Perché lo spazio non ha fine? È vero che l'universo è infinito

Nella vita di tutti i giorni, una persona ha spesso a che fare con quantità finite. Pertanto può essere molto difficile visualizzare un infinito illimitato. Questo concetto è avvolto in un'aura di mistero e inusualità, che si mescola al rispetto per l'Universo, i cui confini sono quasi impossibili da determinare.

L'infinità spaziale del mondo appartiene ai problemi scientifici più complessi e controversi. Gli antichi filosofi e astronomi cercarono di risolvere questo problema attraverso le costruzioni logiche più semplici. Per fare ciò bastava supporre che fosse possibile raggiungere il presunto confine dell'Universo. Ma se in questo momento tendi la mano, il confine si allontana di una certa distanza. Questa operazione può essere ripetuta innumerevoli volte, il che dimostra l'infinità dell'Universo.

L’infinito dell’Universo è difficile da immaginare, ma non meno difficile è come potrebbe apparire un mondo limitato. Anche per chi non è molto avanzato nello studio della cosmologia, in questo caso sorge spontanea una domanda: cosa c'è oltre il confine dell'Universo? Tuttavia, tale ragionamento, basato sul buon senso e sull’esperienza quotidiana, non può servire come base solida per rigorose conclusioni scientifiche.

Idee moderne sull'infinito dell'Universo

Gli scienziati moderni, esplorando molteplici paradossi cosmologici, sono giunti alla conclusione che l'esistenza di un Universo finito, in linea di principio, contraddice le leggi della fisica. Il mondo oltre il pianeta Terra apparentemente non ha confini né nello spazio né nel tempo. In questo senso, l'infinito suggerisce che né la quantità di materia contenuta nell'Universo né le sue dimensioni geometriche possono essere espresse nemmeno dal numero più grande (“Evoluzione dell'Universo”, I.D. Novikov, 1983).

Anche se prendiamo in considerazione l'ipotesi che l'Universo si sia formato circa 14 miliardi di anni fa a seguito del cosiddetto Big Bang, ciò potrebbe significare solo che in quei tempi estremamente lontani il mondo attraversò un'altra fase di trasformazione naturale. In generale, l'Universo infinito non è mai apparso come risultato di un impulso iniziale o dello sviluppo inspiegabile di qualche oggetto immateriale. L'ipotesi di un Universo infinito pone fine all'ipotesi della creazione divina del mondo.

Nel 2014 gli astronomi americani hanno pubblicato i risultati dell'ultima ricerca che conferma l'ipotesi dell'esistenza di un Universo infinito e piatto. Gli scienziati hanno misurato con elevata precisione la distanza tra le galassie situate a diversi miliardi di anni luce di distanza. Si è scoperto che questi colossali ammassi stellari si trovano in cerchi con un raggio costante. Il modello cosmologico costruito dai ricercatori dimostra indirettamente che l'Universo è infinito sia nello spazio che nel tempo.

Due pulci sono sedute e una chiede all'altra: ascolta, siamo seduti qui, al caldo, mangiamo a sazietà, ma cosa ne pensi: c'è vita sugli altri cani?
Eccoci qui, seduti sul nostro cane e parlando di "C'E' VITA SUGLI ALTRI CANI?" Il fatto è che la fisica non sa ancora da dove provenga la materia da cui è costituito tutto nel nostro universo. La fisica teorica considera la teoria del “big bang” come la più accessibile alla comprensione generale, e nella quale rientra più pienamente tutto ciò che accade, presupponendo che la materia sia esplosa, raggiungendo una densità massima tendente all’infinito, insieme alla stessa temperatura massima, da un punto , la cosiddetta singolarità, ma nessuno è ancora riuscito a spiegare in modo intelligibile come questo QUALCOSA abbia raggiunto un tale stato e cosa lo abbia preceduto. Possiamo osservare l'espansione dell'universo, in teoria è stato dimostrato che, avendo raggiunto una certa dimensione sotto l'influenza della gravità, inizierà a contrarsi e si verificherà proprio questa singolarità, ma da ciò possiamo supporre che questo è già accaduto e, di conseguenza, continuerà ad essere così, il che dice a favore dell'infinito. E poi, da dove viene tutta la materia che “è esplosa in modo sicuro” perché non poteva provenire dal nulla, queste sono le primissime e incrollabili leggi della fisica. Affinché QUALCOSA potesse esplodere, doveva apparire da qualche parte lì. Se questa legge è vera, allora alla fine ci porta direttamente all'infinito, ma se non è così, allora ci sono alcuni modi per ottenere QUALCOSA dal NIENTE, e questa è una strada diretta verso una sovrabbondanza di materia nel nostro universo e verso impedirne l'annientamento, cioè l'autodistruzione, e di conseguenza il suo trasferimento in un'altra dimensione dello spazio-tempo. Tutto è abbastanza confuso, per semplicità dirò questo: nessuno ha risolto l'eterna questione: chi è venuto prima, l'uovo o la gallina! E la cosa più interessante è da dove viene, questa PRIMA cosa. Si tratta del conto alla rovescia "meno", beh, per quanto riguarda il conto alla rovescia "più" tutto è semplice, immagina una biblioteca in cui sono raccolti tutti i libri del mondo e prendi un foglio bianco e scrivi su di esso tutte le prime pagine di tutti i libri di questa biblioteca, poi in progressione. In parole povere N+1. Pertanto, penso che l'universo sia infinito sia nello spazio che nel tempo. E poi, sappiamo troppo poco dell'universo per dire qualcosa con certezza, perché anche concetti come "colore" non sono definiti, tutto dipende da quali occhi guardiamo il fiore, umani o, ad esempio, api. Tutto è relativo. Come ha detto un ragazzo intelligente: ci sono due cose infinite al mondo: l'universo e la stupidità umana. Se mai riusciremo a comprendere e spiegare il primo, allora questo non funzionerà con il secondo. Lei è davvero INFINITA!

Dove inizia lo spazio e dove finisce l'Universo? Come gli scienziati determinano i confini di parametri importanti nello spazio. Tutto non è così semplice e dipende da cosa viene considerato spazio, da quanti Universi ci sono. Di seguito, comunque, tutti i dettagli. E interessante.

Il confine “ufficiale” tra atmosfera e spazio è la linea Karman, che passa ad un'altitudine di circa 100 km. Non è stato scelto solo per il numero tondo: a questa altitudine la densità dell'aria è già così bassa che nessun veicolo può volare sostenuto solo dalle forze aerodinamiche. Per creare una portanza sufficiente, sarà necessario raggiungere la velocità di fuga. Un dispositivo del genere non ha più bisogno di ali, quindi è a un'altitudine di 100 chilometri che passa il confine tra aeronautica e astronautica.

Ma il guscio d'aria del pianeta ad un'altitudine di 100 km, ovviamente, non finisce. La sua parte esterna - l'esosfera - si estende fino a 10mila km, sebbene sia costituita principalmente da rari atomi di idrogeno che possono facilmente abbandonarla.

sistema solare

Probabilmente non è un segreto che i modelli in plastica del sistema solare a cui siamo così abituati a scuola non mostrano le reali distanze tra una stella e i suoi pianeti. Il modello scolastico è realizzato in questo modo solo in modo che tutti i pianeti si adattino al supporto. In realtà, tutto è molto più grande.

Quindi, il centro del nostro sistema è il Sole, una stella con un diametro di quasi 1,4 milioni di chilometri. I pianeti più vicini ad esso - Mercurio, Venere, Terra e Marte - costituiscono la regione interna del sistema solare. Tutti hanno un piccolo numero di satelliti, sono composti da minerali solidi e (ad eccezione di Mercurio) hanno un'atmosfera. Convenzionalmente, il confine della regione interna del Sistema Solare può essere tracciato lungo la Cintura degli Asteroidi, che si trova tra le orbite di Marte e Giove, circa 2-3 volte più lontano dal Sole rispetto alla Terra.

Questo è il regno dei pianeti giganti e dei loro numerosi satelliti. E il primo di questi è, ovviamente, l'enorme Giove, situato circa cinque volte più lontano dal Sole rispetto alla Terra. È seguito da Saturno, Urano e Nettuno, la cui distanza è già incredibilmente grande: oltre 4,5 miliardi di km. Da qui al Sole è già 30 volte più lontano che dalla Terra.

Se comprimi il sistema solare alle dimensioni di un campo da calcio con il Sole come obiettivo, Mercurio si troverà a 2,5 m dalla linea esterna, Urano sarà all'obiettivo opposto e Nettuno sarà da qualche parte nel parcheggio più vicino .

La galassia più distante che gli astronomi hanno potuto osservare dalla Terra è z8_GND_5296, situata a una distanza di circa 30 miliardi di anni luce. Ma l'oggetto più distante che può essere osservato in linea di principio è la radiazione relitta, che è stata conservata quasi dai tempi del Big Bang.

La sfera dell'Universo osservabile da esso limitata comprende più di 170 miliardi di galassie. Immagina: se all'improvviso si trasformassero in piselli, potrebbero riempire un intero stadio con uno scivolo. Qui ci sono centinaia di sestilioni (migliaia di miliardi) di stelle. Copre uno spazio che si estende per 46 miliardi di anni luce in tutte le direzioni. Ma cosa c’è oltre – e dove finisce l’Universo?

In realtà, non c'è ancora risposta a questa domanda: la dimensione dell'intero Universo è sconosciuta, forse è addirittura infinita. O forse ci sono altri Universi oltre i suoi confini, ma come si relazionano tra loro, cosa sono, è già una storia troppo vaga, di cui racconteremo un'altra volta.

Cintura, nuvola, sfera

Plutone, come sapete, ha perso il suo status di pianeta a tutti gli effetti, trasferendosi nella famiglia dei nani. Questi includono Eris in orbita nelle vicinanze, Haumea, altri pianeti minori e corpi della cintura di Kuiper.

Questa regione è eccezionalmente distante e vasta, estendendosi da 35 distanze dalla Terra al Sole, e fino a 50. È dalla fascia di Kuiper che le comete di breve periodo volano verso le regioni interne del Sistema Solare. Se ricordi il nostro campo di calcio, la cintura di Kuiper sarebbe a diversi isolati di distanza. Ma anche qui i confini del sistema solare sono ancora lontani.

La nube di Oort resta per ora un luogo ipotetico: è molto lontana. Tuttavia, ci sono molte prove indirette che da qualche parte là fuori, 50-100mila volte più lontano dal Sole di noi, c'è un vasto accumulo di oggetti ghiacciati, da dove volano verso di noi le comete di lungo periodo. Questa distanza è così grande che è già un anno luce intero - un quarto della strada verso la stella più vicina e, nella nostra analogia con un campo di calcio, migliaia di chilometri dalla porta.

Ma l'influenza gravitazionale del Sole, seppure debole, si estende ancora oltre: il confine esterno della nube di Oort - la sfera di Hill - si trova a una distanza di due anni luce.

Disegno che illustra l'aspetto proposto della nube di Oort

Eliosfera ed eliopausa

Non dimenticare che tutti questi confini sono piuttosto condizionali, come la stessa linea Karman. Un confine così convenzionale del Sistema Solare è considerato non la nube di Oort, ma la regione in cui la pressione del vento solare è inferiore alla materia interstellare, il bordo della sua eliosfera. I primi segni di ciò si osservano a una distanza dal Sole circa 90 volte maggiore rispetto all'orbita terrestre, nel cosiddetto confine dello shock.

La fermata finale del vento solare dovrebbe avvenire nell'eliopausa, già a 130 di tali distanze. Nessuna sonda ha mai raggiunto una tale distanza, ad eccezione delle americane Voyager-1 e Voyager-2, lanciate negli anni '70. Questi sono gli oggetti creati artificialmente più distanti fino ad oggi: l'anno scorso, i dispositivi hanno attraversato il confine dell'onda d'urto e gli scienziati stanno monitorando con entusiasmo i dati che le sonde inviano di tanto in tanto alla Terra.

Tutto questo - la Terra con noi, e Saturno con i suoi anelli, e le comete ghiacciate della nube di Oort, e il Sole stesso - si precipita in una nube interstellare locale molto rarefatta, dall'influenza della quale il vento solare ci protegge: oltre il confini dell'onda d'urto, le particelle delle nuvole praticamente non penetrano.

A tali distanze, l'esempio di un campo da calcio perde completamente la sua convenienza e dovremo limitarci a misure di lunghezza più scientifiche, come l'anno luce. La nube interstellare locale si estende per circa 30 anni luce, e tra un paio di decine di migliaia di anni la lasceremo, entrando nella vicina (e più estesa) nube G, dove le nostre stelle vicine - Alpha Centauri, Altair e altre - sono ora localizzati.

Tutte queste nubi sono apparse come risultato di diverse antiche esplosioni di supernova, che hanno formato la Bolla Locale, nella quale ci muoviamo da almeno 5 miliardi di anni. Si estende per 300 anni luce e fa parte del Braccio di Orione, uno dei numerosi bracci della Via Lattea. Sebbene sia molto più piccola degli altri bracci della nostra galassia a spirale, le sue dimensioni sono ordini di grandezza superiori a quelle della Bolla Locale: più di 11mila anni luce di lunghezza e 3,5mila di spessore.

Rappresentazione 3D della Bolla Locale (Bianca) con l'adiacente Nube Interstellare Locale (rosa) e parte della Bolla I (verde).

Via Lattea nel suo gruppo

La distanza dal Sole al centro della nostra galassia è di 26mila anni luce e il diametro dell'intera Via Lattea raggiunge i 100mila anni luce. Il Sole ed io rimaniamo alla sua periferia, insieme alle stelle vicine, ruotando attorno al centro e descrivendo un cerchio completo in circa 200 - 240 milioni di anni. Sorprendentemente, quando i dinosauri regnavano sulla Terra, eravamo dalla parte opposta della galassia!

Due potenti bracci si avvicinano al disco della galassia: la Corrente di Magellano, che comprende il gas attirato dalla Via Lattea da due galassie nane vicine (la Grande e la Piccola Nube di Magellano), e la Corrente del Sagittario, che comprende le stelle "strappate" da un'altra. vicino nano. Numerosi piccoli ammassi globulari sono anche associati alla nostra galassia, e essa stessa fa parte del Gruppo Locale di galassie legate gravitazionalmente, dove ce ne sono circa cinquanta.

La galassia più vicina a noi è la Nebulosa di Andromeda. È molte volte più grande della Via Lattea e contiene circa un trilione di stelle, situate a 2,5 milioni di anni luce da noi. Il confine del Gruppo Locale si trova a una distanza sbalorditiva: il suo diametro è stimato in megaparsec: per coprire questa distanza la luce impiegherà circa 3,2 milioni di anni.

Ma il Gruppo Locale impallidisce in confronto alla struttura su larga scala di circa 200 milioni di anni luce. Questo è il superammasso locale di galassie, che comprende circa un centinaio di tali gruppi e ammassi di galassie, nonché decine di migliaia di galassie individuali allungate in lunghe catene: filamenti. Quindi solo i confini dell'Universo osservabile.

Universo e oltre?

In realtà, non c'è ancora risposta a questa domanda: la dimensione dell'intero Universo è sconosciuta, forse è addirittura infinita. O forse ci sono altri Universi oltre i suoi confini, ma come si relazionano tra loro, cosa sono, è già una storia troppo vaga.

> L'Universo ha una fine?

Come trovare il confine dell'Universo: lo spazio ha una fine, qual è la dimensione esatta dell'Universo, lo studio della radiazione cosmica di fondo a microonde, la descrizione dello spazio infinito.

Abbiamo due strade: l'Universo ha confini oppure no. In entrambi i casi emergono conseguenze interessanti. Scopriamo se l'Universo sta finendo?

Quindi in un universo finito devono esserci dimensioni. Più di una volta potresti aver sentito numeri specifici e creduto nell'inganno proposto. Gli astronomi continuano a interrogarsi su questa domanda. Ma questo è incredibilmente difficile, soprattutto considerando quanto sia fugace la vita umana. Tuttavia, l’ossessione è forte e sono stati inventati molti potenti satelliti. È stato anche possibile trovare radiazioni relitte (il bagliore residuo del Big Bang).

Era importante ottenere la conferma che le formazioni di una metà del cielo corrispondessero all'altra. Ma finora non è stata trovata alcuna connessione. Per tradurre nel linguaggio umano, vale la pena notare che vediamo 13,8 miliardi di anni luce in qualsiasi direzione (cioè, stiamo scrutando il passato). Questo è il tempo necessario affinché la prima luce visibile ci raggiunga dal punto di partenza di ogni cosa. L'espansione ha aumentato la distanza a 47,5 miliardi di anni luce, il che ci dà la dimensione dell'Universo a 93 miliardi di anni luce. Ma questi sono solo i primi numeri. Ma potrebbero essere 100 miliardi o un trilione di anni luce. Non vediamo il quadro completo. O forse è semplicemente infinito e quindi non ha senso cercare dove sia la fine dell’Universo?

Se la seconda opzione funziona, potresti giungere a conclusioni interessanti.

Iniziamo! Abbiamo un metro cubo di spazio. Unisci i palmi delle mani e immagina che all'interno ci sia un certo numero di particelle con un numero numerabile di configurazioni. Tony Padilla ha calcolato che otteniamo il numero 10 alla 10a potenza e poi alla 70a potenza. Si tratta di un numero inimmaginabilmente enorme che non hai abbastanza inchiostro e carta per visualizzare.

Il numero di particelle nell'Universo osservabile è 10 80, che è inferiore al primo indicatore. Adesso allacciati le cinture! In un Universo infinito, se decidi di percorrere un'enorme distanza dalla Terra, prima o poi ti imbatterai in un duplicato del tuo spazio. E più sarà profondo, più ce ne saranno.

Potresti pensare che non ci sia niente di speciale qui. Pensa, una pila di idrogeno è simile a un'altra. Ma più ti muovi, più elementi corrispondono al tuo mondo. Di conseguenza, finirai su un'altra Terra, dove troverai il tuo doppio! E questa è solo una piccola parte della follia disponibile nello spazio infinito (un'opzione in cui l'Universo non ha fine né confini).

Ci auguriamo che la copia non ti abbia scioccato troppo, dato che incontrerai molti di te più avanti nel tempo! Inoltre, queste saranno diverse varianti. Ricordo subito i film di fantascienza in cui il sosia può avere la barba o svolgere un'altra professione.

Allora cosa c'è? Forse esiste un numero infinito di universi osservabili ripetitivi. E non abbiamo bisogno del multiverso per trovarli. Questi sono universi doppi all'interno di uno infinito.

È molto importante capire se lo spazio ha una fine. Gli astronomi non hanno ancora una risposta, ma ogni giorno fanno un passo avanti.

La teoria della relatività considera lo spazio e il tempo come un'unica entità, il cosiddetto “spazio-tempo”, in cui le coordinate temporali svolgono lo stesso ruolo significativo di quelle spaziali. Pertanto, nel caso più generale, dal punto di vista della teoria della relatività, si può parlare solo della finitezza o dell'infinito di questo particolare “spazio-tempo” unito. Ma poi entriamo nel cosiddetto mondo quadridimensionale, che ha proprietà geometriche del tutto speciali che differiscono in modo molto significativo dalle proprietà geometriche del mondo tridimensionale in cui viviamo.

E l’infinità o finitezza dello “spazio-tempo” quadridimensionale continua a non dire nulla o quasi sull’infinità spaziale dell’Universo che ci interessa.

D’altra parte, la teoria della relatività quadridimensionale “spazio-temporale” non è solo un comodo apparato matematico. Riflette proprietà, dipendenze e modelli molto specifici dell'Universo reale. E quindi, quando risolviamo il problema dell'infinito dello spazio dal punto di vista della teoria della relatività, siamo costretti a tenere conto delle proprietà dello “spazio-tempo”. Già negli anni venti del secolo attuale, A. Friedman ha dimostrato che nell'ambito della teoria della relatività, una formulazione separata della questione dell'infinito spaziale e temporale dell'Universo non è sempre possibile, ma solo a determinate condizioni. Queste condizioni sono: omogeneità, cioè la distribuzione uniforme della materia nell'Universo, e isotropia, cioè le stesse proprietà in qualsiasi direzione. Solo nel caso dell’omogeneità e dell’isotropia un unico “spazio-tempo” si divide in “spazio omogeneo” e “tempo mondiale” universale.

Ma, come abbiamo già notato, l'Universo reale è molto più complesso dei modelli omogenei e isotropi. Ciò significa che la sfera quadridimensionale della teoria della relatività, corrispondente al mondo reale in cui viviamo, nel caso generale non si divide in “spazio” e “tempo”. Pertanto, anche se con un aumento della precisione delle osservazioni potessimo calcolare la densità media (e quindi la curvatura locale) per la nostra Galassia, per un ammasso di galassie, per la regione osservabile dell’Universo, questa non sarà ancora una soluzione alla questione dell’estensione spaziale dell’Universo nel suo insieme.

È interessante, tra l'altro, notare che alcune regioni dello spazio possono effettivamente rivelarsi finite nel senso di chiusura. E non solo lo spazio della Metagalassia, ma anche qualsiasi regione in cui sono presenti masse sufficientemente potenti da causare una forte curvatura, ad esempio lo spazio dei quasar. Ma, lo ripetiamo, questo non dice ancora nulla sulla finitezza o sull'infinità dell'Universo nel suo insieme. Inoltre, la finitezza o l'infinità dello spazio dipende non solo dalla sua curvatura, ma anche da alcune altre proprietà.

Pertanto, allo stato attuale della teoria generale della relatività e delle osservazioni astronomiche, non possiamo ottenere una risposta sufficientemente completa alla questione dell'infinità spaziale dell'Universo.

Si dice che il famoso compositore e pianista F. Liszt abbia fornito una delle sue opere per pianoforte con le seguenti istruzioni per l'esecutore: "veloce", "ancora più veloce", "il più veloce possibile", "ancora più veloce"...

Questa storia viene involontariamente in mente in connessione con lo studio della questione dell'infinito dell'Universo. Già da quanto detto sopra risulta del tutto evidente che il problema è estremamente complesso.

Eppure è ancora incommensurabilmente più complicato...

Spiegare significa ridurre a ciò che è noto. Una tecnica simile viene utilizzata in quasi tutti gli studi scientifici. E quando proviamo a risolvere la questione delle proprietà geometriche dell'Universo, ci sforziamo anche di ridurre queste proprietà a concetti familiari.

Le proprietà dell'Universo sono, per così dire, "adattate" ai concetti matematici astratti di infinito attualmente esistenti. Ma queste idee sono sufficienti per descrivere l’Universo nel suo insieme? Il problema è che sono stati sviluppati in gran parte indipendentemente, e talvolta completamente indipendentemente dai problemi di studio dell'Universo, e in ogni caso basati sullo studio di una regione limitata dello spazio.

Pertanto, la soluzione alla questione dell'infinità reale dell'Universo si trasforma in una sorta di lotteria, in cui la probabilità di vincita, cioè una coincidenza casuale di almeno un numero sufficientemente grande di proprietà dell'Universo reale con una delle standard di infinito formalmente derivati, è molto insignificante.

La base delle moderne idee fisiche sull'Universo è la cosiddetta teoria speciale della relatività. Secondo questa teoria le relazioni spaziali e temporali tra i vari oggetti reali che ci circondano non sono assolute. Il loro carattere dipende interamente dallo stato di movimento di un dato sistema. Pertanto, in un sistema in movimento, il ritmo del tempo rallenta e tutte le lunghezze si ridimensionano, ad es. le dimensioni degli oggetti estesi vengono ridotte. E questa riduzione è tanto più forte quanto maggiore è la velocità del movimento. Man mano che ci avviciniamo alla velocità della luce, che è la massima velocità possibile in natura, tutte le scale lineari diminuiscono senza limiti.

Ma se almeno alcune proprietà geometriche dello spazio dipendono dalla natura del movimento del sistema di riferimento, cioè sono relative, abbiamo il diritto di porre la domanda: non sono relativi anche i concetti di finitezza e di infinito? Dopotutto, sono strettamente legati alla geometria.

Negli ultimi anni, il famoso cosmologo sovietico A.L. Zelmapov ha studiato questo curioso problema. Riuscì a scoprire un fatto che, a prima vista, era assolutamente sorprendente. Si è scoperto che lo spazio, che è finito in un sistema di riferimento fisso, può allo stesso tempo essere infinito rispetto a un sistema di coordinate in movimento.

Forse questa conclusione non sembrerà così sorprendente se ricordiamo la riduzione delle scale nei sistemi in movimento.

La presentazione popolare di questioni complesse della fisica teorica moderna è notevolmente complicata dal fatto che nella maggior parte dei casi non consentono spiegazioni e analogie visive. Tuttavia, proveremo ora a fornire un'analogia, ma quando la utilizzeremo cercheremo di non dimenticare che è molto approssimativa.

Immagina che un'astronave sfrecci oltre la Terra a una velocità pari, diciamo, a due terzi della velocità della luce: 200.000 km/sec. Quindi, secondo le formule della teoria della relatività, si dovrebbe osservare una riduzione della metà in tutte le scale. Ciò significa che dal punto di vista degli astronauti a bordo della nave, tutti i segmenti sulla Terra diventeranno lunghi la metà.

Ora immagina di avere, sebbene una linea retta molto lunga, ma comunque finita, e di misurarla utilizzando una scala di unità di lunghezza, ad esempio un metro. Per un osservatore su un'astronave che viaggia a velocità prossime a quella della luce, il nostro metro di riferimento si ridurrà fino a un punto. E poiché ci sono innumerevoli punti anche su una linea retta finita, per un osservatore su una nave la nostra linea retta diventerà infinitamente lunga. Più o meno la stessa cosa accadrà per quanto riguarda la scala delle aree e dei volumi. Di conseguenza, regioni finite dello spazio possono diventare infinite in un sistema di riferimento in movimento.

Ripetiamo ancora una volta: questa non è affatto una prova, ma solo un'analogia piuttosto approssimativa e tutt'altro che completa. Ma dà un'idea dell'essenza fisica del fenomeno che ci interessa.

Ricordiamo ora che nei sistemi in movimento non solo diminuiscono le scale, ma anche lo scorrere del tempo rallenta. Ne consegue che la durata dell'esistenza di un oggetto, finita rispetto a un sistema di coordinate fisso (statico), può rivelarsi infinitamente lunga in un sistema di riferimento in movimento.

Pertanto, dalle opere di Zelmanov risulta che le proprietà della “finitezza” e dell’“infinito” dello spazio e del tempo sono relative.

Naturalmente, tutti questi risultati a prima vista piuttosto "stravaganti" non possono essere considerati come l'istituzione di alcune proprietà geometriche universali dell'Universo reale.

Ma grazie a loro si può trarre una conclusione estremamente importante. Anche dal punto di vista della teoria della relatività, il concetto di infinito dell'Universo è molto più complesso di quanto si immaginasse in precedenza.

Ora ci sono tutte le ragioni per aspettarsi che se mai venisse creata una teoria più generale della teoria della relatività, allora nel quadro di questa teoria la questione dell'infinito dell'Universo risulterà ancora più complessa.

Una delle principali disposizioni della fisica moderna, la sua pietra angolare è il requisito della cosiddetta invarianza delle affermazioni fisiche relative alle trasformazioni del sistema di riferimento.

Invariante: significa “non cambiante”. Per meglio immaginare cosa ciò significhi, diamo come esempio alcuni invarianti geometrici. Pertanto, i cerchi con centri nell'origine del sistema di coordinate rettangolari sono invarianti di rotazione. Per qualsiasi rotazione degli assi delle coordinate rispetto all'origine, tali cerchi si trasformano in se stessi. Le rette perpendicolari all'asse “OY” sono invarianti delle trasformazioni del trasferimento del sistema di coordinate lungo l'asse “OX”.

Ma nel nostro caso parliamo di invarianza nel senso più ampio del termine: qualsiasi affermazione ha significato fisico solo quando non dipende dalla scelta del sistema di riferimento. In questo caso il sistema di riferimento va inteso non solo come sistema di coordinate, ma anche come metodo di descrizione. Non importa come cambia il metodo di descrizione, il contenuto fisico dei fenomeni studiati deve rimanere immutato e invariante.

È facile vedere che questa condizione non ha solo un significato puramente fisico, ma anche un significato filosofico fondamentale. Riflette il desiderio della scienza di chiarire il reale, vero corso dei fenomeni e di escludere tutte le distorsioni che possono essere introdotte in questo corso dal processo stesso della ricerca scientifica.

Come abbiamo visto, dalle opere di A.L. Zelmanov segue che né l'infinito nello spazio né l'infinito nel tempo soddisfano il requisito dell'invarianza. Ciò significa che i concetti di infinito temporale e spaziale che usiamo attualmente non riflettono pienamente le proprietà reali del mondo che ci circonda. Pertanto, a quanto pare, la stessa formulazione della questione dell'infinito dell'Universo nel suo insieme (nello spazio e nel tempo) con la moderna comprensione dell'infinito è priva di significato fisico.

Abbiamo ricevuto un'altra prova convincente che i concetti "teorici" di infinito, utilizzati finora dalla scienza dell'Universo, sono di natura molto, molto limitata. In generale questo si poteva già intuire, poiché il mondo reale è sempre molto più complesso di qualsiasi “modello” e si può parlare solo di un’approssimazione più o meno precisa alla realtà. Ma in questo caso è stato particolarmente difficile valutare, per così dire, a occhio, quanto fosse significativo l’approccio raggiunto.

Ora almeno la strada da seguire sta emergendo. Apparentemente, il compito è, prima di tutto, sviluppare il concetto stesso di infinito (matematico e fisico) sulla base dello studio delle proprietà reali dell'Universo. In altre parole: “provare” non l'Universo con idee teoriche sull'infinito, ma, al contrario, queste idee teoriche con il mondo reale. Solo questo metodo di ricerca può portare la scienza a progressi significativi in ​​questo settore. Nessun ragionamento logico astratto o conclusione teorica può sostituire i fatti ottenuti dalle osservazioni.

Probabilmente è necessario, innanzitutto, sviluppare un concetto invariante di infinito basato sullo studio delle proprietà reali dell'Universo.

E, in generale, a quanto pare, non esiste uno standard matematico o fisico universale dell'infinito che possa riflettere tutte le proprietà dell'Universo reale. Man mano che la conoscenza si sviluppa, il numero dei tipi di infinito a noi noti crescerà indefinitamente. Pertanto, molto probabilmente, alla domanda se l'Universo sia infinito non verrà mai data una semplice risposta "sì" o "no".

A prima vista, può sembrare che in relazione a ciò, lo studio del problema dell'infinito dell'Universo generalmente perda qualsiasi significato. Tuttavia, in primo luogo, questo problema, in una forma o nell'altra, si trova ad affrontare la scienza in determinate fasi e deve essere risolto, e in secondo luogo, i tentativi di risolverlo portano a una serie di scoperte fruttuose lungo il percorso.

Infine, va sottolineato che il problema dell'infinità dell'Universo è molto più ampio della semplice questione della sua estensione spaziale. Innanzitutto si può parlare non solo di infinito “in larghezza”, ma, per così dire, anche “in profondità”. In altre parole, è necessario ottenere una risposta alla domanda se lo spazio sia infinitamente divisibile, continuo o se in esso siano presenti degli elementi minimi.

Attualmente, questo problema ha già affrontato i fisici. Si discute seriamente sulla possibilità della cosiddetta quantizzazione dello spazio (così come del tempo), cioè della selezione di alcune celle “elementari” che sono estremamente piccole.

Inoltre, non dobbiamo dimenticare l'infinita varietà di proprietà dell'Universo. Dopotutto, l'Universo è, prima di tutto, un processo, le cui caratteristiche sono il movimento continuo e le transizioni incessanti della materia da uno stato all'altro. Pertanto, l'infinità dell'Universo significa anche un'infinita varietà di forme di movimento, tipi di materia, processi fisici, relazioni e interazioni e persino proprietà di oggetti specifici.

Esiste l'infinito?

In connessione con il problema dell'infinito dell'Universo, a prima vista sorge una domanda inaspettata. Il concetto stesso di infinito ha un significato reale? Non è semplicemente una costruzione matematica convenzionale, alla quale nel mondo reale non corrisponde assolutamente nulla? Questo punto di vista è stato sostenuto in passato da alcuni ricercatori e trova ancora oggi dei sostenitori.

Ma i dati scientifici indicano che quando studiamo le proprietà del mondo reale, ci troviamo comunque di fronte a ciò che può essere chiamato infinito fisico, o pratico. Ad esempio, incontriamo quantità così grandi (o così piccole) che, da un certo punto di vista, non sono diverse dall'infinito. Queste quantità vanno oltre il limite quantitativo oltre il quale eventuali ulteriori modifiche non hanno più alcun effetto apprezzabile sull'essenza del processo in esame.

Pertanto, l’infinito esiste senza dubbio oggettivamente. Inoltre, sia in fisica che in matematica, quasi ad ogni passo ci troviamo di fronte al concetto di infinito. Questo non è un incidente. Entrambe queste scienze, soprattutto la fisica, nonostante l'apparente astrattezza di molte disposizioni, in fondo partono sempre dalla realtà. Ciò significa che la natura, l'Universo, possiede effettivamente alcune proprietà che si riflettono nel concetto di infinito.

La totalità di queste proprietà può essere definita la vera infinità dell'Universo.