Visata iš šono. Kas yra Visata? Visatos sandara. Ryškiausia galaktika visatoje. Bendra informacija apie struktūrą

Kokio dydžio yra visatos dalis, kurią stebime? Pagalvokime, kiek toli galime matyti kosmosą.

Hablo kosminio teleskopo vaizde matyti didžiulis galaktikų spiečius PLCK_G308.3-20.2, ryškiai švytintis tamsoje. Taip atrodo didžiulės tolimos visatos dalys. Tačiau kiek tęsiasi žinoma visata, įskaitant dalį, kurios mes nematome?

Didysis sprogimas įvyko prieš 13,8 milijardo metų. Visata buvo pripildyta materijos, antimedžiagos, spinduliuotės ir egzistavo itin karštoje ir itin tankioje, bet besiplečiančioje ir vėstančioje būsenoje.

Kaip atrodo visata

Iki šiol jos tūris, įskaitant mūsų stebimą visatą, išsiplėtė iki 46 milijardų šviesmečių spindulio, o šviesa, kuri šiandien pirmą kartą patenka į akis, neviršija to, ką galime išmatuoti. O kas toliau? O kaip su nepastebima visatos dalimi?



Visatos istorija yra taip gerai apibrėžta, kiek tolimoje praeityje galime matyti įvairiais instrumentais ir teleskopais. Tačiau, pasitelkus tautologiją, galima sakyti, kad mūsų stebėjimai gali suteikti informacijos tik apie stebimas jos dalis. Visa kita reikia atspėti, ir tie spėjimai yra tiek pat geri, kaip ir pagrindinės prielaidos.

Šiandien visata yra šalta ir gumbuota, ji taip pat plečiasi ir daro gravitacinę trauką. Žvelgdami į kosmosą, mes ne tik žvelgiame į tolimus atstumus, bet ir matome tolimą praeitį dėl riboto šviesos greičio.

Tolimos visatos dalys yra mažiau gumbuotos ir homogeniškesnės, jos turėjo mažiau laiko gravitacijos įtakoje suformuoti didesnes ir sudėtingesnes struktūras.

Ankstyvoji, tolimoji Visata taip pat buvo karštesnė. Besiplečianti visata padidina per ją sklindančios šviesos bangos ilgį. Dėl savo tempimo šviesa praranda energiją ir atvėsta. Tai reiškia, kad tolimoje praeityje Visata buvo karštesnė – ir šį faktą patvirtinome stebėdami tolimų Visatos dalių savybes.



2011 m. atliktas tyrimas (raudoni taškai) pateikia geriausius iki šiol įrodymus, kad anksčiau CMB temperatūra buvo aukštesnė. Iš toli sklindančios šviesos spektrinės ir šiluminės savybės patvirtina faktą, kad gyvename besiplečiančioje erdvėje.

Tyrimas

Mes galime išmatuoti Visatos temperatūrą šiandien, praėjus 13,8 milijardo metų po Didžiojo sprogimo, tyrinėdami spinduliuotę, likusią iš tos karštos, tankios ankstyvosios būsenos.

Šiandien jis pasireiškia mikrobangų spektro dalyje ir yra žinomas kaip CMB. Jis patenka į juodojo kūno spinduliuotės spektrą, jo temperatūra yra 2,725 K, ir gana lengva parodyti, kad šie stebėjimai nuostabiai tiksliai sutampa su Didžiojo sprogimo modelio prognozėmis mūsų Visatai.



Tikra saulės šviesa (kairė, geltona kreivė) ir juodas kūnas (pilkas). Dėl Saulės fotosferos storio ji labiau susijusi su juodais kūnais. Dešinėje yra tikroji foninė spinduliuotė, kuri, remiantis COBE palydovo matavimais, sutampa su juodo kūno spinduliuote. Atkreipkite dėmesį, kad klaidų pasiskirstymas dešinėje esančiame sklype yra stebėtinai mažas (apie 400 sigmų). Teorijos sutapimas su praktika yra istorinis.

Be to, mes žinome, kaip šios spinduliuotės energija keičiasi plečiantis Visatai. Fotono energija yra atvirkščiai proporcinga bangos ilgiui. Kai visata buvo perpus mažesnė, fotonai, likę po Didžiojo sprogimo, turėjo dvigubai didesnę energiją; Kai Visatos dydis buvo 10% jos dabartinio dydžio, šių fotonų energija buvo 10 kartų didesnė.

Jei norime grįžti į laiką, kai Visata buvo 0,092% jos dabartinio dydžio, pamatysime, kad visata buvo 1089 kartus karštesnė nei dabar: maždaug 3000 K. Esant tokioms temperatūroms, Visata gali jonizuoti visus joje esantys atomai. Vietoj kietų, skystų ar dujinių medžiagų, visa materija visoje visatoje buvo jonizuotos plazmos pavidalu.



Visata, kurioje laisvieji elektronai ir protonai susiduria su fotonais, vėsdama ir plečiasi tampa neutrali, skaidri fotonams. Kairėje - jonizuota plazma prieš reliktinės spinduliuotės išskyrimą, dešinėje - neutrali Visata, skaidri fotonams.

Trys pagrindiniai klausimai

Mes artėjame prie šiandieninės visatos dydžio supratę tris susijusius klausimus:

  1. Kaip greitai plečiasi visata šiandien, galime išmatuoti keliais būdais.
  2. Kokia karšta Visata šiandien – galime sužinoti tyrinėdami kosminę mikrobangų foninę spinduliuotę.
  3. Iš ko susideda Visata – įskaitant materiją, spinduliuotę, neutrinus, antimateriją, tamsiąją medžiagą, tamsiąją energiją ir kt.

Naudodami dabartinę visatos būklę, galime ekstrapoliuoti atgal į ankstyvąsias karštojo Didžiojo sprogimo stadijas ir pateikti Visatos amžiaus ir dydžio vertes.


Stebimos visatos dydžio rąstinis brėžinys šviesmečiais, palyginti su laiku nuo Didžiojo sprogimo. Visa tai taikoma tik stebimai visatai.

Iš viso turimų stebėjimų rinkinio, įskaitant CMB, supernovos duomenis, didelio masto struktūrų stebėjimus ir akustinius barionų virpesius, gauname vaizdą, apibūdinantį mūsų Visatą.

Praėjus 13,8 milijardo metų po Didžiojo sprogimo, jo spindulys yra 46,1 milijardo šviesmečių. Tai yra stebimojo kraštas. Viskam, kas yra toliau, net judant šviesos greičiu po karštojo Didžiojo sprogimo, neužteks laiko mus pasiekti.

Laikui bėgant, visatos amžius ir dydis didėja, ir visada bus riba tam, ką galime pamatyti.



Meninis stebimos visatos vaizdavimas logaritmine skale. Atkreipkite dėmesį, kad laikas nuo karštojo Didžiojo sprogimo ribojamas, kiek galime pažvelgti į praeitį. Tai yra 13,8 milijardo metų arba (atsižvelgiant į visatos plėtimąsi) 46 milijardai šviesmečių. Visi, gyvenantys mūsų Visatoje, bet kuriame jos taške matys beveik tą patį vaizdą.

Kas lauke

Ką galime pasakyti apie tą visatos dalį, kuri yra už mūsų stebėjimų ribų? Remdamiesi fizikos dėsniais ir tuo, ką galime išmatuoti savo stebimoje dalyje, galime tik spėlioti.

Pavyzdžiui, matome, kad Visata yra erdviškai plokščia dideliais masteliais: ji nėra išlenkta nei teigiamai, nei neigiamai, o tikslumas yra 0,25%. Jei darysime prielaidą, kad mūsų fizikos dėsniai yra teisingi, galime įvertinti, kokia gali būti visata, kol ji užsidarys.



Karštų ir šaltų sričių dydžiai ir jų masteliai byloja apie visatos kreivumą. Kiek galime tiksliai išmatuoti, jis atrodo visiškai plokščias. Akustiniai barionų svyravimai yra dar vienas kreivumo apribojimų nustatymo metodas ir sukelia panašius rezultatus.

„Sloan Digital Sky Survey“ ir „Planck“ palydovas suteikia mums geriausius iki šiol duomenis. Jie sako, kad jei Visata yra išlenkta, užsidaranti ant savęs, tai ta jos dalis, kurią matome, taip nesiskiria nuo plokščios, kad jos spindulys turi būti bent 250 kartų didesnis už stebimos dalies spindulį.

Tai reiškia, kad nepastebimos visatos, jei joje nėra topologinių keistenybių, skersmuo turėtų būti ne mažesnis kaip 23 trilijonai šviesmečių, o jos tūris turėtų būti bent 15 milijonų kartų didesnis nei mes stebime.

Tačiau jei leisime sau mąstyti teoriškai, galime gana įtikinamai įrodyti, kad nestebimos visatos dydis turi gerokai viršyti net šiuos įvertinimus.



Stebimos Visatos skersmuo visomis kryptimis nuo mūsų vietos gali būti 46 milijardai šviesmečių, tačiau tikrai yra didelė jos dalis už jos ribų, nepastebima, galbūt net begalinė, panaši į tai, ką matome. Laikui bėgant galėsime pamatyti šiek tiek daugiau, bet ne visą.

Karštas Didysis sprogimas gali reikšti stebimos visatos, kaip mes ją žinome, gimimą, tačiau jis nežymi pačios erdvės ir laiko gimimo. Prieš Didįjį sprogimą visata išgyveno kosminės infliacijos laikotarpį. Jis nebuvo užpildytas materija ir spinduliuote ir nebuvo karštas, bet:

Dėl infliacijos erdvė eksponentiškai plečiasi, todėl išlenkta arba nelygi erdvė gali labai greitai atrodyti plokščia. Jei visata yra išlenkta, jos kreivio spindulys yra bent šimtus kartų didesnis nei mes galime stebėti.


Mūsų visatos dalyje infliacija iš tikrųjų baigėsi. Tačiau trys klausimai, į kuriuos mes nežinome atsakymų, turi didžiulę įtaką tikram Visatos dydžiui ir tai, ar jis begalinis:

  1. Kokio dydžio yra visatos lopinėlis po infliacijos, dėl kurios kilo mūsų Didysis sprogimas?
  2. Ar amžinosios infliacijos idėja, pagal kurią Visata be galo plečiasi, yra teisinga, bent jau kai kuriuose regionuose?
  3. Kiek laiko truko infliacija, kol ji sustojo ir sukėlė karštą Didįjį sprogimą?

Gali būti, kad visatos dalis, kurioje vyko infliacija, gali išaugti iki ne daug didesnio dydžio, nei galime stebėti. Gali būti, kad bet kurią akimirką atsiras „krašto“, kuriame infliacija pasibaigė, požymių. Tačiau taip pat gali būti, kad visata yra googol kartų didesnė už stebimą. Neatsakę į šiuos klausimus negausime atsakymo į pagrindinį.



Didžiulis atskirų regionų, kuriuose įvyko Didysis sprogimas, skaičius yra padalintas į erdvę, kuri nuolat auga dėl amžinos infliacijos. Tačiau mes neįsivaizduojame, kaip patikrinti, išmatuoti ar pasiekti tai, kas yra už mūsų stebimos visatos.

Be to, ką matome, tikriausiai yra daugiau tokios pat kaip mūsų visatos su tais pačiais fizikos dėsniais, tomis pačiomis kosminėmis struktūromis ir tomis pačiomis sudėtingos gyvybės galimybėmis.

Be to, „burbulas“, kuriame baigėsi infliacija, turi būti baigtinio dydžio, atsižvelgiant į tai, kad eksponentiškai daug tokių burbulų yra didesniame, besiplečiančiame erdvėlaikyje.

Bet net jei visa ši visata arba Multivisata gali būti neįtikėtinai didelė, ji gali būti ne begalinė. Tiesą sakant, nebent infliacija tęsėsi neribotą laiką arba visata gimė be galo didelė, ji turi būti baigtinė.



Kad ir kokią didelę Visatos dalį stebėtume, kad ir kaip toli pažvelgtume, visa tai yra tik maža dalis to, kas turėtų egzistuoti ten, anapus.

Didžiausia problema yra ta, kad mes neturime pakankamai informacijos, kad galėtume pateikti galutinį atsakymą į klausimą. Mes tik žinome, kaip pasiekti informaciją, esančią mūsų stebimoje visatoje: tuos 46 milijardus šviesmečių visomis kryptimis.

Atsakymas į didžiausią klausimą apie visatos baigtinumą ar begalybę gali būti paslėptas pačioje visatoje, tačiau negalime žinoti pakankamai didelės jos dalies, kad galėtume tiksliai žinoti. Ir kol mes to neišsiaiškinsime arba nesugalvosime protingos schemos, kaip peržengti fizikos ribas, mums liks tik tikimybės.

> Visatos sandara

Išstudijuokite schemą visatos struktūros: erdvės masteliai, Visatos žemėlapis, superspiečiai, spiečiai, galaktikų grupės, galaktikos, žvaigždės, Sloane'o Didžioji siena.

Mes gyvename begalinėje erdvėje, todėl visada įdomu sužinoti, kaip atrodo visatos struktūra ir mastai. Visuotinė universali struktūra yra tuštumos ir skaidulos, kurias galima suskirstyti į spiečius, galaktikos grupes ir galiausiai į save. Jei dar kartą nutolinsime, tada apsvarstykite ir (viena iš jų yra Saulė).

Jei suprantate, kaip atrodo ši hierarchija, galite geriau suprasti, kokį vaidmenį visatos struktūroje atlieka kiekvienas įvardytas elementas. Pavyzdžiui, jei įsiskverbsime dar toliau, pastebėsime, kad molekulės skirstomos į atomus, o šios – į elektronus, protonus ir neutronus. Paskutiniai du taip pat virsta kvarkais.

Bet tai smulkmenos. O kaip su milžinais? Kas yra superspiečiai, tuštumos ir siūlai? Pereikime nuo mažų prie didelių. Žemiau galite pamatyti, kaip Visatos žemėlapis atrodo mastelyje (čia aiškiai matomi siūlai, skaidulos ir erdvės tuštumos).

Yra pavienių galaktikų, tačiau dauguma nori būti grupėmis. Paprastai tai yra 50 galaktikų, užimančių 6 milijonus šviesmečių skersmens. Paukščių Tako grupę sudaro daugiau nei 40 galaktikų.

Klasteriai yra regionai, kuriuose yra 50–1000 galaktikų, kurių dydis siekia 2–10 megaparsekų (skersmuo). Įdomu pastebėti, kad jų greitis yra neįtikėtinai didelis, o tai reiškia, kad jie turi įveikti gravitaciją. Bet jie vis tiek laikosi kartu.

Diskusijos apie tamsiąją medžiagą atsiranda galaktikų spiečių svarstymo stadijoje. Manoma, kad jis sukuria jėgą, kuri neleidžia galaktikoms išsisklaidyti skirtingomis kryptimis.

Kartais grupės taip pat susijungia ir sudaro superklasterį. Tai viena didžiausių struktūrų visatoje. Didžiausia yra Didžioji Sloano siena, besitęsianti 500 milijonų šviesmečių, 200 milijonų šviesmečių pločio ir 15 milijonų šviesmečių storio.

Šiuolaikiniai įrenginiai vis dar nėra pakankamai galingi vaizdams padidinti. Dabar galime apsvarstyti du komponentus. Gijinės struktūros – susideda iš izoliuotų galaktikų, grupių, spiečių ir superspiečių. Ir taip pat tuštumos – milžiniški tušti burbuliukai. Peržiūrėkite įdomius vaizdo įrašus, kad sužinotumėte daugiau apie visatos struktūrą ir jos elementų savybes.

Hierarchinis galaktikų formavimasis Visatoje

Astrofizikė Olga Silchenko apie tamsiosios materijos savybes, materiją ankstyvojoje Visatoje ir relikto foną:

Medžiaga ir antimedžiaga visatoje

izik Valerijus Rubakovas apie ankstyvąją Visatą, materijos stabilumą ir bariono krūvį:

Boshongo gentis Centrinėje Afrikoje tiki, kad nuo seno buvo tik tamsa, vanduo ir didysis dievas Bumba. Vieną dieną Bumbui taip pasidarė bloga, kad jis vėmė. Ir taip pasirodė saulė. Jis išdžiovino dalį didžiojo vandenyno, išlaisvindamas po jo vandenimis įkalintą žemę. Galiausiai Bumba išvėmė mėnulį, žvaigždes ir tada gimė kai kurie gyvūnai. Pirmasis buvo leopardas, paskui krokodilas, vėžlys ir galiausiai žmogus. Šiandien kalbėsime apie tai, kas yra Visata šiuolaikiniu požiūriu.

Sąvokos iššifravimas

Visata yra grandiozinė, nesuvokiama erdvė, pripildyta kvazarų, pulsarų, juodųjų skylių, galaktikų ir materijos. Visi šie komponentai nuolat sąveikauja ir sudaro mūsų visatą tokia forma, kokia ją įsivaizduojame. Dažnai žvaigždės visatoje būna ne vienos, o sudužusios grandiozines spiečių. Kai kuriuose iš jų gali būti šimtai ar net tūkstančiai tokių objektų. Astronomai teigia, kad nedidelės ir vidutinio dydžio klasteriai („varlių ikrelis“) susiformavo visai neseniai. Tačiau sferiniai dariniai yra senoviniai ir labai seni, vis dar „prisimena“ pirminį kosmosą. Visatoje yra daug tokių darinių.

Bendra informacija apie struktūrą

Žvaigždės ir planetos sudaro galaktikas. Priešingai populiariems įsitikinimams, galaktikų sistemos yra itin mobilios ir beveik visą laiką juda erdvėje. Žvaigždės taip pat yra kintamas kiekis. Jie gimsta ir miršta, virsdami pulsarais ir juodosiomis skylėmis. Mūsų Saulė yra „vidutinė“ žvaigždė. Tokie žmonės gyvena (pagal Visatos standartus) labai mažai, ne daugiau kaip 10-15 milijardų metų. Žinoma, Visatoje yra milijardai šviesuolių, savo parametrais primenančių mūsų saulę, ir tiek pat sistemų, panašių į Saulę. Ypač netoli mūsų yra Andromedos ūkas.

Štai kas yra visata. Tačiau viskas toli gražu nėra taip paprasta, nes yra daugybė paslapčių ir prieštaravimų, į kuriuos atsakymų dar nėra.

Kai kurios problemos ir teorijų prieštaravimai

Senovės tautų mitai apie visa ko sukūrimą, kaip ir daugelis kitų prieš juos ir po jų, bando atsakyti į mus visus dominančius klausimus. Kodėl mes čia, iš kur atsirado visatos planetos? Iš kur mes atsiradome? Žinoma, daugiau ar mažiau suprantamų atsakymų pradedame gauti tik dabar, kai mūsų technologijos padarė tam tikrą pažangą. Tačiau per visą žmogaus istoriją dažnai pasitaikydavo tų žmonių genties atstovų, kurie priešindavosi minčiai, kad visata apskritai turi pradžią.

Aristotelis ir Kantas

Pavyzdžiui, Aristotelis, garsiausias iš graikų filosofų, manė, kad „visatos kilmė“ yra klaidingas terminas, nes jis visada egzistavo. Kažkas amžino yra tobulesnis nei kažkas sukurta. Motyvacija tikėti visatos amžinybe buvo paprasta: Aristotelis nenorėjo pripažinti, kad egzistuoja kokia nors dievybė, galinti ją sukurti. Žinoma, jo priešininkai poleminiuose ginčuose kaip aukštesnio proto egzistavimo įrodymą kaip tik minėjo Visatos sukūrimo pavyzdį. Ilgą laiką Kantą persekiojo vienas klausimas: „Kas atsitiko prieš atsirandant Visatai? Jis manė, kad visos tuo metu egzistavusios teorijos turi daug loginių prieštaravimų. Mokslininkas sukūrė vadinamąją antitezę, kurią vis dar naudoja kai kurie visatos modeliai. Štai jos pozicijos:

  • Jei visata turėjo pradžią, tai kodėl ji laukė visą amžinybę, kol ji prasidėjo?
  • Jei visata yra amžina, kodėl ji apskritai turi laiko; kodėl reikia matuoti amžinybę?

Žinoma, savo laikui jis uždavė daugiau nei teisingų klausimų. Tačiau šiandien jie yra šiek tiek pasenę, tačiau kai kurie mokslininkai, deja, ir toliau jomis vadovaujasi savo tyrimuose. Einšteino teorija, nušviečianti Visatos sandarą, padarė tašką Kanto (tiksliau jo įpėdinių) metimui. Kodėl tai taip šokiruoja mokslo bendruomenę?

Einšteino požiūriu

Jo reliatyvumo teorijoje erdvė ir laikas nebebuvo absoliutūs, susieti su kokiu nors atskaitos tašku. Jis teigė, kad jie gali dinamiškai vystytis, o tai lemia visatoje esanti energija. Einšteino laikas yra toks neapibrėžtas, kad nėra jokio ypatingo poreikio jo apibrėžti. Tai būtų kaip išsiaiškinti kryptį į pietus nuo Pietų ašigalio. Gana beprasmiška. Bet kokia vadinamoji visatos „pradžia“ būtų dirbtinė ta prasme, kad būtų galima pabandyti samprotauti apie „ankstesnius“ laikus. Paprasčiau tariant, tai ne tiek fizinė, kiek giliai filosofinė problema. Šiandien jos sprendimu užsiima geriausi žmonijos protai, kurie nenuilstamai galvoja apie pirminių objektų formavimąsi kosminėje erdvėje.

Pozityvistinis požiūris šiandien yra labiausiai paplitęs. Paprasčiau tariant, mes suvokiame pačią Visatos struktūrą taip, kaip galime ją įsivaizduoti. Niekas negalės paklausti, ar naudojamas modelis yra tikras, ar yra kitų variantų. Ją galima laikyti sėkminga, jei ji pakankamai elegantiška ir organiškai apima visus sukauptus pastebėjimus. Deja, kai kuriuos faktus (greičiausiai) neteisingai interpretuojame naudodami dirbtinai sukurtus matematinius modelius, o tai dar labiau iškraipo faktus apie mus supantį pasaulį. Kai galvojame apie tai, kas yra visata, mes pamirštame milijonus faktų, kurie tiesiog dar nėra atrasti.

Šiuolaikinė informacija apie visatos kilmę

„Visatos viduramžiai“ – tamsos era, egzistavusi iki pirmųjų žvaigždžių ir galaktikų pasirodymo.

Būtent tais paslaptingais laikais susiformavo pirmieji sunkieji elementai, iš kurių susikūrėme mes ir visas mus supantis pasaulis. Dabar mokslininkai kuria pirminius visatos modelius ir tuo metu vykusių reiškinių tyrimo metodus. Šiuolaikiniai astronomai teigia, kad visata yra apie 13,7 milijardo metų. Prieš prasidedant visatai, kosmosas buvo toks karštas, kad visi egzistuojantys atomai buvo suskirstyti į teigiamai įkrautus branduolius ir neigiamai įkrautus elektronus. Šie jonai blokavo visą šviesą, neleisdami jai plisti. Viešpatavo tamsa, kurios pabaigos ir krašto nebuvo.

pirmoji šviesa

Praėjus maždaug 400 000 metų po Didžiojo sprogimo, erdvė pakankamai atvėso, kad skirtingos dalelės galėtų susijungti į atomus, suformuodamos Visatos planetas ir... pirmąją šviesą erdvėje, kurios aidai mums iki šiol žinomi kaip „šviesos horizontas“. “. Kas atsitiko prieš Didįjį sprogimą, mes vis dar nežinome. Galbūt tada buvo kita visata. Galbūt nieko nebuvo. Didysis Niekas... Daugelis filosofų ir astrofizikų reikalauja šios galimybės.

Dabartiniai modeliai rodo, kad pirmosios galaktikos visatoje pradėjo formuotis praėjus maždaug 100 milijonų metų po Didžiojo sprogimo, todėl atsirado mūsų visata. Galaktikų ir žvaigždžių formavimosi procesas palaipsniui tęsėsi, kol didžioji vandenilio ir helio dalis buvo įtraukta į naujas saules.

Paslaptys laukia, kol bus ištirtos

Yra daug klausimų, į kuriuos galėtų padėti atsakyti pradinių procesų tyrimas. Pavyzdžiui, kada ir kaip atsirado nepaprastai didelės juodosios skylės, matomos beveik visų didelių grupių širdyse? Šiandien žinoma, kad Paukščių Take yra juodoji skylė, kurios svoris yra maždaug 4 milijonai mūsų Saulės masių, o kai kuriose senovės Visatos galaktikose yra juodųjų skylių, kurių dydį paprastai sunku įsivaizduoti. Didžiausias – išsilavinimas ULAS J1120+0641 sistemoje. Jo juodosios skylės svoris yra 2 milijardai kartų didesnis už mūsų žvaigždės masę. Ši galaktika iškilo tik 770 milijonų metų po Didžiojo sprogimo.

Tai ir yra pagrindinė paslaptis: pagal šiuolaikines idėjas tokie masyvūs dariniai tiesiog nebūtų spėję atsirasti. Taigi kaip jie susiformavo? Kokios yra šių juodųjų skylių „sėklos“?

Juodoji medžiaga

Galiausiai tamsioji materija, kurios, daugelio tyrinėtojų nuomone, 80% kosmoso – Visatos – vis dar yra „tamsusis arklys“. Mes vis dar nežinome, kokia yra tamsiosios materijos prigimtis. Ypač daug klausimų kelia jo struktūra ir elementariųjų dalelių, sudarančių šią paslaptingą medžiagą, sąveika. Šiandien darome prielaidą, kad jo sudedamosios dalys praktiškai nesąveikauja viena su kita, o kai kurių galaktikų stebėjimų rezultatai prieštarauja šiai tezei.

Apie žvaigždžių kilmės problemą

Kita problema – kokios buvo pirmosios žvaigždės, iš kurių susiformavo žvaigždžių visata. Neįtikėtino karščio ir milžiniško slėgio sąlygomis šių saulių šerdyje santykinai paprasti elementai, tokie kaip vandenilis ir helis, visų pirma buvo paverčiami anglimi, kuria grindžiamas mūsų gyvenimas. Dabar mokslininkai mano, kad pačios pirmosios žvaigždės buvo daug kartų didesnės už saulę. Galbūt jie gyveno tik porą šimtų milijonų metų ar net mažiau (turbūt taip susiformavo pirmosios juodosios skylės).

Tačiau kai kurie „senbuviai“ gali egzistuoti šiuolaikinėje erdvėje. Jie turėjo būti labai prasti sunkiųjų elementų atžvilgiu. Galbūt kai kurie iš šių darinių vis dar „slepiasi“ Paukščių Tako aureole. Ši paslaptis vis dar neatskleista. Su tokiais incidentais tenka susidurti kiekvieną kartą, atsakant į klausimą: „Kas yra visata? Norint ištirti pirmąsias dienas po jo atsiradimo, nepaprastai svarbu ieškoti ankstyviausių žvaigždžių ir galaktikų. Natūralu, kad patys seniausi yra tie objektai, kurie yra pačiame šviesos horizonto pakraštyje. Vienintelė problema ta, kad tas vietas gali pasiekti tik patys galingiausi ir moderniausi teleskopai.

Tyrėjai daug vilčių deda į James Webb kosminį teleskopą. Šis įrankis skirtas suteikti mokslininkams vertingiausios informacijos apie pirmosios kartos galaktikų, susiformavusių iš karto po Didžiojo sprogimo. Šių objektų priimtinos kokybės vaizdų praktiškai nėra, tad dideli atradimai dar laukia.

Nuostabi "Šviesa"

Visos galaktikos skleidžia šviesą. Kai kurie dariniai stipriai šviečia, kai kurie skiriasi saikingu „apšvietimu“. Tačiau yra ryškiausia galaktika visatoje, kurios intensyvumas nepanašus į nieką kitą. Jos vardas WISE J224607.57-052635.0. Ši „lemputė“ yra net 12,5 milijardo šviesmečių atstumu nuo Saulės sistemos ir vienu metu šviečia kaip 300 trilijonų saulės. Atkreipkite dėmesį, kad šiandien yra apie 20 tokių darinių ir nereikėtų pamiršti apie „šviesos horizonto“ sąvoką.

Paprasčiau tariant, iš ten, kur esame, matome tik objektus, kurie susiformavo maždaug prieš 13 milijardų metų. Tolimi regionai mūsų teleskopų žvilgsniui nepasiekiami vien todėl, kad šviesa iš ten tiesiog neturėjo laiko pasiekti. Taigi tose dalyse turi būti kažkas panašaus. Tai ryškiausia galaktika Visatoje (tiksliau, matomoje jos dalyje).

Visata! Išgyvenimo kursas [Tarp juodųjų skylių. laiko paradoksai, kvantinis neapibrėžtumas] Dave'as Goldbergas

II. Kaip atrodo visatos kraštas?

Kalbėjimas apie Tentaculus VII skatina mus į svarbius apmąstymus. Jei turėtume tokius galingus teleskopus, kad juose matytume daktaro Kalačiko gimtąją planetą, pamatytume ne tai, kas ten vyksta šiandien, o tai, kas buvo maždaug prieš milijardą metų. Ir jei pažvelgtume į kitą, dar tolimesnę galaktiką, pažvelgtume į dar tolimesnę praeitį. Taip mokslininkai tiria ankstyvąsias visatos stadijas – žiūri į tai, kas vyksta labai tolimose galaktikose.

Tačiau už tolimiausių galaktikų yra riba, už kurios negalime žiūrėti. Žemėje šią ribą vadiname horizontu, tačiau lygiai toks pat horizontas egzistuoja ir visoje visatoje. Mes negalime matyti už horizonto, nes šviesa sklinda pastoviu greičiu. O kadangi visata egzistuoja palyginti neseniai, tik apie 13,7 milijardo metų, viskas, kas yra toliau nei 13,7 milijardo šviesmečių, kurį laiką nebus pasiekiama mūsų akims.

Ir iš kur iš tikrųjų kilo ši „visatos pradžios“ data? Pradėkime nuo galo. Jeigu visos visatos galaktikos tolsta viena nuo kitos, vadinasi, praeityje turėjo būti momentas, kai jos (ar bent jau jas sudarantys atomai) sėdėjo viena kitai ant galvų. Šį „įvykį“ vadiname Didžiuoju sprogimu, kuris sukėlė didelių klaidingų nuomonių, painiavos ir kito skyriaus rašymą.

Galime įvertinti, kada įvyko Didysis sprogimas, jei prisiminsime, kad greitis yra atstumo ir laiko santykis. Darant prielaidą (klaidingai, kaip paaiškėja, bet kol kas tokia klaida mums tinka), kad galaktikos, kurioje yra Tentaculus, tolimo greitis buvo pastovus nuo laikų pradžios, galime apskaičiuoti Visatos greitį naudodami paprasti magomatiniai skaičiavimai. Tik pagalvokite: kuo toliau nuo mūsų šiandien yra galaktika, tuo senesnė mūsų visata, nes viskas bėga vienas nuo kito mums žinomu greičiu. Šioje paprastoje tiesinėje lygtyje pakeiskite kintamuosius, kurie galioja mūsų visatai, ir apskaičiuokite, kad visatos amžius yra apie 13,8 milijardo metų: štai rezultatas beveik toks pat, lyg visus skaičiavimus atliktumėte tiksliai ir su reikiamais pataisymais. .

Jei turėtume pakankamai galingą teleskopą, ar galėtume savo akimis pamatyti visatos pradžią? Beveik, bet ne visai. Dabartinis atstumo rekordininkas, objektas, pravarde A 1689-zD1, yra tokiu atstumu nuo mūsų, kad jo vaizdas, matomas Hablo kosminiame teleskope, datuojamas tuo metu, kai Visatai tebuvo 700 milijonų metų (apie 5). ? % jos dabartinio amžiaus), kai jos dydis buvo mažesnis nei / 8 dabartinio amžiaus.

Dar blogiau, A 1689-zD1 tolsta nuo mūsų maždaug 8 kartus didesniu šviesos greičiu. (Palauksime, kol apversite knygą atgal į 1 skyrių, kur aiškiai ir nedviprasmiškai pasakėme, kad tai neįmanoma.) Mįslė akimirksniu įminjama, jei prisiminsime, kad plečiasi visata, o ne juda galaktika. Galaktika stovi vietoje.

Ar vis dar manote, kad mes apgaudinėjame? Visai ne. Specialusis reliatyvumas nesako, kad objektai negali nutolti vienas nuo kito greičiau nei šviesos greitis. Ji sako, kad jei pasiųsiu šikšnosparnio signalą į dangų, Betmenas negalės jo aplenkti „Betplane“, kad ir koks jis būtų išsipūtęs. Bendresne prasme tai reiškia, kad jokia informacija (pvz., dalelė ar signalas) negali sklisti greičiau už šviesą. Tai visiškai tiesa, net jei visata plečiasi labai greitai. Mes negalime panaudoti Visatos plėtimosi, kad aplenktume šviesos spindulį.

Tiesą sakant, mes galime pažvelgti dar toliau į praeitį nei A 1689-zD1, tačiau tam mums reikia radijo imtuvų. Galime žvilgtelėti į laikus, kai Visatai tebuvo 380 000 metų ir ją sudarė ne kas kita, kaip verdantis vandenilio, helio ir itin didelės energijos spinduliuotės mišinys.

Tada viskas migloje – tiesiogine to žodžio prasme. Kadangi visata ankstyvosiose stadijose buvo pilna materijos, tai tarsi bandymas žvilgtelėti už savo kaimyno užuolaidų. Kas slypi už jų, nematoma, tačiau mes žinome, kaip Visata atrodo dabar ir kaip ji atrodė kiekvieną akimirką nuo ankstyvųjų etapų iki šių dienų, todėl galime atspėti, kas slypi už šios kosminės uždangos. Dėl to norisi pažvelgti jai už nugaros, ar ne?

Taigi, nors ir negalime pažvelgti už horizonto, matome pakankamai, kad valstybės sąskaita patenkintume savo ir kitų smalsumą. Gražiausia tai, kad kuo ilgiau laukiame, tuo Visata senėja ir horizontas slenka atgal. Kitaip tariant, yra tolimi Visatos kampeliai, kurių šviesa mus pasiekia tik dabar.

O kas yra už horizonto? Niekas nežino, bet mes galime laisvai daryti pagrįstus spėjimus. Atsiminkite, kad Kopernikas ir jo pasekėjai mums aiškiai pasakė: „Kai kur nors eini, vis tiek kažkur atsiduri“, todėl galime manyti, kad už horizonto visata atrodo panašiai kaip čia. Žinoma, bus ir kitų galaktikų, bet jų bus maždaug tiek pat, kiek aplink mus, ir jos atrodys panašiai kaip mūsų kaimynės. Tačiau tai nebūtinai yra tiesa. Mes darome tokią prielaidą, nes neturime pagrindo manyti kitaip.

Iš knygos Juodosios skylės ir jaunos visatos autorius Hawkingas Stephenas Williamas

9. Visatos kilmė Visatos kilmės klausimas šiek tiek panašus į pačią seniausią problemą: kas buvo anksčiau – višta ar kiaušinis? Kitaip tariant, kokia jėga sukūrė visatą ir kas sukūrė šią jėgą? O gal egzistavo visata ar ją sukūrusi jėga

Iš knygos „Naujausia faktų knyga“. 3 tomas [Fizika, chemija ir technologijos. Istorija ir archeologija. Įvairūs] autorius Kondrašovas Anatolijus Pavlovičius

Iš knygos Erdvės ir laiko paslaptys autorius Komarovas Viktoras

Iš knygos Visata. Instrukcijų vadovas [Kaip išgyventi tarp juodųjų skylių, laiko paradoksų ir kvantinio neapibrėžtumo] pateikė Dave'as Goldbergas

Iš knygos Judėjimas. Šiluma autorius Kitaygorodskis Aleksandras Isaakovičius

Iš knygos Beldimas į dangaus duris [Mokslinis požiūris į visatą] pateikė Randall Lisa

Iš knygos Tweets About the Universe pateikė Chown Marcus

Iš knygos Tarpžvaigždinis: mokslas užkulisiuose autorius Erškėtis Kipas Stevenas

II. Kaip atrodo visatos kraštas? Kalbėjimas apie Tentaculus VII skatina mus į svarbius apmąstymus. Jei turėtume tokius galingus teleskopus, kad juose matytume daktaro Kalačiko gimtąją planetą, matytume ne tai, kas ten šiandien vyksta, o tai, kas buvo

Iš knygos Being Hawking pateikė Jane Hawking

Kaip atrodo terminis judėjimas?

Iš autorės knygos

VISATOS MASTAS Mūsų kelionė prasideda mums pažįstamu mastu – ta, kurioje gyvename, naudojame skirtingus dalykus, juos matome ir liečiame. Neatsitiktinai vienas metras – ne viena milijonoji jo dalis ir ne dešimt tūkstančių metrų – geriausiai atitinka dydį

Iš autorės knygos

KELIONĖ PO VISATĄ Knyga ir filmas „Dešimties galios“ – viena iš klasikinių kelionių per tolimus pasaulius ir dimensijas – prasideda ir baigiasi poros žmonių, sėdinčių ant žolės Čikagos parke, nuotrauka; Turiu pasakyti, kad ši vieta yra gera vieta pradėti.

Iš autorės knygos

134. Kaip atrodo mikrobangų dangus? Jei pažvelgsite į naktinį dangų, pamatysite atskiras žvaigždes. Tačiau nuostabiausia tai, kad naktinis dangus dažniausiai būna juodas, matoma šviesa yra tik maža „elektromagnetinio spektro“ dalis. Kiti šviesos tipai (nematoma).

Iš autorės knygos

136. Kaip atrodo ultravioletinis dangus? Ultravioletinės (UV) šviesos bangos ilgis yra nuo 10 iki 400 nanometrų (nm). Žmogaus akiai nematomas, tačiau kai kurie gyvūnai, pavyzdžiui, bitės, mato šį diapazoną. UV fotonai neša daug daugiau energijos nei

Iš autorės knygos

Kaip atrodo juodoji skylė Mes, žmonės, priklausome mūsų branai. Negalime jo palikti ir patekti į didžiąją dalį (nebent kokia nors itin pažangi civilizacija mus ten nugabens tesrakte ar kitu įrenginiu, kaip atsitiko su Cooperiu, žr. 29 skyrių). Vadinasi,

Iš autorės knygos

Kaip atrodo pravažiuojama kirmgrauža. Kaip praeinama kirmgrauža atrodo tau ir man, šios Visatos žmonėms? Negaliu tiksliai atsakyti. Jei kirmgraužą galima laikyti atvirą, tikslus būdas tai padaryti lieka paslaptis, todėl forma

Iš autorės knygos

5. Visatos plėtimasis Tuo tarpu septintojo dešimtmečio pabaigoje mūsų vėl laukė krizė, nors ir daug mažiau dramatiška nei nelemta Roberto įžanga į narkotikų poveikį. Stepheno narystė kolegijoje, kaip mokslinio asistento, ėjo į pabaigą, o kadencija jau buvo pasibaigusi

Knyga „Visata. Operacijų vadovas yra puikus vadovas į svarbiausius – ir tikrai svaiginančius – šiuolaikinės fizikos klausimus: „Ar įmanoma keliauti laiku?“ „Ar yra lygiagrečių visatų?“ „Jei visata plečiasi, tai kur ji plečiasi? “ , „Kas atsitiks, jei, įsibėgėjęs iki šviesos greičio, pažvelgsi į save veidrodyje?“, „Kam mums reikalingi dalelių greitintuvai ir kodėl jie turi veikti nuolat? Ar jie nekartoja tų pačių eksperimentų vėl ir vėl? Humoras, paradoksalumas, susižavėjimas ir pristatymo prieinamumas šią knygą sudėjo į vieną lentyną su G. Perelmano, S. Hawkingo, B. Brysono ir B. Greeno bestseleriais! Tikra dovana kiekvienam, besidominčiam šiuolaikiniu mokslu – nuo ​​žingeidžio gimnazisto iki mėgstamo mokytojo, nuo filologijos studento iki fizinių ir matematikos mokslų daktaro!

Kas slypi už jų, nematoma, tačiau mes žinome, kaip Visata atrodo dabar ir kaip ji atrodė kiekvieną akimirką nuo ankstyvųjų etapų iki šių dienų, todėl galime atspėti, kas slypi už šios kosminės uždangos. Dėl to norisi pažvelgti jai už nugaros, ar ne?

Taigi, nors ir negalime pažvelgti už horizonto, matome pakankamai, kad valstybės sąskaita patenkintume savo ir kitų smalsumą. Gražiausia tai, kad kuo ilgiau laukiame, tuo Visata senėja ir horizontas slenka atgal. Kitaip tariant, yra tolimi Visatos kampeliai, kurių šviesa mus pasiekia tik dabar.

O kas yra už horizonto? Niekas nežino, bet mes galime laisvai daryti pagrįstus spėjimus. Prisiminkite, ką Kopernikas ir jo pasekėjai mums aiškiai parodė; „Kai kur nors eini, vis tiek kažkur atsiduri“, todėl galime manyti, kad už horizonto Visata atrodo maždaug taip pat, kaip ir čia. Žinoma, bus ir kitų galaktikų, bet jų bus maždaug tiek pat, kiek aplink mus, ir jos atrodys panašiai kaip mūsų kaimynės. Tačiau tai nebūtinai yra tiesa. Mes darome tokią prielaidą, nes neturime pagrindo manyti kitaip.

<<< Назад
Pirmyn >>>