Dydžių visatoje palyginimas. Visatos mastelio mastelis. Tačiau toliau kalbėkime apie planetas.
Kurie yra ant jo. Dažniausiai visi esame pririšti prie vietos, kurioje gyvename ir dirbame. Mūsų pasaulio matmenys yra stulbinantys, tačiau tai visiškai nieko, palyginti su Visata. Kaip jie sako - „Gimęs per vėlai tyrinėti pasaulį ir per anksti tyrinėti erdvę“... Tai netgi įžeidžianti. Tačiau pradėkime – tik būkite atsargūs, kad neapsvaigtumėte.
1. Tai yra Žemė.
Tai pati planeta, kuri šiuo metu yra vieninteliai žmonijos namai. Vieta, kur magiškai atsirado gyvenimas (o gal ne taip stebuklingai), o evoliucijos eigoje mes ir jūs.
2. Mūsų vieta saulės sistemoje.
Artimiausi dideli kosminiai objektai, kurie mus supa, žinoma, yra mūsų kaimynai Saulės sistemoje. Visi prisimena savo vardus nuo vaikystės, o modeliai lipdomi aplinkinio pasaulio pamokose. Taip jau atsitiko, kad net tarp jų nesame patys didžiausi...
3. Atstumas tarp mūsų Žemės ir Mėnulio.
Tai neatrodo taip toli, tiesa? O jei dar atsižvelgsime į šiuolaikinius greičius, tai visai nieko.
4. Tiesą sakant - pakankamai toli.
Jei bandysite, tada labai tiksliai ir patogiai – tarp planetos ir palydovo nesunkiai patalpinsite likusias Saulės sistemos planetas.
5. Tačiau toliau kalbėkime apie planetas.
Prieš tave Šiaurės Amerika, tarsi ji būtų ant Jupiterio. Taip, ši maža žalia dėmė yra Šiaurės Amerika. Ar įsivaizduojate, kokia didžiulė būtų mūsų Žemė, jei ją perkeltume į Jupiterio mastelį? Žmonės tikriausiai vis tiek atrastų naujų žemių)
6. Tai Žemė, palyginti su Jupiteriu.
Nuuu, tiksliau šešios žemės – aiškumo dėlei.
7. Saturno žiedai, pone.
Saturno žiedai atrodytų taip nuostabiai, su sąlyga, kad jie suktųsi aplink Žemę. Pažvelkite į Polineziją – šiek tiek panaši į operos ikoną, tiesa?
8. Palyginkime Žemę su Saule?
Danguje jis neatrodo toks didelis...
9. Šis vaizdas atsiveria į Žemę, jei žiūrite iš Mėnulio.
Puiku, a? Tokia vieniša tuščios erdvės fone. Arba ne tuščias? Tęskime ...
10. Ir taip iš Marso
Lažinuosi, kad nežinotum, ar tai Žemė.
11. Tai Žemės, esančios už Saturno žiedų, momentinė nuotrauka
12. O štai Neptūnas.
Tik 4,5 milijardo kilometrų. Kiek laiko jūs ieškotumėte?
13. Taigi grįžkime prie žvaigždės, vadinamos Saule.
Jaudinantis reginys, ar ne?
14. Štai Saulė iš Marso paviršiaus.
15. Ir štai jo palyginimas su žvaigždės VY Canis Major svarstyklėmis.
Ar jums patinka? Daugiau nei įspūdinga. Ar įsivaizduojate, kokia energija ten sutelkta?
16. Bet visa tai yra nesąmonė, jei palyginsime savo namų žvaigždę su Paukščių Tako galaktikos matmenimis.
Kad būtų aiškiau, įsivaizduokite, kad savo Saulę suspaudėme iki baltojo kraujo kūnelio dydžio. Šiuo atveju Paukščių Tako dydis yra gana panašus į, pavyzdžiui, Rusijos dydį. Tai yra Paukščių Takas.
17. Apskritai, žvaigždės yra didžiulės
Viskas, kas yra šiame geltoname apskritime, yra viskas, ką galite pamatyti naktį iš Žemės. Likusi dalis yra neprieinama plika akimi.
18. Tačiau yra ir kitų galaktikų.
Čia yra Paukščių takas, palyginti su galaktika IC 1011, esanti 350 milijonų šviesmečių nuo Žemės.
Eime dar kartą?
Taigi ši Žemė yra mūsų namai.
Sumažinkite mastelį iki saulės sistemos dydžio ...
Paimkime dar šiek tiek...
O dabar iki Paukščių Tako dydžio ...
Ir toliau mažinkime...
Ir toliau…
Beveik baigta, nesijaudink...
Pasiruošę! Finišas!
Tai viskas, ką žmonija dabar gali stebėti, naudodama šiuolaikines technologijas. Tai net ne skruzdėlė ... Spręskite patys, tik neišprotėkite ...
Tokios skalės net netelpa į galvą. Tačiau kažkas užtikrintai pareiškia, kad Visatoje esame vieni, nors jie patys nėra tikri, ar amerikiečiai buvo Mėnulyje, ar ne.
Laikykitės vaikinai... laikykitės.
Visatos objektų dydžių palyginimas (nuotrauka)
1. Tai yra Žemė! Mes čia gyvename. Iš pirmo žvilgsnio jis atrodo labai didelis. Tačiau iš tikrųjų, palyginti su kai kuriais Visatos objektais, mūsų planeta yra nereikšminga. Šios nuotraukos padės bent apytiksliai įsivaizduoti tai, kas tiesiog netelpa į galvą.
2. Planetos Žemė vieta Saulės sistemoje.
3. Atstumas tarp Žemės ir Mėnulio pagal mastelį. Neatrodo per toli, ar ne?
4. Per šį atstumą galite gražiai ir tvarkingai išdėstyti visas mūsų saulės sistemos planetas.
5. Ši maža žalia dėmė yra Šiaurės Amerikos žemynas, Jupiterio planetoje. Galima įsivaizduoti, kiek Jupiteris yra didesnis už Žemę.
6. Ir ši nuotrauka leidžia įsivaizduoti Žemės planetos (tai yra šešių mūsų planetų) dydį, palyginti su Saturnu.
7. Taip atrodytų Saturno žiedai, jei jie būtų aplink Žemę. Grožis!
8. Tarp Saulės sistemos planetų skrenda šimtai kometų. Taip atrodo kometa Churyumov - Gerasimenko, ant kurios zondas Philae nusileido 2014 metų rudenį, lyginant su Los Andžele.
9. Tačiau visi Saulės sistemos objektai, palyginti su mūsų saule, yra nereikšmingi.
10. Taip mūsų planeta atrodo nuo Mėnulio paviršiaus.
11. Taip mūsų planeta atrodo nuo Marso paviršiaus.
12. O tai mes iš Saturno.
13. Jei skrisite iki Saulės sistemos ribos, pamatysite mūsų planetą tokią.
14. Grįžkime šiek tiek atgal. Tai yra Žemės dydis, palyginti su mūsų Saulės dydžiu. Įspūdinga, ar ne?
15. Ir tai yra mūsų Saulė iš Marso paviršiaus.
16. Tačiau mūsų Saulė yra tik viena iš Visatos žvaigždžių. Jų skaičius yra didesnis nei smėlio grūdelių bet kuriame Žemės paplūdimyje.
17. Tai reiškia, kad yra žvaigždžių, daug didesnių už mūsų Saulę. Tik pažiūrėkite, kokia maža Saulė, palyginti su didžiausia iki šiol žinoma žvaigžde VY Canis Major žvaigždyne.
18. Tačiau nė viena žvaigždė negali prilygti mūsų Paukščių Tako galaktikos dydžiui. Jei sumažinsime savo Saulę iki baltųjų kraujo kūnelių dydžio ir tuo pačiu koeficientu sumažinsime visą Galaktiką, tai Paukščių Takas bus Rusijos dydžio.
19. Mūsų Paukščių Tako galaktika yra didžiulė. Mes gyvename kažkur čia.
20. Deja, į šį geltoną apskritimą patalpinti visi objektai, kuriuos naktį danguje matome plika akimi.
21. Tačiau Paukščių Takas toli gražu nėra didžiausia galaktika Visatoje. Tai Paukščių Takas, palyginti su Galaxy IC 1011, kuris yra 350 milijonų šviesmečių nuo Žemės.
22. Bet tai dar ne viskas. Šis Hablo teleskopo vaizdas užfiksuoja tūkstančius galaktikų, kurių kiekvienoje yra milijonai žvaigždžių su savo planetomis.
23. Pavyzdžiui, viena iš galaktikų nuotraukoje, UDF 423. Ši galaktika yra nutolusi nuo Žemės dešimt milijardų šviesmečių. Kai žiūrite į šią nuotrauką, žvelgiate į milijardus metų atgal.
24. Šis tamsus naktinio dangaus gabalas atrodo visiškai tuščias. Tačiau priartinus paaiškėja, kad joje yra tūkstančiai galaktikų su milijardais žvaigždžių.
25. Ir tai yra juodosios skylės dydis, palyginti su Žemės orbitos dydžiu ir Neptūno planetos orbita.
Viena tokia juoda bedugnė gali lengvai įsiurbti visą saulės sistemą.
Ar žinojote, kad mūsų stebima visata turi gana aiškias ribas? Mes esame įpratę sieti Visatą su kažkuo begaliniu ir nesuprantamu. Tačiau šiuolaikinis mokslas į Visatos „begalybės“ klausimą siūlo visiškai kitokį atsakymą į tokį „akivaizdų“ klausimą.
Remiantis šiuolaikinėmis koncepcijomis, stebimos visatos dydis yra maždaug 45,7 milijardo šviesmečių (arba 14,6 gigaparseko). Bet ką reiškia šie skaičiai?
Pirmasis klausimas, kuris kyla paprastam žmogui, yra tai, kaip Visata apskritai negali būti begalinė? Atrodytų neginčijama, kad visko, kas egzistuoja aplink mus, talpykla neturėtų turėti ribų. Jei šios ribos egzistuoja, kokios jos?
Tarkime, astronautas nuskrido į visatos ribas. Ką jis pamatys priešais save? Tvirta siena? Ugnies barjeras? O kas už to slypi – tuštuma? Kita Visata? Bet ar tuštuma ar kita Visata gali reikšti, kad esame ant visatos ribos? Juk tai nereiškia, kad nėra „nieko“. Tuštuma ir kita Visata taip pat yra „kažkas“. Tačiau Visata yra kažkas, kuriame yra absoliučiai viskas „kažkas“.
Prieiname absoliutų prieštaravimą. Pasirodo, Visatos riba nuo mūsų turėtų slėpti tai, ko neturėtų būti. Arba Visatos riba turėtų „viską“ atskirti nuo „kažko“, bet šis „kažkas“ taip pat turėtų būti „visko“ dalis. Apskritai visiškas absurdas. Tada kaip mokslininkai gali reikalauti riboto mūsų visatos dydžio, masės ir net amžiaus? Šios vertybės, nors ir neįsivaizduojamai didelės, vis tiek yra baigtinės. Ar mokslas ginčijasi su tuo, kas akivaizdu? Norėdami tai išspręsti, pirmiausia atsekime, kaip žmonės atėjo į šiuolaikinį visatos supratimą.
Ribų išplėtimas
Nuo neatmenamų laikų žmogus domėjosi, koks yra jį supantis pasaulis. Nereikia pateikti pavyzdžių apie tris banginius ir kitus senovės žmonių bandymus paaiškinti visatą. Paprastai viskas baigėsi tuo, kad viso to, kas egzistuoja, pagrindas yra žemiškas tvirtumas. Net senovėje ir viduramžiais, kai astronomai turėjo daug žinių apie įstatymus, reglamentuojančius planetų judėjimą palei „nejudančią“ dangaus sferą, Žemė išliko Visatos centru.
Natūralu, kad net Senovės Graikijoje buvo manančių, kad Žemė sukasi aplink Saulę. Buvo tokių, kurie kalbėjo apie daugybę pasaulių ir visatos begalybę. Tačiau konstruktyvus šių teorijų pagrindimas atsirado tik mokslo revoliucijos sandūroje.
16 amžiuje lenkų astronomas Nikolajus Kopernikas padarė pirmąjį didelį Visatos pažinimo proveržį. Jis tvirtai įrodė, kad Žemė yra tik viena iš planetų, skriejančių aplink Saulę. Tokia sistema labai supaprastino tokio sudėtingo ir įmantraus planetų judėjimo dangaus sferoje paaiškinimą. Stacionarios žemės atveju astronomai turėjo sugalvoti įvairiausių išradingų teorijų, paaiškinančių tokį planetų elgesį. Kita vertus, jei Žemė laikoma mobilia, tada tokių sudėtingų judesių paaiškinimas yra savaime suprantamas. Taip astronomijoje įsitvirtino nauja paradigma, vadinama „heliocentrizmu“.
Daug saulės
Tačiau net ir po to astronomai ir toliau apribojo visatą „fiksuotų žvaigždžių sfera“. Iki XIX amžiaus jie negalėjo įvertinti atstumo iki žvaigždžių. Kelis šimtmečius astronomai veltui bandė aptikti žvaigždžių padėties nuokrypius, palyginti su Žemės orbitos judesiu (metiniai paralaksai). Tų laikų prietaisai neleido atlikti tokių tikslių matavimų.
Galiausiai 1837 m. rusų-vokiečių astronomas Vasilijus Struvė išmatavo paralaksą. Tai buvo naujas žingsnis suvokiant erdvės mastą. Dabar mokslininkai galėtų drąsiai teigti, kad žvaigždės yra tolimi Saulės panašumai. Ir nuo šiol mūsų šviesulys yra ne visko centras, o lygiavertis begalinio žvaigždžių spiečiaus „gyventojas“.
Astronomai dar labiau priartėjo prie Visatos masto supratimo, nes atstumai iki žvaigždžių pasirodė tikrai siaubingi. Netgi planetų orbitų dydis, palyginti su tuo, atrodė nereikšmingas. Toliau reikėjo suprasti, kaip susitelkusios žvaigždės.
Daugelis Paukščių Tako
Garsusis filosofas Immanuelis Kantas šiuolaikinio didelio masto Visatos sandaros supratimo pagrindus numatė dar 1755 m. Jis iškėlė hipotezę, kad Paukščių Takas yra didžiulis besisukantis žvaigždžių spiečius. Savo ruožtu daugelis stebimų ūko taip pat yra tolimesni „pieno keliai“ - galaktikos. Nepaisant to, iki XX amžiaus astronomai laikėsi fakto, kad visi ūkai yra žvaigždžių formavimosi šaltiniai ir yra Paukščių Tako dalis.
Situacija pasikeitė, kai astronomai išmoko išmatuoti atstumus tarp galaktikų naudodami. Šio tipo žvaigždžių absoliutus ryškumas labai priklauso nuo jų kintamumo laikotarpio. Palyginus jų absoliutų ryškumą su matomu, galima labai tiksliai nustatyti atstumą iki jų. Šį metodą XX amžiaus pradžioje sukūrė Einaras Herzsrungas ir Harlow Shelpy. Jo dėka sovietų astronomas Ernstas Epikas 1922 metais nustatė atstumą iki Andromedos, kuris pasirodė esąs eilės tvarka didesnis nei Paukščių Tako dydis.
Edvinas Hablas tęsė Epic pastangas. Matuodamas cefeidų ryškumą kitose galaktikose, jis išmatavo atstumą iki jų ir palygino jį su raudonuoju poslinkiu jų spektruose. Taigi 1929 metais jis sukūrė savo garsųjį įstatymą. Jo darbas galutinai paneigė įsitvirtinusį supratimą, kad Paukščių takas yra visatos kraštas. Dabar tai buvo viena iš daugelio galaktikų, kurios kažkada buvo laikomos neatsiejama jos dalimi. Kanto hipotezė buvo patvirtinta praėjus beveik dviem šimtmečiams po jos sukūrimo.
Vėliau Hablo atrastas ryšys tarp galaktikos atstumo nuo stebėtojo ir jos pašalinimo iš stebėtojo greičio leido susidaryti visavertį didelio masto Visatos struktūros vaizdą. Paaiškėjo, kad galaktikos buvo tik nereikšminga jo dalis. Jie susijungė į spiečius, o klasteriai į superspiečius. Savo ruožtu superspiečiai susilanksto į didžiausias žinomas struktūras visatoje – siūlus ir sienas. Šios struktūros, esančios greta didžiulių supertuštumų (), sudaro didelės apimties šiuo metu žinomos Visatos struktūrą.
Matoma begalybė
Iš to, kas pasakyta, išplaukia, kad vos per kelis šimtmečius mokslas pamažu peršoko nuo geocentrizmo prie šiuolaikinio Visatos supratimo. Tačiau tai nepateikia atsakymo, kodėl šiais laikais ribojame Visatą. Juk iki šiol buvo kalbama tik apie kosmoso mastą, o ne apie pačią jo prigimtį.
Pirmasis, kuris nusprendė pagrįsti Visatos begalybę, buvo Izaokas Niutonas. Atradęs visuotinės gravitacijos dėsnį, jis tikėjo, kad jei erdvė būtų baigtinė, visi jos kūnai anksčiau ar vėliau susijungtų į vientisą visumą. Prieš jį, jei kas nors išreiškė Visatos begalybės idėją, tai buvo išimtinai filosofinė. Be jokio mokslinio pagrindimo. To pavyzdys yra Giordano Bruno. Beje, kaip ir Kantas, jis daug amžių lenkė mokslą. Jis pirmasis paskelbė, kad žvaigždės yra tolimos saulės, o planetos taip pat sukasi aplink jas.
Atrodytų, kad pats begalybės faktas yra gana pagrįstas ir akivaizdus, tačiau XX amžiaus mokslo lūžiai sukrėtė šią „tiesą“.
Stacionari visata
Pirmąjį reikšmingą žingsnį kuriant šiuolaikinį Visatos modelį padarė Albertas Einšteinas. Garsus fizikas savo stacionarios visatos modelį pristatė 1917 m. Šis modelis buvo pagrįstas bendra reliatyvumo teorija, kurią jis sukūrė tais pačiais metais anksčiau. Pagal jo modelį, visata yra begalinė laike ir baigtinė erdvėje. Bet juk, kaip minėta anksčiau, anot Niutono, baigtinio dydžio visata turėtų sugriūti. Norėdami tai padaryti, Einšteinas įvedė kosmologinę konstantą, kuri kompensavo tolimų objektų gravitacinį trauką.
Kad ir kaip paradoksaliai tai skambėtų, Einšteinas neribojo paties visatos ribotumo. Jo nuomone, Visata yra uždaras hipersferos apvalkalas. Analogija yra įprastos trimatės sferos, pavyzdžiui, Žemės rutulio ar Žemės, paviršius. Kad ir kiek keliautojas keliautų aplink Žemę, jis niekada nepasieks jos krašto. Tačiau tai visiškai nereiškia, kad Žemė yra begalinė. Keliautojas tiesiog grįš į vietą, kur pradėjo kelionę.
Hipersferos paviršiuje
Taip pat kosmoso klajoklis, įveikęs Einšteino Visatą žvaigždėlaiviu, gali grįžti į Žemę. Tik šį kartą klajoklis judės ne dvimačiu sferos paviršiumi, o trimačiu hipersferos paviršiumi. Tai reiškia, kad Visata turi ribotą tūrį, taigi ir baigtinį žvaigždžių skaičių bei masę. Tačiau Visata neturi ribų ar jokio centro.
Einšteinas padarė tokias išvadas savo garsiojoje teorijoje susiedamas erdvę, laiką ir gravitaciją. Prieš jį šios sąvokos buvo laikomos atskiromis, todėl Visatos erdvė buvo grynai euklido. Einšteinas įrodė, kad pati gravitacija yra erdvėlaikio kreivumas. Tai radikaliai pakeitė ankstyvąsias idėjas apie Visatos prigimtį, pagrįstas klasikine Niutono mechanika ir euklidine geometrija.
Besiplečianti Visata
Netgi pats „naujosios visatos“ atradėjas nebijojo kliedesių. Nors Einšteinas apribojo visatą erdvėje, jis ir toliau laikė ją statiška. Pagal jo modelį visata buvo ir išlieka amžina, o jos dydis visada išlieka toks pat. 1922 metais sovietų fizikas Aleksandras Fridmanas šį modelį gerokai išplėtė. Jo skaičiavimais, visata visai nėra statiška. Laikui bėgant jis gali išsiplėsti arba susitraukti. Pastebėtina, kad Friedmanas priėjo prie tokio modelio, paremto ta pačia reliatyvumo teorija. Jis sugebėjo teisingai pritaikyti šią teoriją, aplenkdamas kosmologinę konstantą.
Albertas Einšteinas ne iš karto priėmė šią „pataisą“. Anksčiau minėtas Hablo atradimas padėjo šiam naujam modeliui. Galaktikų išsibarstymas neginčijamai įrodė Visatos plėtimosi faktą. Taigi Einšteinas turėjo pripažinti savo klaidą. Dabar Visata turėjo tam tikrą amžių, kuris griežtai priklauso nuo Hablo konstantos, kuri apibūdina jos plėtimosi greitį.
Tolesnė kosmologijos raida
Mokslininkams bandant išspręsti šį klausimą, buvo atrasta daug kitų svarbių Visatos komponentų ir sukurti įvairūs jos modeliai. Taigi 1948 m. Georgijus Gamovas pristatė hipotezę „apie karštą visatą“, kuri vėliau pavirs Didžiojo sprogimo teorija. 1965 metais atliktas atradimas patvirtino jo spėjimus. Dabar astronomai galėjo stebėti šviesą, kuri sklinda nuo to momento, kai visata tapo skaidri.
Tamsioji medžiaga, kurią 1932 m. numatė Fritzas Zwicky, buvo patvirtinta 1975 m. Tamsioji medžiaga iš tikrųjų paaiškina galaktikų, galaktikų spiečių ir visos Visatos egzistavimą. Taigi mokslininkai sužinojo, kad didžioji Visatos masės dalis yra visiškai nematoma.
Galiausiai, 1998 m., tiriant atstumą iki, buvo nustatyta, kad visata plečiasi su pagreičiu. Šis kitas mokslo posūkis paskatino šiuolaikinį supratimą apie visatos prigimtį. Einšteino įvestas ir Friedmano paneigtas kosmologinis koeficientas vėl rado savo vietą Visatos modelyje. Kosmologinio koeficiento (kosmologinės konstantos) buvimas paaiškina pagreitintą jo plėtimąsi. Siekiant paaiškinti kosmologinės konstantos buvimą, buvo pristatyta koncepcija - hipotetinis laukas, kuriame yra didžioji Visatos masės dalis.
Dabartinis stebimos visatos dydžio supratimas
Dabartinis visatos modelis taip pat vadinamas ΛCDM modeliu. Raidė „Λ“ reiškia kosmologinės konstantos buvimą, paaiškinančią pagreitintą Visatos plėtimąsi. „CDM“ reiškia, kad visata užpildyta šalta tamsiąja medžiaga. Naujausi tyrimai rodo, kad Hablo konstanta yra apie 71 (km/s) / Mpc, o tai atitinka Visatos amžių 13,75 milijardo metų. Žinant Visatos amžių, galima įvertinti jos stebimo ploto dydį.
Remiantis reliatyvumo teorija, informacija apie bet kurį objektą negali pasiekti stebėtojo greičiu, didesniu nei šviesos greitis (299792458 m/s). Pasirodo, stebėtojas mato ne tik objektą, bet ir jo praeitį. Kuo toliau nuo jo objektas, tuo tolimesnė praeitis atrodo. Pavyzdžiui, žiūrėdami į Mėnulį matome, koks jis buvo prieš kiek daugiau nei sekundę, Saulę prieš daugiau nei aštuonias minutes, artimiausias žvaigždes – metus, galaktikas – prieš milijonus metų ir t.t. Stacionariame Einšteino modelyje Visata neturi amžiaus ribos, o tai reiškia, kad jos stebimas regionas taip pat nėra ribojamas. Stebėtojas, apsiginklavęs vis pažangesniais astronominiais instrumentais, stebės vis tolimesnius ir senesnius objektus.
Su šiuolaikiniu Visatos modeliu turime kitokį vaizdą. Anot jos, Visata turi amžių, taigi ir stebėjimo ribą. Tai yra, nuo to momento, kai gimė visata, nė vienas fotonas nebūtų turėjęs laiko nuvažiuoti didesnio nei 13,75 milijardo šviesmečių atstumo. Pasirodo, galime teigti, kad stebimą Visatą nuo stebėtojo riboja sferinė sritis, kurios spindulys yra 13,75 milijardo šviesmečių. Tačiau tai ne visai tiesa. Nepamirškite apie Visatos erdvės plėtimąsi. Kol fotonas pasieks stebėtoją, jį išspinduliavęs objektas nuo mūsų bus 45,7 mlrd. metų. Šis dydis yra dalelių horizontas ir stebimos Visatos riba.
Už horizonto
Taigi, stebimos Visatos dydis yra padalintas į du tipus. Matomas dydis, dar vadinamas Hablo spinduliu (13,75 mlrd. šviesmečių). Ir tikrasis dydis, vadinamas dalelių horizontu (45,7 mlrd. šviesmečių). Iš esmės abu šie horizontai visiškai neapibūdina tikrojo Visatos dydžio. Pirma, jie priklauso nuo stebėtojo padėties erdvėje. Antra, jie keičiasi laikui bėgant. ΛCDM modelio atveju dalelių horizontas plečiasi didesniu greičiu nei Hablo horizontas. Į klausimą, ar ši tendencija pasikeis ateityje, šiuolaikinis mokslas atsakymo neduoda. Bet jei darysime prielaidą, kad Visata ir toliau plečiasi su pagreičiu, tai visi tie objektai, kuriuos matome dabar, anksčiau ar vėliau išnyks iš mūsų „matymo lauko“.
Šiuo metu astronomų stebima tolimiausia šviesa yra mikrobangų foninė spinduliuotė. Žvelgdami į jį, mokslininkai mato Visatą tokią, kokia ji buvo praėjus 380 tūkstančių metų po Didžiojo sprogimo. Šiuo metu Visata tiek atvėsusi, kad sugebėjo išspinduliuoti laisvuosius fotonus, kurie šiandien fiksuojami radijo teleskopų pagalba. Tais laikais Visatoje nebuvo žvaigždžių ar galaktikų, o tik ištisinis vandenilio, helio ir nereikšmingų kitų elementų debesis. Iš šiame debesyje pastebėtų nehomogeniškumų vėliau susidarys galaktikų sankaupos. Pasirodo, arčiausiai dalelių horizonto yra būtent tie objektai, kurie susidaro iš reliktinės spinduliuotės nehomogeniškumo.
Tikros ribos
Ar visata turi tikrų, nepastebimų ribų, vis dar yra pseudomokslinių spėlionių objektas. Vienaip ar kitaip, visi suartėja prie Visatos begalybės, tačiau jie šią begalybę interpretuoja visiškai skirtingai. Kai kurie mano, kad Visata yra daugialypė, kur mūsų „vietinė“ trimatė Visata yra tik vienas iš jos sluoksnių. Kiti sako, kad visata yra fraktalinė – tai reiškia, kad mūsų vietinė visata gali pasirodyti esanti kitos dalelė. Nepamirškite apie įvairius Multivisatos modelius su uždaromis, atviromis, lygiagrečiomis Visatomis, kirmgraužomis. Ir yra daug daug įvairių versijų, kurių skaičių riboja tik žmogaus vaizduotė.
Bet jei mes įjungsime šaltą realizmą arba tiesiog atsitrauksime nuo visų šių hipotezių, tada galime manyti, kad mūsų Visata yra begalinė vienalytė visų žvaigždžių ir galaktikų saugykla. Be to, bet kuriame labai tolimame taške, nesvarbu, ar tai būtų milijardai gigaparsekų nuo mūsų, visos sąlygos bus lygiai tokios pačios. Šiuo metu bus lygiai tas pats dalelių horizontas ir Hablo sfera su ta pačia relikvijos spinduliuote jų krašte. Aplink bus tos pačios žvaigždės ir galaktikos. Įdomu tai, kad tai neprieštarauja visatos plėtimuisi. Juk plečiasi ne tik Visata, bet ir pati jos erdvė. Tai, kad Didžiojo sprogimo momentu Visata iškilo iš vieno taško, tik sako, kad be galo maži (praktiškai nuliniai) matmenys, kurie buvo tada, dabar virto neįsivaizduojamai dideliais. Ateityje naudosime šią konkrečią hipotezę, kad aiškiai suprastume stebimos Visatos mastą.
Vizualus vaizdavimas
Įvairūs šaltiniai pateikia visų rūšių vaizdinius modelius, leidžiančius žmonėms suprasti visatos mastą. Tačiau mums neužtenka suvokti, koks didelis yra kosmosas. Svarbu suprasti, kaip iš tikrųjų pasireiškia tokios sąvokos kaip Hablo horizontas ir dalelių horizontas. Norėdami tai padaryti, įsivaizduokime savo modelį žingsnis po žingsnio.
Pamirškime, kad šiuolaikinis mokslas nežino apie „svetimą“ Visatos regioną. Atsisakydami versijų apie multivisatą, fraktalų visatą ir kitas jos „atmainas“, įsivaizduokite, kad ji tiesiog begalinė. Kaip minėta anksčiau, tai neprieštarauja jos erdvės išplėtimui. Žinoma, atsižvelgsime į tai, kad jo Hablo sfera ir dalelių sfera yra atitinkamai lygios 13,75 ir 45,7 milijardo šviesmečių.
Visatos mastelis
Paspauskite START mygtuką ir atraskite naują, nežinomą pasaulį!
Pirmiausia pabandykime suvokti, kokia didelė yra universali skalė. Jei keliavote po mūsų planetą, galite gerai įsivaizduoti, kokia mums yra Žemė. Dabar įsivaizduokime savo planetą kaip grikių grūdus, kurie sukasi aplink arbūzą – Saulę, perpus mažesnę nei futbolo aikštė. Šiuo atveju Neptūno orbita atitiks mažo miesto dydį, plotą iki Mėnulio, Saulės įtakos ribos su Marsu sritį. Pasirodo, mūsų Saulės sistema yra tiek pat didesnė už Žemę, kiek Marsas už grikius! Bet tai tik pradžia.
Dabar įsivaizduokime, kad šie grikiai bus mūsų sistema, kurios dydis yra maždaug lygus vienam parsekui. Tada Paukščių Takas bus dviejų futbolo stadionų dydžio. Tačiau ir to mums nepakaks. Turėsime sumažinti Paukščių Taką iki centimetro dydžio. Jis tam tikru būdu primins kavos putą, suvyniotą į sūkurį kavos juodumo tarpgalaktinės erdvės viduryje. Dvidešimt centimetrų nuo jo yra ta pati spiralinė „trupinė“ – Andromedos ūkas. Aplink juos bus spiečius mažų galaktikų iš mūsų vietinio spiečiaus. Tariamas mūsų visatos dydis bus 9,2 kilometro. Mes priėjome prie visuotinių matmenų supratimo.
Universalaus burbulo viduje
Tačiau mums nepakanka suprasti patį mastelį. Svarbu suprasti visatos dinamiką. Įsivaizduokite save kaip milžinus, kuriems Paukščių Tako skersmuo yra centimetras. Kaip ką tik buvo pastebėta, atsidursime 4,57 spindulio ir 9,24 kilometro skersmens sferoje. Įsivaizduokime, kad sugebame sklandyti šios sferos viduje, keliauti, per sekundę įveikdami ištisus megaparsekus. Ką matysime, jei mūsų Visata yra begalinė?
Žinoma, prieš mus bus begalinis skaičius visų rūšių galaktikų. Elipsės formos, spiralinės, netaisyklingos. Vienos teritorijos jų knibždės, kitos – tuščios. Pagrindinis bruožas bus tas, kad vizualiai jie visi bus nejudantys, o mes nejudame. Tačiau kai tik žengsime žingsnį, pačios galaktikos pradės judėti. Pavyzdžiui, jei sugebėsime įžvelgti mikroskopinę Saulės sistemą centimetre Paukščių Tako, galėsime stebėti jos raidą. Atsikratę 600 metrų nuo mūsų galaktikos, formavimosi metu pamatysime protostar Saulę ir protoplanetinį diską. Priartėję prie jo pamatysime, kaip atsiranda Žemė, atsiranda gyvybė ir atsiranda žmogus. Lygiai taip pat matysime, kaip galaktikos mutuoja ir juda mums tolstant ar artėjant prie jų.
Todėl kuo tolimesnes galaktikas žiūrėsime, tuo jos mums bus senesnės. Taigi tolimiausios galaktikos bus toliau nei 1300 metrų nuo mūsų, o 1380 metrų posūkyje pamatysime reliktinę spinduliuotę. Tiesa, šis atstumas mums bus įsivaizduojamas. Tačiau artėjant prie reliktinės spinduliuotės pamatysime įdomų vaizdą. Natūralu, kad stebėsime, kaip galaktikos susiformuos ir vystysis iš pirminio vandenilio debesies. Kai pasieksime vieną iš šių susiformavusių galaktikų, suprasime, kad įveikėme visai ne 1,375 kilometro, o visus 4,57.
Sumažinimas
Dėl to mes dar labiau padidinsime dydį. Dabar į kumštį galime sudėti visas tuštumas ir sienas. Taigi atsiduriame gana mažame burbule, iš kurio išlipti neįmanoma. Ne tik didės atstumas iki objektų, esančių burbulo krašte, jiems artėjant, bet ir pats kraštas judės be galo. Tai yra visa stebimos visatos dydžio esmė.
Kad ir kokia didelė būtų Visata, stebėtojui ji visada liks ribotu burbulu. Stebėtojas visada bus šio burbulo centre, iš tikrųjų jis yra jo centras. Bandydamas patekti į bet kurį objektą burbulo krašte, stebėtojas perkels jo centrą. Priartėdamas prie objekto šis objektas vis labiau judės nuo burbulo krašto ir tuo pačiu keisis. Pavyzdžiui, iš beformio vandenilio debesies jis pavirs visaverte galaktika arba toliau galaktikų spiečiumi. Be to, artėjant prie šio objekto padidės kelias, nes keisis ir pati aplinkinė erdvė. Kai pateksime į šį objektą, mes tik perkelsime jį nuo burbulo krašto į jo centrą. Visatos pakraštyje reliktinė spinduliuotė taip pat mirgės.
Jei darysime prielaidą, kad Visata ir toliau plėsis pagreitėjusiu greičiu, tada, būdami burbulo ir vijimo laiko centre milijardams, trilijonams ir dar didesnėms metų eilėms, pastebėsime dar įdomesnį vaizdą. Nors mūsų burbulas taip pat didės, jo mutuojantys komponentai dar greičiau tols nuo mūsų, palikdami šio burbulo kraštą, kol kiekviena visatos dalelė klaidžios išsibarsčiusi savo vienišame burbule, neturėdama galimybės sąveikauti su kitomis dalelėmis.
Taigi, šiuolaikinis mokslas neturi informacijos apie tai, kokie yra tikrieji Visatos matmenys ir ar ji turi ribas. Tačiau mes tikrai žinome, kad stebima Visata turi matomą ir tikrą ribą, vadinamą atitinkamai Hablo spinduliu (13,75 mlrd. šviesmečių) ir dalelių spinduliu (45,7 mlrd. šviesmečių). Šios ribos visiškai priklauso nuo stebėtojo padėties erdvėje ir laikui bėgant plečiasi. Jei Hablo spindulys plečiasi griežtai šviesos greičiu, tada dalelių horizonto plėtimasis pagreitėja. Klausimas, ar jo dalelių horizonto pagreitis tęsis toliau ir pasikeis į suspaudimą, lieka atviras.
Buvo laikai, kai žmonių pasaulis apsiribojo Žemės paviršiumi, esančiu po jų kojomis. Tobulėjant technologijoms žmonija praplėtė savo akiratį. Dabar žmonės galvoja apie tai, ar mūsų pasaulis turi ribas ir koks yra visatos mastas? Tiesą sakant, ne vienas žmogus gali įsivaizduoti tikrąjį jo dydį. Nes neturime tinkamų orientyrų. Net profesionalūs astronomai piešia sau (bent jau vaizduotėje) daug kartų sumažintus modelius. Labai svarbu tiksliai koreliuoti Visatos objektų matmenis. O sprendžiant matematinius uždavinius jie apskritai yra nesvarbūs, nes pasirodo, kad tai tik skaičiai, su kuriais astronomas veikia.
Apie Saulės sistemos sandarą
Norėdami kalbėti apie Visatos mastą, pirmiausia turite suprasti, kas yra arčiausiai mūsų. Pirma, yra žvaigždė, vadinama Saule. Antra, aplink jį skriejančios planetos. Be jų, aplink kai kuriuos juda palydovai Ir nepamirškite apie
Šiame sąraše esančios planetos jau seniai domino žmones, nes jos yra labiausiai prieinamos stebėjimui. Nuo jų studijų pradėjo vystytis Visatos sandaros mokslas – astronomija. Žvaigždė pripažinta Saulės sistemos centru. Ji taip pat yra jos didžiausias objektas. Palyginti su Žeme, Saulės tūris yra milijoną kartų didesnis. Jis atrodo palyginti mažas, nes yra labai toli nuo mūsų planetos.
Visos Saulės sistemos planetos yra suskirstytos į tris grupes:
- Žemiškas. Tai apima planetas, kurios savo išvaizda yra panašios į Žemę. Pavyzdžiui, tai Merkurijus, Venera ir Marsas.
- Milžiniški objektai. Jie yra daug didesni, palyginti su pirmąja grupe. Be to, juose yra daug dujų, todėl jos dar vadinamos dujomis. Tai apima Jupiterį, Saturną, Uraną ir Neptūną.
- Nykštukinės planetos. Tiesą sakant, jie yra dideli asteroidai. Vienas iš jų dar visai neseniai buvo įtrauktas į pagrindinių planetų sudėtį - tai Plutonas.
Planetos „neišskrenda“ nuo Saulės dėl gravitacijos jėgos. Ir jie negali nukristi ant žvaigždės dėl didelio greičio. Daiktai tikrai labai „vikrūs“. Pavyzdžiui, Žemės greitis yra maždaug 30 kilometrų per sekundę.
Kaip palyginti objektų dydžius Saulės sistemoje?
Prieš bandant įsivaizduoti Visatos mastą, verta suprasti Saulę ir planetas. Galų gale, jiems taip pat gali būti sunku susieti vienas su kitu. Dažniausiai sąlyginis ugnies žvaigždės dydis tapatinamas su biliardo kamuoliuku, kurio skersmuo yra 7 cm. Reikia pažymėti, kad realiai jis siekia apie 1400 tūkst.km. Tokiame „žaisliniame“ modelyje pirmoji planeta nuo Saulės (Merkurijus) yra 2 metrų 80 centimetrų atstumu. Šiuo atveju Žemės rutulio skersmuo bus tik pusė milimetro. Jis yra 7,6 metrų atstumu nuo žvaigždės. Atstumas iki Jupiterio šioje skalėje bus 40 m, o iki Plutono – 300.
Jei mes kalbame apie objektus, esančius už Saulės sistemos ribų, tada artimiausia žvaigždė yra „Proxima Centauri“. Jis bus pašalintas tiek, kad šis supaprastinimas bus per mažas. Ir tai nepaisant to, kad jis yra galaktikoje. Ką galime pasakyti apie visatos mastą. Kaip matote, jis yra beveik neribotas. Aš visada noriu žinoti, kaip Žemė ir Visata yra susiję. Ir gavus atsakymą sunku patikėti, kad mūsų planeta ir net Galaktika yra nereikšminga didžiulio pasaulio dalis.
Kokie vienetai naudojami atstumams erdvėje matuoti?
Centimetras, metras ir net kilometras – visos šios vertės Saulės sistemoje jau yra nereikšmingos. Ką galime pasakyti apie visatą. Norint nurodyti atstumą galaktikoje, naudojamas dydis, vadinamas šviesmečiais. Tiek laiko reikia, kad šviesa pajudėtų per vienerius metus. Prisiminkite, kad viena šviesos sekundė prilygsta beveik 300 tūkstančių km. Todėl, paskaičiavus į įprastus kilometrus, šviesmetis yra maždaug lygus 10 tūkst. Neįmanoma to įsivaizduoti, todėl Visatos mastai žmogui neįsivaizduojami. Jei reikia nurodyti atstumą tarp kaimyninių galaktikų, šviesmečių nepakanka. Reikia dar didesnės vertės. Paaiškėjo, kad tai parsekas, kuris yra 3,26 šviesmečio.
Kaip veikia Galaxy?
Tai milžiniškas žvaigždžių ir ūkų darinys. Nedidelę jų dalį galima pamatyti kiekvieną naktį danguje. Mūsų galaktikos struktūra yra labai sudėtinga. Tai gali būti laikoma labai suspaustu revoliucijos elipsoidu. Be to, nuo jos skiriasi pusiaujo dalis ir centras. Galaktikos pusiaują daugiausia sudaro dujiniai ūkai ir karštos masyvios žvaigždės. Paukščių tako dalis yra jos centriniame regione.
Saulės sistema nėra taisyklės išimtis. Jis taip pat yra netoli Galaktikos pusiaujo. Beje, dauguma žvaigždžių sudaro didžiulį diską, kurio skersmuo – 100 tūkst., o storis – 1500. Jei grįšime prie mastelio, kuriuo buvo pavaizduota Saulės sistema, galaktikos dydis taps proporcingas.Tai neįtikėtinas skaičius. Todėl Saulė ir Žemė galaktikoje pasirodo esąs trupiniai.
Kokie objektai egzistuoja Visatoje?
Išvardinkime pagrindinius:
- Žvaigždės yra didžiuliai savaime šviečiantys rutuliai. Jie atsiranda iš terpės, susidedančios iš dulkių ir dujų mišinio. Dauguma jų yra vandenilis ir helis.
- Fono spinduliuotė. Jie yra tie, kurie plinta erdvėje. Jo temperatūra yra 270 laipsnių Celsijaus. Be to, ši spinduliuotė yra vienoda visomis kryptimis. Ši savybė vadinama izotropija. Be to, su ja siejamos kai kurios Visatos paslaptys. Pavyzdžiui, paaiškėjo, kad jis atsirado Didžiojo sprogimo metu. Tai yra, ji egzistavo nuo pat Visatos egzistavimo pradžios. Tai taip pat patvirtina mintį, kad ji vienodai plečiasi visomis kryptimis. Be to, šis teiginys galioja ne tik dabartiniam laikui. Taip buvo pačioje pradžioje.
- Tai yra, paslėpta masė. Tai yra Visatos objektai, kurių negalima ištirti tiesioginiu stebėjimu. Kitaip tariant, jie neskleidžia elektromagnetinių bangų. Tačiau jie turi gravitacinį poveikį kitiems kūnams.
- Juodosios skylės. Jie nėra gerai suprantami, bet labai gerai žinomi. Taip atsitiko dėl masinio tokių objektų aprašymo fantastiniuose kūriniuose. Tiesą sakant, juodoji skylė yra kūnas, iš kurio elektromagnetinė spinduliuotė negali sklisti dėl to, kad antrasis kosminis greitis yra lygus. Verta prisiminti, kad tai antrasis kosminis greitis, kuris turi būti perduodamas objektui, tai palikti kosminį objektą.
Be to, Visatoje yra kvazarų ir pulsarų.
Paslaptinga visata
Jame pilna to, kas dar iki galo neatrasta, neištirta. O tai, kas buvo atrasta, dažnai iškelia naujų klausimų ir su tuo susijusių Visatos mįslių. Tai apima net gerai žinomą „Didžiojo sprogimo“ teoriją. Iš tikrųjų tai tik sąlyginė doktrina, nes žmonija gali tik spėlioti, kaip tai atsitiko.
Antroji paslaptis – visatos amžius. Ją galima apytiksliai suskaičiuoti pagal jau minėtą relikvinę spinduliuotę, rutulinių spiečių ir kitų objektų stebėjimą. Šiandien mokslininkai sutaria, kad visata yra maždaug 13,7 milijardo metų. Dar viena paslaptis – ar kitose planetose yra gyvybės? Juk ne tik Saulės sistemoje atsirado tinkamos sąlygos, atsirado žemė. Ir Visata greičiausiai užpildyta panašiais dariniais.
Vienas?
O kas yra už visatos ribų? Kas ten, kur žmogaus akis neprasiskverbė? Ar yra kažkas užsienyje? Jei taip, kiek visatų yra? Tai klausimai, į kuriuos mokslininkai dar turi rasti atsakymų. Mūsų pasaulis yra tarsi netikėtumų dėžutė. Kažkada atrodė, kad jį sudaro tik Žemė ir Saulė, o danguje yra nedaug žvaigždžių. Tada pasaulėžiūra išsiplėtė. Atitinkamai, sienos išsiplėtė. Nenuostabu, kad daugelis šviesių protų jau seniai padarė išvadą, kad visata yra tik dar didesnės esybės dalis.
