Радиус видимой вселенной в метрах. Размеры вселенной

Бортовая электрическая сеть

Бортовая электрическая сеть - это совокупность средств, обеспечивающих соединение источников и потребителей электрической энергии. Основными элементами электрической сети являются: со­единительные провода, средства зашиты цепей от перегрузок (пре­дохранители, автоматические выключатели), средства коммутации (выключатели, переключатели) и различные соединительные и рас­пределительные устройства. Соединение потребителей, в основном, осуществляется по однопроводной схеме. В качестве второго про­вода используется корпус автомобиля. Достоинствами такого соеди­нения являются уменьшение расхода меди, упрощение монтажа проводки, а недостатками - увеличенная возможность замыкания между проводами и корпусом.

Предохранители используются для защиты электрических цепей от перегрузок. На автомобилях широко применяются плавкие и термобиметаллические предохранители.

Плавкие предохранители имеют плавкую вставку, которая рассчитывается на длительное протекание тока номинального значения. При увеличении тока на 50% она расплавляется в течение 1 мин. Используемые в настоящее время плавкие предохранители делятся на цилиндрические, штекерные и пластинчатые. Цилиндрические предохранители - самые массовые на российских автомобилях. Их достоинством является простота определения сгоревшего предо­хранителя. Недостатком является ненадежность контакта при ослаб­лении прижимных лапок на блоке. Штекерные предохранители ме­ждународного стандарта имеют штекеры, залитые в корпус из цвет­ной пластмассы: светло-коричневый - 5 А; темно-коричне­вый - 7,5 А; красный - 10 А; синий - 15 А; желтый - 20 А; бе­лый - 25 А; зеленый - 30 А. Достоинствами этих предохранителей является компактность и надежность, недостатками - сложность ви­зуального определения сгорания предохранителя. Предохранители в виде пластинчатых вставок рассчитаны на ток 30 и 60 А. Они за­крепляются на блоках винтами.

Термобиметаллические предохранители делятся на предохра­нители много- и однократного действия. В их состав входит биме­таллическая пластина, которая при повышении тока в результате нагрева изгибается и размыкает электрическую цепь. В предохра­нителях многократного действия после остывания биметаллической пластины электрическая цепь восстанавливается. В предохрани­телях однократного действия для восстановления электрической це­пи необходимо нажать специальную кнопку.

Коммутационная аппаратура включает в себя различные типы выключателей и переключателей.Основным коммутационным устройством на автомобиле явля­ются выключатель с приводом от замкового устройства - замок-выключатель. Замок-выключатель обеспечивает включение первич­ной цепи системы зажигания, контрольно-измерительных приборов, стартера, стеклоочистителя, радиоприемника и других устройств. На автомобилях с карбюраторным двигателем замок-выключатель называют выключателем зажигания, а на автомобилях с дизе­лем - выключателем приборов и стартера.

Система пуска

Система пуска предназначена для принудительного вращения вала ДВС и облегчения пуска ДВС. Наибольшее распространение получила электростартерная система пуска. Она состоит из аккумуляторной батареи, стартерной цепи (проводов, коммутационной аппаратуры), стартера, средств облегчения пуска и ДВС (рис. 2.1).

Рис. 2.1. Структурная схема электростартерной системы пуска

Стартер

Автомобильный стартер (рис. 2.2) служит для сообщения коленчатому валу двигателя определенной начальной частоты вращения. У карбюраторных двигателей эта частота должна быть равна 50-100 об/мин, у дизелей - 150-200 об/мин. Пусковой ток у стартеров различного типа достигает 100-800 А.

Рис. 2.2. Схема стартера с электромагнитным включением:

1 - аккумуляторная батарея; 2 - выключатель; 3 - обмотка тягового реле; 4 - подвижный сердечник (якорь);

5 - пружина; 6 - рычаг; 7 - шестерня; 8 - вал электродвигателя; 9 - маховик; 10 - электродвигатель

Стартер современного автомобиля состоит из электродвигате­ля 10, приводного механизма и тягового реле. Приводной механизм обеспечивает ввод и удержание шестерни 7 стартера в зацеплении с венцом маховика 9 во время пуска и предохранение якоря стартерного электродвигателя от разноса вращающимся маховиком ра­ботающего двигателя. Тяговое реле 3 является одновременно и ча­стью приводного механизма, обеспечивая его перемещение по оси вала якоря, и частью стартерной цепи, замыкая в конце хода якоря тягового электромагнита силовые контакты цепи питания стартерного электродвигателя. В качестве стартерного электродвигателя часто применяются электродвигатели постоянного тока с после­довательным возбуждением, так как в этом случае обеспечивается большой пусковой момент. Недостатком этих двигателей является значительная частота вращения при холостом ходе, что вызывает разрушение якоря. Данный недостаток частично устраняется ис­пользованием электродвигателей смешанного возбуждения, имею­щих дополнительную параллельную обмотку возбуждения. К общим недостаткам двигателей постоянного тока следует отнести повы­шенный износ электрических контактов в коллекторно-щеточном механизме, вызванный трением и искрением контактов. Коллектор, составленный из медных ламелей, является наиболее ответственным узлом электродвигателя. Коллекторы подвергаются значительным электрическим, тепловым и механическим нагрузкам. В стартерах применяют сборные цилиндрические коллекторы на металлической втулке (стартеры большой мощности), а также цилиндрические и торцовые - с пластмассовым корпусом. После пуска двигателя частота вращения коленчатого вала не должна передаваться через шестерню обратно на стартер. В про­тивном случае возможен разнос якоря стартера. Поэтому усилие от вала якоря к шестерне у большинства стартеров передается через муфту свободного хода (рже. 2.3), или обгонную муфту. Муфта обеспечивает передачу крутящего момента только в одном направ­лении - от вала якоря к маховику.

Рис. 2.3. Схема действия сил и роликовой муфте свободного хода

При включении стартера ролики муфты заклиниваются между обоймами муфты. Благодаря этому, крутящий момент от наружной ведущий обоймы передается роликами на внутреннюю обойму. Пос­ле запуска ДВС наружная обойма становится ведомой, ролики расклиниваются и муфта начинает пробуксовывать (ω > ω ). Основ­ными силами, действующими в роликовой муфте при включении стартера, являются: сила тяги F тяги1, действующая со стороны на­ружной обоймы на ролики; сила тяги F тяги2, действующая со сторо­ны роликов на внутреннюю обойму; сила трения F тр1 (F тр2) между поверхностями роликов и внешней обоймы (поверх­ностями роликов и внутренней обоймы); сила прижимной пружи­ны F . Муфта работает без пробуксовывания, если F тяги1 < F и F тяги2 < F

Одним из основных параметров муфты является угол закли­нивания α. В зависимости от него изменяются силы трения F , F и нагрузка, действующая на обоймы привода.

В стартерах большой мощности (более 5 кВт) роликовые муфты работаю: ненадежно. Поэтому для них разработаны специальные конструкции приводов. Примером таких конструкций является хра-повая муфта свободного хода. Принцип действия этой муфты следующий. При передаче вращающего момента от вала стартера к венцу маховика возникает осевое усилие, прижимающее ведомую и ведущую половины храповой муфты. Как только ДВС запускается, происходит пробуксовка храповой муфты. Во время пробуксовыва­ния ведущая половина отодвигается от ведомой и фиксируется в этом положении сухарями, смещающимися в радиальном направ­лении под действием центробежных сил. При выключении стартера ведомая половина прижимается к ведущей и при этом воздействует на сухари, заставляя их занять исходное положение.

Для увеличения вращающего момента на коленчатом валу при­меняется понижающая передача (с передаточным отношением 10-15), позволяющая использовать в стартерах быстроходные двигатели, требующие для своего производства небольшой расход активных материалов и имеющие малые габариты и массу. В настоящее время широкое распространение получают высокооборотные стартеры с встроенным редуктором. Редуктор устанавливается между ротором электродвигателя и шестерней, сидящей на выходном валу стартера. Наиболее перспективным редуктором является планетарный ре­дуктор Джемса (рис. 2.4). Его достоинствами является симметрич­ность передаваемых усилий и высокий КПД. При этом преиму­щества стартеров с редуктором проявляются, начиная с мощности примерно 1 кВт.

Рис. 2.4. Планетарный редуктор: 1 - сателлит; 2 - солнечное зубчатое колесо; 3 - коронное зубчатое колесо

Для маломощных стартеров, устанавливаемых на карбюратор­ных ДВС с небольшим рабочим объемом, применение редуктора не сокращает общую массу. Для них целесообразно применение не­посредственного привода.

В предлагаемой работе на основе общепризнанных данных приводится прямое, численное определение видимого радиуса Вселенной, который отличается от общепризнанного. Известные на сегодняшний день инфляционные модели Большого Взрыва предсказывают различные значения начального размера Вселенной после завершения этапа инфляции:

«… период «раздувания» … называется инфляционным периодом. За это вре¬мя размеры Вселенной увеличились в 10^50 раз, от миллиардной доли размера протона до размеров спичечного коробка» .

«В конце инфляционного периода наша Вселенная приобрела размер около 1 см в диаметре…» .

«Вселенная расширилась на 50 порядков – была меньше протона, а стала размером с грейпфрут» .

«к окончанию инфляционного периода вселенная приобрела размер примерно 1 см» .

«зародыш Вселенной вырос от нуля до размеров мячика для игры в пинг-понг» .

Сам процесс инфляционного раздувания длится мельчайшую долю секунды, после чего начинается многомиллиардный в годах процесс хаббловского расширения Вселенной. До настоящего времени Вселенная по приведённым ниже оценкам расширилась от 10^8 до 10^30 метров. Сейчас принято, что после инфляционного расширения прошло порядка 10^17 секунд или 13,8 млрд. лет.

В соответствии со стандартной моделью Большого Взрыва начальный радиус Вселенной должен был быть порядка нескольких сантиметров, а дальнейшее расширение было линейным. Инфляция позволяла устранить некоторые проблемы, возникающие в стандартной модели Большого Взрыва. Однако, первые инфляционные сценарии также не были лишены недостатков, что привело к дальнейшему их развитию и появлению новых инфляционных моделей, в которых на стадии инфляции Вселенная расширилась существенно сильнее.

Например, в приводится величина расширения пространства в 10 в степени 10^5 – 10^12 раз, что практически означает размер Вселенной точно с этими же числовыми значениями: 10 в степени 10^5 – 10^12 см. Число 10^12 – это 10 в степени триллион. Наибольший размер Вселенной по завершению стадии инфляции из этого диапазона предсказывает новая инфляционная теория А.Линде:

«Главное отличие инфляционной теории от старой космологии становится очевидным, если посчитать размер типичной инфляционной области в конце инфляции. Даже если начальный размер инфляционной вселенной был очень мал (порядка планковской длины lp~10^ 33 см), после 10^-35 секунды инфляции вселенная достигает огромных размеров – l~10^1`000`000`000`000 см» .

«Согласно некоторым моделям раздувания, масштаб Вселенной (в см) достигнет 10 в степени 10^12» .

Такой разброс размеров Вселенной, очевидно, должен привести к различным итоговым параметрам Вселенной.

Радиус наблюдаемой Вселенной

«Наблюдаемая Вселенная – понятие в космологии Большого Взрыва, описывающее часть Вселенной, являющуюся абсолютным прошлым относительно наблюдателя. С точки зрения пространства, это область, из которой материя (в частности, излучение, и, следовательно, любые сигналы) успела бы за время существования Вселенной достичь нынешнего местоположения (в случае человечества – современной Земли), то есть быть наблюдаемыми» .

По имеющимся общепризнанным данным возраст вселенной составляет T=13,8 млрд. лет. Из этого следует, как считается, что до Земли уже должны долетать фотоны, рождённые в момент возникновения Вселенной. Другими словами, любой фотон реликтового излучения провёл в пути Т лет. Однако, в связи с расширением Вселенной также очевидно, что до Земли должны долететь и фотоны, которые излучены с меньшего расстояния, чем Т световых лет. Действительно, на протяжении этого времени Земля постоянно удалялась от источника излучения. Поэтому дошедшие до Земли фотоны, имея возраст Т лет, рождены на удалении от Земли, меньшем, чем Т световых лет.

Расчеты показывают, что в начальный момент времени (после того, как были сформированы галактики) самый удалённый от Земли источник, фотоны от которого в настоящее время достигли Земли, находился от Земли на расстоянии приблизительно 5х10^9 св. лет.

В вычислениях мы исходили из следующих вполне приемлемых допущений. Основное допущение – это принятие за истину закона Хаббла.

Второе допущение - за всё время пост-инфляционного расширения Вселенной постоянная Хаббла была не менее принятой ныне величины. Причём, чем больше средняя величина постоянной Хаббла, тем меньше будет фактический радиус наблюдаемой Вселенной. Поэтому, в связи с открытием ускоренного расширения Вселенной, полученный результат следует считать несколько завышенным, поскольку ранее постоянная Хаббла, по всей видимости, была меньше. То есть, Земли достигли фотоны от источников, удалённых несколько более чем на 5 млрд. световых лет.

Третье допущение – это приблизительное постоянство постоянной Хаббла, её независимость от времени. Это приемлемое, можно сказать, общепринятое допущение, поскольку это следует из графиков расширения Вселенной практически всех авторитетных исследователей и теоретиков.

Из приведённых доводов должно следовать, что в астрономических наблюдениях невозможно «увидеть» галактики, удалённые более чем на 5 млрд. световых лет. Фотоны от любой галактики в возрасте, близком к возрасту Вселенной, достигшие Земли, были испущены, когда галактика находилась не дальше 5 млрд. световых лет.

Далее из этого должно следовать, что никакое красное смещение не может соответствовать удалённости более чем на это расстояние и приводимые в космологической литературе сведения о том, что обнаружены галактика или квазар, удалённые на 10-12 млрд. световых лет, вызывают недоверие.

Собственно говоря, это достаточно очевидное обстоятельство. Поскольку возраст Вселенной 14 млрд. лет, любой фотон мог быть в пути не дольше этого времени. Если фотон двигался к Земле из точки с удалённостью 12-14 млрд. лет, то со скоростью света он прошёл бы это расстояние и достиг бы Земли за время жизни Вселенной только в случае, если бы Земля не удалялась. Но Земля удалялась, причём с достаточно высокой скоростью, как показано на прилагаемой к статье анимации.

Анимацию и упомянутые выше расчеты можно увидеть в интернете по адресу URL: http://samlib.ru/p/putenihin_p_w/rw99.shtml

Поскольку Земля удаляется от Звезды, фотон за время жизни Вселенной достигнет только точки, где Земля находилась в момент его испусканий (бледный синий кружок) – на расстоянии 13,7 млрд. световых лет. Это очевидно, поскольку за это время в 13,7 млрд. лет Земля удалится от этой точки. Достичь Земли смогут только фотоны, удалённые от неё в момент излучения не более чем на 5 млрд. световых лет (приблизительно). Это расстояние, видимо, и следует считать наблюдаемой границей Вселенной.

Тем не менее, в космологической литературе указывается радиус наблюдаемой Вселенной, близкий по величине к её возрасту – около 14 млрд. световых лет. Как показано в выше приведённых расчетах, за 13 с лишним миллиардов световых лет свет от таких галактик, видимо, не мог достичь Земли. То есть, получается, наблюдать галактики на таком удалении от Земли вряд ли возможно.

Это значит, что космологические способы вычисления расстояний до галактик, вызывают определённые сомнения. Более того, очевидно, что за 14 млрд. лет фотоны от галактик, удалённых на 14 млрд. световых лет, достичь Земли могли лишь в случае стационарной (не расширяющейся) Вселенной.

По-видимому, полученный вывод о радиусе видимой Вселенной в 5 млрд. световых лет является очередным космологическим парадоксом, поскольку ставятся под сомнения множество общепризнанных теорий и выводов: общая теория относительности, закон Хаббла, теория Большого взрыва…

Литература

1. Большой взрыв: Инфляционная модель, Студопедия, 2014, URL:
(дата обращения 11.12.2015)
2. Гусев А., Как возникла Вселенная?, 2008, URL:
http://shkolazhizni.ru/archive/0/n-14628/ (дата обращения 11.12.2015)
3. Инфляционная стадия расширения Вселенной. Элементы, URL:
http://elementy.ru/trefil/21082?context=20444 (дата обращения 11.12.2015)
4. Казютинский В.В., Инфляционная космология: теория и научная картина мира, URL: http://maxpark.com/community/5654/content/2561589 (дата обращения 11.12.2015)
5. Кокин А.В. Стандартная модель вселенной. Модель Большого взрыва, 2011, URL: http://www.avkokin.ru/documents/584 (дата обращения 11.12.2015)
6. Левин А., Всемогущая инфляция, «Популярная механика» №7, 2012, URL:
http://www.sibai.ru/vsemogushhaya-inflyacziya.html (дата обращения 11.12.2015)
7. Левин А., Теория инфлантонов, 2012, URL:
8. Линде А.Д., Инфляция, квантовая космология и антропный принцип, 2002, URL:
http://www.astronet.ru/db/msg/1181084 (дата обращения 11.12.2015)
9. Линде А.Д., Многоликая Вселенная (презентация), 2007, URL:
http://elementy.ru/lib/430484 (дата обращения 11.12.2015)
http://www.myshared.ru/slide/380143/
10. Метагалактика, Википедия, 2015, URL:
https://ru.wikipedia.org/wiki/Метагалактика (дата обращения 11.12.2015)
11. Модель инфляционной вселенной, База документов Reftrend.ru, URL:
http://reftrend.ru/685191.html (дата обращения 11.12.2015)
12. Раздувающаяся вселенная, Физическая энциклопедия, URL:
http://dic.academic.ru/dic.nsf/enc_physics/4465/РАЗДУВАЮЩАЯСЯ (дата обращения 11.12.2015)
13. Эймос Дж., Обнаружена гравитационная волна Большого взрыва, 2014, URL:
(дата обращения 11.12.2015)

Инструкция

«Открылась бездна, звезд полна; звездам числа нет, бездне – дна», - писал в одном из стихотворений гениальный российский ученый Михаил Васильевич Ломоносов. Это и есть поэтическое утверждение бесконечности Вселенной.

Возраст «бытия» обозримой Вселенной - около 13,7 миллиардов земных лет. Свет, который приходит от далеких галактик «с края мира», идет до Земли более 14 миллиардов лет. Получается, диаметральные размеры Вселенной можно вычислить, если примерно 13,7 умножить на два, то есть 27,4 миллиарда световых лет. Радиальный размер сферической модели - примерно 78 млрд световых лет, а диаметр – 156 млрд световых лет. Это - одна из последних версий американских ученых, результат многолетних астрономических наблюдений и расчетов.

В обозримой вселенной 170 миллиардов галактик, подобных нашей. Наша как бы находится в центре гигантского шара. От самых дальних космических объектов виден реликтовый свет – фантастически древний с точки зрения человечества. Если проникнуть очень глубоко в систему пространство-время, можно увидеть юность планеты Земля.

Существует конечный предел возраста наблюдаемых с Земли светящихся космических объектов. Вычислив предельный возраст, зная время, которое понадобилось свету для того, чтобы пройти расстояние от них до поверхности Земли, и зная константу, скорость света, по известной со школы формуле S=Vxt (путь = скорость, умноженная на время) ученые и определили вероятные размеры наблюдаемой Вселенной.

Представлять Вселенную в форме трехмерного шара – не единственный путь построения модели Вселенной. Есть гипотезы, предполагающие, что Вселенная имеет не три, а бесконечное число измерений. Есть версии, что она, подобно матрешке, состоит из бесконечного множества вложенных друг в друга и отстоящих друг от друга шарообразных образований.

Есть предположение, что Вселенной неисчерпаема по различным критериям и разным осям координат. Люди считали мельчайшей частицей материи «корпускулу», потом «молекулу», потом «атом», потом «протоны и электроны», потом заговорили об элементарных частицах, которые оказались совсем не элементарными, о квантах, нейтрино и кварках… И никто не даст гарантию, что внутри очередной супермикроминичастицы материи не находится очередная Вселенная. И наоборот – что видимая Вселенная не представляет собой только микрочастицу материи Супер-Мега-Вселенной, размеры которой никому не дано даже вообразить и подсчитать, настолько они велики.

В космологии до сих пор нет четкого ответа на вопрос, который затрагивает возраст, форму и размеры Вселенной, а также нет единого мнения о ее конечности. Поскольку, если Вселенная конечна, то она должна либо сжиматься, либо расширяться. В том случае, если она бесконечна, многие предположения теряют смысл.

Еще в 1744 году астроном Ж.Ф. Шезо первый усомнился в том, что Вселенная

Бесконечна: ведь если количество звезд не имеет границ, то почему не сверкает небо и почему оно темное? В 1823 году Г. Олбес аргументировал наличие границ Вселенной тем, что свет, идущий к Земле от далеких звезд, должен становиться более слабым из-за поглощения веществом, которое находится на их пути. Но в таком случае сама эта субстанция должна нагреваться и светиться не хуже любой звезды. нашло свое подтверждение в современной науке, которая утверждает, что вакуум и есть «ничто», но вместе с тем он обладает реальными физическими свойствами. Конечно, поглощение вакуумом приводит к повышению его температуры, следствием чего являются тот факт, что вакуум становится вторичным источником излучения. Поэтому в том случае, если действительно размеры Вселенной бесконечны, то свет звезд, которые достигли предельного расстояния, имеет настолько сильное красное смещение, что начинает сливаться с фоновым (вторичным) излучением вакуума.

Вместе с тем, можно говорить, что наблюдаемой человечеством, конечны, поскольку конечна и сама Расстояние в 24 Гигапарсекса является границей светового космического горизонта. Однако из-за того, что увеличивается, конец Вселенной находится на расстоянии 93 миллиардов

Наиболее важным результатом космологии явился факт расширения Вселенной. Он был получен при наблюдениях за красным смещением и затем получил количественную оценку в соответствии с законом Хаббла. Это привело ученых к выводам, что теория Большого взрыва находит свои подтверждения. По данным НАСА,

которые были получены с помощью WMAP, начиная от момента Большого взрыва, равняется 13.7 миллиарда лет. Однако данный результат возможен только в том случае, если предположить, что та модель, которая лежит в основе анализа, корректна. При использовании других методов оценки получаются совершенно другие данные.

Затрагивая устройство Вселенной, нельзя не сказать и о ее форме. До сих пор не найдена та трехмерная фигура, которая бы наилучшим образом представила ее образ. Данная сложность связана с тем, что до сих пор точно не известно, плоская ли Вселенная. Второй аспект связан с тем, что доподлинно не известно о множественной соединенности ее. Соответственно, если размеры Вселенной пространственно ограничены, то при движении по прямой линии и в любом направлении можно оказаться в исходной точке.

Как мы видим, технический прогресс еще не достиг того уровня, чтобы точно ответить на вопросы, касающиеся возраста, устройства и размеров Вселенной. До сих пор многие теории в космологии не нашли своего подтверждения, но и не были опровергнуты.

Наш мир, родившийся в процессе Большого взрыва, и поныне расширяется, а объем разделяющего галактики пространства стремительно увеличивается. Скопления галактик, удаляясь друг от друга, тем не менее остаются устойчивыми образованиями с определенными размерами и стабильной структурой. Да и атомы вовсе не набухают в процессе расширения Вселенной, в отличие от свободно летающих фотонов, увеличивающих свою длину волны в процессе перемещения по расширяющемуся пространству. Куда же ушла энергия реликтовых фотонов? Почему мы можем видеть квазары, удаляющиеся от нас со сверхсветовой скоростью? Что такое темная энергия? Почему доступная нам часть Вселенной все время сокращается? Это лишь часть вопросов, над которыми думают сегодня космологи, стараясь согласовать общую теорию относительности с картиной Мира, наблюдаемой астрономами.

Сфера Хаббла

Согласно закону Хаббла, описывающего расширение Вселенной, радиальные скорости галактик пропорциональны расстоянию до них с коэффициентом Н 0 , который сегодня называется постоянной Хаббла .

Значение Н 0 определяется по наблюдениям галактических объектов, расстояния до которых измерены, главным образом, по ярчайшим звёздам или цефеидам.

Большинство независимых оценок Н 0 дают для этого параметра в настоящее время значение приблизительно около 70 км/с на мегапарсек.

Это означает, что галактики, находящиеся на расстоянии 100 мегапарсек, удаляются от нас со скоростью примерно 7000 км/с.

В моделях расширяющейся Вселенной постоянная Хаббла изменяется со временем, но термин «постоянная» оправдан тем, что в каждый данный момент времени во всех точках Вселенной постоянная Хаббла одинакова.

Величина, обратная постоянной Хаббла, имеет смысл характерного времени расширения Вселенной на текущий момент. Для современного значения постоянной Хаббла, возраст Вселенной оценивается приблизительно в 13,8 млрд лет.

Относительно центра сферы Хаббла скорость расширения пространства внутри нее меньше световой, а вне ее – больше. На самой сфере Хаббла световые кванты как бы вморожены в пространство, которое расширяется там со световой скоростью, и поэтому она становится еще одним горизонтом – горизонтом фотонов .

Если расширение вселенной замедляется, то радиус сферы Хаббла возрастает, поскольку он обратно пропорционален уменьшающемуся хаббловскому параметру. В таком случае по мере старения вселенной эта сфера охватывает все новые и новые области пространства и впускает все новые и новые световые кванты. С течением времени наблюдатель увидит галактики и внутригалактические события, которые ранее находились вне его фотонного горизонта. Если же расширение вселенной ускоряется, то радиус хаббловской сферы, напротив, сокращается.

В космологии говорят о трех важных поверхностях: горизонте событий, горизонте частиц и сфере Хаббла. Две последние являются поверхностями в пространстве, а первая – в пространстве - времени. Со сферой Хаббла мы уже познакомились, поговорим теперь о горизонтах.

Горизонт частиц

Горизонт частиц отделяет наблюдаемые в настоящий момент объекты от ненаблюдаемых.

Из-за конечности скорости света наблюдатель видит небесные объекты такими, какими они были в более или менее отдаленном прошлом. За пределами горизонта частиц лежат галактики, которые в данный момент не наблюдаются ни на едином этапе их предшествующей эволюции. Это означает, что их мировые линии в пространстве-времени нигде не пересекают поверхность, по которой распространяется свет, приходящий к наблюдателю с момента рождения Вселенной. Внутри горизонта частиц расположены галактики, чьи мировые линии в прошлом пересеклись с этой поверхностью. Именно эти галактики и составляют часть Вселенной, в принципе доступную наблюдению в данный момент времени.

Для нерасширяющейся Вселенной размер горизонта частиц растет с возрастом, и рано или поздно все области Вселенной окажутся доступными для изучения. Но в расширяющейся Вселенной это не так. Более того, в зависимости от скорости расширения размер горизонта частиц может зависеть от времени, прошедшего с момента начала расширения, по более сложному закону, чем простая пропорциональность. В частности, в ускоренно расширяющейся Вселенной размер горизонта частиц может стремиться к постоянной величине. Это означает, что есть области принципиально ненаблюдаемые, есть процессы принципиально непознаваемые.

Кроме того, размер горизонта частиц ограничивает размер причинно-связанных областей. Действительно, две пространственные точки, разделенные расстоянием больше размера горизонта, никогда не взаимодействовали в прошлом. Поскольку самое быстрое взаимодействие (обмен лучами света) еще не произошло, то и любое другое взаимодействие исключено. Поэтому никакое событие в одной точке не может иметь в качестве своей причины событие, произошедшее в другой точке. В случае, когда размер горизонта частиц стремится к постоянной величине, Вселенная разбивается на причинно-несвязанные области, эволюция в которых протекает независимо.

Таким образом, нам не дано знать, какова Вселенная за пределами нынешнего горизонта частиц. Некоторые теории ранней Вселенной утверждают, что очень далеко за этим горизонтом она совсем не похожа на то, что мы видим. Этот тезис вполне научен, поскольку он вытекает из вполне разумных вычислений, однако его нельзя ни опровергнуть, ни подтвердить с помощью астрономических наблюдений, доступных в наше время, Более того, если пространство и дальше будет расширяться с ускорением, его нельзя будет проверить и в сколь угодно отдаленном будущем.

Источники на горизонте частиц имеют бесконечное красное смещение. Это самые древние фотоны, которые хотя бы теоретически можно сейчас «увидеть». Они были излучены практически в момент Большого взрыва. Тогда размер видимой сегодня части Вселенной был крайне мал, а значит, с тех пор все расстояния очень сильно выросли. Отсюда и возникает бесконечное красное смещение. Конечно, на самом деле мы не можем увидеть фотоны с самого горизонта частиц. Вселенная в годы своей молодости была непрозрачной для излучения. Поэтому фотоны с красным смещением больше 1 000 не наблюдаются. Если в будущем астрономы научатся регистрировать реликтовые нейтрино, то это позволит заглянуть в первые минуты жизни Вселенной, соответствующие красному смещению – Зх10 7 . Еще большего прогресса можно будет достичь при детектировании реликтовых гравитационных волн, добравшись до «планковских времен» (10 -43 секунд с начала взрыва). С их помощью можно будет заглянуть в прошлое настолько далеко, насколько это в принципе возможно с помощью известных на сегодня законов природы. Вблизи начального момента большого взрыва общая теория относительности уже неприменима.

Горизонт событий

Горизонт событий – это поверхность в пространстве-времени . Такой горизонт возникает не во всякой космологической модели. Например, в замедляющейся Вселенной горизонта событий нет – любое событие из жизни удаленных галактик можно увидеть, если достаточно долго подождать. Смысл введения этого горизонта в том, что он отделяет события, которые могут повлиять на нас хотя бы в будущем, от тех, которые никак повлиять на нас не смогут. Если даже световой сигнал о событии не доходит до нас, то и само событие не может оказать на нас влияние. Почему такое возможно? Причин может быть несколько. Самая простая – модель с «концом света». Если будущее ограничено во времени, то ясно, что свет от каких-то далеких галактик дойти до нас просто не сумеет. Большинство современных моделей такой возможности не предусматривают. Есть, правда, версия грядущего Большого разрыва (Big Rip), но она не очень популярна в научных кругах. Зато есть другой вариант – расширение с ускорением.

Недавнее открытие того факта, что Вселенная сейчас расширяется с ускорением, буквально взбудоражило космологов. Причин такого необычного поведения нашего мира может быть две: либо основным «наполнителем» нашей Вселенной является не обычное вещество, а неведомая материя с необычными свойствами (так называемая темная энергия), либо (еще страшнее подумать!) нужно изменять уравнения общей теории относительности. Да еще почему-то человечеству довелось жить в тот краткий по космологическим масштабам период, когда замедленное расширение только-только сменилось ускоренным. Все эти вопросы еще очень далеки от своего разрешения, но уже сегодня можно обсудить то, как ускоренное расширение (если оно будет продолжаться вечно) изменит нашу Вселенную и создаст горизонт событий . Оказывается, что жизнь далеких галактик, начиная с того момента, как они наберут достаточно большую скорость убегания, для нас остановится и их будущее станет нам неизвестно – свет от целого ряда событий просто никогда до нас не дойдет. Со временем, в достаточно далеком будущем, все галактики, не входящие в наше локальное сверхскопление размером 100 мегапарсек, скроются за горизонтом событий.

Прошлое и будущее

«Над проблемами горизонта я задумался еще в аспирантуре, причем даже не по собственной инициативе, - рассказывает профессор Вольфганг Риндлер, который до сих пор преподает физику в Техасском университете в Далласе. - Тогда была в большой моде теория Вселенной, известная как космология стабильного состояния - Steady State Cosmology. Мой научный руководитель ввязался в ожесточенный спор с авторами этой теории и предложил мне разобраться в существе разногласий. Я не стал отказываться от предложенной задачи, и в результате появилась моя работа о космологических горизонтах.

По словам профессора Риндлера, существует очень понятная интерпретация обоих горизонтов нашего мира: «Горизонт событий образован световым фронтом, который в пределе сойдется на нашей Галактике, когда возраст Вселенной возрастет до бесконечности. Напротив, горизонт частиц соответствует световому фронту, испущенному в момент Большого взрыва. Фигурально выражаясь, горизонт событий очерчивается самым последним из световых фронтов, достигающих нашей Галактики, а горизонт частиц - самым первым. Из такого определения становится понятным, что

горизонт частиц задает максимальное расстояние, с которого в нашу нынешнюю эпоху можно наблюдать произошедшее в прошлом. Горизонт событий, напротив, фиксирует максимальную дистанцию, откуда можно получить информацию о бесконечно отдаленном будущем.

Это действительно два разных горизонта, которые необходимы для полного описания эволюции мироздания».