разширяването на Вселената е започнало от едно място, което не е така, но също така предполага, че галактиките са нещата, които се движат, което не е напълно точна.
Не толкова галактиките се отдалечават една от друга – това е пространството между галактиките, тъканта на самата Вселена, което непрекъснато се разраства с течение на времето. С други думи, всъщност самите галактики се движат през Вселената; Нещо повече, че самата Вселена ги носи по -далеч, докато се разширява.
Обща аналогия е да си представите да залепите някои точки на повърхността на балон. Докато взривявате въздух в балона, той се разширява. Тъй като точките са заседнали на повърхността на балона, те се разпадат по -далеч. Въпреки че може да изглежда, че се движат, точките всъщност остават точно там, където сте ги поставили, а разстоянието между тях става все по -голямо просто по силата на разширяването на балона.
Сега помислете за точките като за галактики и балона като тъканта на Вселената и вие започвате да получавате картината.
За съжаление, докато тази аналогия е добро начало, тя също не получава детайлите съвсем правилно.
4 -то измерение
Важно за всяка аналогия е разбиране за нейните ограничения. Някои недостатъци са очевидни: балонът е достатъчно малък, за да се побере в ръката ви – не така вселената. Друг недостатък е по -фин. Балонът има две части: неговата латексна повърхност и интериор, изпълнен с въздух.
Тези две части на балона са описани по различен начин на езика на математиката. Повърхността на балона е двуизмерна. Ако се разхождате по него, можете да се придвижите напред, назад, наляво или надясно, но не можете да се движите нагоре или надолу, без да напускате повърхността.
Сега може да звучи така, сякаш назоваваме четири посоки тук – напред, назад, наляво и надясно – но това са просто движения по два основни пътеки: отстрани и отпред към гърба. Това прави повърхността двуизмерна – дължина и ширина.
Вътрешността на балона, от друга страна, е триизмерна, така че ще можете да се движите свободно във всяка посока, включително нагоре или надолу – дължина, ширина и височина.
Тук се крие объркването. Нещото, което смятаме за “центъра” на балона, е точка някъде в интериора му, в пълното с въздух пространство под повърхността.
Но в тази аналогия Вселената прилича повече на латексната повърхност на балона. Интериорът, изпълнен с въздух на балона, няма колега в нашата вселена, така че не можем да използваме тази част от аналогията – само повърхността има значение.
И така, питайки: “Къде е центърът на Вселената?” Донякъде ли е като да попитате: “Къде е центърът на повърхността на балона?” Просто няма такъв. Можете да пътувате по повърхността на балона във всяка посока, толкова дълго, колкото искате, и никога не бихте стигнали до място, на което можете да се обадите в центъра му, защото никога не бихте напуснали повърхността.
По същия начин можете да пътувате във всяка посока във Вселената и никога няма да намерите центъра му, защото, подобно на повърхността на балона, той просто няма такъв.
Част от причината това да бъде толкова предизвикателно да се разбере, е поради начина, по който Вселената е описана на езика на математиката. Повърхността на балона има две измерения, а интериорът на балона има три, но Вселената съществува в четири измерения. Защото не става въпрос само за това как нещата се движат в космоса, а как се движат във времето.
Мозъците ни са свързани да мислят за пространството и времето отделно. Но във Вселената те са преплетени в една тъкан, наречена „пространство-време“. Това обединение променя начина, по който Вселената работи спрямо това, което очаква нашата интуиция.
И това обяснение дори не започва да отговаря на въпроса как нещо може да се разширява за неопределено време – учените все още се опитват да озадачават какво правомощия това разширяване.
Така че, като питаме за центъра на Вселената, ние се сблъскваме с границите на нашата интуиция. Отговорът, който откриваме – всичко, разширяване навсякъде, всичко наведнъж – е поглед върху колко странна и красива е нашата вселена.
Роб Койн, преподавател по физика, Университет на Род Айлънд
Тази статия е преиздадена от разговора под лиценз Creative Commons.
Прочетете оригиналната статия.
Източник: Разговорът | Коментари (3)