Чи знаєте ви про те, що Всесвіт, який ми спостерігаємо, має досить певні межі? Ми звикли асоціювати Всесвіт із чимось нескінченним і незбагненним. Однак сучасна наука на питання про «нескінченність» Всесвіту пропонує зовсім іншу відповідь на таке «очевидне» питання.
Згідно з сучасними уявленнями, розмір Всесвіту, що спостерігається, становить приблизно 45,7 мільярдів світлових років (або 14,6 гігапарсек). Але що означають ці цифри?
Перше питання, яке спадає на думку звичайній людині – як Всесвіт взагалі не може бути нескінченним? Здавалося б, безперечним є те, що вмістилище всього сущого навколо нас не повинно мати меж. Якщо ці межі і існують, то що вони взагалі являють собою?
Припустимо, якийсь астронавт долетів до меж Всесвіту. Що він побачить перед собою? Твердий мур? Вогняний бар'єр? А що за нею – порожнеча? Інший Всесвіт? Але хіба порожнеча чи інший Всесвіт можуть означати, що ми на межі всесвіту? Адже це не означає, що там «нічого». Порожнеча та інший Всесвіт – це теж «щось». Адже Всесвіт – це те, що містить абсолютно все «щось».
Ми приходимо до абсолютної суперечності. Виходить, кордон Всесвіту має приховувати від нас щось, чого не повинно бути. Або кордон Всесвіту повинен відгороджувати «все» від «чогось», але це «щось» має бути також частиною «всього». Загалом повний абсурд. Тоді як вчені можуть заявляти про граничний розмір, масу і навіть вік нашого Всесвіту? Ці значення хоч і неймовірно великі, але все ж таки кінцеві. Наука сперечається із очевидним? Щоб розібратися з цим, давайте спершу простежимо, як люди прийшли до сучасного розуму Всесвіту.
Розширюючи межі
Людина з незапам'ятних часів цікавилася тим, що являє собою навколишній світ. Можна не наводити приклади про три кити та інші спроби древніх пояснити світобудову. Як правило, зрештою все зводилося до того, що основою всього сущого є земна твердь. Навіть у часи античності та середньовіччя, коли астрономи мали широкі знання в закономірностях руху планет по «нерухомій» небесній сфері, Земля залишалася центром Всесвіту.
Звичайно, ще в Стародавній Греції існували ті, хто вважав те, що Земля обертається навколо Сонця. Були ті, хто говорив про безліч світів та нескінченність Всесвіту. Але конструктивні обгрунтування цим теоріям виникли лише межі наукової революції.
У 16 столітті польський астроном Микола Коперник здійснив перший серйозний прорив у пізнанні Всесвіту. Він твердо довів, що Земля є лише однією із планет, що обертаються навколо Сонця. Така система значно спрощувала пояснення такого складного і заплутаного руху планет небесною сферою. У разі нерухомої Землі астрономам доводилося вигадувати всілякі хитромудрі теорії, що пояснюють таку поведінку планет. З іншого боку, якщо Землю прийняти рухомий, то пояснення настільки хитромудрим рухам приходить, само собою. Так, в астрономії зміцнилася нова парадигма під назвою «геліоцентризм».
Безліч Сонців
Однак навіть після цього астрономи продовжували обмежувати Всесвіт «сферою нерухомих зірок». Аж до 19 століття їм не вдавалося оцінити відстань до світил. Кілька століть астрономи безрезультатно намагалися виявити відхилення положення зірок щодо руху Землі орбітою (річні паралакси). Інструменти тих часів не дозволяли проводити такі точні виміри.
Нарешті, 1837 року російсько-німецький астроном Василь Струве виміряв паралакс. Це ознаменувало новий крок у розумінні масштабів космосу. Тепер вчені могли сміливо говорити про те, що зірки є далекими подобами Сонця. І наше світило відтепер не центр усього, а рівноправний «мешканець» безмежного зоряного скупчення.
Астрономи ще більше наблизилися до розуміння масштабів Всесвіту, адже відстані до зірок виявилися справді жахливими. Навіть розміри орбіт планет здавалися порівняно з цим чимось нікчемним. Далі треба було зрозуміти, яким чином зірки зосереджені у .
Безліч Чумацьких Шляхів
Відомий філософ Іммануїл Кант ще в 1755 передбачив основи сучасного розуміння великомасштабної структури Всесвіту. Він висунув гіпотезу про те, що Чумацький Шлях є величезним зоряним скупченням, що обертається. У свою чергу, багато туманностей, що спостерігаються, також є більш віддаленими «млечними шляхами» — галактиками. Незважаючи на це, аж до 20 століття астрономи дотримувалися того, що всі туманності є джерелами зіркоутворення та входять до складу Чумацького Шляху.
Ситуація змінилася, коли астрономи навчилися вимірювати відстані між галактиками з допомогою . Абсолютна світність зірок такого типу лежить у суворій залежності від періоду їхньої змінності. Порівнюючи їхню абсолютну світність з видимою, можна з високою точністю визначити відстань до них. Цей метод був розроблений на початку 20 століття Ейнаром Герцшрунгом та Харлоу Шелпі. Завдяки йому радянський астроном Ернст Епік у 1922 році визначив відстань до Андромеди, яка виявилася на порядок більшою за розмір Чумацького Шляху.
Едвін Хаббл продовжив починання Епіка. Вимірюючи яскравості цефеїд в інших галактиках, він виміряв відстань до них і зіставив його з червоним усуненням у їх спектрах. Так 1929 року він розробив свій знаменитий закон. Його робота остаточно спростувала думку, що зміцнилася, про те, що Чумацький Шлях є краєм Всесвіту. Тепер він був однією з багатьох галактик, які ще колись вважали його складовою. Гіпотеза Канта підтвердилася майже два століття після її розробки.
Надалі, відкритий Хабблом зв'язок відстані галактики від спостерігача щодо швидкості її віддалення від нього, дозволило скласти повноцінну картину великомасштабної структури Всесвіту. Виявилося, галактики були лише її нікчемною частиною. Вони зв'язувалися в скупчення, скупчення в скупчення. У свою чергу, надскоплення складаються у найбільші з відомих структур у Всесвіті – нитки та стіни. Ці структури, сусідячи з величезними надпустотами () і становлять великомасштабну структуру, відомої на даний момент, Всесвіту.
Очевидна нескінченність
Зі сказаного вище те, що за кілька століть наука поетапно перепорхнула від геоцентризму до сучасного розуміння Всесвіту. Однак це не дає відповіді, чому ми обмежуємо Всесвіт у наші дні. Адже досі йшлося лише про масштаби космосу, а не про саму його природу.
Першим, хто зважився довести нескінченність Всесвіту, був Ісаак Ньютон. Відкривши закон всесвітнього тяжіння, він вважав, що будь простір, звичайно, всі її тіла рано чи пізно зіллються в єдине ціле. До нього думка про нескінченність Всесвіту, якщо хтось і висловлював, то виключно у філософському ключі. Без жодних на те наукових обґрунтувань. Прикладом цього є Джордано Бруно. До речі, він подібно до Канта, на багато століть випередив науку. Він першим заявив, що зірки є далекими сонцями, і навколо них теж обертаються планети.
Здавалося б, сам факт нескінченності досить обґрунтований і очевидний, але переломні тенденції науки ХХ століття похитнули цю «істину».
Стаціонарний Всесвіт
Перший суттєвий крок на шляху до розробки сучасної моделі Всесвіту зробив Альберт Ейнштейн. Свою модель стаціонарного Всесвіту знаменитий фізик увів у 1917 році. Ця модель була заснована на загальній теорії відносності, розробленої ним роком раніше. Згідно з його моделлю, Всесвіт є нескінченним у часі і кінцевим у просторі. Але, як зазначалося раніше, згідно з Ньютоном Всесвіт з кінцевим розміром повинен сколапсуватися. Для цього Ейнштейн запровадив космологічну постійну, яка компенсувала гравітаційне тяжіння далеких об'єктів.
Як би це парадоксально не звучало, саму кінцівку Всесвіту Ейнштейн нічим не обмежував. На його думку, Всесвіт є замкнутою оболонкою гіперсфери. Аналогією служить поверхня традиційної тривимірної сфери, наприклад – глобуса чи Землі. Скільки б мандрівник не подорожував Землею, він ніколи не досягне її краю. Однак це зовсім не означає, що Земля нескінченна. Мандрівник просто повертатиметься до того місця, звідки почав свій шлях.
На поверхні гіперсфери
Так само космічний мандрівник, долаючи Всесвіт Ейнштейна на зорельоті, може повернутися назад на Землю. Тільки цього разу мандрівник рухатиметься не за двовимірною поверхнею сфери, а за тривимірною поверхнею гіперсфери. Це означає, що Всесвіт має кінцевий об'єм, а отже, і кінцеве число зірок і масу. Однак ні кордонів, ні якогось центру у Всесвіті не існує.
Таких висновків Ейнштейн дійшов, зв'язавши у своїй знаменитій теорії простір, час і гравітацію. До нього ці поняття вважалися відокремленими, чому і простір Всесвіту був суто евклідовим. Ейнштейн довів, що саме тяжіння є викривленням простору-часу. Це докорінно змінювало ранні уявлення про природу Всесвіту, що базується на класичній ньютонівській механіці та евклідовій геометрії.
Всесвіт, що розширюється.
Навіть сам першовідкривач «нового Всесвіту» не був чужий помилок. Ейнштейн хоч і обмежив Всесвіт у просторі, він продовжував вважати її статичною. Згідно з його моделлю, Всесвіт був і залишається вічним, і його розмір завжди залишається незмінним. У 1922 році радянський фізик Олександр Фрідман суттєво доповнив цю модель. Згідно з його розрахунками, Всесвіт зовсім не статичний. Вона може розширюватись або стискатися з часом. Примітно те, що Фрідман прийшов до такої моделі, ґрунтуючись на тій самій теорії відносності. Він зумів коректніше застосувати цю теорію, минаючи космологічну постійну.
Альберт Ейнштейн не одразу прийняв таку «поправку». На допомогу цієї нової моделі прийшло згадане раніше відкриття Хаббла. Розбігання галактик безперечно доводило факт розширення Всесвіту. Так Ейнштейну довелося визнати свою помилку. Тепер Всесвіт мав певний вік, який суворо залежить від постійної Хаббла, що характеризує швидкість її розширення.
Подальший розвиток космології
У міру того, як вчені намагалися вирішити це питання, було відкрито багато інших найважливіших складових Всесвіту та розроблено різні його моделі. Так у 1948 році Георгій Гамов ввів гіпотезу «про гарячий Всесвіт», яка згодом перетвориться на теорію великого вибуху. Відкриття 1965 року підтвердило його припущення. Тепер астрономи могли спостерігати світло, що дійшло з того моменту, коли Всесвіт став прозорим.
Темна матерія, передбачена в 1932 Фріцом Цвіккі, отримала своє підтвердження в 1975 році. Темна матерія фактично пояснює саме існування галактик, галактичних скупчень і самої Вселенської структури загалом. Так вчені дізналися, що більшість маси Всесвіту і зовсім невидима.
Нарешті, в 1998 році в ході дослідження відстані було відкрито, що Всесвіт розширюється з прискоренням. Цей черговий поворотний момент у науці породив сучасне розуміння природи Всесвіту. Введений Ейнштейном і спростований Фрідманом космологічний коефіцієнт знову знайшов своє місце у моделі Всесвіту. Наявність космологічного коефіцієнта (космологічної постійної) пояснює її прискорене розширення. Для пояснення наявності космологічної постійної було введено поняття – гіпотетичне поле, що містить велику частину маси Всесвіту.
Сучасне уявлення про розмір Всесвіту, що спостерігається.
Сучасна модель Всесвіту також називається ΛCDM-моделлю. Літера «Λ» означає присутність космологічної постійної, що пояснює прискорене розширення Всесвіту. CDM означає те, що Всесвіт заповнений холодною темною матерією. Останні дослідження свідчать, що постійна Хаббла становить близько 71 (км/с)/Мпк, що він відповідає віку Всесвіту 13,75 млрд. років. Знаючи вік Всесвіту, можна оцінити розмір його області, що спостерігається.
Відповідно до теорії відносності інформація про якийсь об'єкт не може досягти спостерігача зі швидкістю більшою, ніж швидкість світла (299792458 м/c). Виходить, спостерігач бачить не просто об'єкт, а його минуле. Чим далі знаходиться від нього об'єкт, тим у далеке минуле він дивиться. Наприклад, дивлячись на Місяць, бачимо такий, який він був трохи більше секунди тому, Сонце – понад вісім хвилин тому, найближчі зірки – роки, галактики – мільйони років тому й т.д. У стаціонарній моделі Ейнштейна Всесвіт не має обмеження за віком, а значить і її область також нічим не обмежена. Спостерігач, озброюючись дедалі досконалішими астрономічними приладами, спостерігатиме дедалі дальніші й древні об'єкти.
Іншу картину ми маємо із сучасною моделлю Всесвіту. Згідно з нею Всесвіт має вік, а значить і межу спостереження. Тобто з моменту народження Всесвіту жодний фотон не встиг би пройти відстань більшу, ніж 13,75 млрд світлових років. Виходить, можна заявити про те, що Всесвіт, що спостерігається, обмежений від спостерігача кулястою областю радіусом 13,75 млрд. світлових років. Однак це не зовсім так. Не варто забувати і про розширення простору Всесвіту. Поки фотон досягне спостерігача, об'єкт, який його випустив, буде від нас уже за 45,7 мільярдів св. років. Цей розмір є горизонтом частинок, він і є межею спостережуваного Всесвіту.
За горизонтом
Отже, розмір Всесвіту ділиться на два типи. Видимий розмір, званий також радіусом Хаббла (13,75 млрд світлових років). І реальний розмір, який називають горизонтом частинок (45,7 млрд. св. років). Важливо те, що обидва ці горизонти зовсім не характеризують реальний розмір Всесвіту. По-перше, вони залежать від становища спостерігача у просторі. По-друге, вони змінюються з часом. У випадку ΛCDM-моделі горизонт часток розширюється зі швидкістю більшою, ніж обрій Хаббла. Питання про те, чи зміниться така тенденція надалі, сучасна наука відповіді не дає. Але якщо припустити, що Всесвіт продовжить розширюватися з прискоренням, всі ті об'єкти, які ми бачимо зараз рано чи пізно зникнуть з нашого «поля зору».
На даний момент найдальшим світлом, яке спостерігається астрономами, є реліктове випромінювання. Вдивляючись у нього, вчені бачать Всесвіт таким, яким він був через 380 тисяч років після Великого Вибуху. У цей момент Всесвіт охолонув настільки, що зміг випускати вільні фотони, які й уловлюють у наші дні за допомогою радіотелескопів. У ті часи у Всесвіті не було ні зірок, ні галактик, а лише суцільна хмара з водню, гелію та нікчемної кількості інших елементів. З неоднорідностей, що спостерігаються в цій хмарі, згодом сформуються галактичні скупчення. Виходить саме ті об'єкти, які сформуються з неоднорідностей реліктового випромінювання, розташовані найближче до горизонту частинок.
Справжні межі
Те, чи має Всесвіт справжні, не спостерігаються кордону, досі залишається предметом псевдонаукових здогадів. Так чи інакше, всі сходяться на нескінченності Всесвіту, але інтерпретують це нескінченність зовсім по-різному. Одні вважають Всесвіт багатовимірним, де наш «місцевий» тривимірний Всесвіт є лише одним з його верств. Інші кажуть, що Всесвіт фрактальний – а це означає, що наш місцевий Всесвіт може виявитися часткою іншою. Не варто забувати і про різні моделі Мультивселена з її закритими, відкритими, паралельними Всесвітами, червоточинами. І ще багато різних версій, кількість яких обмежена лише людською фантазією.
Але якщо включити холодний реалізм або просто відсторонитися від усіх цих гіпотез, то можна припустити, що наш Всесвіт є нескінченним однорідним вмістилищем усіх зірок і галактик. Причому, в будь-якій дуже далекій точці, будь вона в мільярдах гігапарсек від нас, всі умови будуть такими самими. У цій точці будуть точно такими ж обрієм частинок і сфера Хаббла з таким же реліктовим випромінюванням біля їхньої кромки. Навколо будуть такі ж зірки та галактики. Що цікаво, це не суперечить розширенню Всесвіту. Адже розширюється не просто Всесвіт, а саме його простір. Те, що в момент великого вибуху Всесвіт виник з однієї точки говорить тільки про те, що нескінченно дрібні (практичні нульові) розміри, що були тоді, зараз перетворилися на неймовірно великі. Надалі користуватимемося саме цією гіпотезою для того, що наочно усвідомити масштаби спостережуваного Всесвіту.
Наочна вистава
У різних джерелах наводяться різні наочні моделі, що дозволяють людям зрозуміти масштаби Всесвіту. Однак нам мало усвідомити, наскільки великий космос. Важливо уявляти, як виявляють такі поняття, як горизонт Хаббла і горизонт часток насправді. Для цього поетапно уявимо свою модель.
Забудемо про те, що сучасна наука не знає про «закордонну» область Всесвіту. Відкинувши версії про мультивсесвіт, фрактальний Всесвіт та інші її «різновиди», уявімо, що він просто нескінченний. Як зазначалося раніше, це суперечить розширенню її простору. Вочевидь, врахуємо те, що її сфера Хаббла і сфера частинок відповідно дорівнюють 13,75 і 45,7 млрд світлових років.
Масштаби Всесвіту
Натисніть кнопку СТАРТ та відкрийте для себе новий, незвіданий світ!
Спочатку спробуємо усвідомити, наскільки великі Всесвітні масштаби. Якщо ви подорожували нашою планетою, то цілком можете уявити, наскільки для нас велика Земля. Тепер представимо нашу планету як гречану крупицю, яка рухається орбітою навколо кавуна-Сонця розміром з половину футбольного поля. У такому разі орбіта Нептуна відповідатиме розміру невеликого міста, область – Місяцю, область кордону впливу Сонця – Марсу. Виходить, наша Сонячна Система настільки ж більша за Землю, наскільки Марс більше гречаної крупи! Але це лише початок.
Тепер уявімо, що цією гречаною крупою буде наша система, розмір якої приблизно дорівнює одному парсеку. Тоді Чумацький Шлях буде розміром із два футбольні стадіони. Однак цього нам буде мало. Прийде і Чумацький Шлях зменшити до сантиметрового розміру. Вона чимось нагадуватиме загорнуту у вирі кавову пінку посеред кавово-чорного міжгалактичного простору. За двадцять сантиметрів від неї розташуватиметься така ж спіральна «крихта» — Туманність Андромеди. Навколо них буде рій малих галактик нашого Місцевого Скупчення. Видимий розмір нашого Всесвіту становитиме 9,2 кілометра. Ми підійшли до розуміння Всесвітніх розмірів.
Усередині всесвітнього міхура
Проте, нам мало зрозуміти сам масштаб. Важливо усвідомити Всесвіт динаміці. Уявімо себе гігантами, для яких Чумацький Шлях має сантиметровий діаметр. Як зазначалося щойно, ми опинимося всередині кулі радіусом 4,57 та діаметром 9,24 кілометрів. Уявимо, що ми здатні ширяти всередині цієї кулі, подорожувати, долаючи за секунду цілі мегапарсеки. Що ми побачимо в тому випадку, якщо наш Всесвіт буде нескінченним?
Зрозуміло, перед нами з'явиться безліч різноманітних галактик. Еліптичні, спіральні, іррегулярні. Деякі області будуть кишити ними, інші - порожні. Головна особливість буде в тому, що візуально всі вони будуть нерухомі, поки будемо нерухомими. Але варто нам зробити крок, як і самі галактики почнуть рухатися. Наприклад, якщо ми будемо здатні розглянути в сантиметровому Чумацькому Шляху мікроскопічну Сонячну Систему, то зможемо спостерігати її розвиток. Віддалившись від нашої галактики на 600 метрів, ми побачимо протозірку Сонце та протопланетний диск у момент формування. Наближаючись до неї, ми побачимо, як з'являється Земля, зароджується життя і людина. Так само ми бачитимемо, як видозмінюються і переміщаються галактики у міру того, як ми будемо видалятися або наближатися до них.
Отже, чим у далекі галактики ми вдивлятимемося, тим древнішими вони будуть для нас. Так найдальші галактики будуть розташовані від нас далі 1300 метрів, а на рубежі 1380 метрів ми бачитимемо вже реліктове випромінювання. Щоправда, ця відстань для нас буде уявною. Однак, у міру того, як наближатися до реліктового випромінювання, ми бачитимемо цікаву картину. Природно, ми спостерігатимемо те, як з початкової хмари водню утворюватимуться і розвиватимуться галактики. Коли ж ми досягнемо одну з цих галактик, що утворилися, то зрозуміємо, що подолали зовсім не 1,375 кілометрів, а всі 4,57.
Зменшуючи масштаби
Як результат ми ще більше збільшимося у розмірах. Тепер ми можемо розмістити в кулаку цілі увійди та стіни. Так ми опинимося в досить невеликому міхурі, з якого неможливо вибратися. Мало того, що відстань до об'єктів на краю міхура буде збільшуватися в міру їхнього наближення, так ще й сам край нескінченно зміщуватиметься. У цьому і полягає вся суть розміру Всесвіту, що спостерігається.
Який би Всесвіт не був великий, для спостерігача він завжди залишиться обмеженим міхуром. Спостерігач завжди буде у центрі цього міхура, фактично він і є його центром. Намагаючись дістатися до будь-якого об'єкта на краю міхура, спостерігач зміщуватиме його центр. У міру наближення до об'єкта, цей об'єкт все далі відходитиме від краю міхура і водночас видозмінюватиметься. Наприклад - від безформної водневої хмарки вона перетвориться на повноцінну галактику або далі галактичне скупчення. До того ж, шлях до цього об'єкта збільшуватиметься в міру наближення до нього, оскільки змінюватиметься сам навколишній простір. Діставшись цього об'єкта, ми лише змістимо його з краю міхура в його центр. На краю Всесвіту все також мерехтітиме реліктове випромінювання.
Якщо припустити, що Всесвіт і далі розширюватиметься прискорено, то перебуваючи в центрі міхура і мотаючи час на мільярди, трильйони і навіть вищі порядки років уперед, ми помітимо ще цікавішу картину. Хоча наш міхур буде також збільшуватися в розмірах, його видозмінні складові будуть віддалятися від нас ще швидше, покидаючи край цього міхура, поки кожна частка Всесвіту не буде розрізнено блукати у своєму самотньому міхурі без можливості взаємодіяти з іншими частинками.
Отже, сучасна наука не має у своєму розпорядженні відомостей про те, які реальні розміри Всесвіту і чи має вона межі. Але ми точно знаємо про те, що Всесвіт, що спостерігається, має видимий і справжній кордон, званий відповідно радіусом Хаббла (13,75 млрд св. років) і радіусом частинок (45,7 млрд. світлових років). Ці межі повністю залежать від становища спостерігача у просторі та розширюються з часом. Якщо радіус Хаббла розширюється строго зі швидкістю світла, розширення горизонту частинок носить прискорений характер. Питання про те, чи буде його прискорення горизонту частинок продовжуватись далі і чи не зміниться на стиск, залишається відкритим.
Були часи, коли світ людей обмежувався поверхнею Землі, що у них під ногами. З розвитком техніки людство розширило свій кругозір. Тепер люди замислюються про те, чи є межі нашого світу і які масштаби Всесвіту? Насправді її реальні розміри не може уявити жодна людина. Оскільки ми не маємо відповідних орієнтирів. Навіть професійні астрономи малюють собі (хоча б уявою) зменшені у багато разів моделі. Принциповим є точне співвідношення габаритів, які мають об'єкти Всесвіту. А при вирішенні математичних завдань вони взагалі не важливі, тому що виявляються просто числами, якими оперує астроном.
Про будову Сонячної системи
Щоб говорити про масштаби Всесвіту, потрібно спочатку розібратися з тим, що знаходиться до нас найближче. По-перше, це зірка, яка називається Сонцем. По-друге – планети, що обертаються навколо неї. Крім них, є ще супутники, що рухаються навколо деяких І не треба забувати про
Планети в цьому переліку цікавлять людей з давніх-давен, оскільки вони є найдоступнішими для спостереження. З їхнього вивчення почала розвиватися наука про будову Всесвіту — астрономія. Центром Сонячної системи визнано зірку. Вона є ще й найбільшим її об'єктом. Якщо порівнювати із Землею, то Сонце за обсягом більше мільйон разів. Воно тільки здається порівняно маленьким, оскільки сильно віддалено від нашої планети.
Усі планети Сонячної системи поділяються на три групи:
- Земна. До неї входять планети, які схожі на Землю за зовнішніми ознаками. Наприклад, це Меркурій, Венера та Марс.
- Об'єкти-гіганти. Вони мають набагато більші розміри порівняно з першою групою. До того ж у їхньому складі багато газів, тому вони ще називаються газовими. Сюди відносять Юпітер, Сатурн, Уран та Нептун.
- Планети-карлики. Вони, насправді, є великими астероїдами. Один із них донедавна був включений до складу основних планет – це Плутон.
Планети «не розлітаються» від Сонця завдяки силі тяжіння. А впасти на зірку вони не можуть через великі швидкості. Об'єкти дійсно дуже спритні. Наприклад, швидкість Землі приблизно дорівнює 30 кілометрів на секунду.
Як порівняти розміри об'єктів Сонячної системи?
Перед тим як ви спробуєте уявити масштаби Всесвіту, варто розібратися з Сонцем і планетами. Адже їх теж складно співвіднести один з одним. Найчастіше умовний розмір вогненної зірки ототожнюють з більярдною кулею, діаметр якої дорівнює 7 см. Варто відзначити, що насправді вона досягає близько 1400 тис. км. У такому «іграшковому» макеті перша планета від Сонця (Меркурій) опиняється на відстані 2 метри 80 сантиметрів. При цьому кулька Землі матиме в діаметрі лише половину міліметра. Він розташований від зірки на відстані 7,6 метрів. Відстань до Юпітера в цьому масштабі дорівнюватиме 40 м, а до Плутона — 300 м.
Якщо говорити про об'єкти, які знаходяться за межами Сонячної системи, то найближча зірка – Проксима Центавра. Вона буде видалена так сильно, що це спрощення виявляється надто маленьким. І це при тому, що вона знаходиться у межах Галактики. Що ж казати про масштаби Всесвіту. Як бачимо, вона фактично безмежна. Завжди хочеться дізнатися, як співвідносяться Земля та Всесвіт. І після отримання відповіді не віриться в те, що наша планета і навіть Галактика є нікчемною частиною величезного світу.
Які одиниці застосовуються для вимірювання відстаней у космосі?
Сантиметр, метр і навіть кілометр - всі ці величини виявляються нікчемними вже в межах Сонячної системи. Що ж казати про Всесвіт. Щоб зазначити відстань у межах Галактики, використовується величина, названа світловим роком. Це час, який буде потрібний світлу, що рухається протягом одного року. Нагадаємо, що одна світлова секунда дорівнює майже 300 тисяч км. Тому при переведенні у звичні кілометри світловий рік виявляється приблизно рівним 10 тисячам мільярдів. Уявити його неможливо, тому масштаби Всесвіту неймовірні для людини. Якщо потрібно вказати відстань між сусідніми галактиками, то і світловий рік виявляється недостатнім. Потрібна ще більша величина. Нею виявився парсек, що дорівнює 3,26 світлового року.
Як улаштована Галактика?
Вона є гігантською освітою, що складається із зірок та туманностей. Невелику їхню частину видно щоночі на небосхилі. Структура нашої Галактики дуже складна. Її можна вважати сильно стислим еліпсоїдом обертання. Причому в нього виділяють екваторіальну частину та центр. Екватор Галактики здебільшого становлять газові туманності та гарячі масивні зірки. У Чумацькому шляху ця частина знаходиться в центральній його області.
Сонячна система не є винятком із правил. Вона також розташована поблизу екватора Галактики. До речі, основна частина зірок утворює величезний диск, діаметр якого дорівнює 100 тисяч а товщина - 1500 . Якщо повернутись до того масштабу, який був використаний для представлення Сонячної системи, то розміри Галактики стануть пропорційними. Це неймовірна цифра. Тому Сонце із Землею виявляються крихтами в Галактиці.
Які об'єкти існують у Всесвіті?
Перелічимо найголовніші:
- Зірки - масивні кулі, що самосвітяться. Вони виникають із середовища, що складається і суміші пилу та газів. Більшу частину становлять водень і гелій.
- Реліктове випромінювання. Ним є такі, що поширюються в космосі. Його температура – 270 градусів Цельсія. Причому це випромінювання однаково в усіх напрямках. Ця властивість називається ізотропністю. До того ж із ним пов'язують деякі загадки Всесвіту. Наприклад, стало зрозуміло, що воно виникло на момент великого вибуху. Тобто існує від початку існування Всесвіту. Воно ж підтверджує думку, що вона розширюється однаково за всіма напрямами. Причому це твердження є справедливим не тільки для теперішнього часу. Так було й на самому початку.
- Тобто прихована маса. Це об'єкти Всесвіту, які не можна досліджувати прямим спостереженням. Інакше кажучи, вони випромінюють електромагнітні хвилі. Але гравітаційний вплив на інші тіла.
- Чорні діри. Вони недостатньо вивчені, але дуже відомі. Це сталося через масовий опис таких об'єктів у фантастичних творах. По суті, чорною діркою є тіло, від якого не може поширитися електромагнітне випромінювання через те, що друга космічна швидкість на ньому дорівнює. Варто згадати, що саме другу космічну швидкість необхідно повідомити предмет, щоб він залишив космічний об'єкт.
У Всесвіті, крім того, є ще квазари та пульсари.
Загадковий Всесвіт
У ній багато того, що ще до кінця не відкрито, не вивчено. Та й те, що вдалося виявити, часто підкидає нові питання та пов'язані з ними загадки Всесвіту. До них можна зарахувати навіть усім відому теорію «Великого вибуху». Вона є лише умовною доктриною, оскільки людство може лише здогадуватися про те, як це відбувалося.
Друга загадка – вік Всесвіту. Його вдається порахувати приблизно за вже згаданим реліктовим випромінюванням, спостереженням за кульовими скупченнями та іншим об'єктам. Сьогодні вчені зійшлися на думці, що вік Всесвіту приблизно дорівнює 13,7 мільярда років. Ще одна таємниця – якщо життя на інших планетах? Адже не лише у Сонячній системі виникли відповідні умови, і з'явилася Земля. І Всесвіт, швидше за все, сповнений подібними утвореннями.
Одна?
А що знаходиться за межами Всесвіту? Що там, куди не проник людський погляд? Чи є щось за цим кордоном? Якщо так, то скільки всесвітів існує? Це питання, на які вченим тільки належить знайти відповіді. Наш світ подібний до коробки з сюрпризами. Колись здавалося, що він складається тільки із Землі та Сонця, з невеликою кількістю зірок на небі. Потім світогляд розширився. Відповідно і кордони розсунулися. Не дивно, що багато світлих розумів вже давно дійшли висновку, що Всесвіт - лише частина ще більшої освіти.
Розміри об'єктів Всесвіту порівняно (фото)
1. Це Земля! Ми тут живемо. На перший погляд, вона дуже велика. Але, насправді, порівняно з деякими об'єктами у Всесвіті наша планета мізерно мала. Наступні фото допоможуть вам хоча б приблизно уявити, що просто не вкладається в голові.
2. Розташування планети Земля у Сонячній системі.
3. Масштабована відстань між Землею та Місяцем. Виглядає не надто далеко, чи не так?
4. Усередині цієї відстані можна розмістити всі планети нашої Сонячної системи, красиво та акуратно.
5. Ця маленька зелена пляма є материком Північна Америка на планеті Юпітер. Можна собі уявити, наскільки більше Юпітер, ніж Земля.
6. А це фото дає уявлення про розмір планети Земля (тобто шість наших планет) порівняно з Сатурном.
7. Так виглядали б кільця Сатурна, якщо вони були навколо Землі. Краса!
8. Між планетами Сонячної системи літають сотні комет. Так виглядає комета Чурюмова – Герасименко, на яку восени 2014 року приземлився зонд «Філі» порівняно з Лос-Анджелесом.
9. Але всі об'єкти в Сонячній системі мізерні в порівнянні з нашим Сонцем.
10. Так наша планета виглядає з поверхні Місяця.
11. Тож наша планета виглядає з поверхні Марса.
12. А це ми із Сатурна.
13. Якщо ви долетите до межі Сонячної системи, побачите нашу планету так.
14. Повернемося трохи назад. Це розмір Землі проти розміром нашого Сонця. Вражає, чи не так?
15. А це наше Сонце із поверхні Марса.
16. Але й наше Сонце лише одна із зірок у Всесвіті. Їхня кількість більша ніж піщинок на будь-якому пляжі Землі.
17. А це означає, що є зірки значно більші, ніж наше Сонце. Тільки подивіться, яким малесеньким є Сонце в порівнянні з найбільшою відомою на сьогоднішній день зіркою VY в сузір'ї Великого Пса.
18. Але жодна зірка не зрівняється з розміром нашої Галактики Чумацький шлях. Якщо ми зменшимо наше Сонце до розмірів білої клітини крові і в стільки ж разів зменшимо всю Галактику, то Чумацький Шлях буде розміром з Росію.
19. Наша Галактика Чумацький Шлях величезна. Ми живемо десь тут.
20. На жаль, всі об'єкти, які ми можемо бачити не озброєним оком на небі вночі, містяться в цьому жовтому кружечку.
21. Але Чумацький Шлях далеко не найбільша Галактика у Всесвіті. Це Чумацький Шлях у порівнянні з Галактикою IC 1011, яка знаходиться за 350 мільйонів світлових років від Землі.
22. Але це ще не все. На цьому знімку з телескопа Хаббл сфотографовано тисячі і тисячі галактик, кожна з яких містить мільйони зірок зі своїми планетами.
23. Наприклад, одна з галактик на фото, UDF 423. Ця галактика знаходиться за десять мільярдів світлових років від Землі. Коли ви дивитеся на це фото, ви заглядаєте на мільярди років у минуле.
24. Цей темний шматочок нічного неба виглядає абсолютно порожнім. Але при збільшенні виявляється, що він містить тисячі галактик із мільярдами зірок.
25. А це розмір чорної дірки в порівнянні з розміром Земної орбіти та орбітою планети Нептун.
Одна така чорна безодня легко може засмоктати всю сонячну систему.
> Шкала масштабів Всесвіту
Використовуйте онлайн інтерактивну шкалу масштабів Всесвіту: реальні розміри Всесвіту, порівняння об'єктів космосу, планети, зірки, скупчення, галактики
Ми всі думаємо про виміри у загальних поняттях, таких як інша реальність, чи наше сприйняття навколишнього середовища навколо нас. Однак це лише частина того, чим є виміри насправді. І, перш за все, існуюче розуміння вимірів масштабів Всесвіту- Це найкраще з описаного у фізиці.
Фізики припускають, що виміри – це різні межі сприйняття масштабів Всесвіту. Наприклад, перші чотири виміри включають довжину, ширину, висоту та час. Однак, згідно з квантовою фізикою, існують інші виміри, що описують природу всесвіту і, можливо, всіх всесвітів. Багато вчених вірять, що зараз існує близько 10 вимірювань.
Інтерактивна шкала масштабів Всесвіту
Вимір масштабів Всесвіту
Перший вимір, як згадувалося, це довжина. Хорошим прикладом одновимірного об'єкта є пряма лінія. Ця лінія має лише вимір довжини. Другим виміром є ширина. Цей вимір включає і довжину, добрим прикладом двовимірного об'єкта буде до неможливості тонка площина. Речі у двох вимірах можна розглядати лише у поперечному перерізі.
Третій вимір включає висоту, і цей вимір для нас найбільш знайомий. У комбінації з довжиною та шириною, це найбільш добре видима частина всесвіту в термінах вимірів. Найкраща фізична форма для опису цього виміру – куб. Третій вимір існує, коли перетинаються довжина, ширина та висота.
Тепер все стає трохи складніше, тому що 7 вимірів, що залишилися, пов'язані з нематеріальними поняттями, які ми не можемо спостерігати безпосередньо, але знаємо, що вони існують. Четвертий вимір – час. Це різниця між минулим, сьогоденням та майбутнім. Таким чином, найкращим описом четвертого виміру буде хронологія.
Інші виміри мають справу з ймовірностями. П'яте та шосте виміри пов'язані з майбутнім. Згідно з квантовою фізикою, може бути будь-яка кількість можливих варіантів майбутнього, але результат існує тільки один, і причина цього – вибір. П'яте та шосте вимірювання пов'язані з біфуркацією (зміною, розгалуженням) кожної з цих ймовірностей. По суті, якби ви могли керувати п'ятим і шостим виміром, ви могли б повернутись у часі назад або побувати в різних варіантах майбутнього.
Вимірювання з 7 по 10 пов'язані з Всесвітом та його масштабом. Вони ґрунтуються на тому, що існує кілька всесвітів, і кожен має власні послідовності вимірів реальності та можливих результатів. Десяте, і останнє, вимір, насправді одна із усіх можливих результатів всіх всесвітів.
