Le stelle supergiganti sono esempi di nomi. Stelle

Forse i limiti di ciò che possiamo osservare sono semplicemente artificiali; forse non c'è limite a ciò che c'è dall'altra parte dell'osservabile.

13,8 miliardi di anni fa, l'universo ebbe inizio con il Big Bang. Da allora si è espanso e raffreddato, quindi è stato ieri, oggi e sarà domani. Dal nostro punto di vista possiamo osservarlo per 46 miliardi di anni luce in tutte le direzioni, grazie alla velocità della luce e all'espansione dello spazio. Sebbene questa sia una lunga distanza, è finita. Ma questa è solo una parte di ciò che l’Universo ci offre. Cosa c'è dietro questa parte? L'universo può essere infinito?

Come si potrebbe dimostrarlo empiricamente?

Innanzitutto, ciò che vediamo ci dice più di 46 miliardi di anni luce.

Più guardiamo lontano in qualsiasi direzione, più guardiamo indietro nel tempo. La galassia più vicina, distante 2,5 milioni di anni luce, ci appare com'era 2,5 milioni di anni fa, perché la luce impiega esattamente quel tempo per raggiungere i nostri occhi da dove è stata emessa. Vediamo le galassie più distanti come erano milioni, centinaia di milioni o addirittura miliardi di anni fa. Vediamo la luce di un universo giovane. Quindi, se cerchiamo la luce emessa 13,8 miliardi di anni fa, lasciata dal Big Bang, troveremo anche quella: lo sfondo cosmico a microonde.

Il suo schema di fluttuazioni è incredibilmente complesso; a diverse scale angolari, ci sono diverse differenze nelle temperature medie. Codifica anche un'incredibile quantità di informazioni sull'universo, incluso il fatto sorprendente che la curvatura dello spazio è, per quanto ne sappiamo, completamente piatta. Se lo spazio fosse curvo positivamente, se vivessimo sulla superficie di una sfera quadridimensionale, vedremmo convergere questi raggi di luce lontani. Se lo spazio fosse curvato negativamente, come se vivessimo su una sella quadridimensionale, vedremmo divergere i raggi di luce lontani. Ma no, i raggi di luce provenienti da lontano continuano a muoversi nella direzione originaria e le fluttuazioni parlano di un piano ideale.

Il fondo cosmico a microonde e la struttura su larga scala dell'universo, combinati, ci permettono di concludere che se l'universo è finito e si chiude su se stesso, deve essere almeno 250 volte più grande di quello che osserviamo. E poiché viviamo in tre dimensioni, otteniamo (250)3 come volume, ovvero moltiplichiamo lo spazio per 15 milioni di volte. Per quanto grande possa essere questo numero, non è infinito. Secondo la stima più conservativa, l’universo dovrebbe essere lungo almeno 11 trilioni di anni luce in tutte le direzioni. E questo è molto, ma ... ovviamente.

Tuttavia, ci sono ragioni per credere che sia di più. Il Big Bang può aver segnato l’inizio dell’universo osservabile come lo conosciamo, ma non segna la nascita del tempo e dello spazio in quanto tali. Prima del Big Bang, l’universo ha vissuto un periodo di inflazione cosmica. Non era pieno di materia e radiazioni e non era caldo. Lei:

• era pieno dell'energia inerente allo spazio stesso;
• espanso in modo esponenziale costante;
• creò nuovo spazio così rapidamente che la lunghezza fisica più piccola, la lunghezza di Planck, si estendeva fino alle dimensioni dell'universo osservabile oggi ogni 10-32 secondi.

È vero che l’inflazione è finita nella nostra regione dell’Universo. Ma ci sono alcune domande a cui non conosciamo ancora la risposta che potrebbero determinare la vera dimensione dell’universo e se sia infinito o meno.

Quanto era grande la regione post-inflazione dell'universo in cui è nato il nostro Big Bang?

Osservando il nostro universo oggi, il bagliore uniforme del Big Bang e la piattezza dell'universo, non possiamo davvero ricavare molto. Possiamo definire un limite superiore sulla scala energetica al quale si è verificata l'inflazione; possiamo determinare quanta parte dell’universo ha subito l’inflazione; possiamo fissare un limite inferiore sulla durata dell’inflazione. Ma la sacca dell’universo inflazionistico in cui è nato il nostro può essere molto, molto più grande del limite inferiore. Può essere centinaia, milioni o googol volte più grande di quanto possiamo osservare... o veramente infinito. Ma finché non saremo in grado di osservare una porzione maggiore dell’universo di quella attualmente a nostra disposizione, non avremo informazioni sufficienti per rispondere a questa domanda.

L’idea di “inflazione perpetua” è corretta?

Se si pensa che l’inflazione debba essere un campo quantistico, allora in qualsiasi momento di questa fase di espansione esponenziale c’è la possibilità che l’inflazione finisca con un Big Bang, e la possibilità che l’inflazione continui, creando sempre più spazio. Questi calcoli sono alla nostra portata (con alcune ipotesi) e porteranno all’inevitabile conclusione che se si vuole l’inflazione che produce l’universo che osserviamo, allora l’inflazione creerà sempre più spazio che continua ad espandersi rispetto alle regioni che hanno già è finita nell'Universo Più Grande.Esplosioni. E se il nostro universo osservabile potrebbe essere il risultato della fine dell’inflazione nella nostra regione dello spazio circa 13,8 miliardi di anni fa, ci sono regioni in cui l’inflazione continua – creando sempre più spazio e dando vita ai Big Bang – fino ad oggi. . Questa idea è chiamata “inflazione perpetua” ed è generalmente accettata dalla comunità dei fisici teorici. E poi quanto è grande l'intero universo inosservabile?

Quanto durò l’inflazione prima della sua fine e del Big Bang?

Possiamo vedere solo l’Universo osservabile creato alla fine dell’inflazione e del nostro Big Bang. Sappiamo che questa inflazione deve essere durata almeno 10-32 secondi circa, ma avrebbe potuto benissimo essere più lunga. Ma quanto ancora? Per secondi? Anni? Miliardi di anni? O infinito? L’universo è sempre stato inflazionato? Ha avuto un inizio? È nato da uno stato precedente che era eterno? O forse tutto lo spazio e il tempo sono emersi dal "nulla" qualche tempo fa? Le possibilità sono molte, ma ad oggi sono tutte non verificabili e non dimostrabili.

Secondo le nostre migliori osservazioni, sappiamo che l'Universo è molto, molto più grande della parte che abbiamo la fortuna di osservare. Al di fuori di ciò che vediamo, c'è molto di più dell'Universo, con le stesse leggi della fisica, con le stesse strutture (stelle, galassie, ammassi, filamenti, vuoti, ecc.) e con le stesse possibilità di sviluppo della vita complessa . Devono esserci anche dimensioni finite di "bolle" in cui finisce l'inflazione, e un numero gigantesco di tali bolle racchiuse in uno spazio-tempo gigantesco che si espande nel processo di inflazione. Ma tutti i numeri grandi hanno un limite, non sono infiniti. E solo se l’inflazione non continuasse per un tempo infinitamente lungo, l’Universo dovrebbe essere finito.

Il problema con tutto questo è che sappiamo come accedere solo alle informazioni disponibili nel nostro universo osservabile: a quei 46 miliardi di anni luce in tutte le direzioni. La risposta alla domanda più grande di tutte, se l’universo sia finito o infinito, potrebbe essere codificata nell’universo stesso, ma siamo troppo legati per saperlo. Sfortunatamente, la fisica di cui disponiamo non ci offre altre opzioni.

Quando si studia l'Universo e la sua struttura, spesso sorge la domanda se abbia una fine o sia infinito. Il concetto di infinito è uno dei più interessanti della scienza perché appartiene al regno del misterioso e dell'insolito. In effetti, è impossibile immaginare l'infinito, perché questo concetto non ha visualizzazione, ma non è affatto una costruzione matematica inventata, ma viene utilizzato nella scienza per risolvere molti problemi.

Gli astronomi e i fisici sono più interessati allo studio dell'infinito, poiché hanno a che fare con lo spazio dell'Universo e la geometria del mondo circostante. Lo studio dell'infinito dell'universo e dello spazio è iniziato nei tempi antichi. I grandi filosofi hanno offerto argomenti semplici e apparentemente inconfutabili che a prima vista non contraddicevano la logica.

Quindi, Lucrezio Caro nel poema "Sulla natura delle cose" scrisse: "Non c'è fine su entrambi i lati dell'Universo, perché altrimenti avrebbe sicuramente avuto bordi". Per molti scienziati dell'epoca era più facile immaginare che l'Universo non avesse fine e si estendesse indefinitamente in tutte le direzioni piuttosto che avesse determinati confini, perché allora bisognerebbe cercare una risposta alla domanda su cosa si trova oltre questi confini.

Tuttavia, il ragionamento di Lucrezio e dei suoi sostenitori si basava, prima di tutto, sulla logica e sulle solite idee sullo spazio terrestre, e nel mondo moderno è considerato irragionevole fare affidamento su questo quando si studia il problema dell'infinito sulla scala dell'Universo . In questo caso, dovresti studiare le proprietà reali del mondo e trarre conclusioni basate su di esse.

Durante il Rinascimento, Copernico sviluppò un modello eliocentrico del mondo, secondo il quale il Sole era al centro dell'universo e la Terra e gli altri pianeti ruotavano attorno ad esso. Secondo le idee dello scienziato, l'universo era limitato da una sfera di stelle fisse. Credeva che tutti i corpi celesti ruotassero attorno al Sole alla stessa velocità, facendo una rivoluzione al giorno. Di conseguenza, quanto maggiore è la distanza del Sole da un corpo celeste, tanto maggiore sarà la velocità di circolazione di quest'ultimo.

Pertanto, se ci sono stelle situate a distanze infinitamente grandi dal Sole, allora devono avere una velocità infinitamente elevata, il che è impossibile. Ne consegue che l'universo ha una fine, cioè è racchiuso nella sfera delle stelle. Ai contemporanei di Copernico tale prova sembrava inconfutabile, perché a quel tempo non sapevano ancora che il Sole non è il centro dell'Universo, ma il centro del Sistema Solare.

Lo scienziato italiano Giordano Bruno fu il primo a dubitare delle conclusioni di Copernico. Fu il primo a proporre l'idea di un universo infinito. Nel suo ragionamento, lo scienziato si basava su opinioni filosofiche e non su studi fisici o astronomici.

Isaac Newton fu il primo a cercare di dare una spiegazione scientifica naturale dell'infinità dell'Universo e nelle leggi della meccanica da lui sviluppate. Secondo le sue disposizioni, se le particelle materiali sono attratte l'una dall'altra, col tempo devono dissiparsi nello spazio illimitato. Pertanto, un universo finito immutabile non può esistere. Per molto tempo si è creduto che la risposta alla domanda sull'infinito dell'Universo fosse stata ricevuta e considerata definitiva, ma l'opinione si è rivelata errata. Si è sempre creduto che la domanda se l'universo abbia un confine debba avere solo due risposte: sì o no. E solo più tardi si è scoperto che possono esserci diversi tipi di infinito. Ad esempio, in matematica esiste un'infinità di serie di numeri naturali e un'infinità di tutti i punti situati su un segmento di retta.

In geometria possono esistere anche diversi infiniti. Ad esempio, ci sono concetti come l'infinito e l'illimitatezza dello spazio, che non sono identici tra loro: uno spazio illimitato è uno spazio che non ha confini, ma è chiuso in se stesso o finito. Una sfera è un esempio di tale spazio. L'area di una sfera ha un valore finito, ma è impossibile raggiungerne il confine, quindi è considerata illimitata. L'esempio della sfera è un esempio di come lo spazio può avere un volume finito, ma non ha confini.

Nella scienza moderna, nessuno dubita che lo spazio dell'Universo sia illimitato, ad es. è impossibile raggiungere il confine dell'universo. Ma la questione della sua infinità o finitezza resta ancora aperta. Per trovare una risposta, gli scienziati studiano la geometria del mondo e cercano di scoprire la posizione della materia nell'Universo e, utilizzando calcoli teorici, viene misurata la densità critica della materia nell'Universo. Si calcola quindi che 1/100.000 della massa di un protone ricade su 13 cm di spazio. Basandosi sulla teoria della relatività, gli scienziati affermano che lo spazio mondiale ha una fine se la densità media della materia nell'universo è maggiore di quella critica. Viceversa, l'Universo ha un volume infinito se la densità della materia in esso contenuta è inferiore a quella critica.

La cosmologia, una branca speciale dell'astronomia, si occupa dell'origine, dell'evoluzione e delle proprietà dell'Universo. Si basa su scienze come fisica, matematica, astronomia, nonché teologia e filosofia.

Sulla base di questa conclusione, molti ricercatori hanno creato varie versioni del calcolo della densità media della materia nel mondo. Alcuni, sulla base dei loro calcoli, sono giunti alla conclusione che l'universo è finito e hanno tentato di calcolarne il raggio. Tuttavia, tali calcoli non possono rispondere alla domanda sull'infinità dell'Universo e raccontare le sue proprietà geometriche.

La relatività generale fornisce un criterio fisico in base al quale si può indovinare la curvatura dello spazio, ma l'entità fisica di questa curvatura può molto probabilmente essere giudicata solo sulla base di osservazioni che indicano che la densità media della materia nel mondo è approssimativamente uguale al valore critico uno.

Tutto ciò parla a favore del fatto che la scienza moderna non è ancora pronta a dare una risposta univoca alla questione della finitezza e dell'infinità dell'Universo e a preferire una di queste probabilità.

creazionismo dell'universo di Friedman Kant

L’infinito come concetto è il culmine dell’astrazione. In questo senso può competere solo con la velocità della luce o con quella di un buco nero. Per domare l’idea di infinito, i matematici hanno inventato da secoli segni, immagini e storie che riconciliano la nostra mente con l’inimmaginabile.

1. Segno dell'infinito

L'infinito ha il suo simbolo: ∞. Questo segno è talvolta chiamato lemniscata. Fu inventato nel 1655 dal pastore e matematico protestante John Vallis. La parola "lemniscate" deriva dal latino lemniscus, che significa "nastro".

Forse, nell'inventare il segno dell'infinito, Wallis prese come base il simbolo del numero 1000, scritto in numeri romani (CIƆ o CƆ), che i romani usavano spesso per denotare innumerevoli oggetti. Secondo un'altra versione, il simbolo dell'infinito si riferisce a omega (Ω o ω) - l'ultima lettera dell'alfabeto greco.

Il concetto di infinito fu proposto molto prima che Wallis ne trovasse il simbolo. Ad esempio, l'antico filosofo greco Anassimandro introdusse il concetto di "apeiron", che significava una certa sostanza primaria illimitata.

2. Aporia di Zenone

Una delle aporie più famose dell'antico filosofo greco Zenone si intitola “Achille e la tartaruga”: la tartaruga propone ad Achille di correre una corsa, a condizione che si metta in moto un po' prima.

La tartaruga è sicura della sua vittoria, perché nel momento in cui Achille raggiunge il punto di partenza della tartaruga, striscia già un po' più avanti, aumentando ancora una volta la distanza tra loro.

Pertanto, nonostante la distanza verrà ridotta, Achille non raggiungerà mai la tartaruga. Questo paradosso può essere spiegato in un altro modo. Immagina di attraversare la stanza, coprendo metà della distanza rimanente ad ogni passo. Innanzitutto, il tuo passo sarà pari alla metà della distanza totale, poi a un quarto, poi a 1/8, 1/16, ecc. Anche se ad ogni passo successivo sarai più vicino alla parete opposta della stanza, è impossibile raggiungere la fine: dovrai fare un numero infinito di passi.

3. Numero pi greco

Un altro esempio di infinito è il numero π: i matematici usano un simbolo speciale perché è composto da un numero infinito di cifre. Molto spesso viene ridotto a 3,14 o 3,14159, ma non importa quante cifre decimali ci siano, è impossibile scrivere completamente questo numero.

4. Teorema della scimmia infinita

Questo teorema afferma che se una scimmia astratta batte indefinitamente sui tasti di una macchina da scrivere, prima o poi scriverà l'Amleto di Shakespeare. Anche se alcuni vedono questo teorema come una prova che tutto è possibile, i matematici di solito lo usano come esempio di un evento con probabilità molto bassa.

5. Frattali

Un frattale è un oggetto matematico astratto utilizzato, tra le altre cose, per rappresentare fenomeni di origine naturale. In matematica, questo è un insieme che ha la proprietà dell'autosimilarità: le sue parti sono simili al tutto. Visivamente, un tale oggetto è una figura, in cui lo stesso motivo si ripete su scala successivamente decrescente. Pertanto, l'immagine di un frattale può essere ingrandita all'infinito: quando si ingrandisce, appaiono sempre più nuovi dettagli.

Scritti come un'equazione matematica, la maggior parte dei frattali sono funzioni non differenziabili.

6. Dimensioni dell'infinito

Sebbene l'infinito non abbia confini, può avere dimensioni diverse. I numeri positivi e negativi sono due insiemi infiniti di uguale dimensione. Tuttavia, cosa succede se aggiungi questi due set? Ottieni qualcosa il doppio delle dimensioni di ciascuno di essi.

I numeri pari possono essere considerati in modo simile: anche questo è un insieme infinito, ma è la metà dell'insieme di tutti i numeri positivi.

Inoltre, puoi provare ad aggiungere uno all'infinito e assicurarti che il numero ∞ + 1 sia sempre maggiore di ∞.

7. Cosmologia e infinito

I cosmologi continuano a studiare l'universo e a riflettere sul concetto di infinito. Lo spazio è infinito? Non esiste ancora una risposta a questa domanda. Anche se il nostro universo fisico è finito, è probabile che sia solo un universo tra tanti!

8. Divisione per zero

Sappiamo da scuola che la divisione per zero è una tecnica aritmeticamente vietata. Non è possibile determinare il numero 1 diviso 0: qualsiasi calcolatrice fornirà un codice di errore. Tuttavia, secondo un'altra teoria, 1/0 è una forma di infinito perfettamente valida.