Бесконечный космос. Сколько вселенных существует? Существует ли граница у космоса. Физики оценили число параллельных вселенных Сколько вселенных в космосе

Представление о том, что наша Вселенная может быть лишь одной из множества других, за последние двадцать лет превратилось из научной фантастики в имеющую право на жизнь теорию мультивселенной . Теперь же физики из Стэнфорда (Stanford University) попытались подсчитать, сколько же может существовать таких параллельных миров.

За расчёты взялись Андрей Линде и Виталий Ванчурин. Они исходили из следующих предположений. Сразу после Большого взрыва (Big Bang), который являлся квантовым процессом, вызвавшим различные квантовые колебания, происходило быстрое расширение (инфляция) Вселенной.

Из-за большой скорости вскоре в отдельных регионах квантовые флуктуации были заморожены в виде тех или иных классических условий. Ныне все эти различающиеся области являются отдельными вселенными, и у каждой из них свои законы физики малых энергий.

Линде придерживается инфляционной модели вселенной (Inflationary Multiverse), которую он разработал в начале 1980-х годов совместно с некоторыми другими учёными. Здесь показано развитие мультивселенной во времени, различные цвета обозначают законы физики, характерные для отдельных вселенных (иллюстрация Stanford University).

В своей статье (PDF-документ), которая пока опубликована только на сайте препринтов arXiv.org, авторы работы проанализировали механизм появления тех самых квантовых флуктуаций. И учёные пришли к выводу – количество образовавшихся вселенных равняется десяти в десятой степени в десятой степени в седьмой степени (10^10^10^7). Впрочем, это значение может различаться в зависимости от того, какую модель построить (как отличать отдельные вселенные).

В любом случае число, конечно же, гигантское. Однако наблюдать все вселенные человек не в состоянии, убеждены специалисты из Стэнфорда. Это обусловлено особенностями строения нашего мозга: в течение жизни он не способен воспринять более десяти в шестнадцатой степени (10 16) битов информации (данное предположение выдвинуто в другой работе и поддержано стэнфордскими учёными). В результате получается, что человек не может воспринять более десяти в десятой степени в шестой степени наблюдаемых конфигураций.

Не больше, не меньше – именно столько вселенных, по мнению авторов новой работы, доступно человеческому разуму (иллюстрация Andrei Linde, Vitaly Vanchurin).

И это нормально, утверждают Линде и Ванчурин. Нечего пытаться возвысить себя и полагать, будто все параллельные вселенные доступны человеческому сознанию. К тому же в нашей повседневной жизни квантовые эффекты играют малую роль, а потому мы их можем спокойно игнорировать.

Подобные вычисления действительно мало чем полезны для обывателя и имеют значение, пожалуй, только для физиков и астрономов, изучающих квантовые эффекты на супергалактическом уровне.

Когда мы анализируем возможность существования вселенной определённого типа, мы должны помнить, что существует пара вселенная-наблюдатель, которая собственно её и оживляет, а также, что волновая функция всей остальной мультивселенной зависит от времени, пишут физики.

Зачем же считать параллельные вселенные? Линде и Ванчурин считают – для того чтобы позже определить вероятность существования жизни во Вселенной с каким-то особым набором свойств. А ещё узнать, каковы были шансы, что мы «окажемся» в мире с физическими законами, соответствующими наблюдаемым (что разрешило бы вопросы, связанные с

Даже если удастся построить полную и точную картину эволюции нашей Вселенной, это не снимет всех вопросов об устройстве мира. Наверняка кто-то спросит: что было до начала расширения Вселенной? И если в будущем она снова сожмется, то что с ней станет потом? Строго говоря, наука не обязана искать ответы на такие «некорректные» вопросы, поскольку она основывается на опыте изучения только нашего мира.

Однако человеческий разум не может этим удовлетвориться, и возникают модели, описывающие картину мира до Большого Взрыва или после момента будущего сжатия.

Одна из них - «многолистная модель Вселенной ». Согласно ей, Большому Взрыву предшествовало сжатие предыдущей Вселенной, а после максимального сжатия нашей Вселенной снова произойдет Большой Взрыв (речь идет о закрытой Вселенной). Если воспользоваться образом, который предложил академик Сахаров, вечно перелистываются страницы бесконечной книги бытия. Казалось бы, такая картина снимает «некорректные» вопросы. Однако из второго начала термодинамики (как и все фундаментальные законы природы, оно должно быть справедливо в любом из миров) вытекает, что радиус Вселенной возрастает от цикла к циклу. Следовательно,когда-то был самый первый цикл, в котором Вселенная имела минимальный радиус. И опять возникает вопрос — а что было до этого цикла?

Академик Сахаров предположил, что в момент начала первого цикла происходит обращение времени. Иными словами, до этого момента происходит то же самое, что и после него, но только в обратном порядке. Поскольку при обращении времени меняют направление все процессы, обитатели каждой Вселенной (если они есть) живут в твердом убеждении, что время течет в единственно возможную сторону - из прошлого в будущее.

Еще один «некорректный» вопрос звучит так: почему параметры нашего мира именно таковы, каковы они есть ? Почему пространство имеет 3 измерения, а не 2 или 15, почему заряд электрона равен именно 1,6021892*10^-19 кулона? И на этот вопрос можно предложить ответ - гипотезу Мега-Вселенной , то есть предположение, что одновременно образовалось огромное количество разных миров с разными условиями (в частности, с разным числом пространственных измерений, а может быть, и с несколькими осями времени). Нашему же изучению доступен тот единственный мир, в котором возможно существование разумной белковой жизни (антропный принцип).

Такие грандиозные картины изменений пространства и времени поражают воображение. Однако модели Вселенной, о которых рассказывает академик Сахаров, интересны не только сами по себе. Они с еще одной стороны характеризуют мировоззрение этой необыкновенной личности. Стремление понять, что происходило до «Момента Сотворения Мира», убежденность в том, что возможно, выражаясь словами Андрея Дмитриевича, «неограниченное научное исследование материального мира и пространства-времени», говорят о его вере в человеческий разум - вере, заставляющей вспомнить о титанах Возрождения. Более того, Андрей Дмитриевич пишет о гипотезе, согласно которой разум способен передавать информацию своим потомкам из будущих циклов, отделенных от него периодами сверхплотного сжатия и Большими Взрывами. Как выдающийся физик, Андрей Дмитриевич не мог не понимать, насколько маловероятна такая возможность, и все же мечтал о ней - ведь тогда перед лицом вечности человеческая жизнь приобретает особый смысл. Не это ли ощущение ответственности перед вечностью помогло ему сделать свой нравственный выбор?

Немаловажную роль в определении возраста Вселенной играет выделение этапов её развития от начала Большого взрыва.

Эволюция Вселенной и этапы её развития

На сегодня принято выделять следующие фазы развития Вселенной:

1. Планковское время - период от 10 -43 до 10 -11 секунд. В этот короткий промежуток времени, как полагают учёные, гравитационная сила «отделилась» от остальных сил взаимодействия.
2. Эпоха рождения кварков - от 10 -11 до 10 -2 секунд. В этот период произошло зарождение кварков и разделение известных физических сил взаимодействия.
3. Современная эпоха - началась через 0,01 секунду после Большого взрыва и длится сейчас. В этот промежуток времени образовались все элементарные частицы, атомы, молекулы, звезды и галактики.

Стоит отметить, что важным периодом в развитии Вселенной считается время, когда она стала прозрачной для излучения - через триста восемьдесят тысяч лет после Большого взрыва.

Методы определения возраста Вселенной

Сколько лет Вселенной? Перед тем как пытаться это выяснить, стоит заметить, что её возраст считается от момента Большого взрыва. На сегодня никто не может утверждать с полной уверенностью, сколько лет назад появилась Вселенная. Если просматривать тенденцию, то со временем учёные приходят к выводу, что её возраст больше, чем считалось ранее.

Последние вычисления учёных показывают, что возраст нашей Вселенной составляет 13,75±0,13 миллиардов лет. По мнению некоторых специалистов, конечная цифра может быть пересмотрена в ближайшее время и скорректирована до пятнадцати миллиардов лет.

Современный способ оценки возраста космического пространства базируется на изучении «древних» звёзд, скоплений и неразвившихся объектов космоса. Технология вычисления возраста Вселенной - сложный и ёмкий процесс. Мы рассмотрим лишь некоторые принципы и способы расчётов.

Массовые скопления звёзд

Для того чтобы определить, сколько лет Вселенной, учёные исследуют участки космоса с большим скоплением звёзд. Находясь примерно в одной области, тела имеют сходный возраст. Одновременное зарождение звёзд даёт возможность учёным определить возраст скопления.

Используя теорию «эволюции звёзд», строят графики и проводят многолинейные вычисления. Учитываются данные объектов с одинаковым возрастом, но разной массой.

На основании полученных результатов удается определить возраст скопления. Предварительно вычислив расстояние до группы звёздного скопления, учёные определяют возраст Вселенной.

Получилось ли точно определить, сколько лет Вселенной? По расчётам учёных результат оказался неоднозначным - от 6 до 25 миллиардов лет. К сожалению, данный метод имеет большое количество сложностей. Поэтому существует серьезная погрешность.

Древние обитатели космоса

Для того чтобы понять, сколько лет существует Вселенная, учёные ведут наблюдение за белыми карликами в шаровых скоплениях. Они являются следующим эволюционным звеном после красного гиганта.

В процессе перехода от одной стадии к другой вес звезды практически не меняется. Белые карлики не имеют термоядерного синтеза, поэтому излучают свет за счёт накопленного тепла. Если знать зависимость между температурой и временем, получится установить возраст звезды. Возраст наиболее древнего скопления оценивается примерно в 12-13,4 миллиарда лет. Однако данный способ сопряжён со сложностью наблюдения за достаточно слабыми источниками излучения. Необходимы высокочувствительные телескопы и оборудование. Для решения поставленной задачи задействован мощный космический телескоп Хаббл.

Первичный «бульон» Вселенной

Для того чтобы определить, сколько лет Вселенной, учёные наблюдают за объектами, состоящими из первичной субстанции. Они дожили до нашего времени благодаря медленной скорости эволюции. Исследуя химический состав подобных объектов, учёные сравнивают его с данными по термоядерной физике. На основании полученных результатов определяется возраст звезды или скопления. Учёными проведено два независимых исследования. Результат оказался достаточно сходным: по первому - 12,3-18,7 миллиарда лет и по второму - 11,7-16,7.

Расширяющаяся Вселенная и тёмная материя

Существует большое количество моделей определения возраста Вселенной, но результаты весьма спорны. На сегодняшний день есть более точный способ. Он основан на том, что космическое пространство постоянно расширяется с момента Большого взрыва.

Изначально пространство было меньше, с тем же количеством энергии, что и сейчас.

По мнению учёных, со временем фотон «теряет» энергию, а длина волны увеличивается. Основываясь на свойствах фотонов и наличии чёрной материи, провели расчёт возраста нашей Вселенной. Учёным удалось определить возраст космического пространства, он составил 13,75±0,13 миллиардов лет. Этот способ расчёта получил название Lambda-Cold Dark Matter - современная космологическая модель.

Результат может оказаться ошибочным

Однако никто из учёных не утверждает, что этот результат является точным. Эта модель включает в себя множество условных допущений, которые взяты за основу. Однако на данный момент этот способ определения возраста Вселенной считается наиболее точным. В 2013 году удалось определить скорость расширения Вселенной - постоянную Хаббла. Она составила 67,2 километра в секунду.

Используя более точные данные, учёные определили, что возраст Вселенной составляет 13 миллиардов 798 миллионов лет.

Однако мы понимаем, что в процессе определения возраста Вселенной использовались общепринятые модели (сферически плоская форма, наличие холодной тёмной материи, скорость света как максимальная постоянная величина). Если наши предположения об общепринятых константах и моделях в будущем окажутся ошибочными, то это повлечёт за собой пересчёт полученных данных.

Три десятка лет назад в научном мире стала распространяться так называемая теория инфляции. В центре данной концепции находится представление об особой форме материи, получившей название «ложного вакуума». Он обладает очень высокими энергетическими характеристиками и большим отрицательным давлением. Самое удивительное свойство ложного вакуума – отталкивающая гравитация. Заполненное таким вакуумом пространство способно быстро расширяться в разные стороны.

Спонтанно возникающие «пузыри» вакуума распространяются со скоростью света, но практически не сталкиваются между собой, ведь пространство между такими образованиями расширяется с той же скоростью. Предполагается, что человечество живет в одном из множества таких «пузырей», которые воспринимаются как расширяющаяся Вселенная.

С обыденной точки зрения множественные «пузыри» ложного вакуума – это череда иных, вполне самодостаточных . Загвоздка в том, что непосредственных материальных связей между этими гипотетическими образованиями не существует. Поэтому перебраться из одной вселенной в другую, увы, не получится.

Ученые делают вывод о том, что число вселенных, имеющих вид «пузырей», может быть бесконечным, причем каждая из них без всяких ограничений расширяется. Во вселенных, никогда не пересекающихся с той, где находится Солнечная система, формируется бесконечное число вариантов развития событий. Кто знает, может быть в одном из таких «пузырей» в точности повторяется история Земли?

Параллельные вселенные: гипотезы требуют подтверждения

Не исключено, впрочем, что иные вселенные, которые условно можно назвать параллельными, основаны на совершенно иных физических принципах. Даже набор фундаментальных констант в «пузырях» может существенно отличаться от того, который предусмотрен в родной Вселенной человечества.

Вполне возможно, что жизнь, если она является закономерным результатом развития любой материи, в параллельной вселенной может быть построена на невероятных для землян принципах. Каким тогда может быть Разум в соседних вселенных? Об этом пока могут судить только фантасты.

Проверить гипотезу о существовании другой вселенной или даже множества таких миров прямым образом не представляется возможным. Исследователи работают над сбором «косвенных улик», ищут обходные пути для подтверждения научных предположений. Пока что у ученых имеются лишь более или менее убедительные догадки, построенные на результатах изучения реликтового излучения, проливающего свет на историю возникновения Вселенной.

Фанатичным математикам, обожающим подсчитывать всё на свете, давно хотелось узнать ответ на фундаментальный вопрос: сколько всего частиц во Вселенной? Учитывая, что приблизительно 5 триллионов атомов водорода могут поместиться на одной лишь головке булавки, при этом каждый из них состоит из 4 элементарных частиц (1 электрон и 3 кварка в протоне), можно с уверенностью предположить, что число частиц в наблюдаемой Вселенной находится за гранью человеческого представления.

Как бы то ни было, профессор физики Тони Падилла из Нотингемского университета разработал способ оценки общего количества частиц во Вселенной, не принимая в расчет фотоны или нейтрино, поскольку у них отсутствует (вернее, практически отсутствует) масса:

Для своих расчетов ученый использовал данные, полученные с помощью телескопа Планка, которые использовались для измерения реликтового излучения, являющегося самым старым из видимого светового излучения во Вселенной и, таким образом, формирующего подобие ее границы. Благодаря телескопу, ученые смогли оценить плотность и радиус видимой Вселенной.

Другая необходимая переменная — это доля вещества, содержащаяся в барионах. Эти частицы состоят из трех кварков, и наиболее известными барионами на сегодняшний день являются протоны и нейтроны, а потому в своем примере Падилла рассматривает именно их. Наконец, для расчета необходимо знание масс протона и нейтрона (которые примерно совпадают друг с другом), после чего можно приступать к вычислениям.

Что делает физик? Он берет плотность видимой Вселенной, умножает ее на долю плотности одних лишь барионов, а затем умножает результат на объем Вселенной. Получившуюся в результате массу всех барионов во Вселенной он делит на массу одного бариона и получает общее количество барионов. Но барионы нам не интересны, наша цель — элементарные частицы.

Известно, что каждый барион состоит из трех кварков — как раз они-то нам и нужны. Более того, общее число протонов (как все мы знаем из школьного курса химии) равно общему числу электронов, которые тоже являются элементарными частицами. Помимо этого, астрономы установили, что 75% вещества во Вселенной представлено водородом, а оставшиеся 25% - гелием, прочими же элементами при расчетах такого масштаба можно пренебречь. Падилла вычисляет количество нейтронов, протонов и электронов, после чего умножает две первые позиции на три — и у нас наконец есть итоговый результат.

3.28х10 80 . Более трех вигинтиллионов.

328.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.

Самое интересное, что, с учетом масштаба Вселенной, эти частицы не заполняют даже большую часть от ее общего объема. В результате, на один кубометр Вселенной приходится лишь одна (!) элементарная частица.