Куда расширяется Вселенная, если она уже бесконечна? Но не только.

Когда вы печёте пирог или кекс, вы кладёте тесто в форму. По мере того, как тесто выпекается в духовке, оно расширяется в форме. Любые кусочки шоколада или изюм в тесте для становятся дальше друг от друга по мере того, как тесто расширяется.

Расширение Вселенной в некотором смысле похоже. Но эта аналогия ошибается в одном: в то время как тесто расширяется в форме для выпечки, вселенной не во что расширяться. Она просто расширяется в себя.

Это может показаться странным, но вселенная считается всем во вселенной. В расширяющейся вселенной нет кастрюли или формы. Только тесто. Даже если бы была кастрюля, она была бы частью вселенной и, следовательно, расширялась бы вместе со вселенной.

Даже мне, преподавателю физики и астрономии, который годами изучал вселенную, эти идеи трудно понять. Вы не испытываете ничего подобного в своей повседневной жизни. Это как спросить, какое направление севернее Северного полюса.

Другой способ думать о расширении Вселенной — думать о том, как другие галактики удаляются от нашей галактики, Млечного Пути. Учёные знают, что Вселенная расширяется, потому что они могут отслеживать другие галактики, удаляющиеся от нашей. Они определяют расширение, используя скорость, с которой другие галактики удаляются от нас. Это определение позволяет им представить расширение без необходимости во что-то расширяться.

Расширяющаяся Вселенная.

Вселенная началась с Большого взрыва 13,8 миллиарда лет назад. Большой взрыв описывает происхождение Вселенной как чрезвычайно плотную, горячую сингулярность. Эта крошечная точка внезапно прошла через быстрое расширение, называемое инфляцией, где каждое место во Вселенной расширилось наружу. Но название Большой взрыв вводит в заблуждение. Это был не гигантский взрыв, как следует из названия, а время, когда Вселенная быстро расширялась.

Затем Вселенная быстро сгустилась и остыла, и начала производить материю и свет. В конце концов, она эволюционировала в то, что мы знаем сегодня как нашу Вселенную.

Идея о том, что наша Вселенная не статична и может расширяться или сжиматься, была впервые опубликована физиком Александром Фридманом в 1922 году. Он математически подтвердил, что Вселенная расширяется.

В то время как Фридман доказал, что Вселенная расширяется, по крайней мере в некоторых местах, именно Эдвин Хаббл изучил скорость расширения. Многие другие учёные подтвердили, что другие галактики удаляются от Млечного Пути, но в 1929 году Хаббл опубликовал свою знаменитую статью, которая подтвердила, что вся Вселенная расширяется, и что скорость её расширения увеличивается.

Схема расширения Вселенной. © NASA.

Это открытие продолжает озадачивать астрофизиков. Какое явление позволяет Вселенной преодолевать силу гравитации, удерживающую её вместе, и в то же время расширяться, растаскивая объекты во Вселенной? И вдобавок ко всему, скорость её расширения со временем ускоряется.

Многие учёные используют визуальное представление, называемое воронкой расширения, чтобы описать, как ускорилось расширение Вселенной с момента Большого взрыва. Представьте себе глубокую воронку с широким краем. Левая сторона воронки — узкий конец — представляет начало Вселенной. Двигаясь вправо, вы движетесь вперёд во времени. Расширение конуса представляет расширение Вселенной.

Учёные не смогли напрямую измерить, откуда берётся энергия, вызывающая это ускоряющееся расширение. Они не смогли обнаружить или измерить её. Поскольку они не могут увидеть или непосредственно измерить этот тип энергии, они называют его темной энергией.

Согласно моделям исследователей, тёмная энергия должна быть наиболее распространённой формой энергии во Вселенной, составляя около 68 процентов от общей энергии во Вселенной. Энергия от повседневной материи, из которой состоят Земля, Солнце и все, что мы можем видеть, составляет всего около 5 процентов всей энергии.

Тёмная материя и тёмная энергия составляют большую часть Вселенной.

За пределами воронки расширения.

Итак, что находится за пределами воронки расширения?

У учёных нет доказательств существования чего-либо за пределами известной нам вселенной. Однако некоторые предсказывают, что может быть несколько вселенных. Модель, включающая несколько вселенных, могла бы решить некоторые проблемы, с которыми учёные сталкиваются в текущих моделях нашей вселенной.

Одной из основных проблем современной физики является то, что исследователи не могут интегрировать квантовую механику, описывающую работу физики в очень малых масштабах, и гравитацию, которая управляет физикой в ​​больших масштабах.

Правила поведения материи в малых масштабах зависят от вероятности и квантованных, или фиксированных, объёмов энергии. В этом масштабе объекты могут возникать и исчезать. Материя может вести себя как волна. Квантовый мир сильно отличается от того, как мы видим мир обычный.

В больших масштабах, которые физики называют классической механикой, объекты ведут себя так, как мы ожидаем, что они будут вести себя в повседневной жизни. Объекты не квантуются и могут иметь непрерывные количества энергии. Объекты не появляются и не исчезают.

Квантовый мир ведёт себя как выключатель света, где энергия имеет только опцию «вкл-выкл». Мир, который мы видим и с которым взаимодействуем, ведёт себя как диммер, допускающий все уровни энергии.

Но исследователи сталкиваются с проблемами, когда пытаются изучать гравитацию на квантовом уровне. В малых масштабах физикам пришлось бы предположить, что гравитация квантуется. Но исследования, которые провели многие из них, не подтверждают эту идею.

Один из способов заставить эти теории работать вместе — теория мультивселенной. Существует множество теорий, которые выходят за рамки нашей нынешней вселенной, чтобы объяснить, как гравитация и квантовый мир работают вместе. Некоторые из ведущих теорий включают теорию струн, бранную космологию, петлевую квантовую теорию и многие другие.

Несмотря на это, Вселенная продолжит расширяться, и расстояние между Млечным Путём и большинством других галактик со временем будет увеличиваться.

Автор: Николь Грануччи, преподаватель физики, Quinnipiac University. Эта статья переиздана из The Conversation по лицензии Creative Commons. Прочитайте оригинальную статью.

Источник: https://ab-news.ru/kuda-rasshi...

В.К. Я извиняюсь, но вопрос задан дурацкий потому, что Вселенная никуда не расширяется, по крайней мере, в чисто материалистическом её понимании, поскольку является реализацией процесса творения жизни.

А вот утверждение автора о бесконечности требует пояснений. Скорее всего, автор имеет в виду пространственную бесконечность Вселенной, что само по себе тоже не имеет смысла.

Ну а теперь перейдём немного к тёмным аспектам Вселенной.

Учёные предположили, что тёмная материя могла возникнуть до Большого взрыва.

Теория WIFI связывает инфляцию и формирование материи.

Исследователи из Техасского университета в Остине выдвинули гипотезу о том, что загадочная тёмная материя, составляющая значительную часть Вселенной, могла появиться еще до Большого взрыва.

Согласно их модели, названной WIFI (warm inflation via freeze-in), тёмная материя формировалась в период космической инфляции — кратковременной, но мощной фазы экспоненциального расширения Вселенной. Эта фаза, как утверждают авторы, могла предшествовать самому Большому взрыву.

Традиционно считается, что Большой взрыв был началом всего — материи, энергии, пространства и времени. Однако ряд теорий предполагает, что космическая инфляция произошла до этого события, создавая уникальные условия для появления темной материи.

Модель WIFI основывается на взаимодействиях между излучением и частицами в так называемой тепловой ванне, существовавшей в эпоху инфляции. По мнению учёных, именно эти процессы позволили создать достаточное количество частиц темной материи, чтобы объяснить их современное распределение.

Отличие этой модели в том, что тёмная материя, созданная в ходе инфляции, не уничтожается при дальнейшем расширении Вселенной. Большинство существующих теорий предполагают, что все частицы, возникшие в этот период, "смываются" инфляцией, но WIFI предлагает иной механизм.

Авторы исследования отмечают, что хотя они не первые, кто связывает тёмную материю с эпохой инфляции, их подход объясняет, каким образом частицы могли возникнуть в количестве, подтверждённом астрономическими наблюдениями.

Новая теория также затрагивает свойства так называемого поля инфлатонов — гипотетических частиц, ответственных за космическую инфляцию. Согласно WIFI, инфлатоны теряют часть своей энергии, превращая её в излучение, которое, в свою очередь, продуцирует тёмную материю через механизм UV freeze-in.

Пока модель WIFI остаётся гипотезой, но будущие исследования, такие как проект CMB-S4 , изучающий реликтовое излучение, могут подтвердить или опровергнуть идеи о тёплой инфляции. Если это произойдёт, шансы на доказательство происхождения темной материи до Большого взрыва значительно возрастут.

Подробнее: https://www.securitylab.ru/new...

В.К. И вот несколько иное изложение этого же для лучшего понимания.

Тёмная материя была создана до Большого взрыва, согласно новой теории.

Новая теория предполагает, что тёмная материя могла образоваться еще до Большого взрыва, в результате взаимодействия частиц во время очень короткого периода горячего, энергичного расширения, известного как «горячая инфляция». Результаты новой теоретической модели согласуются с количеством темной материи, наблюдаемой в современной Вселенной. Исследователи утверждают, что вскоре можно будет проверить хотя бы часть теории с помощью будущих наблюдений за космическим микроволновым фоном.

Согласно стандартной теории космологии, само существование Вселенной началось с Большого взрыва, который породил обычную материю, тёмную материю и энергию. За этим космическим взрывом последовал короткий и внезапный период инфляции, в течение которого размер Вселенной был умножен на 10 септиллиардов, всего лишь примерно через 10-33 секунды после Большого взрыва. Однако все большее число космологов сходятся во мнении, что инфляция произошла до Большого взрыва.

Эта точка зрения основана на переосмыслении традиционных моделей, в которых инфляция рассматривается как явление, не зависящее от сингулярности Большого взрыва. Согласно этой гипотезе, в начале существования Вселенной материя и энергия были настолько плотными, что невозможно описать их начальное состояние. За этим должен был последовать чрезвычайно короткий период быстрого расширения.

Учёные не знают, что именно могло спровоцировать эту инфляцию, но возможно, что энергия, необходимая для этого процесса, была просто частью структуры пространства-времени. Одна из теорий предполагает, что энергия, которая подпитывала инфляцию до Большого взрыва, могла возникнуть в результате распада предыдущей Вселенной.

Когда эта инфляция прекратилась, энергия, которая её подпитывала, перешла бы в материю и свет, что привело бы к Большому взрыву. Через секунду Вселенная превратилась бы в первобытный суп из света и чрезвычайно горячих частиц (при температуре около 10 миллиардов градусов Цельсия). В последующие минуты протоны и нейтроны столкнулись бы, чтобы произвести первые элементы (в основном водород, гелий и следы лития и бериллия) в период, известный как нуклеосинтез.

Группа недавних гипотез предполагает, что тёмная материя была создана до Большого взрыва во время этого короткого периода инфляции. «В большинстве моделей все, что создаётся во время инфляции, затем «раздувается» в результате экспоненциального расширения Вселенной до такой степени, что практически ничего не остаётся», — объясняет Кэтрин Фриз, ведущий автор нового исследования, в блоге Техасского университета в Остине. «Уникальность нашей модели заключается в том, что тёмная материя успешно образуется во время инфляции», — утверждает она.

Выход темной материи согласуется с современными наблюдениями.

Согласно новой теории, известной как «горячая инфляция через замораживание» (WIFI), во время космической инфляции перед Большим взрывом возникает горячее, энергичное излучение (отсюда и название «горячая инфляция»), создающее своего рода тепловую ванну, которая позволяет частицам взаимодействовать друг с другом. Ранее предполагалось, что инфляция вызывается гипотетическими частицами, называемыми «инфлатонами». В сценарии горячей инфляции инфлатоны теряют часть своей энергии в виде излучения, которое, в свою очередь, порождает частицы темной материи в результате процесса, называемого «ультрафиолетовым замораживанием». Это означало бы, что взаимодействие между частицами, присутствующими в горячей среде, постепенно привело бы к образованию темной материи.

По мнению исследователей, этот процесс позволил бы получать все большее количество темной материи, достигая астрономического количества, наблюдаемого в настоящее время во Вселенной. «В нашем исследовании мы сосредоточились на производстве темной материи, но WIFI предполагает более широкую применимость, например, производство других частиц, которые могли сыграть решающую роль в эволюции ранней Вселенной», — предполагает Бармак Шамс Эс Хаги, соавтор исследования, опубликованного в журнале Physical Review Letters. «Это открывает новые возможности для будущих исследований», — добавляет он.

Хотя в настоящее время не существует методики экспериментальной проверки этой теории, исследователи утверждают, что вскоре можно будет проверить горячую инфляцию в рамках будущих исследований космического микроволнового фона и других крупномасштабных структур. «Если будущие наблюдения подтвердят гипотезу горячей инфляции, это поддержит идею о том, что тёмная материя была произведена так, как предлагает эта модель», — заключает Габриэле Монтефальконе, также соавтор исследования.

Источник: https://new-science.ru/temnaya...

В. К. А теперь вот, попытаемся себе представить, чем могла быть вот та точка, с которой и начало всё быть. Очевидно, что не сингулярность. Но тогда, то?

В абстракции это могло быть взаимосвязанным и взаимообусловленным множеством возможного, которое и представляло собой тот тот "тёплый инфляционный" процесс. А теперь представим как всё началась то, что начало быть. Очевидно, что всё начало быть как элементарная причинно-связанная пара, отношения которой и породили всё то, то мы именуем гравитаций и всеми теми атрибутами трёхмерного пространства и его наполнения.

Но что это за "множество возможного"?  А вот здесь мы должны вспомнить то, что Ничто только тогда становится Нечто, когда осознано. Вот вам и эволюционный процесс, и Путь в будущее реализации жизни в бесконечности, которую уже можно представить, но необходимо осознать как непрерывно реализующуюся суть бытия.