Подобную структуру проще всего понять по аналогии с шаром. По его сферической плоской поверхности можно перемещаться куда угодно. У неё нет границы, как нет «края» горизонта у Земли. Вы можете вечно ходить по кругу и всегда вернётесь в начальную точку отправления. В этом смысле для двумерного существа шар представляется бесконечным. Данное рассуждение применимо и к трёхмерному пространству.
Причём, подобная воображаемая бесконечность не самое удивительное свойство такого гипотетического мира. Внешний наблюдатель воспринимает замкнутую систему как объект очень малого размера и массы. Но, на самом деле, фридмон может быть настолько огромным, что будет содержать в себе целую вселенную. Такой объект обладает внешними микроскопическими параметрами, но внутренней макроскопической структурой. Конечно, это только гипотеза, однако, математически выверенная и соответствующая теории относительности Эйнштейна.
Еще более смелым является предположение о том, что все окружающие нас элементарные частицы являются не более чем различными видами фридмонов. Такая идея основана на достаточно мистическом, но вполне научном допущении. Если представить себе, что некто всемогущий стал бы осознанно создавать вселенные с критической плотностью, разнообразные по внутренней структуре, со своими особыми галактиками, законами и даже разумными цивилизациями, то спустя некоторое время, он с удивлением обнаружил бы, что все его творения выглядят со стороны как одинаковые микроскопические частицы фридмоны.
Глава 8. Расстояния в космосе
Вселенная огромная. И чтобы её изучать, необходимо уметь измерять расстояния в космосе.
Точная скорость света составляет 299 792 458 метров в секунду или 1 079 252 849 километров в час. Обычно её округляют до 300 тыс. километров в секунду. В течение одного года свет преодолевает гигантское расстояние, равное 9 460 730 472 580 820 метров. Это примерно 10 триллионов километров.
Учитывая масштабы Вселенной, считать космические расстояния в километрах, а тем более в метрах, неудобно. Поэтому в астрофизике используется понятие «световой год», то есть расстояние, которое свет преодолевает в течение года.
Поясню сказанное на конкретных примерах.
1.Расстояние до Луны составляет около 385 тыс. километров, что равно 1.28 световой секунды. То есть, за это время (чуть больше секунды) свет преодолевает расстояние от Луны до Земли.
2.Ближайшая к нам планета Венера. Расстояние до неё составляет около 40 млн. километров. Это равно 2.23 световой минуты.
3.Расстояние от Земли до Солнца составляет 149 597 870 691 метр. Это равно 8.3 световой минуты. То есть, если Солнце внезапно погаснет, мы узнаем об этом лишь через восемь минут.
4.Солнечная система в поперечнике насчитывает 17 млрд. 600 млн. километров. Это равно 16.4 светового часа. Следовательно, свету, испущенному с Земли, понадобится меньше земных суток, чтобы покинуть Солнечную систему. Однако, указанное расстояние равно всего лишь 0.00187 светового года.
5.Ближайшая к нам звезда Проксима Центавра. До неё 4.22 световых года. То есть, свет «мчится» со своей огромной скоростью до нашей соседки больше четырёх лет. Этот пример наглядно демонстрирует масштабы космоса, который впечатляюще огромен. В нашей галактике Млечный Путь может быть от 200-х до 400-х миллиардов звёзд. И самая близкая к нам оказывается по человеческим меркам невообразимо далёкой. Расстояние до неё составляет 40 680 271 163 000 километра. Если бы вы попытались достичь Проксимы Центавра привычными нам способами, то пешком, без сна и отдыха, шли бы к ней 900 млн. лет, на машине ехали бы 45 млн. лет, а на самолёте летели бы 5 млн. лет.
6.Млечный Путь свет пересекает примерно за 100 тыс. лет. На самолёте вы пролетели бы эту дистанцию за 120 млрд. лет, что в 10 раз больше возраста жизни современной Вселенной.
7.Наша Галактика состоит в Местной группе, в которой насчитывается 50 галактик-спутников. Свет преодолевает это расстояние за 10 млн. лет. От ближайшего скопления галактик, скопления Девы, нас отделяет 59 млн. световых лет. Для таких космических просторов, бессмысленно рассчитывать километраж, присущий земному транспорту. Эта дистанция просто невообразимо огромна с человеческой точки зрения. Но, в масштабах космоса, Местная группа галактик песчинка, не более того.
В специализированной литературе также встречается ещё одна единица измерения парсек, сложносоставное слово, состоящее из двух параллакс и секунда. Один парсек равен 3.26 светового года. Ближайшая к Солнцу звезда, Проксима Центавра, удалена от нас на расстояние 4.22 светового года или 1.295 парсек. Центр галактики Млечный Путь расположен на расстоянии в 26 тыс. световых лет от Солнца или примерно в 8 тыс. парсек. Ближайшая к нам соседняя галактика Туманность Андромеды, удалена от нас на 2.5 млн. световых лет или на 772 000 парсек.
В специализированной литературе также встречается ещё одна единица измерения парсек, сложносоставное слово, состоящее из двух параллакс и секунда. Один парсек равен 3.26 светового года. Ближайшая к Солнцу звезда, Проксима Центавра, удалена от нас на расстояние 4.22 светового года или 1.295 парсек. Центр галактики Млечный Путь расположен на расстоянии в 26 тыс. световых лет от Солнца или примерно в 8 тыс. парсек. Ближайшая к нам соседняя галактика Туманность Андромеды, удалена от нас на 2.5 млн. световых лет или на 772 000 парсек.
Многие люди, впервые осознав масштабы Космоса, чувствуют себя неуютно. Вселенная пугает, кажется враждебной, а человек на её фоне ничтожным. Конечно, это заблуждение. Ведь это наш родной дом, где мы появились на свет и по законам которого живём. И чем этот дом больше и разнообразнее, тем лучше. Наша Вселенная по-настоящему величественна и огромна. Тем интереснее её изучать.
Глава 9. Вселенная
Космос состоит из галактик, звёзд и планет. На первый взгляд, Вселенная кажется стационарной, не расширяющейся и не сжимающейся, бесконечной и вечной. Так считало большинство учёных вплоть до XX века.
Но в 1929 году Эдвин Хаббл11 сделал потрясающее открытие. Он обнаружил, что Вселенная не стационарна. Она расширяется. Все галактики удаляются друг от друга. Это открытие перевернуло всё тогдашнее представление о Мироздании. Ведь в расширяющейся Вселенной не может быть ничего вечного. Казавшийся застывшим Космос вдруг неожиданно предстал очень изменчивым и динамичным.
Ещё за десять лет до открытия Хаббла Александр Фридман создал модели расширяющейся и сжимающейся вселенной. В них ответ на вопрос, каким именно путём пойдёт эволюция Космоса, зависит от средней плотности материи в мире. Если она низкая, то есть общего количества вещества недостаточно, чтобы воспрепятствовать силе растяжения пространства Вселенная будет расширяться вечно. Если плотность материи высокая расширение рано или поздно прекратится, всё обернётся вспять, сила гравитации начнёт стягивать вещество, расширение сменится сжатием и Вселенная «схлопнется» в микроскопически плотную точку, уже известную нам как сингулярность.
Какой вариант развития событий применим к наблюдаемому миру: вечное расширение или обратное сжатие материи к состоянию до Большого Взрыва?
Для ответа на этот вопрос необходимо рассчитать кривизну пространства Вселенной. Вселенная высокой плотности будет иметь положительную кривизну, а низкой отрицательную. Тогда выяснится, какая судьба нас ждёт.
Впрочем, мы забыли о третьем сценарии. Существует крайне маловероятная, фактически нереальная возможность того, что кривизна пространства Вселенной является критической, то есть ни положительной и не отрицательной, а равной или практически равной нулю. В таком случае Космос будет расширяться вечно, но с постоянно уменьшающейся скоростью. В геометрическом смысле такая Вселенная должна выглядеть плоской.
Конечно, это самый маловероятный вариант. Ведь «ноль» это единственное и выделенное число в бесконечном ряду положительных и отрицательных значений. Поэтому неудивительно, что астрофизики были поражены, когда неоднократно перепроверенные подсчёты показали наша Вселенная практически плоская с нулевой кривизной пространства.
Не успели специалисты до конца осознать столь необычный факт, как выяснилось, что полученный результат автоматически приводит к ещё более странным последствиям. Из-за того, что пространственная геометрия нашего мира плоская, напрямую следует, что плотность Вселенной очень близка к определённому значению. Так вот, нулевая кривизна пространства означает, что плотность энергии в Космосе должна находится в интервале, очень близком к единице. Однако, согласно базовым уравнениям Эйнштейна, сегодня это значение должно быть приближено к нулю. Но мы наблюдаем совершенно иное. Как это понимать?
Поразительно, но единственное правдоподобное научное объяснение состоит в достаточно фантастическом допущении. Чтобы требуемые цифры сходились сейчас, в самом начале времён значение плотности Вселенной должно было быть «задано» с точностью до единицы с шестьюдесятью нолями после запятой. Именно так и никак иначе. В том то и суть, что изначально необходимо было именно такое, а никакое иное точное число. То есть, допустим, если бы его значение в момент Большого Взрыва было 1.0001, или 1.00000000000001, или 1.000000000000000000000000001, то сегодня плотность энергии Космоса резко отличалась от наблюдаемой.