У космосі існує безліч різних об'єктів: зірки, планети, галактики, астероїди, комети тощо. Але чи є місце у цілому всесвіті, де немає нічого? Де немає матерії, енергії, світла, тепла, звуку або навіть простору і часу? Насправді далеко не просте запитання, особливо для астрофізиків. І відповідь не така проста, як можна здогадатися.
Спочатку визначмось, що ми розуміємо під словом "ніщо". У звичайному сенсі це означає відсутність чого-небудь. Наприклад, якщо ми говоримо, що в кімнаті немає нічого, ми маємо на увазі; немає меблів, побутових предметів або людей.
З точки зору фізики така інтерпретація не зовсім правильна. У кімнаті є повітря, яке складається з молекул різних газів. У самому повітрі витають електромагнітні хвилі, що сприймаються як світло.
У кімнаті є також гравітаційне поле Землі, що діє на всі матеріальні тіла. І навіть якщо ми викачаємо з кімнати всі гази та ізолюємо її від усіх видів випромінювання і полів, ми все одно не отримаємо Абсолютне Ніщо.
Чому?
Тому що ми "забули" про квантові флуктуації. Це такі собі випадкові зміни фізичних величин на дуже малих проміжках часу і простору.
Наприклад, у будь-якій точці просторів може виникати та зникати пара частинка-античастинка. Буквально з нічого. Явище, відоме як квантовий спалах або квантова піна.
Ба більше, квантові флуктуації відбуваються навіть у найпобожнішому просторі та не порушують закон збереження енергії. Навіть якби ми створили ідеальну вакуумну камеру, ми б все одно не позбулися всюдисущих квантових флуктуацій.
Але, можливо, є місце у всесвіті, де немає навіть квантових флуктуацій?
Ймовірно, таке місце може бути тільки за межами нашого всесвіту.
Згідно з теорією Великого вибуху, наш світ виник близько 13,8 мільярда років тому із сингулярності - точки нескінченної щільності та температури. Сингулярність була настільки щільною і гарячою, що в ній не діяв жоден із відомих нам законів фізики.
Тому ми не можемо сказати, що було до Великого вибуху або за його межами. Можливо, там було Абсолютне Ніщо, а можливо, там був інший всесвіт або безліч всесвітів.
А, може, ми маємо справу з чимось, що не було ні простором, ні часом. Або перебувало поза простором і часом, яких, по суті, не було. Ми справді не знаємо.
Що знаходиться в міжзоряному просторі?
Міжзоряний простір - це не порожнеча, а середовище, що складається з різних компонентів. Розгляньмо їх докладніше.
У ньому, принаймні, присутній міжзоряний газ і міжзоряний пил. А враховуючи, що світилами розташовуються на значній відстані одне від одного, то такої "безгоспної" матерії у відкритому космосі досить багато. Деякі астрономи навіть вважають, що на їхню частку припадає близько 80% всієї маси Всесвіту. Питання: а навіщо вигадувати темну матерію і темну енергію?
Повернемося до міжзоряного газу. Йдеться про атоми водню, який перебуває в нейтральному, іонізованому або молекулярному стані. Крім водню, у міжзоряному газі присутні також гелій, вуглець, кисень, азот та інші хімічні елементи.
Щільність міжзоряного газу дуже низька - до 1000 частинок на кубічний сантиметр. Його температура сильно варіюється - від 10 до 10 мільйонів градусів за Кельвіном. Залежно від активності процесів зореутворення. Чому астрономи та спостерігають різні структури - від тонких оболонок до щільних хмар.
А ось міжзоряний пил - це тверді частинки розміром від кількох нанометрів до кількох мікрометрів, які складаються з вуглецю, кремнію, заліза та інших елементів. Він утворюється з матерії, що викидається зірками наприкінці їхнього життя або під час вибухів наднових.
Міжзоряний пил становить близько 1% від маси міжзоряного газу. Також він впливає на поширення світла в космосі, поглинаючи й розсіюючи видиме світло, роблячи зірки тьмянішими та червонішими.
Ми також знаємо про існування міжзоряних полів - електричних і магнітних полів, що пронизують міжзоряний простір. Вони виникають через рух заряджених частинок у міжзоряному газі, а також через дію зоряних вітрів і спалахів наднових.
27 років тому ми дізналися про існування Войда Волопаса
Міжзоряні поля відіграють важливу роль у динаміці та еволюції міжзоряного середовища, нагріваючи й охолоджуючи газ, формуючи хмари й навіть зірки.
І, нарешті, є космічні промені - високоенергетичні частинки (протони, електрони, ядра атомів), що летять космосом зі швидкостями близькими до швидкості світла.
Джерелами космічних променів можуть бути зірки, наднові, чорні діри, активні галактичні ядра та інші космічні об'єкти. Світло взаємодіє з міжзоряним газом, пилом і полями, спричиняючи їхню іонізацію, нагрівання, випромінювання та інші ефекти, які ми спостерігаємо за допомогою штучних приладів.
Що знаходиться в міжгалактичному просторі?
Галактики складаються з мільярдів зірок. Відстань між ними - жахлива з точки зору звичайної людини. Між найближчими сусідами - не менше 2 мільйонів світлових років. У реальності - кілька десятків мільйонів. І це між найближчими сусідами!
Але що знаходиться між галактиками? Чи можна сказати, що там немає нічого?
У звичайному сенсі - так, там нічого немає.
Але міжгалактичний простір також не є порожнім, він володіє тими ж властивостями, що й міжзоряний простір.
Тільки... концентрації газу і пилу менші. І менше різних фізичних полів, випромінювання, інших ефектів. Принаймні, тих із них, які ми можемо фіксувати та спостерігати. Або про існування яких ми тільки здогадуємось.
Але ж не так уже й мало зірок і планет, які, внаслідок "надлишку" гравітації та космічного випромінювання, не просто "злітають" зі своїх галактичних орбіт, а й потрапляють у міжгалактичний простір.
І надають “звичайну” масу “звичайній” пустоті. Космічні мандрівники, яким ніколи не буде спокою.
Такі об'єкти теж колись помирають. І перетворюються на газ. Але оскільки поруч із ними немає інших світил, немає значущого гравітаційного та інфрачервоного впливу, газ розвіюється у величезному просторі.
Він ніколи заново не збереться в зірки. Можливо. Він назавжди залишиться в міжгалактичному просторі.
Що таке войд? Найпорожніші місця у Всесвіті
Войди - це величезні простори між скупченнями галактик, які містять дуже мало зірок і внутрішніх зоряних островів. Саме вони вважаються найбільш порожніми місцями у Всесвіті.
Як же утворюються войди?
Для цього потрібно повернутися до початку Всесвіту, коли стався Великий Вибух. Спочатку наш космічний дім був дуже гарячим і щільним, і в ньому не діяли відомі нам закони фізики.
Поступово Всесвіт остигав і розширювався, в ньому почали формуватися перші атоми та молекули. Однак розподіл матерії у Всесвіті не був рівномірним - були місця, де матерії ставало більше, а були й місця, де вона практично відсутня. Найімовірніше, внаслідок квантових флуктуацій. Точно ми не знаємо.
З плином часу під дією гравітації таких нерівномірностей ставало дедалі більше і більше. Матерія притягувала до себе іншу матерію, утворюючи скупчення і потоки. А там, де матерії було менше, утворювалися порожнечі - войди.
Так з'явилася великомасштабна структура Всесвіту - космічна піна або космічна мережа. Структура, що складається з галактичних скупчень і філаментів (потоків), які оточують величезні порожнечі - войди.
Які розміри та властивості войдів?
Войди мають різну форму і розмір. Деякі з них мають діаметр від 10 до 100 мегапарсек (від 30 до 300 мільйонів світлових років). Такі войди називаються звичайними або стандартними.
Але є й більші войди, з діаметром від 100 до 400 мегапарсек (300 до 1200 мільйонів світлових років). Подібні утворення називаються супервойдами.
Якщо брати за одне ціле весь "порожній" простір, то вони нічим не відрізняються від міжзоряного простору - ті самі 1000 частинок на кубічний сантиметр. І дуже малі температури - у войдах майже немає джерел тепла і світла, зірок і галактик.
Але це не означає, що у войдах нічого не існує. Там є міжгалактичний газ, міжгалактичний пил, міжгалактичні поля і космічні промені. Які продукують флуктуації, створюючи й знищуючи елементарні частинки.
Утім, у деяких войдах зустрічаються галактики, які називаються поодинокими або ізольованими. Вони утворилися внаслідок випадкових коливань щільності матерії в ранньому Всесвіті. Хоча на їх прикладі ми можемо судити про ті далекі часи - понад 13 мільярдів років тому.
Навіщо вивчати войди?
Войди мають велике значення для розуміння походження та еволюції Всесвіту. Вони - чи не єдині "живі" свідки ранніх стадій розвитку Всесвіту, коли ще не було зірок і галактик.
Вивчаючи войди, ми можемо дізнатися більше про квантові флуктуації, які породили великомасштабну структуру Всесвіту.
Войди також є свідками сучасного стану Всесвіту; вони провокують різні явища та ефекти, з ними пов'язані. Наприклад, ми можемо спостерігати ефект Сакса-Вольфа, який полягає в тому, що температура космічного мікрохвильового випромінювання змінюється залежно від того, чи проходить воно через войд або скупчення галактик.
Річ у тім, що світло "змінює" своє забарвлення залежно від рівня гравітації. Аналізуючи ці забарвлення, ми вже вимірюємо розмір і форму войдів. І розуміємо, на скільки вони порожні.
Найцікавіші факти про войди
Найбільший відомий войд у Всесвіті називається Войдом Ерідана. Він має діаметр близько 1,3 мільярда світлових років і знаходиться в сузір'ї Ерідана.
Войд Ерідана містить всього близько 2000 галактик, тобто у 20 разів менше, ніж у середньому по Всесвіту. Цю структуру було виявлено тільки 2014 року за допомогою космічного телескопа Планк. Найхолодніше і найтемніше місце у Всесвіті.
Крім того, існує таке поняття, як локальний войд. Це войд, який розташований поруч із нашою галактикою - Чумацьким Шляхом.
Локальний войд має діаметр близько 150 мільйонів світлових років і містить не більше 60 галактик. Водночас він впливає на рух нашої та найближчих до нього галактик.
Через локальний войд Чумацький Шлях навіть рухається швидше, ніж прогнозувалося, - відповідно до моделей розширення Всесвіту.
Тобто "порожнє місце" коригує гравітацію зоряних островів, розташованих на значній від нього відстані. Як це можливо? Питання!
