«Цікаўныя дзеці» - гэта серыя перадач для дзяцей усіх узростаў. Калі ў вас ёсць пытанне, на якое вы хацелі б атрымаць адказ ад эксперта, дашліце яго па адрасе curiouskidsus@theconversation.com.
У што пашыраецца Сусвет, калі ён ужо бясконцы? - Маэль, 10 гадоў, Місула, Мантана
Калі вы пячэце бохан хлеба або партыю кексаў, вы кладзеце цеста ў форму. Падчас выпякання ў духоўцы цеста пашыраецца і запаўняе форму. Шакаладныя чыпсы або чарніцы ў цесце для кексаў аказваюцца далей адзін ад аднаго па меры пашырэння цеста.
Пашырэнне Сусвету ў некаторым сэнсе падобна. Але гэтая аналогія памыляецца ў адным: у той час як цеста пашыраецца ў форму для выпечкі, Сусвету няма ў што пашырацца. Яна проста пашыраецца сама ў сябе.
Гэта можа здацца галаваломкай, але Сусвет - гэта ўсё, што знаходзіцца ўнутры Сусвету. У пашыраецца Сусвету няма патэльні. Ёсць толькі цеста. Нават калі б патэльня існавала, яна была б часткай Сусвету і, такім чынам, пашыралася б разам са патэльняй.
Нават мне, прафесару фізікі і астраноміі, які вывучае Сусвет ужо шмат гадоў, гэтыя ідэі цяжка зразумець. У паўсядзённым жыцці нічога падобнага не сустрэнеш. Гэта ўсё роўна што спытаць, у якім кірунку паўночней Паўночнага полюса.
Іншы спосаб асэнсаваць пашырэнне Сусвету - гэта ўявіць, як іншыя галактыкі выдаляюцца ад нашай галактыкі, Млечнага Шляху. Навукоўцы ведаюць, што Сусвет пашыраецца, таму што яны могуць адсочваць іншыя галактыкі па меры іх аддалення ад нашай. Яны вызначаюць пашырэнне, выкарыстоўваючы хуткасць, з якой іншыя галактыкі выдаляюцца ад нас. Гэтае азначэнне дазваляе ім уявіць пашырэнне, не маючы патрэбы ў чымсьці, у што яно магло б пашырацца.
Пашыраны Сусвет
Сусвет узнік у выніку Вялікага выбуху 13,8 мільярда гадоў таму. Тэорыя Вялікага выбуху апісвае паходжанне Сусвету як надзвычай шчыльную, гарачую сінгулярнасць. Гэтая малюсенькая кропка раптам падвергнулася хуткаму пашырэнню, званаму інфляцыяй, у выніку якога кожнае месца ў Сусвеце пашырэла вонкі. Але назва "Вялікі выбух" уводзіць у зман. Гэта быў не гіганцкі выбух, як мяркуе назоў, а перыяд, калі Сусвет хутка пашыралася.
Затым Сусвет хутка скандэнсаваўся і астыў, пачаўшы ствараць матэрыю і святло. У канчатковым выніку яна эвалюцыянавала ў тое, што мы сёння ведаем як наш Сусвет.
Ідэя аб тым, што наш Сусвет не статычны і можа пашырацца або сціскацца, упершыню была апублікавана фізікам Аляксандрам Фрыдманам у 1922 годзе. Ён матэматычна пацвердзіў, што Сусвет пашыраецца.
Хоць Фрыдман даказаў, што Сусвет пашыраецца, прынамсі, у некаторых месцах, менавіта Эдвін Хабл глыбей вывучыў тэмпы пашырэння. Многія іншыя навукоўцы пацвердзілі, што іншыя галактыкі выдаляюцца ад Млечнага шляху, але ў 1929 годзе Хабл апублікаваў сваю знакамітую працу, якая пацвердзіла, што ўвесь Сусвет пашыраецца, і што тэмпы гэтага пашырэння ўзрастаюць.
Гэта адкрыццё працягвае бянтэжыць астрафізікаў. Якая з'ява дазваляе Сусвету пераадольваць сілу гравітацыі, якая ўтрымлівае яе разам, і адначасова пашырацца, прыцягваючы аб'екты ў Сусвеце адзін да аднаго? І ў дадатак да ўсяго, хуткасць яе пашырэння з часам паскараецца.
Многія навукоўцы выкарыстоўваюць візуальны вобраз, званы варонкай пашырэння, каб апісаць, як паскорылася пашырэнне Сусвету з часоў Вялікага выбуху. Уявіце сабе глыбокую варонку з шырокім краем. Левы бок варонкі - вузкі канец - уяўляе сабой пачатак Сусвету. Па меры руху направа вы рухаецеся наперад у часе. Пашырэнне конусу сімвалізуе пашырэнне Сусвету.
Варонка пашырэння наглядна дэманструе, як хуткасць пашырэння Сусвету павялічвалася з цягам часу. У левай частцы варонкі паказаны Вялікі выбух, і з таго часу Сусвет пашыраецца ўсё хутчэй і хутчэй. NASA
Навукоўцы да гэтага часу не змаглі напрамую вымераць крыніцу энергіі, якая выклікае гэта паскоранае пашырэнне. Яны не змаглі яе выявіць ці вымераць. Паколькі яны не могуць убачыць ці непасрэдна вымераць гэты тып энергіі, яны называюць яе цёмнай энергіяй.
Паводле мадэляў даследнікаў, цёмная энергія павінна быць найболей распаўсюджанай формай энергіі ў Сусвеце, складаючы каля 68% ад усёй энергіі Сусвету. Энергія, якая атрымліваецца са звычайнай матэрыі, з якой складаюцца Зямля, Сонца і ўсё, што мы бачым, складае толькі каля 5% ад усёй энергіі.
Па-за варонкай пашырэння
Такім чынам, што знаходзіцца па-за межамі варонкі пашырэння?
У навукоўцаў няма доказаў існавання чаго-небудзь за межамі вядомага нам Сусвету. Аднак некаторыя прадказваюць, што можа існаваць некалькі сусветаў. Мадэль, якая ўключае некалькі сусветаў, магла б вырашыць некаторыя праблемы, з якімі сутыкаюцца навукоўцы пры працы з існуючымі мадэлямі нашага Сусвету.
Адна з галоўных праблем сучаснай фізікі складаецца ў тым, што даследнікі не могуць інтэграваць квантавую механіку, якая апісвае працу фізікі ў вельмі малых маштабах, і гравітацыю, якая кіруе фізікай у вялікіх маштабах.
Правілы паводзін матэрыі ў малым маштабе залежаць ад верагоднасці і квантаваных, ці фіксаваных, колькасцяў энергіі. У гэтым маштабе аб'екты могуць узнікаць і знікаць. Матэрыя можа паводзіць сябе як хваля. Квантавы свет моцна адрозніваецца ад таго, як мы бачым свет.
У вялікіх маштабах, якія фізікі называюць класічнай механікай, аб'екты паводзяць сябе так, як мы чакаем ад іх у паўсядзённым жыцці. Аб'екты не квантуюцца і могуць валодаць бесперапыннай колькасцю энергіі. Аб'екты не з'яўляюцца і не знікаюць бясследна.
Квантавы свет паводзіць сябе падобна выключальніку святла, дзе энергія мае толькі два рэжыму: уключана і выключана. Свет, які мы бачым і з якім узаемадзейнічаем, паводзіць сябе як рэгулятар яркасці, які дазваляе рэгуляваць узровень энергіі.
Аднак даследнікі сутыкаюцца з праблемамі, калі спрабуюць вывучаць гравітацыю на квантавым узроўні. На малым маштабе фізікам прыйшлося б выказаць здагадку, што гравітацыя квантаваная. Але даследаванні, праведзеныя шматлікімі з іх, не пацвярджаюць гэтую ідэю.
За межамі галактыкі Млечны Шлях знаходзіцца бясконца які пашыраецца Сусвет. DECaPS2/DOE/FNAL/DECam/CTIO/NOIRLab/NSF/AURA, M. Zamani & D. de Martin via AP
Адзін са спосабаў прымусіць гэтыя тэорыі працаваць разам - гэта тэорыя мультысусвету. Існуе мноства тэорый, якія выходзяць за межы нашага цяперашняга Сусвету, каб растлумачыць, як гравітацыя і квантавы свет узаемадзейнічаюць. Да ліку вядучых тэорый адносяцца тэорыя струн, лаянкавая касмалогія, пятлёвая квантавая тэорыя і многія іншыя.
Тым не менш, Сусвет будзе працягваць пашырацца, і адлегласць паміж Млечным Шляхам і большасцю іншых галактык з часам будзе павялічвацца.
Добры дзень, дапытлівыя дзеці! У вас ёсць пытанне, на якое вы хацелі б атрымаць адказ ад эксперта? Папрасіце дарослага адправіць ваша пытанне на адрас CuriousKidsUS@theconversation.com. Калі ласка, укажыце ваша імя, узрост і горад пражывання.
А паколькі цікаўнасць не мае ўзроставых абмежаванняў, дарослыя, раскажыце нам, што вас таксама цікавіць. Мы не зможам адказаць на кожнае пытанне, але пастараемся зрабіць усё магчымае.
Гэты артыкул перадрукаваны з сайта The Conversation, некамерцыйнага незалежнага навіннага рэсурсу, які прадстаўляе факты і дакладны аналіз, якія дапамогуць вам разабрацца ў нашым складаным свеце. Аўтар артыкула: Ніколь Гранучы, Універсітэт Куініпіяк.
Чытаць далей:
-
З чаго складаецца космас? Эксперт па астрафізіцы тлумачыць усе кампаненты - ад выпраменьвання да цёмнай матэрыі - якія знаходзяцца ў вакууме касмічнай прасторы.
-
Космас заканчваецца або распасціраецца бясконца?
-
Ці існуюць планеты за межамі нашай Сонечнай сістэмы?
Ніколь Гранучы не працуе, не кансультуе, не валодае акцыямі і не атрымлівае фінансавання ад якіх-небудзь кампаній або арганізацый, якія маглі б атрымаць выгаду з гэтага артыкула, і не раскрыла ніякіх адпаведных сувязей, акрамя сваёй акадэмічнай пасады.