Как выглядит Вселенная, или Окружающий мир за пределами Земли

В привычном понимании Вселенная представляется бесконечным непостижимым пространством. Но так ли это? Пробуем представить, как выглядит Вселенная, какая у неё форма и структура.

Космическая геометрия

Для последующих рассуждений нужно помнить, что согласно общей теории относительности, пространство может искривляться массой, а форма Вселенной зависит от того, насколько плотно вся материя распределена по ней.

Ученые рассчитали «критическую плотность» Вселенной. Она пропорциональна квадрату постоянной Хаббла, и зависит от скорости расширения Вселенной. Сейчас это число равно 8,54*10^-30 г/см³.

Сравнение критической плотности с фактической позволяет сделать расчёты касательного того, как выглядит Вселенная и что ждёт её в будущем.

• Если плотность больше критического значения, то наша Вселенная замкнута и изогнута как сфера. При этом достаточное количество массы рано или поздно остановит расширение, и может быть запущен обратный процесс — сжатие.
• Если плотность меньше критической отметки, то расширение Вселенной ничто не остановит и процесс будет вечным. В этом случае форма нашего мира должна быть изогнутой, напоминая седло. Это модель открытой Вселенной.
• Если фактическая плотность Вселенной равна критической плотности, то форма её форма просто плоская и не имеет никаких изгибов. Расширение хоть и будет замедляться, но парадоксально то, что на это уйдёт бесконечное количество времени. Если всё так, то Вселенная действительно бесконечная по размеру. При желании её можно представить, как постоянно растущую плоскость с неопределяемыми границами.

Так какая плотность сейчас?

Согласно последним исследованиям, средняя плотность Вселенной равна критической с погрешностью 1%, и это может быть основанием считать наш мир плоским. До границы такой Вселенной никак не добраться, т.к. пришлось бы превысить скорость света, а это невозможно.

Как всё устроено на больших масштабах

Мы разобрались, как выглядит Вселенная с точки зрения её геометрии, а теперь поговорим об её внутреннем устройстве и чем она «наполнена».

Для исследований в распоряжении землян есть только наблюдаемая Вселенная — участок космоса, простирающийся на 46 млрд световых лет во все стороны от нас. Из-за того, что скорость света конечна, за данную границу нам тоже не заглянуть — это физическое ограничение.

К тому же, все галактики и звёзды мы наблюдаем не в реальном времени, т.к. свет от них добирается до нас спустя многие световые годы. Получается на Земле мы видим только прошлое состояние объектов, испускающих свет.

Даже Солнце нам видно таким, каким оно было 8 минут назад.

Что мы видим?

Звёзды и галактики, находящиеся ближе к нам, выглядят одинаково. Но заглядывая дальше в прошлое Вселенной, мы понимаем, что там (тогда) всё не так структурировано и разнообразно. Галактики и звёзды поблизости имеют разную форму, массу и размеры, но более отдалённые объекты, как правило, заметно меньше и не такие массивные, а звёзды тяготеют к голубоватому цвету.

Это логично, учтивая, что ближайшие к нам объекты видны ближе к их реальному возрасту. А вот дальние объекты мы видим такими, какими они были в далёком прошлом, ближе к Большому Взрыву. Однако с точки зрения дальних галактик, они со своим окружением выглядят развитыми, а мы им видимся такими, какими были миллиарды лет назад.

В обозримой Вселенной насчитывается от 500 млн до 2 трлн галактик. Такая разница в сложности подсчётов.

Как выглядит Вселенная изнутри

Исходя из того, что наблюдаемая часть космоса однородна, можно предполагать, что и за её границей будет такая же структура.

1. Звёзды и галактики

На привычном нам уровне видны звёзды, вокруг которых могут скапливаться планеты и астероиды. Звёзды между собой связанны за счёт гравитации и движутся относительно общего центра масс. Такое скопление также включает межзвёздную пыль, газ и чёрные дыры. Вся эта система образует галактику. Наша имеет название «Млечный путь».

2. Галактические сверхскопления

Галактики, в свою очередь, образуют собственные структуры — скопления (от нескольких десятков до тысяч галактик). Эти скопления собираются в ещё большие системы — сверхскопления.

3. Филаменты — галактические нити

Сверхскопления галактик образуют самые массивные структуры во Вселенной протяжённостью в сотни миллионов световых лет. На больших масштабах такая система выглядит как бесконечное количество нитей и напоминает нейронные цепочки в головном мозге.

Тёмная материя и тёмная энергия

Было бы не справедливо упомянуть об этих составляющих нашего мира. Галактические нити вместе со всей их энергией и материей — это всего 5% Вселенной. Остальное приходится на тёмную материю и тёмную энергию. Пока их существование учитывается только на теоретическом уровне.

Тёмная материя не участвует в электромагнитных взаимодействиях, никак не взаимодействует со светом. Единственное, чем она себя выдаёт, — это гравитация, которая воздействует на видимое вещество. Фактически речь идёт невидимой, неизученной составляющей Вселенной, но во многом определяющей её структуру.

Тёмная энергия — что-то не менее загадочное и возможно вообще несуществующее. Вселенная расширяется с постоянным ускорением, и учёные в попытках объяснить, что «подталкивает» расширение, ввели понятие тёмной энергии и наделили её нужными свойствами.

Эти два понятия используются в космологических моделях, т.к. иначе наши представления о мироустройстве просто не будут работать.

Кратко

Как выглядит Вселенная — зависит от показателя её плотности. Если она выше критической отметки, то Вселенная имеет форму изогнутой плоскости, если ниже — форму сферы, а при равенстве фактической и критической плотности наш мир — это бесконечно растущая плоскость. Внутренняя структура напоминает нити, сформированные из сверхскоплений галактик. Большую же часть пространства занимают теоретические тёмная материя и тёмная энергия.