Всесвіт - зазвичай визначається як сукупність усього, що існує фізично. Це сукупність простору і часу, всіх форм матерії, фізичних законів і констант, які управляють ними. Проте термін Всесвіт може трактуватися і інакше, як космос, світ або природа.
Астрономічні спостереження Всесвіту дозволили з відносною точністю встановити «вік»
Всесвіту, який за останніми даними становить 13,73 ± 012 мільярдів років. Однак, серед деяких учених існує точка зору, що Всесвіт ніколи не виникала, а існувала вічно і буде існувати вічно, змінюючись лише у своїх формах і проявах. Уявлення про форму і розміри Всесвіту в сучасній науці також є гостродискусійних, імовірно протяжність Всесвіту становить не менше 93 мільярдів світлових років, при спостерігається частини всього в 13,3 млрд. Св.л
Розмір, вік, зміст, структура і закони
Склад Всесвіту за даними WMAP
У найбільшому масштабі Всесвіт являє собою розширюється простір, заповнений губкообразной клочковатой структурою. Стінки цієї губчастої структури являють собою скупчення мільярдів галактик. Відстані між найближчими один до одного галактиками складають зазвичай близько мільйона світлових років. Кожна галактика складена з сотень мільярдів зірок, які обертаються навколо центрального ядра. Розміри галактик становлять до сотень тисяч світлових років.
Вважається, що більшість зірок є кратними і являють собою центри планетарних систем з декількох планет. Відстані між компаньйонами кратних систем або планетами і їх зірками складають десятки і сотні астрономічних одиниць (мільярди і десятки мільярдів кілометрів).
Найбільш важливий результат космології - відкриття розширення Всесвіту - був отриманий шляхом спостережень червоного зсуву і кількісно оцінений законом Хаббла. Екстраполяція цього розширення назад у часі призводить до гравітаційної сингулярності, абстрактного математичному поняттю, яке може відповідати або не відповідати реальності. Це дає підставу теорії Великого вибуху, домінуючою на сьогодні моделі в космології. Згідно з даними НАСА, отриманим за допомогою WMAP, вік Всесвіту від моменту Великого вибуху був оцінений в 13,7 мільярда років з похибкою в один відсоток. Дана оцінка ґрунтується на припущенні, що лежить в основі модель для аналізу даних коректна. Інші методи оцінки віку Всесвіту дають інші результати.
Фундаментальним доказом на користь Великого вибуху є той факт, що чим далі галактика знаходиться від нас, тим швидше вона віддаляється від нас. Підтвердженням також служить космічне мікрохвильове фонове випромінювання (реліктове випромінювання), яке виникло незабаром після Великого вибуху. Це реліктове випромінювання однорідно у всіх напрямках. Цей факт космологи намагалися пояснити раннім періодом інфляційного розширення, що послідував за Великим вибухом.
Єдиної точки зору, чи є Всесвіт дійсно нескінченною або кінцевої в просторі і обсязі, не існує. Тим не менш, спостерігається Всесвіт, що включає всі місця розташування, які можуть впливати на нас з моменту Великого вибуху, кінцева, оскільки конечна швидкість світла. Межею космічного світлового горизонту є відстань 24 Гігапарсека. Дійсне відстань до кордону спостерігається Всесвіту більше завдяки все збільшується швидкості розширення Всесвіту і оцінюється в 93 мільярди світлових років.
Питання про форму Всесвіту є важливим відкритим питанням космології. Говорячи математичною мовою, перед нами стоїть проблема пошуку такої тривимірної фігури, яка найкращим чином представляє просторовий аспект Всесвіту.
По-перше, невідомо, чи є Всесвіт просторово плоскою, тобто застосовні закони Евклідовій геометрії на найбільших масштабах. В даний час більшість космологів вважають, що спостерігається Всесвіт дуже близька до просторово плоскою, з локальними складками, де масивні об'єкти спотворюють простір-час.
Ця думка була підтверджена останніми даними WMAP, що розглядають «акустичні осциляції» в температурних відхиленнях реліктового випромінювання.
По-друге, невідомо, чи є Всесвіт множини з'єднаної. Відповідно до стандартної моделі Великого вибуху, Всесвіт не має просторових меж, але може бути просторово обмежена.
Це може бути зрозуміле на прикладі двовимірної аналогії: поверхня сфери не має меж, але має обмежену площу, причому кривизна сфери постійна в третьому вимірі. Якщо Всесвіт дійсно просторово обмежена, то, рухаючись по прямій лінії в будь-якому напрямку, можна потрапити в відправну точку подорожі.
Доля всесвіту
Залежно від середньої щільності матерії та енергії у Всесвіті, вона або буде продовжувати вічне розширення, або буде гравітаційно сповільнюватися і, врешті-решт, схлопнется назад в себе у Великому стисненні. Дані, наявні в даний час, дозволяють стверджувати, що не тільки матерії та енергії недостатньо, щоб викликати стиснення, але і що розширення Всесвіту відбувається з прискоренням. Інші ідеї про долю Всесвіту включають теорії Великого розриву, Великого замерзання і теплової смерті Всесвіту.
Історичні моделі
Космологія і космогонія існують вже давно. Цивілізації Дворіччя і Стародавній Єгипет мали своє уявлення про всесвіт. Перші ж більш-менш наукові припущення про структуру Всесвіту можна віднести до періоду Давньої Греції. Найбільш поширеною була концепція Піфагора-Аристотеля-Птолемея, згідно з якою в центрі не має початку в часі Всесвіту (космосу) знаходиться Земля, по орбітах навколо якої обертаються планети, включаючи Сонце, а на самому краю того, що для них було Всесвіту, вони поміщали зірки, вращавшіесся точно так само навколо Землі, як і планети і Сонце.
Вчення Демокріта про нескінченність Всесвіту і множинність населених світів мало меншу популярність. За сторіччя поліпшені спостереження і теорії про силу тяжіння, дозволили Копернику і Ньютону створити геліоцентричну модель Всесвіту, що поміщала Землю на орбіту навколо Сонця. Подальший розвиток астрономії привело до відкриття Чумацького шляху, інших галактик і реліктового випромінювання. Точні дослідження розподілу галактик у просторі і дослідження їх спектрів формують сучасну космологію.
Космічні струни
Космічні струни - гіпотетичні освіти, існування яких виведено, щоб пояснити будову Всесвіту. На думку космофізика, космічні струни - тонкі трубки з симетричного високоенергетичного вакууму, що перетинають наш світ як павутина з кінця в кінець. Перша робота про них була написана в 1976 році Т. Киббла з Імперського коледжу науки і техніки в Лондоні.
Товщина космічних струн незначна (приблизно 10 в мінус тридцятої ступеня сантиметри), а вага одного такого сантиметри величезний (близько 10 в шістнадцятої ступеня тонн). Якщо така струна перетне людини в поясі, його голова і ноги (за законом Всесвітнього тяжіння) схлопнуться зі швидкістю 6 кілометрів на секунду. Приблизно те ж станеться і з нашою планетою - струна з вакууму миттєво розітне його на куски як дротяна яйцерезка. На щастя найближчі струни (якщо вони взагалі існують) знаходиться, як стверджують фахівці, на відстані 300 мільйонів світлових років від Землі.
Особливості теорії відносності
Експерименти дозволяють судити що по всьому протягу простору-часу Всесвіту, їй управляють ті ж фізичні закони і константи що й скрізь. Домінуюча сила на космологічних дистанціях - Гравітація, і Загальна теорія відносності - нині найточніша гравітаційна теорія. Збереження трьох фундаментальних взаємодій і частинок на які вони впливають описано Стандартною моделлю.
У Всесвіту є принаймні три виміри в просторі, і одне в часі, хоча надзвичайно малі додаткові виміри не можуть являти собою щось можливе тільки теоретично. Простір-час діференціруемо-різноманітне і однозв'язний, космос - має занадто маленький тензор кривизни Рімана, таким чином Евклідова геометрія досить точна в середньому по Всесвіту.
Мультивсесвіт
Згідно з деякими припущеннями, наш Всесвіт це лише частина від величезної безлічі інших Всесвітів, сукупність яких називається мультивселенной (Метавсесвіт). Хаотична теорія інфляції припускає нескінченну різноманітність Всесвітів, кожна з яких має різні від інших фізичні константи. В іншій теорії Всесвіти розрізняються за квантовому виміру. За визначенням ці припущення не можна експериментально перевірити.
Джерела інформації: