Джордж Смут о строении вселенной

Я подумал о том, как немного изменить ваш взгляд на мир и показать вам некоторые конструкции, которые существуют в природе. Итак, на первом слайде мы поговорим о зарождении вселенной, и как я называю, космическое место расследования, то есть, осмотр остатков создания и предположений о том, что произошло в начале, а затем, пронаблюдать и постараться это понять.

Один из вопросов, который я хочу вам задать Что вы видите, когда смотрите вокруг себя? Вы видите пространство, созданное конструкторами и людским трудом, но на самом деле, то что вы видите это материалы, которые уже здесь были, и которые изменили для придания им определенной формы. И вопрос состоит в том, а каким образом этот материал попал сюда? Как он приобрел ту форму, которая у него была прежде чем его видоизменили? Вопрос в том, что такое целостность? Итак, одно из того, что я рассмотрел, это то как вселенная началась и сформировалась. Каков был процесс создания и эволюции вселенной на ее пути к достижению всех этих видов материалов?

А теперь позвольте мне показать вам снимок Области Сверхдальнего Обзора Хаббла. Если вы посмотрите на эту фотографию, вы увидете множество темноты и немного светлых объектов. Четыре из этих объектов являются звездами они видны в виде маленьких плюсов. Вот это звезда, и это звезда, а все остальное - галактика. Здесь пара тысяч галактик, вы их легко можете увидеть собственными глазами. И когда я вглядываюсь именно в эту галактику, которая очень похожа на нашу, мне интересно, проходят ли там совещания коллег по художественному дизайну и разумных созданий, обдумывающих какие конструкции они могли бы создать, и может быть, там есть несколько космологов пытающихся понять откуда вселенная появилась, и может быть даже некоторые из той галактики смотрят на нашу стараясь разобраться в том, а что же здесь происходит.

Но существует множество галактик, и некоторые из них близко, и они такого цвета, как Солнце, а некоторые находятся дальше, и они немного более синего цвета и так далее. Но один из вопросов, который обращен к вам - Почему существует столько много галактик? Ведь это представляет четкий участок неба, в которой только 1000 галактик. Мы думаем, что существует порядка -- видимых телескопу «Хаббла» если найти время просканировать -- 100 миллиардов галактик. Это очень большое количество галактик. И это примерно столько, сколько звезд в нашей собственной галактике.

Но если посмотреть на некоторые из этих участков, то видно больше галактик чем звезд, что является головоломкой. Вопрос, который должен придти вам в голову, это то какую конструкцию вы знаете, какой созидательный процесс и какая процедура может произвести такой мир? А потом я вам покажу, что на самом деле, все это гораздо сложнее. Мы постараемся проследить. У нас есть инструмент, который помогает нам в нашем изучении, и так как вселенная невероятно большая, он, в каком-то смысле, машина времени. Мы нарисовали несколько срезанных вложенных сфер, что бы вы смогли увидеть. Разместили Землю в центре сложенных сфер, просто потому что отсюда происходят наблюдения. Луна всего в двух секундах, то есть если ее сфотографировать при помощи простого света, то получится снимок луны, какой она была 2 секунды назад, это не особо важно. Две секунды - это почти что сейчас. Солнце в восьми минутах от нас. Это тоже не особо важно, правда, если, конечно, не солнечные вспышки. Тогда надо убираться. Вам бы не помешало предупреждение за раннее.

Тогда вы направляетесь к Юпитеру, который в 40 минутах, что является проблемой. Вы слышали о Марсе. Но с Марсом трудно связаться потому что свету требуется довольно много времени, что бы туда добраться. Но если вы присмотритесь к ближайшим звездам, которых приблизительно 40 или 50, то до них 10 лет. Так что если сфотографировать происходящее, то это 10 лет назад. Но если посмотреть в центр галактики, то это тысяча лет назад. Если же посмотреть на ближайшую большую галактику Андромеду, то это будет миллион лет назад. Если вы посмотрите на изображение Земли два миллиона лет назад, то там нет никаких признаков людей, так как мы думаем, что их еще не было. Вобщем, это дает масштабы. С телескопом "Хаббла" мы видим от сотни миллионов до миллиардов лет.

Но если бы мы смогли придумать как видеть дальше -- есть вещи которые находятся еще дальше, и именно этим я занимался в большинстве моих работ, разработка техник, с помощью которых можно заглянуть в прошлое еще дальше, в эпохи, до того. как появились звезды и галактики, когда вселенная была горячей, плотной и совсем другой. Как бы в таком порядке, у меня есть более художественное изображение этого. В середине находится галактика Млечный Путь, вокруг нее находятся ближние галактики, а сферы обозначают разное время. Позади находятся более молодые галактики.

Вам видна полная картина? Начало времени смешное - оно находится снаружи, так ведь? Еще есть часть Вселенной, которая нам не видна, так как она настолько горячая и плотная, что свет на может вырватся. Это точно так, как не видно центра Солнца, нужно использовать другие приемы. что бы узнать что происходить внутри солнца. Но края Солнца вам видны, и, как видите, со Вселенной примерно также. Вокруг изображена модель наружного пространства, и это излучение, исходящая от Большого взрыва, которая, кстати, невероятно равномерна. Вселенная - это почти идеальная сфера, но существуют очень маленькие вариации, которые видны здесь с большим приувеличением. Мы пойдем от них по временному порядку от этих незначительных неоднородностей к нерегулярным галактикам и первым звездам до более усовершенствованных галактик, и наконец, до Солнечной системы, и так далее.

Это большая проектная работа, но мы сможем увидеть то, как все происходит. Измерения были произведены при помощи набора спутников. Спутник COBE был запущен в 1989, и мы обнаружили эти неоднородности. А затем в 2000, стартовал спутник MAP -- WPAM -- который сделал снимки лучшего качества. А в этом году - крутая стелс-версия, которая, к тому же, красивого дизайна, на который вам стоит посмотреть -- спутник PLANCK будет запущен и сделает карты очень высокого разрешения. Такова будет последовательность понимания самого начала Вселенной.

То, что мы увидели, это были неоднородности, и они рассказали нам секреты о структуре пространства-времени, и о содержании Вселенной, а так же о том, как Вселенная начала свое начальное движение. Итак, у нас есть это захватывающее изображение, и я вернусь к началу, где мы увидим загадочный процесс, происходящий в начале Вселенной. Мы проходим через период ускоренного расширения. Вселенная расширяется и охлождается, пока не станет прозрачной. Затем Темные Века, а потом зажигаются первые звезды, образующие галактики, которые становятся более обширными. Примерно в этот период наша Солнечная система начала свое формирование. Ее взросление происходит до настоящего времени. Происходят захватывающие события. Часть, напоминающая корзину, представляет собой то что происходит со структурой космического времени в данный период. Эта модель кажется давольно странной, правда? Какие у нас есть для этого докозательства?

Давайте я вам покажу некоторые природные структуры, которые явились результатом этого. Я всегда думаю о пространстве-времени как о настоящей сущности пространства, где галактики и звезды, как морская пена. Они - как метка происшедших событий и интересных волн.♫ На Слоановском Цифровом Обзоре Неба показано расположение миллиона галактик. Каждая точка представляет галактику. Они направляют телескоп в небо и делают снимок, находят звезды и отбрасывают их, рассматривают только галактики, рассчитывают расстояние до них и наносят их на карту. Наносят их в радиальном направлении. Эти структуры мы называем Великой Стеной. Но пустоты и тому подобное теряется из виду, из-за недостаточной чувствительности телескопа.

Теперь я покажу вам это в 3D. Вот что происходит, вы делаете снимок пока вращается Земля, получается веерообразные снимок неба. Некоторые места не видно из-за нашей собственной Галактики, или же потому что для этого нет свободных телескопов. Итак, следующий снимок показывает трехмерную версию этого вращения. Вы видите, похожие на веер снимки неба? Помните, что каждая точка является галактикой. Видны галактики и как бы структура. Видно также то, что мы называем Великой Стеной. Видна ее непростая структура с пустотами. Есть пространства где нет галактик, и есть места где скоплены тысячи галактик. Интересная картина, но у нас не достаточно информации чтобы увидеть весь рисунок. Тут у нас всего миллион галактик. Мы как будто бы держим в воздухе миллион шаров. Но что происходит? Есть другое исследование очень похожее на это, оно называется "Исследование Красного Смещения Галактики в Двухградусном Поле Зрения".

Сейчас мы пролетаем сквозь, и там, где есть галактика, видно ее обозначение. И нам известно все об этой галактике так как у нас есть измерение красного смещения и известен тип и цвет галактики. Так что это реальное представление. Когда находишься в середине галактик, то трудно увидеть рисунок. Это как быть в середине жизни. Находясь в середине аудитории, трудно разглядеть ее форму. Так что мы отлетим и посмотрим по сторонам чтобы оглядется. Прежде всего видна структура исследования, а затем структуры галактик, которые нам видны. Видна протяженность Великой Стены виднеющихся галактик.

Но видны и пустые пространства. Глядя на такую сложную структуру, спрашивается, Как это произошло? Допустим, вы - космический конструктор. Каким образом вы сможете расположить галактики в таком порядке? Это не просто взять и раскидать их беспорядочно. Тут более сложный процесс. Как вы собираетесь это сделать? А теперь у нас началась серьезная игра. Нам серьезно придется поиграть в Бога. Не просто менять жизни людей, но создавать Вселенную. Итак, если бы это было вашей ответсвенностью, как бы вы это делали? Какой примените метод? Что именно вы сделаете?

Я вам покажу результаты очень большой симуляции того что мы думаем какой могла бы быть Вселенная, используя ключевые принципы конструирования, которые так трудно создавались людьми, но, вероятно, были известны природе с самого начала. Все начинается с простых ингридиентов и нескольких простых правил, но ингридиентов должно быть достаточно, чтобы получилось что-то сложное. Затем добавляется немного хаотичности, вариаций, и беспорядочности, и представьте себе целую кучу различных реализаций этого.

Я продемонстрирую вам распределение вещества как функцию масштаба Мы немного приблизимся, но это всего лишь набросок. Нам необходима еще одна вещь для правильного создания Вселенной. Она называется темной материей. Это такая материя, которая не взаимодействует со светом, как это делает обычное вещество, например, освещая меня или сцену. Она прозрачна для света, но что бы ее увидеть, мы сделаем ее белой. Хорошо? Темная материя на этом изображении белого цвета. Ее следует называть невидимой материей, но мы ее сделали видимой. А то, что желтого цвета, это обычная материя, которая образует звезды и галактики.

Я покажу следующий фильм. Итак это -- надо немного увеличить. Обратите внимание на узор. Мы продолжаем увеличение. Вам станут видны все волокна, конструкции и пустоты. Когда несколько волокон соединяются в узел, то образуются суперкластеры галактик. Один из них, который мы увиличиваем, содержит от 100,000 до миллиона галактик в этом небольшом участке. Так что мы живем в глуши. Мы не живем в центре Солнечной системы, мы не живем в центре Галактики, и наша Галактика не в центре кластра.

Увеличиваем изображение. В этом участке, наверное, более чем 100,000 до миллиона галактик. Мы продолжаем увеличение. Я забыл рассказать вам про масштаб. Парсек - это 3,26 световых лет. А гигапарсек - это три миллиарда световых лет. Таков масштаб. Свету потребуется три миллиарда лет для прохождения этой дистанции. Теперь мы на расстоянии как от сюда до сюда Это расстояние между нами и Андромедой. Все эти маленькие точки - это галактики.

Теперь мы зумируем обратно, и становится видна структура, которая выглядит однородно, если сильно удалиться, но она сделана из множества неоднородных вариаций. Они являются простыми строительными блоками. Все начинается с простой жидкости. В ней есть темное вещество и обычное вещество. У нее есть фотоны и нейтрино, которые позже не играют большой роли во Вселенной. Это простая жидкость, которая со временем развивается в усложненную структуру. Когда вы впервые увидели эту картину, она не представляла собой большого для вас значения. Тут вы смотрите на один процент видимой Вселенной и вам видны миллиарды галактик и узлов, но они даже и не главная структура. Существует теория, что темная материя, это невидимое вещество, на самом деле держит все вместе.

Давайте, пролетим сквозь это, и вы увидите насколько оно сложнее, находясь в середине чего-либо для того, чтобы в этом разобраться. Итак, опять тот же самый результат. Вам видны волокна, светлые участки - это невидимая материя, и желтые звезды с галактиками. Мы пролетаем и вам видно как местами пара волокон пересекается, создавая большие скопления галактик. Затем мы залетим в очень большое скопление, и вы увидите как оно выглядит. Оно не выглядит сложным изнутри, но если на посмотреть на него в увеличенном масштабе, то изучая это, осознаешь, насколько сложная и замысловатая конструкция, не так ли? И каким-то образом он растет.

Вопрос в том, насколько сложно собрать подобное? Какого размера должна быть строительная бригада для постройки такой Вселенной? Проблема, правда? Вот. Видно, как несколько волокон соединияются вместе, создавая сверхскопление галактик. На самом деле, оно выглядит совсем не так. Во первых, вы не можете перемещаться с такой скоростью, все было бы просто искажено. Но это удалось при использовании компьютерной графики. Так бы это выглядело, если бы у вас был миллиард лет, для наблюдений. И при условии, что вы могли бы видеть невидимую материю.

Смысл в том, как построить Вселенную очень простым способом? Нам необходимо осознать, что вся видимая Вселенная, видимая во всех направлениях космическим телескопом "Хаббла" и другими инструментами, однажды была меньше чем атом. Она началась с крошечного квантово-механического колебания, но разрастаясь с невероятной скоростью. И эти колебания выросли до астрономических размеров, и стали тем, что мы видим в космическом высокочастотном фоне. А затем, эти колебания, каким то образом превращаются в галактики и скопления галактик, создавая такого рода структуры.

Я покажу уменьшенную симуляцию, воспроизведенную на 1000 процессорах в течение месяца только для этой простой визуализации. Итак, я покажу вам изображение, которое можно прогнать на компьютере за два дня. Начиная с мелких колебаний, когда Вселенная находясь на данном этапе, была в четыре раза меньше, становится видным формирование космической паутины. Простое, не имеющее обыкновенной материи, и содержащее только темную материю. Темная материя сгущается, а обыкновенная материя собирается позади. Вот. В начале очень однообразное, с колебаниями были один к ста тысячам, и несколькими пиками в один к десяти тысячам, а затем через миллиарды лет, гравитация начинает все стягивать.

Светлые участки - это плотность, которая стягивает вещество вокруг себя Она притягивает все больше и больше вещества. Но расстояние во Вселенной и временные масштабы настолько огромные, что формирование занимает долгое время. Формирование продолжается до тех пор пока Вселенная приблизительно в половину ее нанешнего размера. И в тот момент, Вселенная каким-то образом начинает ускоряться. Ее расширение останавливает формирование крупных структур. Нам видна структура самого большего размера и только вещи, которые уже начали свое формирование, а затем то, что будет происходить.

Так что мы можем просимулировать, но это займет на компьютере два дня. Знаете ли, понадобилось 30 дней и 1000 процессоров чтобы осуществить то, что я вам показал. Теперь у нас есть представление о том как создать Вселенную, начав меньше чем с капли материала. И мы создадим все что видно в любом направлении почти из ничего, черезвычайно крошечного. Оно почти совершенно, за исключением маленьких колебаний на уровне один на сто тысяч, что создало интересные структуры и конструкцию, которыми стали галактики, звезды, и так далее.

Имея модель, мы можем использовать ее и делать расчеты и конструкции того как выглядит Вселенная. И эта конструкция не совсем похож на то, что мы до этого представляли. Итак, 15 лет назад мы начали со спутника Исследователя Космического Фона (COBE), создавшего карту справа вверху, что показало присутствие крупномасштабных неоднородностей колебаний в несколько порядков. Здесь вы это можете наблюдать. После этого у нас был "WMAP", который обеспечил более высокое разрешение. Видна как крупно-масштабная структура, так и дополнительные, меньшие структуры. А справа внизу, спутник как будто развернулся и изобразил Землю. Такой бы вы ее уведили только основные континенты и все.

Но надеемся, что когда получим данные от "Planck", то разрешение будет таким. как разрешение карты Земли вот тут. где видно сложные структуры, существующие на Земле. Из-за острых краев и способов совмещения, видно, что имеют место нелинейные процессы. Геология создает такой эффект, передвигая пласты, и так далее. Это видно даже на карте. Мы хотим достигнуть в наших картах ранней Вселенной, и увидеть если там имели место нелинейные эффекты, которые начали движение, что дало бы нам намек на то, как пространство-время на самом деле создалось в начальных моментах. Вот что мы имеем на сегодняшний день, это то, с чем я хотел вас немного познакомить. Показать вам другой взгляд на конструкцию и на все, находящееся вокруг вас. Спасибо. (Аплодисменты)