Kas teadsite, et universumil, mida me vaatleme, on üsna kindlad piirid? Oleme harjunud seostama Universumit millegi lõpmatu ja mõistmatuga. Kui aga küsida universumi “lõpmatuse” kohta, pakub kaasaegne teadus sellisele “ilmselgele” küsimusele hoopis teistsuguse vastuse.
Kaasaegsete kontseptsioonide kohaselt on vaadeldava universumi suurus ligikaudu 45,7 miljardit valgusaastat (ehk 14,6 gigaparsekit). Aga mida need numbrid tähendavad?
Esimene küsimus, mis tavalisele inimesele pähe tuleb, on see, kuidas ei saa Universum olla lõpmatu? Näib, et on vaieldamatu, et kõige meie ümber eksisteeriva konteineril ei tohiks olla piire. Kui need piirid on olemas, siis mis need täpselt on?
Oletame, et mõni astronaut jõuab universumi piiridesse. Mida ta enda ees näeb? Tugev sein? Tuletõke? Ja mis on selle taga – tühjus? Teine universum? Kuid kas tühjus või teine Universum võib tähendada, et oleme universumi piiril? Lõppude lõpuks ei tähenda see, et seal "midagi" pole. Ka tühjus ja teine universum on "midagi". Kuid universum on midagi, mis sisaldab absoluutselt kõike "midagi".
Jõuame absoluutse vastuoluni. Selgub, et Universumi piir peab varjama meie eest midagi, mida ei tohiks eksisteerida. Või peaks Universumi piir eraldama "kõik" "millestki", kuid see "miski" peaks olema ka "kõige" osa. Üldiselt täielik absurd. Kuidas saavad teadlased siis deklareerida meie universumi piiravat suurust, massi ja isegi vanust? Need väärtused, kuigi kujuteldamatult suured, on siiski lõplikud. Kas teadus vaidleb ilmselgele? Selle mõistmiseks jälgime esmalt, kuidas inimesed jõudsid meie kaasaegse arusaamani universumist.
Piiride laiendamine
Juba ammustest aegadest on inimesi huvitanud, milline on neid ümbritsev maailm. Pole vaja tuua näiteid kolmest sambast ja muudest iidsete katsetest universumit selgitada. Reeglina taandus kõik lõpuks sellele, et kõigi asjade aluseks on maapind. Isegi antiikajal ja keskajal, mil astronoomidel olid laialdased teadmised planeetide liikumise seadustest piki "fikseeritud" taevasfääri, jäi Maa universumi keskpunktiks.
Loomulikult oli isegi Vana-Kreekas neid, kes uskusid, et Maa tiirleb ümber Päikese. Oli neid, kes rääkisid paljudest maailmadest ja Universumi lõpmatusest. Kuid nende teooriate konstruktiivsed põhjendused tekkisid alles teadusrevolutsiooni vahetusel.
16. sajandil tegi Poola astronoom Nicolaus Copernicus esimese suurema läbimurde universumi tundmises. Ta tõestas kindlalt, et Maa on vaid üks Päikese ümber tiirlevatest planeetidest. Selline süsteem lihtsustas oluliselt planeetide taevasfääris nii keerulise ja keeruka liikumise selgitamist. Statsionaarse Maa puhul pidid astronoomid planeetide sellise käitumise selgitamiseks välja mõtlema kõikvõimalikke nutikaid teooriaid. Teisest küljest, kui Maad aktsepteeritakse liikuvana, tuleb sellistele keerulistele liikumistele seletus loomulikult. Seega sai astronoomias võimust uus paradigma, mida nimetatakse heliotsentrismiks.
Paljud päikesed
Kuid isegi pärast seda piirasid astronoomid universumit "kinnistähtede sfääriga". Kuni 19. sajandini ei osanud nad hinnata kaugust tähtedeni. Astronoomid on mitu sajandit tulutult püüdnud tuvastada tähtede asukoha kõrvalekaldeid Maa orbiidi liikumise suhtes (iga-aastased parallaksid). Tollased instrumendid nii täpseid mõõtmisi teha ei võimaldanud.
Lõpuks, 1837. aastal, mõõtis Vene-Saksa astronoom Vassili Struve parallaksi. See tähistas uut sammu ruumi ulatuse mõistmisel. Nüüd võivad teadlased julgelt väita, et tähed on Päikesega kauged sarnasused. Ja meie valgusti pole enam kõige keskpunkt, vaid lõputu täheparve võrdväärne “elanik”.
Astronoomid on universumi ulatuse mõistmisele veelgi lähemale jõudnud, sest kaugused tähtedeni osutusid tõeliselt koletuteks. Isegi planeetide orbiitide suurus tundus sellega võrreldes tähtsusetu. Järgmiseks oli vaja aru saada, kuidas tähed on koondunud.
Paljud Linnuteed
Kuulus filosoof Immanuel Kant nägi universumi laiaulatusliku struktuuri tänapäevase mõistmise aluseid ette juba 1755. aastal. Ta oletas, et Linnutee on tohutu pöörlev täheparv. Omakorda on paljud vaadeldud udukogud ka kaugemal paiknevad "linnuteed" - galaktikad. Sellest hoolimata uskusid astronoomid kuni 20. sajandini, et kõik udukogud on tähtede tekke allikad ja on osa Linnuteest.
Olukord muutus, kui astronoomid õppisid mõõtma galaktikate vahelisi kaugusi, kasutades . Seda tüüpi tähtede absoluutne heledus sõltub rangelt nende muutlikkuse perioodist. Võrreldes nende absoluutset heledust nähtavaga, on võimalik suure täpsusega määrata kaugus nendeni. Selle meetodi töötasid 20. sajandi alguses välja Einar Hertzschrung ja Harlow Scelpi. Tänu temale määras Nõukogude astronoom Ernst Epic 1922. aastal Andromeeda kauguse, mis osutus suurusjärgu võrra suuremaks Linnutee suurusest.
Edwin Hubble jätkas Epicu algatust. Mõõtes tsefeidide heledust teistes galaktikates, mõõtis ta nende kaugust ja võrdles seda nende spektrite punanihkega. Nii töötas ta 1929. aastal välja oma kuulsa seaduse. Tema töö lükkas lõplikult ümber väljakujunenud seisukoha, et Linnutee on universumi serv. Nüüd oli see üks paljudest galaktikatest, mida kunagi peeti selle osaks. Kanti hüpotees leidis kinnitust peaaegu kaks sajandit pärast selle väljatöötamist.
Seejärel võimaldas Hubble'i avastatud seos galaktika kauguse ja vaatleja vahel, võrreldes temalt eemaldamise kiirusega, teha täieliku pildi universumi suuremahulisest struktuurist. Selgus, et galaktikad olid sellest vaid tühine osa. Nad ühinesid klastriteks, klastrid superparvedeks. Superparved omakorda moodustavad universumi suurimad teadaolevad struktuurid – niidid ja seinad. Need struktuurid, mis külgnevad tohutute supervoididega (), moodustavad praegu teadaoleva universumi suuremahulise struktuuri.
Näiline lõpmatus
Eelnevast järeldub, et vaid mõne sajandiga on teadus geotsentrismist järk-järgult laperdunud tänapäevase Universumi mõistmiseni. See aga ei vasta sellele, miks me tänapäeval Universumit piirame. Rääkisime ju siiani ainult ruumi mastaabist, mitte selle olemusest.
Esimene, kes otsustas Universumi lõpmatust õigustada, oli Isaac Newton. Olles avastanud universaalse gravitatsiooniseaduse, uskus ta, et kui ruum oleks lõplik, sulanduksid kõik selle kehad varem või hiljem ühtseks tervikuks. Enne teda, kui keegi väljendas ideed universumi lõpmatusest, oli see eranditult filosoofiline. Ilma igasuguse teadusliku aluseta. Selle näiteks on Giordano Bruno. Muide, nagu Kant, oli ka tema teadusest palju sajandeid ees. Ta kuulutas esimesena, et tähed on kauged päikesed ja nende ümber tiirlevad ka planeedid.
Näib, et lõpmatuse tõsiasi on üsna õigustatud ja ilmne, kuid 20. sajandi teaduse pöördepunktid raputasid seda "tõde".
Statsionaarne universum
Esimese olulise sammu universumi kaasaegse mudeli väljatöötamise suunas astus Albert Einstein. Kuulus füüsik tutvustas oma statsionaarse universumi mudelit 1917. aastal. See mudel põhines üldisel relatiivsusteoorial, mille ta oli välja töötanud aasta varem. Tema mudeli järgi on Universum ajas lõpmatu ja ruumis lõplik. Kuid nagu varem märgitud, peab Newtoni sõnul piiratud suurusega universum kokku varisema. Selleks võttis Einstein kasutusele kosmoloogilise konstandi, mis kompenseeris kaugete objektide gravitatsioonilist külgetõmmet.
Ükskõik kui paradoksaalselt see ka ei kõlaks, Einstein ei piiranud universumi lõplikkust. Tema arvates on Universum hüpersfääri suletud kest. Analoogia on tavalise kolmemõõtmelise sfääri, näiteks maakera või Maa pind. Ükskõik kui palju rändur üle Maa rändab, ei jõua ta kunagi selle servani. See aga ei tähenda, et Maa on lõpmatu. Reisija naaseb lihtsalt kohta, kust ta oma teekonda alustas.
Hüpersfääri pinnal
Samamoodi võib kosmoserändur, kes läbib tähelaeval Einsteini universumi, naasta tagasi Maale. Ainult seekord ei liigu rändaja mitte mööda sfääri kahemõõtmelist pinda, vaid mööda hüpersfääri kolmemõõtmelist pinda. See tähendab, et universumil on piiratud ruumala ja seega piiratud arv tähti ja mass. Universumil pole aga piire ega keskpunkti.
Einstein jõudis nendele järeldustele, ühendades oma kuulsas teoorias ruumi, aja ja gravitatsiooni. Enne teda peeti neid mõisteid eraldiseisvaks, mistõttu oli Universumi ruum puhtalt eukleidiline. Einstein tõestas, et gravitatsioon ise on aegruumi kõverus. See muutis radikaalselt varaseid ideid universumi olemuse kohta, mis põhines klassikalisel Newtoni mehaanil ja eukleidilisel geomeetrial.
Laienev universum
Isegi "uue universumi" avastajale ei olnud pettekujutelmad võõrad. Kuigi Einstein piiras universumit ruumis, pidas ta seda jätkuvalt staatiliseks. Tema mudeli järgi oli ja jääb universum igaveseks ning selle suurus jääb alati samaks. 1922. aastal laiendas Nõukogude füüsik Alexander Friedman seda mudelit oluliselt. Tema arvutuste kohaselt ei ole Universum üldse staatiline. See võib aja jooksul laieneda või kahaneda. On tähelepanuväärne, et Friedman jõudis sellise mudelini sama relatiivsusteooria põhjal. Tal õnnestus seda teooriat õigemini rakendada, minnes kosmoloogilisest konstandist mööda.
Albert Einstein ei võtnud seda "muudatust" kohe vastu. See uus mudel aitas appi varem mainitud Hubble'i avastusele. Galaktikate majanduslangus tõestas vaieldamatult Universumi paisumise fakti. Seega pidi Einstein oma viga tunnistama. Nüüd oli universumil teatud vanus, mis sõltub rangelt Hubble'i konstandist, mis iseloomustab selle paisumise kiirust.
Kosmoloogia edasiarendus
Kui teadlased püüdsid seda küsimust lahendada, avastati palju muid olulisi Universumi komponente ja töötati välja selle erinevaid mudeleid. Nii tutvustas George Gamow 1948. aastal "kuuma universumi" hüpoteesi, mis hiljem muutus suure paugu teooriaks. 1965. aasta avastus kinnitas tema kahtlusi. Nüüd said astronoomid jälgida valgust, mis tuli hetkest, mil universum muutus läbipaistvaks.
Tumeaine, mille ennustas 1932. aastal Fritz Zwicky, kinnitati 1975. aastal. Tumeaine seletab tegelikult galaktikate, galaktikaparvede ja universaalse struktuuri enda kui terviku olemasolu. Nii said teadlased teada, et suurem osa Universumi massist on täiesti nähtamatu.
Lõpuks avastati 1998. aastal kauguse uurimisel, et universum paisub kiireneva kiirusega. See viimane pöördepunkt teaduses sünnitas meie kaasaegse arusaama universumi olemusest. Einsteini kasutusele võetud ja Friedmani poolt ümber lükatud kosmoloogiline koefitsient leidis taas oma koha Universumi mudelis. Kosmoloogilise koefitsiendi (kosmoloogilise konstandi) olemasolu seletab selle kiirenenud paisumist. Kosmoloogilise konstandi olemasolu selgitamiseks võeti kasutusele hüpoteetilise välja mõiste, mis sisaldab suuremat osa Universumi massist.
Kaasaegne arusaam vaadeldava universumi suurusest
Universumi kaasaegset mudelit nimetatakse ka ΛCDM mudeliks. Täht "Λ" tähendab kosmoloogilise konstandi olemasolu, mis seletab Universumi kiirenenud paisumist. "CDM" tähendab, et universum on täidetud külma tumeainega. Hiljutised uuringud näitavad, et Hubble'i konstant on umbes 71 (km/s)/Mpc, mis vastab universumi vanusele 13,75 miljardit aastat. Teades Universumi vanust, saame hinnata selle vaadeldava piirkonna suurust.
Relatiivsusteooria järgi ei saa informatsioon ühegi objekti kohta jõuda vaatlejani valguse kiirusest suurema kiirusega (299 792 458 m/s). Selgub, et vaatleja ei näe mitte ainult objekti, vaid ka selle minevikku. Mida kaugemal objekt temast on, seda kaugemasse minevikku ta vaatab. Näiteks Kuud vaadates näeme, nagu see oli veidi rohkem kui sekund tagasi, Päikest - rohkem kui kaheksa minutit tagasi, lähimaid tähti - aastaid, galaktikaid - miljoneid aastaid tagasi jne. Einsteini statsionaarses mudelis pole universumil vanusepiirangut, mis tähendab, et ka selle vaadeldav piirkond ei ole millegagi piiratud. Üha keerukamate astronoomiliste instrumentidega relvastatud vaatleja jälgib üha kaugemaid ja iidsemaid objekte.
Universumi kaasaegse mudeliga on meil teistsugune pilt. Selle järgi on Universumil vanus ja seega ka vaatluspiir. See tähendab, et universumi sünnist saadik ei oleks ükski footon saanud läbida pikemat vahemaad kui 13,75 miljardit valgusaastat. Selgub, et võime öelda, et vaadeldav universum on vaatlejast piiratud sfäärilise piirkonnaga, mille raadius on 13,75 miljardit valgusaastat. See pole aga päris tõsi. Me ei tohiks unustada universumi ruumi paisumist. Selleks ajaks, kui footon vaatlejani jõuab, on seda kiirganud objekt meist juba 45,7 miljardi valgusaasta kaugusel. aastat. See suurus on osakeste horisont, see on vaadeldava universumi piir.
Üle silmapiiri
Niisiis jaguneb vaadeldava universumi suurus kahte tüüpi. Näiv suurus, mida nimetatakse ka Hubble'i raadiuseks (13,75 miljardit valgusaastat). Ja tegelik suurus, mida nimetatakse osakeste horisondiks (45,7 miljardit valgusaastat). Oluline on see, et need mõlemad horisondid ei iseloomusta sugugi Universumi tegelikku suurust. Esiteks sõltuvad need vaatleja asukohast ruumis. Teiseks muutuvad need aja jooksul. ΛCDM mudeli puhul laieneb osakeste horisont kiirusega, mis on suurem kui Hubble’i horisont. Kaasaegne teadus ei vasta küsimusele, kas see suundumus tulevikus muutub. Kui aga eeldada, et universum jätkab kiirendusega paisumist, siis kõik need objektid, mida praegu näeme, kaovad varem või hiljem meie “vaateväljast”.
Praegu on astronoomide poolt vaadeldud kõige kaugem valgus kosmiline mikrolaine taustkiirgus. Sellesse piiludes näevad teadlased universumit sellisena, nagu see oli 380 tuhat aastat pärast Suurt Pauku. Sel hetkel jahtus universum piisavalt maha, et suutis kiirata vabu footoneid, mida tänapäeval tuvastatakse raadioteleskoopide abil. Sel ajal ei olnud Universumis tähti ega galaktikaid, vaid ainult pidev pilv, mis koosnes vesinikust, heeliumist ja ebaolulisest kogusest muid elemente. Selles pilves täheldatud ebahomogeensusest moodustuvad hiljem galaktikaparved. Selgub, et osakeste horisondile kõige lähemal asuvad just need objektid, mis tekivad kosmilise mikrolaine taustkiirguse ebahomogeensustest.
Tõelised piirid
See, kas universumil on tõesed, jälgimatud piirid, on endiselt pseudoteaduslike spekulatsioonide küsimus. Nii või teisiti nõustuvad kõik Universumi lõpmatuse küsimuses, kuid tõlgendavad seda lõpmatust täiesti erinevalt. Mõned peavad universumit mitmemõõtmeliseks, kus meie “kohalik” kolmemõõtmeline universum on vaid üks selle kihtidest. Teised ütlevad, et universum on fraktaal – mis tähendab, et meie kohalik universum võib olla mõne teise osake. Me ei tohiks unustada Multiversumi erinevaid mudeleid oma suletud, avatud, paralleelsete universumite ja ussiaukudega. Ja erinevaid versioone on palju-palju, mille arvu piirab vaid inimese kujutlusvõime.
Kuid kui lülitame sisse külma realismi või lihtsalt astume tagasi kõigist nendest hüpoteesidest, siis võime eeldada, et meie universum on kõigi tähtede ja galaktikate lõpmatu homogeenne konteiner. Veelgi enam, igas väga kauges punktis, olgu see siis miljardite gigaparsekide kaugusel meist, on kõik tingimused täpselt samad. Sel hetkel on osakeste horisont ja Hubble'i sfäär täpselt samad, nende servas on sama reliktkiirgus. Ümberringi on samad tähed ja galaktikad. Huvitaval kombel ei ole see vastuolus Universumi paisumisega. Lõppude lõpuks ei paisu mitte ainult Universum, vaid selle ruum ise. Asjaolu, et Suure Paugu hetkel tekkis universum ühest punktist, tähendab vaid seda, et tol ajal olnud lõpmatult väikesed (praktiliselt null) mõõtmed on nüüdseks muutunud kujuteldamatult suurteks. Tulevikus kasutame just seda hüpoteesi, et selgelt mõista vaadeldava universumi ulatust.
Visuaalne esitus
Erinevad allikad pakuvad igasuguseid visuaalseid mudeleid, mis võimaldavad inimestel mõista Universumi ulatust. Siiski ei piisa sellest, et mõistaksime, kui suur on kosmos. Oluline on ette kujutada, kuidas sellised mõisted nagu Hubble'i horisont ja osakeste horisont tegelikult avalduvad. Selleks kujutame oma mudelit samm-sammult ette.
Unustagem, et kaasaegne teadus ei tea universumi “võõrast” piirkonnast. Kui jätta kõrvale multiversumi versioonid, fraktaalne universum ja selle muud "sordid", kujutame ette, et see on lihtsalt lõpmatu. Nagu varem märgitud, ei ole see vastuolus selle ruumi laiendamisega. Muidugi võtame arvesse, et selle Hubble'i sfäär ja osakeste sfäär on vastavalt 13,75 ja 45,7 miljardit valgusaastat.
Universumi mastaap
Vajutage START nuppu ja avastage uus, tundmatu maailm!
Kõigepealt proovime mõista, kui suur on universaalne skaala. Kui olete meie planeedil ringi reisinud, võite hästi ette kujutada, kui suur on Maa meie jaoks. Kujutage nüüd ette meie planeeti kui tatratera, mis liigub orbiidil ümber poole jalgpalliväljaku suuruse arbuusi-Päikese. Sel juhul vastab Neptuuni orbiit väikese linna suurusele, piirkond vastab Kuule ja Päikese mõju piiri ala Marsile. Selgub, et meie päikesesüsteem on Maast sama palju suurem kui Marss tatrast! Kuid see on alles algus.
Nüüd kujutame ette, et see tatar on meie süsteem, mille suurus on ligikaudu võrdne ühe parsekiga. Siis on Linnutee kahe jalgpallistaadioni suurune. Sellest meile aga ei piisa. Linnutee tuleb ka vähendada sentimeetri suuruseks. See meenutab mõnevõrra kohvivahtu, mis on mähitud mullivanni keset kohvimustast galaktikatevahelist ruumi. Kahekümne sentimeetri kaugusel sellest on sama spiraalne "puru" - Andromeeda udukogu. Nende ümber on meie kohaliku parve väikeste galaktikate sülem. Meie universumi näiv suurus on 9,2 kilomeetrit. Oleme jõudnud universaalsete mõõtmete mõistmiseni.
Universaalse mulli sees
Siiski ei piisa sellest, et mõistaksime skaala ennast. Oluline on Universumit dünaamikas realiseerida. Kujutagem end ette hiiglastena, kelle jaoks Linnutee on sentimeetrise läbimõõduga. Nagu äsja märgitud, leiame end palli seest, mille raadius on 4,57 ja läbimõõt 9,24 kilomeetrit. Kujutagem ette, et suudame selle palli sees hõljuda, rännata, kattes sekundiga terveid megaparseke. Mida me näeme, kui meie universum on lõpmatu?
Loomulikult ilmub meie ette lugematu arv igasuguseid galaktikaid. Elliptiline, spiraalne, ebakorrapärane. Mõned alad kubisevad neist, teised jäävad tühjaks. Peamine omadus on see, et visuaalselt on nad kõik liikumatud, samal ajal kui meie oleme liikumatud. Kuid niipea, kui astume sammu, hakkavad galaktikad ise liikuma. Näiteks kui suudame sentimeetri pikkusel Linnuteel eristada mikroskoopilist päikesesüsteemi, on meil võimalik jälgida selle arengut. Liikudes meie galaktikast 600 meetri kaugusele, näeme tekkehetkel prototähte Päikest ja protoplanetaarset ketast. Sellele lähenedes näeme, kuidas ilmub Maa, tekib elu ja ilmub inimene. Samamoodi näeme, kuidas galaktikad muutuvad ja liiguvad, kui me neile eemaldume või neile läheneme.
Järelikult, mida kaugemaid galaktikaid me vaatame, seda iidsemad need meie jaoks on. Nii et kõige kaugemad galaktikad asuvad meist kaugemal kui 1300 meetrit ja 1380 meetri pöördel näeme juba reliktkiirgust. Tõsi, see vahemaa jääb meie jaoks kujuteldavaks. Kosmilisele mikrolaine taustkiirgusele lähemale jõudes näeme aga huvitavat pilti. Loomulikult jälgime, kuidas galaktikad tekivad ja arenevad esialgsest vesinikupilvest. Kui jõuame ühte neist moodustunud galaktikatest, saame aru, et oleme läbinud mitte 1,375 kilomeetrit, vaid kõik 4,57.
Väljasuumimine
Selle tulemusena suurendame suurust veelgi. Nüüd saame terved tühimikud ja seinad rusikasse asetada. Seega leiame end üsna väikesest mullist, millest on võimatu välja tulla. Mitte ainult ei suurene kaugus mulli servas olevate objektideni, kui need lähenevad, vaid serv ise nihkub määramatult. See on kogu vaadeldava universumi suuruse mõte.
Ükskõik kui suur universum ka poleks, jääb see vaatleja jaoks alati piiratud mulliks. Vaatleja on alati selle mulli keskmes, tegelikult on ta selle mulli keskpunkt. Püüdes jõuda mis tahes objektini mulli serval, nihutab vaatleja selle keskpunkti. Objektile lähenedes liigub see objekt mulli servast aina kaugemale ja samal ajal muutub. Näiteks vormitust vesinikupilvest muutub see täisväärtuslikuks galaktikaks või veelgi enam galaktikaparveks. Lisaks sellele suureneb tee sellele objektile lähenedes, kuna ümbritsev ruum ise muutub. Selle objektini jõudes liigutame selle ainult mulli servast selle keskele. Universumi serval jääb jääkkiirgus ikkagi vilkuma.
Kui eeldada, et Universum jätkab paisumist kiirendatud kiirusega, siis olles mulli keskpunktis ja liigutades aega miljardite, triljonite ja veelgi kõrgemate aastajärkude võrra edasi, märkame veelgi huvitavamat pilti. Kuigi ka meie mulli suurus suureneb, eemalduvad selle muutuvad komponendid meist veelgi kiiremini, jättes selle mulli serva, kuni iga Universumi osake rändab oma üksikus mullis eraldi, ilma võimaluseta teiste osakestega suhelda.
Niisiis, kaasaegsel teadusel puudub teave universumi tegeliku suuruse ja selle kohta, kas sellel on piire. Kuid me teame kindlalt, et vaadeldaval universumil on nähtav ja tõeline piir, mida nimetatakse vastavalt Hubble'i raadiuseks (13,75 miljardit valgusaastat) ja osakeste raadiuseks (45,7 miljardit valgusaastat). Need piirid sõltuvad täielikult vaatleja asukohast ruumis ja laienevad aja jooksul. Kui Hubble'i raadius paisub rangelt valguse kiirusel, siis osakeste horisondi laienemine kiireneb. Küsimus, kas selle osakeste horisondi kiirendamine jätkub ja kas see asendatakse kokkusurumisega, jääb lahtiseks.
Oli aegu, mil inimeste maailm piirdus Maa pinnaga nende jalge all. Tehnoloogia arenguga on inimkond oma silmaringi laiendanud. Nüüd mõtlevad inimesed selle üle, kas meie maailmal on piirid ja milline on universumi mastaap? Tegelikult ei kujuta keegi ette selle tegelikku suurust. Sest meil pole sobivaid võrdluspunkte. Isegi professionaalsed astronoomid kujutavad ette (vähemalt nende kujutlusvõimes), et mudeleid on mitu korda vähendatud. Oluline on täpselt korreleerida Universumi objektide mõõtmeid. Ja matemaatiliste ülesannete lahendamisel on need üldiselt ebaolulised, sest need osutuvad lihtsalt arvudeks, millega astronoom opereerib.
Päikesesüsteemi ehitusest
Universumi mastaabist rääkimiseks peame kõigepealt mõistma, mis on meile kõige lähemal. Esiteks on täht nimega Päike. Teiseks selle ümber tiirlevad planeedid. Peale nende liiguvad osade ümber ka satelliidid.Ja me ei tohi seda unustada
Selles loendis olevad planeedid on inimestele huvi pakkunud juba pikka aega, kuna need on vaatlemiseks kõige kättesaadavamad. Nende uurimisest hakkas arenema Universumi ehituse teadus – astronoomia. Täht on tunnistatud päikesesüsteemi keskpunktiks. See on ka selle suurim objekt. Maaga võrreldes on Päike oma ruumalalt miljon korda suurem. See tundub suhteliselt väike, sest see on meie planeedist väga kaugel.
Kõik päikesesüsteemi planeedid on jagatud kolme rühma:
- Maine. See hõlmab planeete, mis on välimuselt Maaga sarnased. Näiteks on need Merkuur, Veenus ja Marss.
- Hiiglaslikud objektid. Need on esimese rühmaga võrreldes palju suuremad. Lisaks sisaldavad need palju gaase, mistõttu neid nimetatakse ka gaasilisteks. Nende hulka kuuluvad Jupiter, Saturn, Uraan ja Neptuun.
- Kääbusplaneedid. Tegelikult on need suured asteroidid. Üks neist kuulus kuni viimase ajani peamiste planeetide koosseisu - see on Pluuto.
Planeedid "ei lenda ära" Päikesest gravitatsioonijõu tõttu. Kuid nad ei saa suure kiiruse tõttu tähe peale kukkuda. Objektid on tõesti väga “nobedad”. Näiteks Maa kiirus on ligikaudu 30 kilomeetrit sekundis.
Kuidas võrrelda Päikesesüsteemi objektide suurusi?
Enne kui proovite ette kujutada Universumi ulatust, tasub mõista Päikest ja planeete. Lõppude lõpuks võib neid olla ka raske üksteisega korreleerida. Kõige sagedamini tuvastatakse tulise tähe tavapärane suurus piljardipalliga, mille läbimõõt on 7 cm. Väärib märkimist, et tegelikkuses ulatub see umbes 1400 tuhande km-ni. Sellises “mänguasja” mudelis on esimene planeet Päikesest (Merkuur) 2 meetri ja 80 sentimeetri kaugusel. Sel juhul on Maa kuuli läbimõõt vaid pool millimeetrit. See asub tähest 7,6 meetri kaugusel. Kaugus Jupiterist sellel skaalal on 40 m ja Pluuto - 300 m.
Kui me räägime objektidest, mis asuvad väljaspool Päikesesüsteemi, siis lähim täht on Proxima Centauri. See eemaldatakse nii palju, et see lihtsus on liiga väike. Ja seda hoolimata asjaolust, et see asub galaktikas. Mida me saame öelda universumi ulatuse kohta? Nagu näete, on see peaaegu piiramatu. Ma tahan alati teada, kuidas on Maa ja Universum seotud. Ja pärast vastuse saamist ei suuda ma uskuda, et meie planeet ja isegi galaktika on tohutu maailma tähtsusetu osa.
Milliseid ühikuid kasutatakse kauguste mõõtmiseks ruumis?
Sentimeeter, meeter ja isegi kilomeeter – kõik need kogused osutuvad juba päikesesüsteemi sees tähtsusetuks. Mida me saame öelda universumi kohta? Galaktikas asuva kauguse näitamiseks kasutatakse väärtust, mida nimetatakse valgusaastaks. See on aeg, mis kulub valguse reisimiseks üle ühe aasta. Pidagem meeles, et üks valgussekund võrdub peaaegu 300 tuhande km-ga. Seetõttu osutub valgusaasta tavalisteks kilomeetriteks ümber arvutamisel ligikaudu 10 tuhande miljardiga. Seda on võimatu ette kujutada, seetõttu on Universumi ulatus inimese jaoks kujuteldamatu. Kui peate märkima naabergalaktikate vahelise kauguse, siis valgusaastast ei piisa. Vaja on veelgi suuremat väärtust. Selgus, et see on parsek, mis võrdub 3,26 valgusaastaga.
Kuidas Galaxy töötab?
See on hiiglaslik moodustis, mis koosneb tähtedest ja udukogudest. Väike osa neist on igal õhtul taevas näha. Meie galaktika struktuur on väga keeruline. Seda võib pidada tugevalt kokkusurutud revolutsiooni ellipsoidiks. Lisaks on sellel ekvatoriaalne osa ja keskpunkt. Galaktika ekvaator koosneb enamasti gaasilistest udukogudest ja kuumadest massiivsetest tähtedest. Linnuteel asub see osa selle keskosas.
Päikesesüsteem ei ole reegli erand. See asub ka Galaktika ekvaatori lähedal. Muide, põhiosa tähtedest moodustab tohutu ketta, mille läbimõõt on 100 tuhat ja paksus 1500. Kui pöördume tagasi skaala juurde, mida kasutati Päikesesüsteemi kujutamiseks, siis on Galaktika suurus proportsionaalne. See on uskumatu näitaja. Seetõttu osutuvad Päike ja Maa Galaktikas puruks.
Millised objektid eksisteerivad universumis?
Loetleme kõige olulisemad:
- Tähed on massiivsed isehelendavad kuulid. Need tekivad keskkonnas, mis koosneb tolmu ja gaaside segust. Enamik neist on vesinik ja heelium.
- CMB kiirgus. Need on need, mis levivad kosmoses. Selle temperatuur on 270 kraadi Celsiuse järgi. Pealegi on see kiirgus igas suunas ühesugune. Seda omadust nimetatakse isotroopiaks. Lisaks on sellega seotud mõned Universumi saladused. Näiteks selgus, et see tekkis suure paugu hetkel. See tähendab, et see eksisteerib Universumi olemasolu algusest peale. See kinnitab ka ideed, et see laieneb võrdselt igas suunas. Pealegi kehtib see väide mitte ainult praeguse aja kohta. Kohe alguses oli nii.
- See tähendab, varjatud mass. Need on need Universumi objektid, mida ei saa otsese vaatlusega uurida. Teisisõnu, nad ei kiirga elektromagnetlaineid. Kuid neil on gravitatsiooniline mõju teistele kehadele.
- Mustad augud. Neid ei ole piisavalt uuritud, kuid nad on väga hästi tuntud. See juhtus selliste objektide massilise kirjeldamise tõttu ulmeteostes. Tegelikult on must auk keha, millest elektromagnetkiirgus ei saa levida, kuna sellel olev teine kosmiline kiirus on võrdne. Tasub meeles pidada, et see on teine kosmiline kiirus, mis tuleb objektile edastada. et see kosmoseobjektist lahkuks.
Lisaks on Universumis kvasarid ja pulsarid.
Salapärane universum
See on täis asju, mida pole veel täielikult avastatud ega uuritud. Ja avastatud tekitab sageli uusi küsimusi ja sellega seotud Universumi saladusi. Nende hulka kuulub isegi tuntud "Suure Paugu" teooria. See on tegelikult vaid tingimuslik õpetus, sest inimkond võib vaid oletada, kuidas see juhtus.
Teine mõistatus on Universumi vanus. Ligikaudu saab seda arvutada juba mainitud reliktkiirguse, kerasparvede ja muude objektide vaatlemise järgi. Tänapäeval nõustuvad teadlased, et Universumi vanus on ligikaudu 13,7 miljardit aastat. Veel üks mõistatus – kas teistel planeetidel on elu? Lõppude lõpuks ei tekkinud mitte ainult päikesesüsteemis sobivad tingimused ja ilmus Maa. Ja universum on suure tõenäosusega täidetud sarnaste moodustistega.
Üks?
Mis on väljaspool universumit? Mis on seal, kuhu inimese pilk pole tunginud? Kas selle piiri taga on midagi? Kui jah, siis mitu universumit on? Need on küsimused, millele teadlased pole veel vastuseid leidnud. Meie maailm on nagu üllatuste kast. Kunagi tundus, et see koosneb ainult Maast ja Päikesest ning taevas oli paar tähte. Siis maailmapilt laienes. Vastavalt sellele on piirid laienenud. Pole üllatav, et paljud helged pead on juba ammu jõudnud järeldusele, et Universum on vaid osa veelgi suuremast moodustist.
Universumi objektide mõõtmed võrdluses (foto)
1. See on Maa! Me elame siin. Esmapilgul on see väga suur. Kuid tegelikult on meie planeet mõne universumi objektiga võrreldes tühine. Järgmised fotod aitavad teil vähemalt umbkaudu ette kujutada midagi, mis lihtsalt ei mahu teie pähe.
2. Planeedi Maa asukoht päikesesüsteemis.
3. Maa ja Kuu vaheline mõõtkava. Ei paista liiga kaugele, eks?
4. Sellele kaugusele saate kaunilt ja korralikult paigutada kõik meie päikesesüsteemi planeedid.
5. See väike roheline laik on Põhja-Ameerika mandril, planeedil Jupiter. Võite ette kujutada, kui palju on Jupiter Maast suurem.
6. Ja see foto annab aimu planeedi Maa (st meie kuue planeedi) suurusest võrreldes Saturniga.
7. Sellised näeksid välja Saturni rõngad, kui nad asuksid ümber Maa. Ilu!
8. Päikesesüsteemi planeetide vahel lendavad sajad komeedid. Selline näeb Los Angelesega võrreldes välja Tšurjumov-Gerasimenko komeet, millele sond Philae 2014. aasta sügisel maandus.
9. Kuid kõik päikesesüsteemi objektid on meie Päikesega võrreldes tühised.
10. Selline näeb meie planeet välja Kuu pinnalt.
11. Selline näeb meie planeet välja Marsi pinnalt.
12. Ja see oleme meie Saturnilt.
13. Kui lendad Päikesesüsteemi servale, näed meie planeeti sellisena.
14. Lähme natuke tagasi. See on Maa suurus võrreldes meie Päikese suurusega. Muljetavaldav, kas pole?
15. Ja see on meie Päike Marsi pinnalt.
16. Kuid meie Päike on vaid üks tähtedest Universumis. Nende arv on suurem kui liivaterad ühelgi Maa rannal.
17. See tähendab, et on meie Päikesest palju suuremaid tähti. Vaadake vaid, kui pisike on Päike võrreldes suurima tänapäeval tuntud tähega VY Canis Majori tähtkujus.
18. Kuid mitte ühtegi tähte ei saa võrrelda meie Linnutee galaktika suurusega. Kui me vähendame oma Päikese valgeverelible suuruseks ja vähendame sama palju kogu Galaktikat, siis on Linnutee Venemaa suurune.
19. Meie Linnutee galaktika on tohutu. Me elame kuskil siinkandis.
20. Kahjuks on kõik objektid, mida me öösel taevas palja silmaga näeme, paigutatud sellesse kollasesse ringi.
21. Kuid Linnutee pole kaugeltki universumi suurim galaktika. See on Linnutee võrreldes Galaxy IC 1011-ga, mis asub Maast 350 miljoni valgusaasta kaugusel.
22. Aga see pole veel kõik. See Hubble'i pilt jäädvustab tuhandeid ja tuhandeid galaktikaid, millest igaüks sisaldab miljoneid tähti oma planeetidega.
23. Näiteks üks fotol olevatest galaktikatest, UDF 423. See galaktika asub Maast kümne miljardi valgusaasta kaugusel. Seda fotot vaadates vaatate miljardeid aastaid minevikku.
24. See tume tükk öötaevast tundub täiesti tühi. Kuid sisse suumides selgub, et see sisaldab tuhandeid galaktikaid miljardite tähtedega.
25. Ja see on musta augu suurus võrreldes Maa orbiidi ja planeedi Neptuuni orbiidi suurusega.
Üks selline must kuristik võib kergesti endasse imeda kogu päikesesüsteemi.
> Universumi mastaap
Kasutage võrgus universumi interaktiivne skaala: Universumi tegelikud mõõtmed, kosmoseobjektide, planeetide, tähtede, parvede, galaktikate võrdlus.
Me kõik mõtleme dimensioonidele üldiselt, näiteks teisele reaalsusele või meie ettekujutusele meid ümbritsevast keskkonnast. See on aga vaid osa sellest, mis mõõtmised tegelikult on. Ja eelkõige olemasolev arusaam Universumi skaala mõõtmised– seda on füüsikas kõige paremini kirjeldatud.
Füüsikud viitavad sellele, et mõõtmised on lihtsalt universumi skaala tajumise erinevad tahud. Näiteks neli esimest mõõdet hõlmavad pikkust, laiust, kõrgust ja aega. Kvantfüüsika järgi on aga ka teisi mõõtmeid, mis kirjeldavad universumi ja võib-olla kõigi universumite olemust. Paljud teadlased usuvad, et praegu on umbes 10 dimensiooni.
Universumi interaktiivne skaala
Universumi skaala mõõtmine
Esimene mõõde, nagu mainitud, on pikkus. Ühemõõtmelise objekti hea näide on sirgjoon. Sellel real on ainult pikkusmõõde. Teine mõõde on laius. See mõõde hõlmab pikkust; hea näide kahemõõtmelisest objektist oleks võimatult õhuke tasapind. Kahes dimensioonis olevaid asju saab vaadata ainult ristlõikes.
Kolmas mõõde hõlmab kõrgust ja see on meile kõige paremini tuttav mõõde. Koos pikkuse ja laiusega on see mõõtmete poolest universumi kõige selgemini nähtav osa. Parim füüsiline vorm selle mõõtme kirjeldamiseks on kuup. Kolmas mõõde eksisteerib siis, kui pikkus, laius ja kõrgus ristuvad.
Nüüd lähevad asjad veidi keerulisemaks, sest ülejäänud 7 dimensiooni on seotud mittemateriaalsete mõistetega, mida me ei saa otseselt jälgida, kuid mille olemasolust me teame. Neljas dimensioon on aeg. See on erinevus mineviku, oleviku ja tuleviku vahel. Seega oleks neljanda dimensiooni parim kirjeldus kronoloogia.
Teised dimensioonid käsitlevad tõenäosusi. Viies ja kuues dimensioon on seotud tulevikuga. Kvantfüüsika järgi võib olla suvaline arv võimalikke tulevikku, kuid on ainult üks tulemus ja selle põhjuseks on valik. Viies ja kuues dimensioon on seotud kõigi nende tõenäosuste bifurkatsiooniga (muutus, hargnemine). Põhimõtteliselt, kui saaksite juhtida viiendat ja kuuendat dimensiooni, võiksite minna ajas tagasi või külastada erinevaid tulevikku.
Mõõtmed 7 kuni 10 on seotud Universumi ja selle skaalaga. Need põhinevad asjaolul, et universumeid on mitu ja igaühel neist on oma reaalsuse mõõtmete jada ja võimalikud tulemused. Kümnes ja viimane mõõde on tegelikult üks kõigi universumite võimalikest tulemustest.
