Розмір Всесвіту

1. кордон безмежного
2. розширюючи межі
3. безліч Сонць
4. Безліч Чумацький Шляхів
5. очевидна нескінченність
6. стаціонарна Всесвіт
7. На поверхні гіперсфери
8. розширюється Всесвіт
9. Подальший розвиток космології
10. Сучасне уявлення про розмір спостережуваного Всесвіту
11. За горизонтом
12. справжні кордону
13. наочне уявлення
14. масштаби Всесвіту
15. Всередині вселенського міхура
16. Матеріали по темі
17. зменшуючи масштаби

Чи знаєте ви про те, що ми спостерігаємо Всесвіт має досить певні межі? Ми звикли асоціювати Всесвіт з чимось нескінченним і незбагненним. Однак сучасна наука на питання про «нескінченності» Всесвіту пропонує зовсім іншу відповідь на настільки «очевидний» питання.

Відповідно до сучасних уявлень, розмір спостережуваного Всесвіту становить приблизно 45,7 мільярдів світлових років (або 14,6 гігапарсек). Але що означають ці цифри?

кордон безмежного

Перше питання, яке приходить в голову звичайній людині - як Всесвіт взагалі не може бути нескінченною? Здавалося б, безперечним є те, що вмістилище всього сущого навколо нас не повинно мати кордонів. Якщо ці межі і існують, то що вони взагалі є?

Припустимо, який-небудь астронавт долетів до меж Всесвіту. Що він побачить перед собою? Тверду стіну? Вогняний бар'єр? А що за нею - порожнеча? Інша Всесвіт? Але хіба порожнеча або інша Всесвіт можуть означати, що ми на кордоні світобудови? Адже це не означає, що там знаходиться «нічого». Пустота і інша Всесвіт - це теж «щось». Але ж Всесвіт - це те, що містить абсолютно все «щось».

Ми приходимо до абсолютного протиріччя. Виходить, межа Всесвіту повинна приховувати від нас щось, чого не повинно бути. Або межа Всесвіту повинна відгороджувати «все» від «чогось», але ж це «щось» повинно бути також частиною «всього». Загалом, повний абсурд. Тоді як вчені можуть заявляти про граничний розмірі, масі і навіть віці нашого Всесвіту? Ці значення хоч і неймовірно великі, але все ж кінцеві. Наука сперечається з очевидним? Щоб розібратися з цим, давайте для початку простежимо, як люди прийшли до сучасного розумію Всесвіту.

розширюючи межі

Людина з незапам'ятних часів цікавився тим, що являє собою навколишній світ. Можна не наводити приклади про трьох китах і інші спроби древніх пояснити світобудову. Як правило, в кінцевому підсумку все зводилося до того, що основою всього сущого є земна твердь. Навіть за часів античності і середньовіччя, коли астрономи мали великі пізнання в закономірності руху планет по «нерухомою» небесній сфері, Земля залишалася центром Всесвіту.

Природно, ще в Стародавній Греції існували ті, хто вважав те, що Земля обертається навколо Сонця. Були ті, хто говорив про безліч світів і нескінченність Всесвіту. Але конструктивні обгрунтування цих теорій виникли тільки на рубежі наукової революції.

У 16 столітті польський астроном Микола Коперник здійснив перший серйозний прорив у пізнанні Всесвіту. Він твердо довів, що Земля є лише однією з планет, які обертаються навколо Сонця. Така система значно спрощувала пояснення такого складного і заплутаного руху планет по небесній сфері. 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 «геліоцентрізм».

безліч Сонць

Вега, знімок ESO

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 по орбіті (річні параллакси). Інструменти тих часів не дозволяли проводити настільки точні вимірювання.

Нарешті, в 1837 році російсько-німецький астроном Василь Струве виміряв паралакс α Ліри . Це ознаменувало новий крок в розумінні масштабів космосу. Тепер вчені могли сміливо говорити про те, що зірки являють собою далекі подібності Сонця. І наше світило відтепер не центр всього, а рівноправний «житель» безкрайнього зоряного скупчення.

Астрономи ще більше наблизилися до розуміння масштабів Всесвіту, адже відстані до зірок виявилися воістину жахливими. Навіть розміри орбіт планет здавалися в порівнянні з цим чимось нікчемним. Далі потрібно було зрозуміти, яким чином зірки зосереджені в Всесвіту .

Безліч Чумацький Шляхів

Чумацький шлях

Відомий філософ Іммануїл Кант ще в 1755 передбачив основи сучасного розуміння великомасштабної структури Всесвіту. Він висунув гіпотезу про те, що Чумацький Шлях є величезним обертовим зоряним скупченням. У свою чергу, багато спостережувані туманності також є більш віддаленими «молочними шляхами» - галактиками. Не дивлячись на це, аж до 20 століття астрономи дотримувалися того, що все туманності є джерелами зореутворення і входять до складу Чумацького Шляху.

Ситуація змінилася, коли астрономи навчилися вимірювати відстані між галактиками за допомогою цефеїд . Абсолютна світність зірок такого типу лежить в строгій залежності від періоду їх змінності. Порівнюючи їх абсолютну світність з видимою, можна з високою точністю визначити відстань до них. Цей метод був розроблений на початку 20 століття Ейнаром Герцшрунгом і Харлоу Шелп. Завдяки йому радянський астроном Ернст Епік в 1922 році визначив відстань до Андромеди, яке виявилося на порядок більше розміру Чумацького Шляху.

Едвін Хаббл продовжив починання Епіка. Вимірюючи яскравості цефеїд в інших галактиках, він виміряв відстань до них і зіставив його з червоним зміщенням в їх спектрах. Так в 1929 році він розробив свій знаменитий закон. Його робота остаточно спростувала зміцнилися думку про те, що Чумацький Шлях є краєм Всесвіту. Тепер він був однією з безлічі галактик, які ще колись вважали його складовою частиною. Гіпотеза Канта підтвердилася майже через два століття після її розробки.

Надалі, відкрита 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 незначною частиною. Вони зв'язувалися в скупчення, скупчення в надскупчення. У свою чергу, надскупчення складаються в найбільші з відомих структур у Всесвіті - нитки і стіни. Ці структури, будучи сусідами з величезними сверхпустотамі ( Увійдіть ) І складають великомасштабну структуру, відомої на даний момент, Всесвіту.

очевидна нескінченність

З вищесказаного випливає те, що всього за кілька століть наука поетапно перепурхнув від геоцентризму до сучасного розуміння Всесвіту. Однак це не дає відповіді, чому ми обмежуємо Всесвіт в наші дні. Адже до сих пір мова йшла лише про масштаби космосу, а не про саму його природу.

еволюція Всесвіту

Першим, хто зважився обгрунтувати нескінченність Всесвіту, був Ісаак Ньютон. Відкривши закон всесвітнього тяжіння, він вважав, що будь простір звичайно, все її тіла рано чи пізно зіллються в єдине ціле. До нього думка про нескінченність Всесвіту якщо хтось і висловлював, то виключно в філософському ключі. Без всяких на то наукових обґрунтувань. Прикладом тому є Джордано Бруно. До слова, він подібно Канту, на багато століть випередив науку. Він першим заявив про те, що зірки є далекими сонцями, і навколо них теж обертаються планети.

Здавалося б, сам факт нескінченності досить обгрунтований і очевидний, але переломні тенденції науки 20 століття похитнули цю «істину».

стаціонарна Всесвіт

Перший суттєвий крок на шляху до розробки сучасної моделі Всесвіту зробив Альберт Ейнштейн. Свою модель стаціонарного Всесвіту знаменитий фізик ввів в 1917 році. Ця модель була заснована на загальній теорії відносності, розробленої ним же роком раніше. Відповідно до його моделі, Всесвіт є нескінченною в часі і кінцевої в просторі. Але ж, як зазначалося раніше, згідно Ньютону Всесвіт з кінцевим розміром повинна сколлапсировало. Для цього Ейнштейн ввів космологічну постійну, яка компенсувала гравітаційне тяжіння далеких об'єктів.

Як би це парадоксально звучить, саму кінцівку Всесвіту Ейнштейн нічим не обмежував. На його думку, Всесвіт являє собою замкнуту оболонку гіперсфери. Аналогією служитьповерхню звичайної тривимірної сфери, наприклад - глобуса або Землі. Скільки б мандрівник ні подорожував по Землі, він ніколи не досягне її краю. Однак це зовсім не означає, що Земля нескінченна. Мандрівник просто-напросто буде повертатися до того місця, звідки почав свій шлях.

На поверхні гіперсфери

Точно також космічний мандрівник, долаючи Всесвіт Ейнштейна на зорельоті, може повернутися назад на Землю. Тільки на цей раз мандрівник буде рухатися не по двовимірної поверхні сфери, а по тривимірній поверхні гіперсфери. Це означає, що Всесвіт має кінцевий обсяг, а значить і кінцеве число зірок і масу. Однак ні кордонів, ні будь-якого центру у Всесвіті не існує.

майбутнє Всесвіту

До таких висновків Ейнштейн прийшов, зв'язавши в своїй знаменитій теорії простір, час і гравітацію. До нього ці поняття вважалися відокремленими, від чого і простір Всесвіту було суто евклідовим. Ейнштейн довів, що саме тяжіння є викривленням простору-часу. Це в корені міняло ранні уявлення про природу Всесвіту, заснованої на класичній ньютонівської механіці і геометрії Евкліда.

розширюється Всесвіт

Навіть сам першовідкривач «нового Всесвіту» не була чужою помилок. Ейнштейн хоч і обмежив Всесвіт в просторі, він продовжував вважати її статичною. Відповідно до його моделі, Всесвіт була і залишається вічною, і її розмір завжди залишається незмінним. У 1922 році радянський фізик Олександр Фрідман істотно доповнив цю модель. Згідно з його розрахунками, Всесвіт зовсім не статична. Вона може розширюватися або стискатися згодом. Примітно те, Фрідман прийшов до такої моделі, грунтуючись на все тій же теорії відносності. Він зумів більш коректно застосувати цю теорію, минаючи космологічні постійну.

Альберт Ейнштейн не відразу прийняв таку «поправку». На допомогу цій новій моделі прийшло, згадане раніше відкриття Хаббла. Розбігання галактик безперечно доводило факт розширення Всесвіту. Так Ейнштейну довелося визнати свою помилку. Тепер Всесвіт мала певний вік, який строго залежить від постійної Хаббла, що характеризує швидкість її розширення.

Подальший розвиток космології

У міру того, як вчені намагалися вирішити це питання, були відкриті багато інших найважливіші складові Всесвіту і розроблені різні її моделі. Так в 1948 році Георгій Гамов ввів гіпотезу «про гарячого Всесвіту», яка в наслідок перетвориться в теорію великого вибуху. Відкриття в 1965 році реліктового випромінювання підтвердило його здогади. Тепер астрономи могли спостерігати світло, що дійшов з того моменту, коли Всесвіт стала прозора.

Темна матерія, передбачена в 1932 році Фріцом Цвіккі, отримала своє підтвердження в 1975 році. Темна матерія фактично пояснює саме існування галактик, галактичних скупчень і самої Вселенської структури в цілому. Так вчені дізналися, що велика частина маси Всесвіту і зовсім невидима.

З чого складається Всесвіт

Нарешті, в 1998 в ході дослідження відстані до наднових типу Ia було відкрито, що Всесвіт розширюється з прискоренням. Цей черговий поворотний момент в науці породив сучасне розуміння про природу Всесвіту. Введений Ейнштейном і спростований Фрідманом космологічний коефіцієнт знову знайшов своє місце в моделі Всесвіту. Наявність космологічного коефіцієнта (космологічної сталої) пояснює її прискорене розширення. Для пояснення наявності космологічної сталої було введено поняття темної енергії - гіпотетичне поле, що містить велику частину маси Всесвіту.

Сучасне уявлення про розмір спостережуваного Всесвіту

Сучасна модель Всесвіту також називається ΛCDM-моделлю. Буква «Λ» означає присутність космологічної сталої, що пояснює прискорене розширення Всесвіту. «CDM» означає те, що Всесвіт заповнений холодною темною матерією. Останні дослідження говорять про те, що постійна Хаббла становить близько 71 (км / с) / Мпк, що відповідає віку Всесвіту 13,75 млрд. Років. Знаючи вік Всесвіту, можна оцінити розмір її спостерігається області.

еволюція Всесвіту

Відповідно до теорії відносності інформація про який-небудь 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 більш далеке минуле він дивиться. Наприклад, дивлячись на Місяць, ми бачимо такою, якою він був трохи більше секунди тому, Сонце - більше восьми хвилин назад, найближчі зірки - роки, галактики - мільйони років тому і т.д. У стаціонарній моделі Ейнштейна Всесвіт не має обмеження за віком, а значить і її спостерігається область також нічим не обмежена. Спостерігач, озброюючись все більш досконалими астрономічними приладами, буде спостерігати все більш далекі і давні об'єкти.

Іншу картину ми маємо з сучасною моделлю Всесвіту. Відповідно до неї Всесвіт має вік, а значить і межа спостереження. Тобто, з моменту народження Всесвіту ніякої фотон не встиг би пройти відстань більше, ніж 13,75 млрд світлового років. Виходить, можна заявити про те, що спостерігається Всесвіт обмежена від спостерігача кулястої 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 вже в 45,7 мільярди св. років. Цей розмір є горизонтом частинок, він і є кордоном спостережуваному Всесвіті.

За горизонтом

Отже, розмір спостережуваного Всесвіту ділиться на два типи. Видимий розмір, званий також радіусом Хаббла (13,75 млрд. Світлових років). І реальний розмір, званий горизонтом частинок (45,7 млрд. Св. Років). Важливим є те, що обидва ці горизонту зовсім не характеризують реальний розмір Всесвіту. По-перше, вони залежать від положення спостерігача в просторі. По-друге, вони змінюються з часом. У разі ΛCDM-моделі горизонт частинок розширюється зі швидкістю більшою, ніж горизонт Хаббла. Питання на те, чи зміниться така тенденція в подальшому, сучасна наука відповіді не дає. Але якщо припустити, що Всесвіт продовжить розширюватися з прискоренням, то всі ті об'єкти, які ми бачимо зараз рано чи пізно зникнуть з нашого «поля зору».

На даний момент самим далеким світлом, які спостерігаються астрономами, є реліктове випромінювання. Вдивляючись в нього, вчені бачать Всесвіт такою, якою вона була через 380 тисяч років після Великого Вибуху. У цей момент Всесвіт охолола настільки, що змогла випускати вільні фотони, які і вловлюють в наші дні за допомогою радіотелескопів. У ті часи у Всесвіті не було ні зірок, ні галактик, а лише суцільне хмара з водню, гелію та мізерної кількості інших елементів. З неоднорідностей, які спостерігаються в цій хмарі, в наслідок сформуються галактичні скупчення. Виходить, саме ті об'єкти, які сформуються з неоднорідностей реліктового випромінювання, розташовані найближче до горизонту частинок.

справжні кордону

Матеріали по темі

Те, чи має Всесвіт справжні, які не спостерігаються кордону, до сих пір залишається предметом псевдонаукових здогадок. Так чи інакше, всі сходяться на нескінченність Всесвіту, але інтерпретують цю нескінченність зовсім по-різному. Одні вважають Всесвіт багатовимірної, де наша «місцева» тривимірна Всесвіт є лише одним з її шарів. Інші кажуть, що Всесвіт фрактальна - а це означає, що наша місцева Всесвіт може виявитися часткою іншого. Не варто забувати і про різні моделі мультивселенной з її закритими, відкритими, паралельними Всесвітами, червоточинами. І ще багато-багато різних версій, число яких обмежене 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 всіх зірок і галактик. Причому, в будь-який дуже далекій точці, будь вона в мільярдах гігапарсек від нас, все умови будуть точно такими ж. У цій точці будуть точно такими ж горизонт частинок і сфера Хаббла з таким же реліктовим випромінюванням у їх кромки. Навколо будуть такі ж зірки і галактики. Що цікаво, це не суперечить розширенню Всесвіту. Адже розширюється не просто Всесвіт, а саме її 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 в неймовірно великі. Надалі будемо користуватися саме цією гіпотезою для того, що наочно усвідомити масштаби спостережуваному Всесвіті.

наочне уявлення

У різних джерелах наводяться різні наочні моделі, що дозволяють людям усвідомити масштаби Всесвіту. Однак нам мало усвідомити, наскільки великий космос. Важливо уявляти, яким чином проявляють такі поняття, як горизонт Хаббла і горизонт частинок насправді. Для цього давайте поетапно уявімо свою модель.

Забудемо про те, що сучасна наука не знає про «закордонної» області Всесвіту. Відкинувши версії про мультивселенной, фрактальної Всесвіту і інших її «різновидах», уявімо, що вона просто нескінченна. Як зазначалося раніше, це не суперечить розширенню її простору. Зрозуміло, врахуємо те, що її сфера Хаббла і сфера частинок відповідно рівні 13,75 і 45,7 мільярдів світлових років.

масштаби Всесвіту

Натисніть кнопку СТАРТ і відкрийте для себе новий, незвіданий світ!
Для початку спробуємо усвідомити, наскільки великі Вселенські масштаби. Якщо ви подорожували по нашій планеті, то цілком можете уявити, наскільки для нас велика Земля. Тепер уявімо нашу планету як гречану крихту, яка рухається по орбіті навколо кавуна-Сонця розміром з половину футбольного поля. В такому випадку орбіта Нептуна буде відповідати розміру невеликого міста, область хмари Оорта - Місяцю, область кордону впливу Сонця - Марсу. Виходить, наша Сонячна Система настільки ж більша за Землю, наскільки Марс більше гречаної крупи! Альо це только початок.

Тепер уявімо, що цієї гречаною крупою буде наша система, розмір якої приблизно дорівнює одному парсек. Тоді Чумацький Шлях буде розміром з два футбольні стадіони. Однак і цього нам буде не достатньо. Доведеться і Чумацький Шлях зменшити до сантиметрового розміру. Вона чимось нагадуватиме загорнуту в вирі кавову пінку посеред кавово-чорного міжгалактичний простору. У двадцяти сантиметрах від неї розташуватися така ж спіральна «крихітка» - Туманність Андромеди. Навколо них буде рій малих галактик нашого Місцевого Скупчення. Відомий же розмір нашого Всесвіту становитиме 9,2 кілометра. Ми підійшли до розуміння Вселенських розмірів.

Всередині вселенського міхура

Однак нам мало зрозуміти сам масштаб. Важливо усвідомити Всесвіт в динаміці. Уявімо себе гігантами, для яких Чумацький Шлях має сантиметровим діаметр. Як зазначалося тільки що, ми опинимося всередині кулі радіусом 4,57 і діаметром 9,24 кілометрів. Уявімо, що ми здатні парити всередині цієї кулі, подорожувати, долаючи за секунду цілі мегапарсек. Що ми побачимо в тому випадку, якщо наш Всесвіт буде нескінченна?

Матеріали по темі

Зрозуміло, перед нами постане незліченна безліч всіляких галактик. Еліптичні, спіральні, іррегулярні. Деякі області будуть кішіть ними, інші - порожні. Головна особливість буде в тому, що візуально все вони будуть нерухомі, поки нерухомими будемо ми. Але варто нам зробити крок, як і самі галактики почнуть рухатися. Наприклад, якщо ми будемо здатні розгледіти в сантиметровому Чумацькому Шляху мікроскопічну Сонячну Систему, то зможемо поспостерігати її розвиток. Віддалившись від нашої галактики на 600 метрів, ми побачимо протозірку Сонце і протопланетний диск в момент формування. Наближаючись до неї, ми побачимо, як з'являється Земля, зароджується життя і з'являється людина. Точно також ми будемо бачити, як видозмінюються і переміщаються галактики в міру того, як ми будемо віддалятися або наближатися до них.

Отже, чим в більш далекі галактики ми будемо вдивлятися, тим більш давніми вони будуть для нас. Так найбільш віддалені галактики будуть розташовані від нас далі 1300 метрів, а на рубежі 1380 метрів ми будемо бачити вже реліктове випромінювання. Правда, це відстань для нас буде уявним. Однак, у міру того, як будемо наближатися до реліктовому випромінюванню, ми будемо бачити цікаву картину. Природно, ми будемо спостерігати те, як з початкового хмари водню будуть утворюватися і розвиватися галактики. Коли ж ми досягнемо одну з цих галактик, що утворилися, то зрозуміємо, що подолали зовсім не 1,375 кілометрів, а все 4,57.

зменшуючи масштаби

Як підсумок ми ще більше увеличимся в розмірах. Тепер ми можемо розмістити в кулаці цілі Увійдіть і 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 їх наближення, так ще й сам край буде нескінченно зміщуватися. В цьому і полягає вся суть розміру спостережуваному Всесвіті.

Який би Всесвіт не була великою, для спостерігача вона завжди залишиться обмеженим міхуром. Спостерігач завжди буде в центрі цього міхура, фактично він і є його центр. Намагаючись дістатися до будь-якого об'єкта на краю міхура, спостерігач буде зміщати його центр. У міру наближення до об'єкта, цей об'єкт все далі буде відходити від краю міхура і в той же час видозмінюватися. Наприклад - від аморфного водневого хмарки він перетвориться на повноцінну галактику або далі галактичне скупчення. До всього іншого, шлях до цього об'єкта буде збільшуватися в міру наближення до нього, так як буде змінюватися саме навколишній простір. Добравшись до цього об'єкта, ми лише змістимо його з краю міхура в його центр. На краю Всесвіту все також буде мерехтіти реліктове випромінювання.

Якщо припустити, що Всесвіт і далі буде розширюватися прискорено, то перебуваючи в центрі міхура і киваючи час на мільярди, трильйони і навіть вищі порядки років вперед, ми помітимо ще більш цікаву картину. Хоча наш міхур буде також збільшуватися в розмірах, його видозмінюються складові будуть віддалятися від нас ще швидше, залишаючи край цього міхура, поки кожна частка Всесвіті не буде розрізнено блукати в своєму самотньому міхурі без можливості взаємодіяти з іншими частинками.

Отже, сучасна наука не має відомостей про те, які реальні розміри Всесвіту і чи має вона кордону. Але ми точно знаємо про те, що спостерігається Всесвіт має видиму і дійсну кордон, звану відповідно радіусом Хаббла (13,75 млрд св. Років) і радіусом частинок (45,7 млрд. Світлових років). Ці кордони повністю залежать від положення спостерігача в просторі і розширюються з часом. Якщо радіус Хаббла розширюється строго зі швидкістю світла, то розширення горизонту частинок носить прискорений характер. Питання про те, чи буде його прискорення горизонту частинок тривати далі і не зміниться чи на стиск, залишається відкритим.

comments powered by HyperComments

Сподобалось Запис? Розкажи про неї друзям!

Переглядів запису: 28033