Где кончается Вселенная? Клуб почемучек

Помните, я уже отвечала на вопрос “Где находится Край Света?” . Тогда мы все вместе выяснили, что краев у нашего света нет, ведь планета Земля круглая.  Но ведь Землей наш мир не ограничивается. В холодной пустоте Космоса вращаются тысячи, миллиарды таких Земель как наша. Все они, а еще и звезды, и туманности, и облака космического газа, и даже загадочная “темная материя” составляют нашу Вселенную. А есть ли конец у Вселенной? Или она бесконечна?

Ученые утверждают, что в любой точке нашего мира можно очертить вокруг нее пространство, свойства которого будут точно таким же, как в этой точке.

Для иллюстрации возьмем лист бумаги – это будет наша Вселенная. И нарисуем на ней человечка.
Если человечек нарисован посередине, то в окружности вокруг него будет пространство нашей Вселенной – белая бумага.
А вот если человечек нарисован на краю, то в круге окажется не только бумага, но и часть стола. А это невозможно по разным сложным математическим и физическим рассуждениям.

Значит, таких краев, как у листа бумаги, у Вселенной нет.
И наша Вселенная может выглядеть как бесконечно большой лист бумаги. В какую бы сторону не пошел наш человечек, до края он бы не дошел.

Но то, что он не найдет края еще не значит, что Вселенная бесконечна неограниченно. Возьмем наш лист бумаги и соединим его противоположные концы. У нас получится замкнутая поверхность которая бесконечна по своей длине (на высоту пока не обращаем внимания).

Так выглядит бесконечный двумерный мир

Если человечек пойдет вдоль этой поверхности он будет идти и идти без конца, пока не придет в начальную точку. Для него его Вселенная бесконечна в длину, но она занимает определенный объем нашего трехмерного пространства и ограничена им. Очень интересен вариант такого пространства, моделируемый лентой Мёбиуса – она получается, если полоску бумаги склеить, повернув одну из сторон изнанкой.
Человечек, выйдя из точки на этой ленте, пройдет по ней  и снова вернется в эту точку. Но уже с другой стороны ленты!
Я склеила такую ленту и попросила Катю проследить путь человечка фломастером. Для ребенка это выглядит как настоящее чудо! ?

Так выглядит двумерный мир только с одной поверхностью

Кстати, с разными вариантами бумажных колец есть очень интересные и очень простые фокусы. Их можно посмотреть у меня в блоге.

Но вернемся к нашему миру – полоске бумаги. Если мы склеим края по ширине, а потом мысленно возьмем верх и низ и соединим их, то у нас получится фигура бесконечная и в высоту и в длину.
Математики ее называют “тор”, а мы ребенку можем сказать “бублик”.
Человечек, гуляющий по такому бублику никогда не попадет на край, хотя бублик вовсе не тянется без конца во все стороны, а его площадь очень даже конечна.

И плоскость, и тор, и другие замкнутые фигуры (например, шар) топологически эквивалентны. То есть равнозначны с точки зрения топологии (науки о связях в пространстве). Мы с Катей смоделировали Вселенную-шар, нарисовав нашего человечка на воздушном шарике. Путь человечка вперед по прямой можно проследить, рисуя его ручкой. Мы увидим, что, обойдя шар, человечек вернется в исходную точку, так и не найдя края у своего мира.

И это только три варианта бесконечности. На самом деле их очень много! И ученые до сих пор не могут ничего окончательного сказать о форме нашей Вселенной. Есть научные теории, которые утверждают, что Вселенная – додекаэдр (объемный шестиугольник). Есть даже такие, которые считают Вселенную по форме похожей на пастушеский рожок. А может, она тор?

Чтобы узнать достоверно, какой же формы Вселенная, ученым надо продолжать астрономические наблюдения и исследования. Например, очень важным параметром для определения формы нашего пространства является его плотность.  В зависимости от того, какое значение она примет, мы можем узнать, плоская ли наша Вселенная как лист бумаги, или имеет кривизну как шар, или бублик.
К сожалению, даже последние эксперименты по измерению плотности материи не дают четкого ответа. Но результат их очень близок к тому, при котором наша Вселенная окажется бесконечной плоскостью. Как-то скучно выходит. Я лично за бублик;)

В любом случае физически мы никогда бы не могли достигнуть края Вселенной, если бы даже такой существовал. Ведь Вселенная еще и расширяется. И как бы мы не спешили бежать, ехать или лететь по ней, она всегда увеличивается быстрее, чем мы достигнем крайней точки.

Надеюсь, Милана, вашим детям будет хоть немного понятнее, что такое бесконечность Вселенной  ?