Czy wiesz, że obserwowany przez nas Wszechświat ma dość określone granice? Przyzwyczailiśmy się kojarzyć Wszechświat z czymś nieskończonym i niepojętym. Jednak współczesna nauka, zapytana o „nieskończoność” Wszechświata, na tak „oczywiste” pytanie daje zupełnie inną odpowiedź.
Według współczesnych koncepcji rozmiar obserwowalnego Wszechświata wynosi około 45,7 miliardów lat świetlnych (lub 14,6 gigaparseków). Ale co oznaczają te liczby?
Pierwsze pytanie, które przychodzi na myśl zwykłemu człowiekowi, brzmi: jak Wszechświat może nie być nieskończony? Wydawałoby się bezsporne, że pojemnik na wszystko, co nas otacza, nie powinien mieć granic. Jeśli te granice istnieją, to jakie dokładnie są?
Załóżmy, że jakiś astronauta dociera do granic Wszechświata. Co zobaczy przed sobą? Solidna ściana? Bariera ogniowa? A co się za tym kryje – pustka? Inny wszechświat? Ale czy pustka lub inny Wszechświat może oznaczać, że jesteśmy na granicy wszechświata? Nie oznacza to przecież, że „nie ma tam niczego”. Pustka i inny Wszechświat też są „czymś”. Ale Wszechświat jest czymś, co zawiera absolutnie wszystko „coś”.
Dochodzimy do absolutnej sprzeczności. Okazuje się, że granice Wszechświata muszą ukrywać przed nami coś, co nie powinno istnieć. Albo granica Wszechświata powinna odgradzać „wszystko” od „czegoś”, ale to „coś” powinno też być częścią „wszystko”. Generalnie kompletny absurd. Jak zatem naukowcy mogą określić graniczny rozmiar, masę, a nawet wiek naszego Wszechświata? Wartości te, choć niewyobrażalnie duże, są wciąż skończone. Czy nauka kłóci się z oczywistością? Aby to zrozumieć, prześledźmy najpierw, jak ludzie doszli do naszego współczesnego zrozumienia Wszechświata.
Poszerzanie granic
Od niepamiętnych czasów ludzie interesowali się tym, jak wygląda otaczający ich świat. Nie ma potrzeby podawać przykładów trzech filarów i innych prób starożytnych wyjaśnienia wszechświata. Z reguły wszystko sprowadzało się do tego, że podstawą wszystkiego jest powierzchnia ziemi. Nawet w czasach starożytności i średniowiecza, kiedy astronomowie posiadali rozległą wiedzę na temat praw ruchu planet po „stałej” sferze niebieskiej, Ziemia pozostawała centrum Wszechświata.
Oczywiście nawet w starożytnej Grecji byli tacy, którzy wierzyli, że Ziemia kręci się wokół Słońca. Byli tacy, którzy mówili o wielu światach i nieskończoności Wszechświata. Jednak konstruktywne uzasadnienia tych teorii pojawiły się dopiero na przełomie rewolucji naukowej.
W XVI wieku polski astronom Mikołaj Kopernik dokonał pierwszego istotnego przełomu w wiedzy o Wszechświecie. Stanowczo udowodnił, że Ziemia jest tylko jedną z planet krążących wokół Słońca. Taki system znacznie uprościł wyjaśnienie tak złożonego i zawiłego ruchu planet w sferze niebieskiej. W przypadku nieruchomej Ziemi astronomowie musieli wymyślić najróżniejsze sprytne teorie wyjaśniające zachowanie planet. Z drugiej strony, jeśli przyjmiemy, że Ziemia się porusza, wyjaśnienie takich skomplikowanych ruchów przychodzi naturalnie. W ten sposób w astronomii zakorzenił się nowy paradygmat zwany „heliocentryzmem”.
Wiele słońc
Jednak nawet po tym astronomowie w dalszym ciągu ograniczali Wszechświat do „sfery gwiazd stałych”. Aż do XIX wieku nie byli w stanie oszacować odległości do gwiazd. Od kilku stuleci astronomowie bezskutecznie próbują wykryć odchylenia położenia gwiazd w stosunku do ruchu orbitalnego Ziemi (paralaksy roczne). Przyrządy tamtych czasów nie pozwalały na tak dokładne pomiary.
Wreszcie w 1837 roku rosyjsko-niemiecki astronom Wasilij Struve zmierzył paralaksę. Oznaczało to nowy krok w zrozumieniu skali przestrzeni. Teraz naukowcy mogli śmiało powiedzieć, że gwiazdy są odległymi podobieństwami do Słońca. A nasze światło nie jest już centrum wszystkiego, ale równym „mieszkańcem” nieskończonej gromady gwiazd.
Astronomowie jeszcze bardziej zbliżyli się do zrozumienia skali Wszechświata, ponieważ odległości do gwiazd okazały się naprawdę monstrualne. W porównaniu z tym nawet wielkość orbit planet wydawała się nieistotna. Następnie należało zrozumieć, w jaki sposób gwiazdy są skupione w .
Wiele dróg mlecznych
Słynny filozof Immanuel Kant przewidział podstawy współczesnego rozumienia wielkoskalowej struktury Wszechświata już w 1755 roku. Postawił hipotezę, że Droga Mleczna jest ogromną wirującą gromadą gwiazd. Z kolei wiele z obserwowanych mgławic to także bardziej odległe „drogi mleczne” – galaktyki. Mimo to aż do XX wieku astronomowie wierzyli, że wszystkie mgławice są źródłami powstawania gwiazd i są częścią Drogi Mlecznej.
Sytuacja uległa zmianie, gdy astronomowie nauczyli się mierzyć odległości między galaktykami za pomocą . Jasność bezwzględna gwiazd tego typu ściśle zależy od okresu ich zmienności. Porównując ich jasność bezwzględną z widzialną, można z dużą dokładnością określić odległość do nich. Metodę tę opracowali na początku XX wieku Einar Hertzschrung i Harlow Scelpi. Dzięki niemu radziecki astronom Ernst Epic w 1922 roku określił odległość do Andromedy, która okazała się o rząd wielkości większa niż rozmiar Drogi Mlecznej.
Edwin Hubble kontynuował inicjatywę Epic. Mierząc jasność cefeid w innych galaktykach, zmierzył ich odległość i porównał ją z przesunięciem ku czerwieni w ich widmach. Dlatego w 1929 roku opracował swoje słynne prawo. Jego praca definitywnie obaliła ugruntowany pogląd, że Droga Mleczna jest krawędzią Wszechświata. Teraz była to jedna z wielu galaktyk, które kiedyś uważano za jej część. Hipoteza Kanta została potwierdzona niemal dwa wieki po jej opracowaniu.
Następnie odkryte przez Hubble'a powiązanie między odległością galaktyki od obserwatora w stosunku do prędkości jej usuwania z niego pozwoliło na narysowanie pełnego obrazu wielkoskalowej struktury Wszechświata. Okazało się, że galaktyki stanowiły tylko znikomą część. Połączyły się w gromady, a gromady w supergromady. Z kolei supergromady tworzą największe znane struktury we Wszechświecie – nici i ściany. Struktury te, sąsiadujące z ogromnymi superpustkami (), tworzą wielkoskalową strukturę znanego obecnie Wszechświata.
Pozorna nieskończoność
Z powyższego wynika, że w ciągu zaledwie kilku stuleci nauka stopniowo przeskoczyła od geocentryzmu do nowoczesnego rozumienia Wszechświata. Nie odpowiada to jednak, dlaczego dzisiaj ograniczamy Wszechświat. Przecież do tej pory mówiliśmy tylko o skali przestrzeni, a nie o samej jej naturze.
Pierwszą osobą, która zdecydowała się udowodnić nieskończoność Wszechświata, był Izaak Newton. Odkrywszy prawo powszechnego ciążenia, wierzył, że gdyby przestrzeń była skończona, wszystkie jej ciała prędzej czy później połączyłyby się w jedną całość. Przed nim, jeśli ktoś wyrażał ideę nieskończoności Wszechświata, robił to wyłącznie w duchu filozoficznym. Bez podstaw naukowych. Przykładem tego jest Giordano Bruno. Nawiasem mówiąc, podobnie jak Kant, wyprzedzał naukę o wiele wieków. Jako pierwszy oświadczył, że gwiazdy są odległymi słońcami, a wokół nich krążą także planety.
Wydawać by się mogło, że sam fakt nieskończoności jest całkiem uzasadniony i oczywisty, jednak punkty zwrotne nauki XX wieku zachwiały tą „prawdą”.
Wszechświat stacjonarny
Pierwszy znaczący krok w kierunku opracowania nowoczesnego modelu Wszechświata wykonał Albert Einstein. Słynny fizyk przedstawił swój model stacjonarnego Wszechświata w 1917 roku. Model ten opierał się na opracowanej przez niego rok wcześniej ogólnej teorii względności. Według jego modelu Wszechświat jest nieskończony w czasie i skończony w przestrzeni. Ale, jak zauważono wcześniej, według Newtona Wszechświat o skończonych rozmiarach musi się zapaść. Aby to zrobić, Einstein wprowadził stałą kosmologiczną, która kompensowała przyciąganie grawitacyjne odległych obiektów.
Bez względu na to, jak paradoksalnie może to zabrzmieć, Einstein nie ograniczył samej skończoności Wszechświata. Jego zdaniem Wszechświat jest zamkniętą powłoką hipersfery. Analogią jest powierzchnia zwykłej trójwymiarowej kuli, na przykład globu lub Ziemi. Bez względu na to, jak długo podróżnik przemierza Ziemię, nigdy nie dotrze do jej krańca. Nie oznacza to jednak, że Ziemia jest nieskończona. Podróżnik po prostu wróci do miejsca, z którego rozpoczął swoją podróż.
Na powierzchni hipersfery
W ten sam sposób kosmiczny wędrowiec przemierzający Wszechświat Einsteina na statku kosmicznym może wrócić na Ziemię. Tylko tym razem wędrowiec będzie poruszał się nie po dwuwymiarowej powierzchni kuli, ale po trójwymiarowej powierzchni hipersfery. Oznacza to, że Wszechświat ma skończoną objętość, a co za tym idzie, skończoną liczbę gwiazd i masę. Jednakże Wszechświat nie ma ani granic, ani żadnego centrum.
Einstein doszedł do tych wniosków, łącząc w swojej słynnej teorii przestrzeń, czas i grawitację. Przed nim pojęcia te uważano za odrębne, dlatego przestrzeń Wszechświata była czysto euklidesowa. Einstein udowodnił, że grawitacja sama w sobie jest zakrzywieniem czasoprzestrzeni. To radykalnie zmieniło wczesne poglądy na temat natury Wszechświata, oparte na klasycznej mechanice Newtona i geometrii euklidesowej.
Rozszerzający się Wszechświat
Nawet sam odkrywca „nowego Wszechświata” nie był obcy złudzeniom. Chociaż Einstein ograniczył Wszechświat w przestrzeni, nadal uważał go za statyczny. Według jego modelu Wszechświat był i pozostaje wieczny, a jego rozmiar zawsze pozostaje taki sam. W 1922 roku radziecki fizyk Aleksander Friedman znacznie rozszerzył ten model. Według jego obliczeń Wszechświat wcale nie jest statyczny. Z biegiem czasu może się rozszerzać lub kurczyć. Warto zauważyć, że Friedman doszedł do takiego modelu w oparciu o tę samą teorię względności. Udało mu się zastosować tę teorię bardziej poprawnie, omijając stałą kosmologiczną.
Albert Einstein nie zaakceptował od razu tej „poprawki”. Ten nowy model pomógł we wspomnianym wcześniej odkryciu Hubble'a. Recesja galaktyk bezsprzecznie potwierdziła fakt ekspansji Wszechświata. Einstein musiał więc przyznać się do błędu. Teraz Wszechświat miał pewien wiek, który jest ściśle zależny od stałej Hubble'a, która charakteryzuje tempo jego ekspansji.
Dalszy rozwój kosmologii
Gdy naukowcy próbowali rozwiązać to pytanie, odkryto wiele innych ważnych składników Wszechświata i opracowano różne jego modele. I tak w 1948 roku George Gamow przedstawił hipotezę „gorącego Wszechświata”, która później przekształciła się w teorię Wielkiego Wybuchu. Odkrycie w 1965 roku potwierdziło jego podejrzenia. Teraz astronomowie mogli obserwować światło, które pochodziło od momentu, gdy Wszechświat stał się przezroczysty.
Ciemna materia, przewidziana w 1932 roku przez Fritza Zwicky'ego, została potwierdzona w 1975 roku. Ciemna materia w rzeczywistości wyjaśnia samo istnienie galaktyk, gromad galaktyk i samej struktury Uniwersum jako całości. W ten sposób naukowcy dowiedzieli się, że większość masy Wszechświata jest całkowicie niewidoczna.
Wreszcie w 1998 roku podczas badania odległości odkryto, że Wszechświat rozszerza się w coraz szybszym tempie. Ten najnowszy punkt zwrotny w nauce dał początek naszemu współczesnemu rozumieniu natury wszechświata. Współczynnik kosmologiczny, wprowadzony przez Einsteina i obalony przez Friedmana, ponownie znalazł swoje miejsce w modelu Wszechświata. Obecność współczynnika kosmologicznego (stała kosmologiczna) wyjaśnia jego przyspieszoną ekspansję. Aby wyjaśnić obecność stałej kosmologicznej, wprowadzono koncepcję hipotetycznego pola zawierającego większość masy Wszechświata.
Współczesne rozumienie wielkości obserwowalnego Wszechświata
Współczesny model Wszechświata nazywany jest także modelem ΛCDM. Litera „Λ” oznacza obecność stałej kosmologicznej, która wyjaśnia przyspieszoną ekspansję Wszechświata. „CDM” oznacza, że Wszechświat jest wypełniony zimną ciemną materią. Ostatnie badania wskazują, że stała Hubble'a wynosi około 71 (km/s)/Mpc, co odpowiada wiekowi Wszechświata wynoszącemu 13,75 miliarda lat. Znając wiek Wszechświata, możemy oszacować wielkość jego obserwowalnego obszaru.
Zgodnie z teorią względności informacja o jakimkolwiek obiekcie nie może dotrzeć do obserwatora z prędkością większą niż prędkość światła (299 792 458 m/s). Okazuje się, że obserwator widzi nie tylko obiekt, ale jego przeszłość. Im dalej od niego znajduje się przedmiot, tym bardziej odległa jest jego przeszłość. Przykładowo, patrząc na Księżyc, widzimy jak był nieco ponad sekundę temu, Słońce – ponad osiem minut temu, najbliższe gwiazdy – lata, galaktyki – miliony lat temu itd. W stacjonarnym modelu Einsteina Wszechświat nie ma ograniczenia wiekowego, co oznacza, że jego obserwowalny obszar również nie jest niczym ograniczony. Obserwator, uzbrojony w coraz bardziej wyrafinowane instrumenty astronomiczne, będzie obserwował coraz bardziej odległe i starożytne obiekty.
Mamy inny obraz współczesnego modelu Wszechświata. Według niej Wszechświat ma swój wiek, a co za tym idzie granicę obserwacji. Oznacza to, że od narodzin Wszechświata żaden foton nie mógł pokonać odległości większej niż 13,75 miliarda lat świetlnych. Okazuje się, że możemy powiedzieć, że obserwowalny Wszechświat jest ograniczony od obserwatora do sferycznego obszaru o promieniu 13,75 miliarda lat świetlnych. Jednak nie jest to do końca prawdą. Nie powinniśmy zapominać o rozszerzaniu się przestrzeni Wszechświata. Zanim foton dotrze do obserwatora, obiekt, który go wyemitował, będzie już oddalony od nas o 45,7 miliarda lat świetlnych. lata. Rozmiar ten jest horyzontem cząstek, jest granicą obserwowalnego Wszechświata.
Nad horyzontem
Zatem wielkość obserwowalnego Wszechświata dzieli się na dwa typy. Pozorny rozmiar, zwany także promieniem Hubble'a (13,75 miliarda lat świetlnych). Oraz prawdziwy rozmiar, zwany horyzontem cząstek (45,7 miliardów lat świetlnych). Ważne jest to, że oba te horyzonty wcale nie charakteryzują rzeczywistej wielkości Wszechświata. Po pierwsze, zależą one od położenia obserwatora w przestrzeni. Po drugie, zmieniają się z biegiem czasu. W przypadku modelu ΛCDM horyzont cząstek rozszerza się z prędkością większą niż horyzont Hubble'a. Współczesna nauka nie daje odpowiedzi na pytanie, czy tendencja ta ulegnie zmianie w przyszłości. Ale jeśli założymy, że Wszechświat nadal rozszerza się z przyspieszeniem, to wszystkie te obiekty, które teraz widzimy, prędzej czy później znikną z naszego „pola widzenia”.
Obecnie najbardziej odległym światłem obserwowanym przez astronomów jest kosmiczne mikrofalowe promieniowanie tła. Zaglądając w to, naukowcy widzą Wszechświat takim, jaki był 380 tysięcy lat po Wielkim Wybuchu. W tym momencie Wszechświat ostygł na tyle, że był w stanie wyemitować wolne fotony, które dziś wykrywa się za pomocą radioteleskopów. W tamtym czasie we Wszechświecie nie było gwiazd ani galaktyk, a jedynie ciągła chmura wodoru, helu i znikomej ilości innych pierwiastków. Z nieregularności zaobserwowanych w tym obłoku powstaną następnie gromady galaktyk. Okazuje się, że najbliżej horyzontu cząstek znajdują się dokładnie te obiekty, które powstaną z niejednorodności kosmicznego mikrofalowego promieniowania tła.
Prawdziwe granice
To, czy Wszechświat ma prawdziwe, nieobserwowalne granice, jest nadal przedmiotem pseudonaukowych spekulacji. Tak czy inaczej, wszyscy zgadzają się co do nieskończoności Wszechświata, ale interpretują tę nieskończoność na zupełnie inne sposoby. Niektórzy uważają, że Wszechświat jest wielowymiarowy, a nasz „lokalny” trójwymiarowy Wszechświat jest tylko jedną z jego warstw. Inni twierdzą, że Wszechświat jest fraktalny – co oznacza, że nasz lokalny Wszechświat może być cząstką innego. Nie powinniśmy zapominać o różnych modelach Multiwersu z jego zamkniętymi, otwartymi, równoległymi wszechświatami i tunelami czasoprzestrzennymi. A jest wiele, wiele różnych wersji, których ilość ogranicza jedynie ludzka wyobraźnia.
Jeśli jednak zwrócimy się ku zimnemu realizmowi lub po prostu odstąpimy od wszystkich tych hipotez, wówczas możemy założyć, że nasz Wszechświat jest nieskończenie jednorodnym pojemnikiem wszystkich gwiazd i galaktyk. Co więcej, w każdym bardzo odległym punkcie, oddalonym od nas o miliardy gigaparseków, wszystkie warunki będą dokładnie takie same. W tym momencie horyzont cząstek i kula Hubble'a będą dokładnie takie same, z tym samym promieniowaniem reliktowym na krawędziach. Wokół będą te same gwiazdy i galaktyki. Co ciekawe, nie stoi to w sprzeczności z ekspansją Wszechświata. W końcu nie tylko Wszechświat się rozszerza, ale sama jego przestrzeń. Fakt, że w momencie Wielkiego Wybuchu Wszechświat powstał tylko z jednego punktu, oznacza, że nieskończenie małe (praktycznie zerowe) wymiary, jakie wówczas były, zamieniły się teraz w niewyobrażalnie duże. W przyszłości wykorzystamy właśnie tę hipotezę, aby jasno zrozumieć skalę obserwowalnego Wszechświata.
Reprezentacja wizualna
Różne źródła podają wszelkiego rodzaju modele wizualne, które pozwalają ludziom zrozumieć skalę Wszechświata. Jednak nie wystarczy nam uświadomienie sobie, jak duży jest kosmos. Ważne jest, aby wyobrazić sobie, jak w rzeczywistości manifestują się pojęcia takie jak horyzont Hubble'a i horyzont cząstek. Aby to zrobić, wyobraźmy sobie krok po kroku nasz model.
Zapomnijmy, że współczesna nauka nie wie o „obcym” regionie Wszechświata. Pomijając wersje multiwersów, fraktalny Wszechświat i inne jego „odmiany”, wyobraźmy sobie, że jest on po prostu nieskończony. Jak wspomniano wcześniej, nie stoi to w sprzeczności z ekspansją jego przestrzeni. Oczywiście bierzemy pod uwagę, że jej sfera Hubble'a i sfera cząstek mają odpowiednio 13,75 i 45,7 miliardów lat świetlnych.
Skala Wszechświata
Naciśnij przycisk START i odkryj nowy, nieznany świat!
Najpierw spróbujmy zrozumieć, jak duża jest skala uniwersalna. Jeśli podróżowałeś po naszej planecie, możesz sobie wyobrazić, jak duża jest dla nas Ziemia. Teraz wyobraźcie sobie naszą planetę jako ziarno gryki poruszające się po orbicie wokół arbuza-Słońca wielkości połowy boiska do piłki nożnej. W tym przypadku orbita Neptuna będzie odpowiadać wielkości małego miasta, obszar będzie odpowiadał Księżycowi, a obszar granicy wpływu Słońca będzie odpowiadał Marsowi. Okazuje się, że nasz Układ Słoneczny jest o tyle większy od Ziemi, o ile Mars jest większy od kaszy gryczanej! Ale to dopiero początek.
Wyobraźmy sobie teraz, że ta kasza gryczana będzie naszym systemem, którego wielkość jest w przybliżeniu równa jednemu parsekowi. Wtedy Droga Mleczna będzie wielkości dwóch stadionów piłkarskich. Jednak to nam nie wystarczy. Droga Mleczna również będzie musiała zostać zmniejszona do rozmiarów centymetrowych. Będzie przypominać nieco piankę kawową owiniętą w wir pośrodku kawowoczarnej przestrzeni międzygalaktycznej. Dwadzieścia centymetrów od niego znajduje się ten sam spiralny „okruszek” - Mgławica Andromedy. Wokół nich będzie rój małych galaktyk naszej Gromady Lokalnej. Pozorny rozmiar naszego Wszechświata wyniesie 9,2 km. Doszliśmy do zrozumienia wymiarów uniwersalnych.
Wewnątrz bańki uniwersalnej
Jednak samo zrozumienie skali nie wystarczy. Ważne jest, aby urzeczywistnić Wszechświat w dynamice. Wyobraźmy sobie siebie jako gigantów, dla których Droga Mleczna ma średnicę centymetra. Jak przed chwilą zauważyliśmy, znajdziemy się wewnątrz kuli o promieniu 4,57 i średnicy 9,24 km. Wyobraźmy sobie, że jesteśmy w stanie unieść się w tej kuli, podróżować, pokonując całe megaparseki w ciągu sekundy. Co zobaczymy, jeśli nasz Wszechświat będzie nieskończony?
Oczywiście pojawią się przed nami niezliczone galaktyki wszelkiego rodzaju. Eliptyczny, spiralny, nieregularny. W niektórych obszarach będzie ich pełno, w innych będzie pusto. Główną cechą będzie to, że wizualnie wszystkie będą nieruchome, podczas gdy my będziemy nieruchomi. Ale gdy tylko zrobimy krok, same galaktyki zaczną się poruszać. Na przykład, jeśli uda nam się dostrzec mikroskopijny Układ Słoneczny w centymetrowej Drodze Mlecznej, będziemy mogli obserwować jego rozwój. Oddalając się o 600 metrów od naszej galaktyki, zobaczymy protogwiazdę Słońce i dysk protoplanetarny w momencie powstawania. Zbliżając się do niego, zobaczymy, jak pojawia się Ziemia, powstaje życie i pojawia się człowiek. W ten sam sposób zobaczymy, jak galaktyki zmieniają się i poruszają, gdy się od nich oddalamy lub zbliżamy.
W rezultacie, im bardziej odległym galaktykom przyjrzymy się, tym starsze będą dla nas. Najdalsze galaktyki będą więc oddalone od nas o ponad 1300 metrów, a na przełomie 1380 metrów będziemy już widzieć promieniowanie reliktowe. To prawda, że ta odległość będzie dla nas wyimaginowana. Jednak w miarę zbliżania się do kosmicznego mikrofalowego promieniowania tła zobaczymy interesujący obraz. Naturalnie będziemy obserwować, jak galaktyki będą się formować i rozwijać z początkowej chmury wodoru. Kiedy dotrzemy do jednej z tych uformowanych galaktyk, zrozumiemy, że w ogóle przebyliśmy nie 1,375 km, ale całe 4,57.
Pomniejszanie
W efekcie powiększymy jeszcze bardziej. Teraz możemy umieścić całe puste przestrzenie i ściany w pięści. Znajdziemy się zatem w dość małej bańce, z której nie będzie można się wydostać. Nie tylko odległość do obiektów na krawędzi bańki będzie się zwiększać w miarę ich zbliżania się, ale sama krawędź będzie się przesuwać w nieskończoność. To jest cały punkt wielkości obserwowalnego Wszechświata.
Nieważne jak duży jest Wszechświat, dla obserwatora zawsze pozostanie on ograniczoną bańką. Obserwator zawsze będzie w centrum tej bańki, a właściwie to on jest jej centrum. Próbując dostać się do dowolnego obiektu na krawędzi bańki, obserwator przesunie jej środek. W miarę zbliżania się do obiektu, obiekt ten będzie się coraz bardziej oddalał od krawędzi bańki i jednocześnie będzie się zmieniał. Na przykład z bezkształtnej chmury wodoru zamieni się w pełnoprawną galaktykę lub dalej gromadę galaktyczną. Ponadto ścieżka do tego obiektu będzie się zwiększać w miarę zbliżania się do niego, ponieważ zmieni się sama otaczająca przestrzeń. Po dotarciu do tego obiektu przesuniemy go jedynie od krawędzi bańki do jej środka. Na krańcach Wszechświata promieniowanie reliktowe będzie nadal migotać.
Jeśli założymy, że Wszechświat będzie nadal rozszerzał się w przyspieszonym tempie, to znajdując się w centrum bańki i przesuwając czas do przodu o miliardy, biliony, a nawet wyższe rzędy lat, zauważymy jeszcze ciekawszy obraz. Chociaż nasza bańka również będzie się powiększać, jej zmieniające się składniki będą oddalać się od nas jeszcze szybciej, opuszczając krawędź tej bańki, aż każda cząsteczka Wszechświata będzie wędrować osobno w swojej samotnej bańce, bez możliwości interakcji z innymi cząsteczkami.
Zatem współczesna nauka nie ma informacji o rzeczywistym rozmiarze Wszechświata i tym, czy ma on granice. Wiemy jednak na pewno, że obserwowalny Wszechświat ma widoczną i prawdziwą granicę, zwaną odpowiednio promieniem Hubble'a (13,75 miliarda lat świetlnych) i promieniem cząstki (45,7 miliarda lat świetlnych). Granice te zależą całkowicie od położenia obserwatora w przestrzeni i rozszerzają się w czasie. Jeśli promień Hubble'a rozszerza się ściśle z prędkością światła, wówczas ekspansja horyzontu cząstek ulega przyspieszeniu. Otwarte pozostaje pytanie, czy jego przyspieszanie horyzontu cząstek będzie kontynuowane i czy zostanie zastąpione kompresją.
Były czasy, kiedy świat ludzi ograniczał się do powierzchni Ziemi pod ich stopami. Wraz z rozwojem technologii ludzkość poszerzyła swoje horyzonty. Teraz ludzie zastanawiają się, czy nasz świat ma granice i jaka jest skala Wszechświata? Tak naprawdę nikt nie jest w stanie wyobrazić sobie jego prawdziwych rozmiarów. Ponieważ nie mamy odpowiednich punktów odniesienia. Nawet zawodowi astronomowie wyobrażają sobie (przynajmniej w swojej wyobraźni) modele wielokrotnie zmniejszone. Ważne jest dokładne korelowanie wymiarów obiektów we Wszechświecie. A przy rozwiązywaniu problemów matematycznych są one na ogół nieistotne, bo okazują się po prostu liczbami, którymi operuje astronom.
O budowie Układu Słonecznego
Aby mówić o skali Wszechświata, musimy najpierw zrozumieć to, co jest nam najbliższe. Po pierwsze, istnieje gwiazda zwana Słońcem. Po drugie, planety krążące wokół niego. Oprócz nich wokół niektórych z nich poruszają się także satelity, o których nie wolno nam zapominać
Planety na tej liście interesują ludzi od dawna, ponieważ są najbardziej dostępne do obserwacji. Z ich badań zaczęła się rozwijać nauka o budowie Wszechświata - astronomia. Gwiazdę uznaje się za centrum Układu Słonecznego. Jest to jednocześnie jego największy obiekt. W porównaniu do Ziemi, Słońce ma milion razy większą objętość. Wydaje się stosunkowo mały tylko dlatego, że jest bardzo daleko od naszej planety.
Wszystkie planety Układu Słonecznego są podzielone na trzy grupy:
- Ziemski. Obejmuje planety podobne do Ziemi z wyglądu. Są to na przykład Merkury, Wenus i Mars.
- Gigantyczne obiekty. Są znacznie większe w porównaniu do pierwszej grupy. Ponadto zawierają dużo gazów, dlatego nazywane są również gazowymi. Należą do nich Jowisz, Saturn, Uran i Neptun.
- Planety karłowate. W rzeczywistości są to duże asteroidy. Jedna z nich do niedawna wchodziła w skład głównych planet - jest to Pluton.
Planety „nie odlatują” od Słońca pod wpływem siły grawitacji. Ale nie mogą spaść na gwiazdę z powodu dużych prędkości. Obiekty są naprawdę bardzo „zwinne”. Na przykład prędkość Ziemi wynosi około 30 kilometrów na sekundę.
Jak porównać rozmiary obiektów w Układzie Słonecznym?
Zanim spróbujesz wyobrazić sobie skalę Wszechświata, warto poznać Słońce i planety. W końcu ich wzajemne powiązanie może być również trudne. Najczęściej umowną wielkość ognistej gwiazdy utożsamia się z kulą bilardową, której średnica wynosi 7 cm. Warto zauważyć, że w rzeczywistości sięga ona około 1400 tys. km. W takim „zabawkowym” modelu pierwsza planeta od Słońca (Merkury) znajduje się w odległości 2 metrów 80 centymetrów. W tym przypadku kula ziemska będzie miała średnicę zaledwie pół milimetra. Znajduje się w odległości 7,6 metra od gwiazdy. Odległość do Jowisza w tej skali wyniesie 40 m, a do Plutona - 300.
Jeśli mówimy o obiektach znajdujących się poza Układem Słonecznym, to najbliższą gwiazdą jest Proxima Centauri. Zostanie ono usunięte na tyle, że to uproszczenie będzie zbyt małe. I to pomimo faktu, że znajduje się on w obrębie Galaktyki. Co możemy powiedzieć o skali Wszechświata? Jak widać, jest to praktycznie nieograniczone. Zawsze chcę wiedzieć, jak powiązane są Ziemia i Wszechświat. A po otrzymaniu odpowiedzi nie mogę uwierzyć, że nasza planeta, a nawet Galaktyka są nieistotną częścią ogromnego świata.
Jakich jednostek używa się do pomiaru odległości w przestrzeni?
Centymetr, metr, a nawet kilometr – wszystkie te wielkości okazują się nieistotne już w Układzie Słonecznym. Co możemy powiedzieć o Wszechświecie? Aby wskazać odległość w Galaktyce, używa się wartości zwanej rokiem świetlnym. Jest to czas, jaki światło zajęłoby podróż w ciągu jednego roku. Pamiętajmy, że jedna sekunda świetlna to prawie 300 tys. km. Dlatego po przeliczeniu na zwykłe kilometry rok świetlny okazuje się w przybliżeniu równy 10 miliardom miliardów. Nie da się tego sobie wyobrazić, dlatego skala Wszechświata jest niewyobrażalna dla człowieka. Jeśli chcesz wskazać odległość między sąsiednimi galaktykami, rok świetlny nie wystarczy. Potrzebna jest jeszcze większa wartość. Okazało się, że jest to parsek, który równa się 3,26 roku świetlnego.
Jak działa Galaktyka?
Jest to gigantyczna formacja składająca się z gwiazd i mgławic. Niewielka ich część widoczna jest każdej nocy na niebie. Struktura naszej Galaktyki jest bardzo złożona. Można go uznać za silnie skompresowaną elipsoidę obrotową. Ponadto ma część równikową i centrum. Równik Galaktyki składa się głównie z mgławic gazowych i gorących, masywnych gwiazd. W Drodze Mlecznej ta część znajduje się w jej centralnym obszarze.
Układ Słoneczny nie jest wyjątkiem od reguły. Znajduje się również w pobliżu równika Galaktyki. Nawiasem mówiąc, główna część gwiazd tworzy ogromny dysk, którego średnica wynosi 100 tysięcy, a grubość 1500. Jeśli wrócimy do skali użytej do przedstawienia Układu Słonecznego, wówczas wielkość Galaktyki będzie proporcjonalna. To niesamowita liczba. Dlatego Słońce i Ziemia okazują się okruszkami w Galaktyce.
Jakie obiekty istnieją we Wszechświecie?
Wymieńmy te najważniejsze:
- Gwiazdy to masywne, samoświecące kule. Powstają w środowisku składającym się z mieszaniny pyłów i gazów. Większość z nich to wodór i hel.
- Promieniowanie CMB. Są to te rozprzestrzeniające się w przestrzeni. Jego temperatura wynosi 270 stopni Celsjusza. Co więcej, promieniowanie to jest takie samo we wszystkich kierunkach. Ta właściwość nazywa się izotropią. Ponadto wiążą się z nim pewne tajemnice Wszechświata. Na przykład stało się jasne, że powstał w momencie Wielkiego Wybuchu. Oznacza to, że istnieje od samego początku istnienia Wszechświata. Potwierdza to również pogląd, że rozszerza się równomiernie we wszystkich kierunkach. Co więcej, stwierdzenie to jest prawdziwe nie tylko w chwili obecnej. Tak było na samym początku.
- Czyli masa ukryta. Są to obiekty Wszechświata, których nie można badać poprzez bezpośrednią obserwację. Innymi słowy, nie emitują fal elektromagnetycznych. Ale mają wpływ grawitacyjny na inne ciała.
- Czarne dziury. Nie zostały one dostatecznie zbadane, ale są bardzo dobrze znane. Stało się to z powodu masowego opisu takich obiektów w dziełach science fiction. Tak naprawdę czarna dziura to ciało, z którego promieniowanie elektromagnetyczne nie może się rozprzestrzenić ze względu na to, że druga prędkość kosmiczna na niej jest równa. Warto pamiętać, że to druga prędkość kosmiczna musi być w kolejności przekazana obiektowi aby opuścił obiekt kosmiczny.
Ponadto we Wszechświecie istnieją kwazary i pulsary.
Tajemniczy Wszechświat
Jest pełen rzeczy, które nie zostały jeszcze w pełni odkryte i zbadane. A to, co zostało odkryte, często rodzi nowe pytania i związane z nimi tajemnice Wszechświata. Należą do nich nawet dobrze znana teoria „Wielkiego Wybuchu”. W rzeczywistości jest to jedynie doktryna warunkowa, ponieważ ludzkość może się jedynie domyślać, jak do tego doszło.
Drugą zagadką jest wiek Wszechświata. Można to w przybliżeniu obliczyć na podstawie wspomnianego już kosmicznego mikrofalowego promieniowania tła, obserwacji gromad kulistych i innych obiektów. Dziś naukowcy są zgodni, że wiek Wszechświata wynosi około 13,7 miliardów lat. Kolejna zagadka - czy na innych planetach istnieje życie? Przecież nie tylko w Układzie Słonecznym powstały odpowiednie warunki i pojawiła się Ziemia. A Wszechświat najprawdopodobniej jest wypełniony podobnymi formacjami.
Jeden?
Co jest poza Wszechświatem? Co jest tam, gdzie nie przeniknęło ludzkie spojrzenie? Czy jest coś poza tą granicą? Jeśli tak, ile jest wszechświatów? To pytania, na które naukowcy nie znaleźli jeszcze odpowiedzi. Nasz świat jest jak pudełko niespodzianek. Kiedyś wydawało się, że składa się tylko z Ziemi i Słońca oraz kilku gwiazd na niebie. Potem światopogląd się rozszerzył. W związku z tym granice się rozszerzyły. Nic dziwnego, że wiele bystrych umysłów od dawna doszło do wniosku, że Wszechświat jest tylko częścią jeszcze większej formacji.
Porównanie wymiarów obiektów we Wszechświecie (zdjęcie)
1. To jest Ziemia! Mieszkamy tutaj. Na pierwszy rzut oka jest bardzo duży. Ale w rzeczywistości w porównaniu z niektórymi obiektami we Wszechświecie nasza planeta jest znikoma. Poniższe zdjęcia pomogą Wam przynajmniej z grubsza wyobrazić sobie coś, co po prostu nie mieści się w Waszej głowie.
2. Położenie planety Ziemia w Układzie Słonecznym.
3. Skalowana odległość między Ziemią a Księżycem. Nie wygląda to zbyt daleko, prawda?
4. W tej odległości możesz pięknie i schludnie umieścić wszystkie planety naszego Układu Słonecznego.
5. Ta mała zielona plamka to kontynent Ameryki Północnej, na planecie Jowisz. Możesz sobie wyobrazić, o ile większy jest Jowisz od Ziemi.
6. To zdjęcie daje wyobrażenie o wielkości planety Ziemia (czyli naszych sześciu planet) w porównaniu do Saturna.
7. Tak wyglądałyby pierścienie Saturna, gdyby znajdowały się wokół Ziemi. Uroda!
8. Setki komet przelatują pomiędzy planetami Układu Słonecznego. Tak wygląda kometa Churyumov-Gerasimenko, na której jesienią 2014 roku wylądowała sonda Philae, w porównaniu z Los Angeles.
9. Ale wszystkie obiekty w Układzie Słonecznym są znikome w porównaniu z naszym Słońcem.
10. Tak wygląda nasza planeta z powierzchni Księżyca.
11. Tak wygląda nasza planeta z powierzchni Marsa.
12. A to my z Saturna.
13. Jeśli polecisz na skraj Układu Słonecznego, zobaczysz naszą planetę w ten sposób.
14. Cofnijmy się trochę. Jest to rozmiar Ziemi w porównaniu z rozmiarem naszego Słońca. Imponujące, prawda?
15. A to jest nasze Słońce widziane z powierzchni Marsa.
16. Ale nasze Słońce jest tylko jedną z gwiazd we Wszechświecie. Ich liczba jest większa niż ziaren piasku na jakiejkolwiek plaży na Ziemi.
17. Oznacza to, że istnieją gwiazdy znacznie większe od naszego Słońca. Spójrz tylko, jak małe jest Słońce w porównaniu z największą znaną dzisiaj gwiazdą, VY, w gwiazdozbiorze Wielkiego Psa.
18. Ale żadna pojedyncza gwiazda nie może się równać rozmiarem z naszą Galaktyką Drogi Mlecznej. Jeśli zmniejszymy nasze Słońce do wielkości białej krwinki i o tę samą wielkość zmniejszymy całą Galaktykę, wówczas Droga Mleczna będzie wielkości Rosji.
19. Nasza Galaktyka Droga Mleczna jest ogromna. Mieszkamy gdzieś tutaj.
20. Niestety wszystkie obiekty, które w nocy możemy zobaczyć gołym okiem na niebie, umieszczone są w tym żółtym okręgu.
21. Ale Droga Mleczna jest daleka od największej galaktyki we Wszechświecie. To jest Droga Mleczna w porównaniu z Galaktyką IC 1011, która znajduje się 350 milionów lat świetlnych od Ziemi.
22. Ale to nie wszystko. To zdjęcie wykonane przez Hubble'a przedstawia tysiące galaktyk, z których każda zawiera miliony gwiazd i własne planety.
23. Na przykład jedna z galaktyk na zdjęciu, UDF 423. Galaktyka ta znajduje się dziesięć miliardów lat świetlnych od Ziemi. Patrząc na to zdjęcie, spoglądasz miliardy lat w przeszłość.
24. Ten ciemny kawałek nocnego nieba wygląda na zupełnie pusty. Ale po powiększeniu okazuje się, że zawiera tysiące galaktyk z miliardami gwiazd.
25. A to jest rozmiar czarnej dziury w porównaniu z rozmiarem orbity Ziemi i orbity planety Neptuna.
Jedna taka czarna otchłań mogłaby z łatwością wchłonąć cały Układ Słoneczny.
> Skala Wszechświata
Skorzystaj z Internetu interaktywna skala skali Wszechświata: rzeczywiste wymiary Wszechświata, porównanie obiektów kosmicznych, planet, gwiazd, gromad, galaktyk.
Wszyscy myślimy o wymiarach w kategoriach ogólnych, takich jak inna rzeczywistość lub nasze postrzeganie otaczającego nas środowiska. Jest to jednak tylko część tego, czym właściwie są pomiary. A przede wszystkim istniejące zrozumienie pomiary skali Wszechświata– to jest najlepiej opisane w fizyce.
Fizycy sugerują, że pomiary to po prostu różne aspekty postrzegania skali Wszechświata. Na przykład pierwsze cztery wymiary obejmują długość, szerokość, wysokość i czas. Jednak według fizyki kwantowej istnieją inne wymiary, które opisują naturę wszechświata, a być może wszystkich wszechświatów. Wielu naukowców uważa, że obecnie istnieje około 10 wymiarów.
Interaktywna skala wszechświata
Pomiar skali Wszechświata
Jak wspomniano, pierwszym wymiarem jest długość. Dobrym przykładem obiektu jednowymiarowego jest linia prosta. Linia ta ma jedynie wymiar długości. Drugim wymiarem jest szerokość. Wymiar ten obejmuje długość; dobrym przykładem obiektu dwuwymiarowego może być niemożliwie cienka płaszczyzna. Rzeczy w dwóch wymiarach można oglądać tylko w przekroju.
Trzeci wymiar dotyczy wzrostu i jest to wymiar, który znamy najlepiej. W połączeniu z długością i szerokością jest to najlepiej widoczna część wszechświata pod względem wymiarowym. Najlepszą formą fizyczną opisującą ten wymiar jest sześcian. Trzeci wymiar istnieje, gdy długość, szerokość i wysokość przecinają się.
Teraz sytuacja staje się nieco bardziej skomplikowana, ponieważ pozostałe 7 wymiarów jest powiązanych z nieuchwytnymi koncepcjami, których nie możemy bezpośrednio obserwować, ale o których istnieniu wiemy. Czwartym wymiarem jest czas. To jest różnica pomiędzy przeszłością, teraźniejszością i przyszłością. Zatem najlepszym opisem czwartego wymiaru byłaby chronologia.
Inne wymiary dotyczą prawdopodobieństw. Piąty i szósty wymiar są związane z przyszłością. Według fizyki kwantowej może istnieć dowolna liczba możliwych przyszłości, ale wynik jest tylko jeden, a powodem tego jest wybór. Piąty i szósty wymiar są związane z rozwidleniem (zmianą, rozgałęzieniem) każdego z tych prawdopodobieństw. Zasadniczo, gdybyś mógł kontrolować piąty i szósty wymiar, mógłbyś cofnąć się w czasie lub odwiedzić inną przyszłość.
Wymiary od 7 do 10 kojarzą się z Wszechświatem i jego skalą. Opierają się na fakcie, że istnieje kilka wszechświatów, a każdy z nich ma swoją własną sekwencję wymiarów rzeczywistości i możliwych wyników. Dziesiąty i ostatni wymiar jest właściwie jednym ze wszystkich możliwych rezultatów wszystkich wszechświatów.
