Vjerovatno mislite da je svemir beskonačan? Možda je tako. Malo je vjerovatno da ćemo to ikada sa sigurnošću znati. Neće biti moguće sagledati cijeli naš univerzum jednim pogledom. Prvo, ova činjenica proizlazi iz koncepta „velikog praska“, koji kaže da svemir ima svoj rođendan, da tako kažem, i, drugo, iz postulata da je brzina svjetlosti fundamentalna konstanta. Do sada, vidljivi svemir, star 13,8 milijardi godina, proširio se u svim smjerovima na udaljenost od 46,1 milijardu svjetlosnih godina. Postavlja se pitanje: kolika je bila veličina svemira tada, prije 13,8 milijardi godina? Ovo pitanje nam je postavio neko Joe Muscarella. Evo šta on piše:

“Vidio sam različite odgovore na pitanje kolika je bila veličina našeg svemira ubrzo nakon završetka perioda kosmičke inflacije. Jedan izvor kaže da je 0,77 centimetara, drugi kaže da je veličine fudbalske lopte, a treći kaže da je veći od veličine svemira koji se može posmatrati. Pa koji je to? Ili možda nešto između?”

Kontekst

Veliki prasak i crna rupa

Die Welt 27.02.2015

Kako je Univerzum stvorio čovjeka

Nautilus 27.01.2015. Inače, protekla godina nam je samo dala povoda da pričamo o Ajnštajnu i suštini prostor-vremena, jer smo prošle godine slavili stogodišnjicu opšta teorija relativnost. Pa hajde da pričamo o univerzumu.

Kada promatramo udaljene galaksije kroz teleskop, možemo odrediti neke od njihovih parametara, na primjer sljedeće:

- crveni pomak (tj. koliko se svjetlost koju emituju pomaknula u odnosu na inercijski referentni okvir);

— svjetlina objekta (tj. izmjeriti količinu svjetlosti koju emituje udaljeni objekat);

— ugaoni radijus objekta.

Ovi parametri su jako bitni, jer ako je poznata brzina svjetlosti (jedan od rijetkih parametara koje poznajemo), kao i svjetlina i veličina posmatranog objekta (znamo i ove parametre), tada je udaljenost do objekta sama se može odrediti.

Zapravo, morate se zadovoljiti samo približnim karakteristikama svjetline objekta i njegove veličine. Ako astronom promatra eksploziju supernove u nekoj udaljenoj galaksiji, tada se odgovarajući parametri drugih supernova lociranih u susjedstvu koriste za mjerenje njenog sjaja; pretpostavljamo da su uslovi pod kojima su ove supernove eksplodirale slični, a između posmatrača i svemirski objekat nema smetnji. Astronomi identifikuju sljedeće tri vrste faktora koji određuju promatranje zvijezde: zvjezdana evolucija (razlika između objekata ovisno o njihovoj starosti i udaljenosti), egzogeni faktor (ako se stvarne koordinate posmatranih objekata značajno razlikuju od hipotetičkih) i faktor interferencije (ako je, na primjer, prolazak svjetlosti pod utjecajem smetnji, kao što je prašina) - a to je sve pored drugih nama nepoznatih faktora.

Mjerenjem svjetline (ili veličine) posmatranog objekta, koristeći omjer svjetlina/udaljenost, možete odrediti udaljenost objekta od posmatrača. Štaviše, iz karakteristika crvenog pomaka objekta, može se odrediti obim širenja svemira tokom vremena tokom kojeg svjetlost iz objekta stigne do Zemlje. Koristeći odnos između materije-energije i prostor-vremena, koji je objašnjen Ajnštajnovom opštom teorijom relativnosti, možemo razmotriti sve moguće kombinacije različitih oblika materije i energije koje su trenutno dostupne u svemiru.

Ali to nije sve!

Ako znate od kojih se dijelova sastoji svemir, onda pomoću ekstrapolacije možete odrediti njegovu veličinu, kao i saznati što se dogodilo u bilo kojoj fazi evolucije svemira i kolika je bila gustoća energije u to vrijeme. Kao što znate, univerzum se sastoji od sljedećeg komponente:

— 0,01% — zračenje (fotoni);

- 0,1% - neutrina (teži od fotona, ali milion puta lakši od elektrona);

- 4,9% - obična materija, uključujući planete, zvijezde, galaksije, plin, prašinu, plazmu i crne rupe;

— 27% — Crna materija, tj. njegov tip koji učestvuje u gravitacionoj interakciji, ali se razlikuje od svih čestica Standardnog modela;

— 68% — tamna energija, uzrokujući širenje svemira.

Kao što vidite, tamna energija je važna stvar, otkrivena je sasvim nedavno. U prvih devet milijardi godina svoje istorije, svemir se prvenstveno sastojao od materije (kombinacije obične materije i tamne materije). Međutim, tokom prvih nekoliko milenijuma, zračenje (u obliku fotona i neutrina) bilo je još važnije građevinski materijal nego materija!

Imajte na umu da svaka od ovih komponenti svemira (tj. radijacija, materija i tamna energija) ima drugačiji učinak na brzinu svog širenja. Čak i ako znamo da je svemir 46,1 milijarda svjetlosnih godina, moramo znati tačnu kombinaciju njegovih sastavnih elemenata u svakoj fazi njegove evolucije kako bismo izračunali veličinu svemira u bilo kojem trenutku u prošlosti.

- kada je svemir bio star oko tri godine, prečnik Mlečnog puta bio je sto hiljada svetlosnih godina;

- kada je svemir bio star godinu dana, bio je mnogo topliji i gušći nego što je sada; prosječna temperatura je premašila dva miliona stepeni Kelvina;

- jednu sekundu nakon svog rođenja, svemir je bio previše vruć da bi se u njemu stvorila stabilna jezgra; u tom trenutku, protoni i neutroni su plutali u moru vrele plazme. Osim toga, u to vrijeme je polumjer svemira (ako uzmemo Sunce kao centar kruga) bio takav da je samo sedam od svih trenutno postojećih nam najbližih zvjezdanih sistema moglo stati u opisani krug, najudaljeniji od kojih bi Ross 154 (Ross 154 - zvijezda u sazviježđu Strijelac, udaljenost 9,69 svjetlosnih godina od Sunca - cca.);

- kada je starost svemira bila samo trilionti dio sekunde, njegov polumjer nije prelazio udaljenost od Zemlje do Sunca; u toj eri, stopa širenja svemira bila je 1029 puta veća nego sada.

Ako želite, možete vidjeti šta se dešavalo u završnoj fazi inflacije, tj. neposredno pre Velikog praska. Za opisivanje stanja svemira u najranijoj fazi njegovog rođenja, mogla bi se koristiti hipoteza singularnosti, ali zahvaljujući hipotezi inflacije, potreba za singularitetom potpuno nestaje. Umjesto singularnosti, govorimo o vrlo brzoj ekspanziji svemira (tj. inflaciji) koja se događa neko vrijeme prije vruće, guste ekspanzije koja je dovela do sadašnjeg univerzuma. Pređimo sada na završnu fazu inflacije univerzuma (vremenski interval između 10 do minus 30 - 10 do minus 35 sekundi). Hajde da vidimo kolika je bila veličina svemira u trenutku kada je inflacija stala i kada se desio veliki prasak.

Ovdje govorimo o vidljivom dijelu svemira. Njegova prava veličina je svakako mnogo veća, ali ne znamo koliko. U najboljoj aproksimaciji (na osnovu podataka sadržanih u Sloan Digital Sky Survey (SDSS) i informacija dobijenih od svemirske opservatorije Planck), ako se svemir savija i savija, tada se njegov vidljivi dio tako ne razlikuje od "neiskrivljenog" onaj da cijeli njegov polumjer mora biti najmanje 250 puta veći od poluprečnika posmatranog dijela.

Istina, obim univerzuma može biti čak i beskonačan, s obzirom na način na koji se ponašao rana faza inflacija nam je nepoznata osim posljednjeg djelića sekunde. Ali ako govorimo o tome šta se dogodilo tokom inflacije u vidljivom dijelu svemira u posljednjem trenutku (između 10 minus 30 i 10 minus 35 sekundi) prije Velikog praska, tada znamo veličinu svemira: ona varira između 17 centimetara (na 10 na minus 35 sekundi) i 168 metara (na 10 na minus 30 sekundi).

Šta je sedamnaest centimetara? To je skoro prečnik fudbalske lopte. Dakle, ako želite znati koja je od navedenih veličina svemira najbliža stvarnoj, onda se držite ove brojke. Šta ako pretpostavimo dimenzije manje od centimetra? Ovo je premalo; međutim, ako uzmemo u obzir ograničenja koja nameće kosmičko mikrovalno zračenje, ispada da se širenje svemira nije moglo završiti takvim visoki nivo energije, pa je stoga isključena gore spomenuta veličina svemira na samom početku "Velikog praska" (tj. veličina koja ne prelazi centimetar). Ako je veličina svemira premašila trenutnu, onda u ovom slučaju ima smisla govoriti o postojanju njegovog nevidljivog dijela (što je vjerovatno tačno), ali nemamo načina da izmjerimo ovaj dio.

Dakle, koja je bila veličina svemira u vrijeme njegovog nastanka? Prema najmjerodavnijim matematički modeli, koji opisuje fazu inflacije, ispada da će veličina svemira u trenutku njegovog nastanka fluktuirati negdje između veličine ljudske glave i gradskog bloka izgrađenog neboderima. A tu će, vidite, proći samo nekih 13,8 milijardi godina - i pojavio se svemir u kojem živimo.

Univerzum je sve što postoji. Univerzum je neograničen. Stoga, kada se govori o veličini Univerzuma, možemo govoriti samo o veličini njegovog vidljivog dijela – opservabilnog Univerzuma.

Opservabilni Univerzum je lopta sa centrom na Zemlji (mjesto posmatrača), ima dvije veličine: 1. prividnu veličinu - Hubble radijus - 13,75 milijardi svjetlosnih godina, 2. stvarnu veličinu - radijus horizonta čestica - 45,7 milijardi svjetlosnih godina.

Savremeni model univerzuma naziva se i ΛCDM model. Slovo "Λ" označava prisustvo kosmološke konstante, što objašnjava ubrzano širenje Univerzuma. "CDM" znači da je Univerzum ispunjen hladnom tamnom materijom. Nedavne studije pokazuju da je Hablova konstanta oko 71 (km/s)/Mpc, što odgovara starosti Univerzuma od 13,75 milijardi godina. Poznavajući starost Univerzuma, možemo procijeniti veličinu njegovog vidljivog područja.

Prema teoriji relativnosti, informacija o bilo kojem objektu ne može doći do posmatrača brzinom većom od brzine svjetlosti (299.792.458 km/s). ispada, posmatrač ne vidi samo objekat, već i njegovu prošlost. Što je predmet udaljeniji od njega, izgleda daleka prošlost. Na primjer, gledajući u Mjesec, vidimo kakav je bio prije nešto više od sekunde, Sunce - prije više od osam minuta, najbliže zvijezde - godine, galaksije - prije više miliona godina, itd. U Einsteinovom stacionarnom modelu, Univerzum nema starosnu granicu, što znači da njegova vidljiva regija također nije ničim ograničena. Posmatrač, naoružan sve sofisticiranijim astronomskim instrumentima, posmatrat će sve udaljenije i drevne objekte.

Dimenzije opserviranog univerzuma

Imamo drugačiju sliku sa modernim modelom Univerzuma. Prema njoj, Univerzum ima svoje doba, a samim tim i granicu posmatranja. To jest, od rođenja Univerzuma nijedan foton nije mogao preći put veću od 13,75 milijardi svjetlosnih godina. Ispostavilo se da možemo reći da je svemir koji se može posmatrati ograničen od posmatrača na sferni region poluprečnika od 13,75 milijardi svetlosnih godina. Međutim, to nije sasvim tačno. Ne treba zaboraviti na širenje svemirskog prostora. Dok foton stigne do posmatrača, objekat koji ga je emitovao biće već 45,7 milijardi svetlosnih godina udaljen od nas. Ova veličina je horizont čestica, to je granica vidljivog Univerzuma.

Važno je da oba ova horizonta uopće ne karakteriziraju stvarnu veličinu Univerzuma. Prvo, zavise od položaja posmatrača u prostoru. Drugo, mijenjaju se tokom vremena. U slučaju ΛCDM modela, horizont čestica se širi brzinom većom od Hubble horizonta. Pitanje je hoće li se ovaj trend promijeniti u budućnosti. moderna nauka ne daje odgovor. Ali ako pretpostavimo da se Univerzum nastavlja širiti ubrzano, onda će svi oni objekti koje sada vidimo prije ili kasnije nestati iz našeg "vidnog polja".

Trenutno, najudaljenija svjetlost koju promatraju astronomi je . Zavirujući u njega, naučnici vide Univerzum kakav je bio 380 hiljada godina nakon Velikog praska. U ovom trenutku, Univerzum se dovoljno ohladio da je mogao da emituje slobodne fotone, koji se danas detektuju uz pomoć radio-teleskopa. U to vrijeme u Univerzumu nije bilo zvijezda ni galaksija, već samo neprekidan oblak vodonika, helijuma i beznačajne količine drugih elemenata. Od nehomogenosti uočenih u ovom oblaku, kasnije će se formirati jata galaksija. Ispostavilo se da se upravo oni objekti koji će se formirati od nehomogenosti u kosmičkom mikrotalasnom pozadinskom zračenju nalaze najbliže horizontu čestica.

Prava veličina svemira

Dakle, odlučili smo se za veličinu vidljivog Univerzuma. Ali šta je sa stvarnom veličinom čitavog Univerzuma? moderna nauka nema informacije o stvarnoj veličini Univerzuma i da li on ima granice. Ali većina naučnika se slaže da je Univerzum neograničen.

Zaključak

Opservabilni Univerzum ima prividnu i pravu granicu, nazvanu Hablov radijus (13,75 milijardi svjetlosnih godina) i radijus čestica (45,7 milijardi svjetlosnih godina). Ove granice u potpunosti zavise od položaja posmatrača u prostoru i šire se tokom vremena. Ako se Hubble radijus širi striktno brzinom svjetlosti, tada se širenje horizonta čestica ubrzava. Ostaje otvoreno pitanje da li će se njegovo ubrzanje horizonta čestica nastaviti i da li će ga zamijeniti kompresija.

Instrukcije

„Ponor se otvorio i pun je zvijezda; zvezde nemaju broj, ponor ima svoje dno“, napisao je u jednoj od svojih pesama sjajni ruski naučnik Mihail Vasiljevič Lomonosov. Ovo je poetski iskaz o beskonačnosti Univerzuma.

Starost „postojanja“ svemira koji se može posmatrati je oko 13,7 milijardi zemaljskih godina. Svjetlu koje dolazi iz udaljenih galaksija "sa ruba svijeta" potrebno je više od 14 milijardi godina da stigne do Zemlje. Ispada da se dijametralne dimenzije Univerzuma mogu izračunati ako se približno 13,7 pomnoži sa dva, odnosno 27,4 milijarde svjetlosnih godina. Radijalna veličina sfernog modela je približno 78 milijardi svjetlosnih godina, a prečnik je 156 milijardi svjetlosnih godina. Ovo je jedan od najnovije verzije Američki naučnici, rezultat višegodišnjih astronomskih posmatranja i proračuna.

U vidljivom svemiru postoji 170 milijardi galaksija poput naše. Čini se da su naši u centru džinovske lopte. Sa najudaljenijih svemirskih objekata vidljiva je reliktna svjetlost - fantastično drevna sa stanovišta čovječanstva. Ako prodrete veoma duboko u prostorno-vremenski sistem, možete videti mladost planete Zemlje.

Postoji ograničena granica starosti svetlećih svemirskih objekata posmatranih sa Zemlje. Proračunavši starosna granica, znajući vrijeme potrebno svjetlosti da pređe udaljenost od njih do površine Zemlje, i znajući konstantu, brzinu svjetlosti, koristeći formulu S=Vxt poznatu iz škole (put = brzina pomnožena vremenom), naučnici su utvrdili vjerovatne dimenzije vidljivog Univerzuma.

Zamišljati Univerzum u obliku trodimenzionalne lopte nije jedini način izgradnju modela Univerzuma. Postoje hipoteze koje sugeriraju da Univerzum nema tri, već beskonačan broj dimenzija. Postoje verzije da se ona, poput lutke za gniježđenje, sastoji od beskonačnog broja sfernih formacija ugniježđenih jedna u drugu i razmaknute jedna od druge.

Postoji pretpostavka da je Univerzum neiscrpan prema različitim kriterijima i različitim koordinatnim osama. Ljudi su smatrali da je najmanja čestica materije "telešce", pa "molekula", pa "atom", pa "protoni i elektroni", a onda su počeli da pričaju o elementarne čestice, što se pokazalo nimalo elementarnim, o kvantima, neutrinima i kvarkovima... I niko ne može garantovati da ne postoji drugi Univerzum unutar sledeće supermikromini čestice materije. I obrnuto – da vidljivi Univerzum nije samo mikročestica materije Super-Mega-Univerzuma, čije dimenzije niko ne može ni zamisliti i izračunati, toliko su velike.

Da li ste znali da Univerzum koji posmatramo ima prilično određene granice? Navikli smo da Univerzum povezujemo sa nečim beskonačnim i neshvatljivim. Međutim, moderna nauka, kada je upitana o "beskonačnosti" Univerzuma, nudi potpuno drugačiji odgovor na tako "očigledno" pitanje.

Prema moderne ideje, veličina svemira koji se može posmatrati je otprilike 45,7 milijardi svjetlosnih godina (ili 14,6 gigaparseka). Ali šta znače ovi brojevi?

Prvo pitanje koje mi pada na pamet običnom čoveku- Kako Univerzum nije beskonačan? Čini se da je neosporno da kontejner svega što postoji oko nas ne bi trebao imati granice. Ako te granice postoje, koje su one zapravo?

Recimo da je neki astronaut stigao do granica Univerzuma. Šta će vidjeti pred sobom? Čvrsti zid? Protivpožarna barijera? A šta je iza toga - praznina? Drugi univerzum? Ali može li praznina ili neki drugi Univerzum značiti da smo na granici svemira? Uostalom, to ne znači da tu nema „ničega“. Praznina i drugi Univerzum su takođe „nešto“. Ali Univerzum je nešto što sadrži apsolutno sve „nešto“.

Dolazimo do apsolutne kontradikcije. Ispada da granica Univerzuma mora sakriti od nas nešto što ne bi trebalo da postoji. Ili granica Univerzuma treba da ogradi „sve“ od „nečega“, ali i ovo „nešto“ treba da bude deo „svega“. Generalno, potpuni apsurd. Kako onda naučnici mogu proglasiti graničnu veličinu, masu, pa čak i starost našeg svemira? Ove vrijednosti, iako nezamislivo velike, ipak su konačne. Da li se nauka spori sa očiglednim? Da bismo ovo razumjeli, hajde da prvo pratimo kako su ljudi došli do našeg modernog razumijevanja Univerzuma.

Proširivanje granica

Od pamtivijeka ljude je zanimalo kakav je svijet oko njih. Nema potrebe davati primjere tri stuba i druge pokušaje drevnih ljudi da objasne svemir. Po pravilu, na kraju se sve svodilo na to da je osnova svih stvari površina zemlje. Čak i u doba antike i srednjeg vijeka, kada su astronomi imali opsežna znanja o zakonima kretanja planeta duž "fiksne" nebeske sfere, Zemlja je ostala centar Univerzuma.

Naravno, nazad unutra Ancient Greece Bilo je onih koji su vjerovali da se Zemlja okreće oko Sunca. Bilo je onih koji su govorili o mnogim svjetovima i beskonačnosti Univerzuma. Ali konstruktivna opravdanja za ove teorije pojavila su se tek na prijelomu naučne revolucije.

U 16. veku, poljski astronom Nikola Kopernik napravio je prvi veliki proboj u poznavanju Univerzuma. Čvrsto je dokazao da je Zemlja samo jedna od planeta koje se okreću oko Sunca. Takav sistem je uvelike pojednostavio objašnjenje tako složenog i zamršenog kretanja planeta u nebeskoj sferi. U slučaju nepokretne Zemlje, astronomi su morali da smisle razne vrste pametnih teorija da objasne ovakvo ponašanje planeta. S druge strane, ako se prihvati da se Zemlja kreće, objašnjenje za takva zamršena kretanja dolazi prirodno. Tako je u astronomiji zavladala nova paradigma nazvana "heliocentrizam".

Many Suns

Međutim, čak i nakon toga, astronomi su nastavili ograničavati Univerzum na “sferu fiksnih zvijezda”. Sve do 19. vijeka nisu mogli procijeniti udaljenost do zvijezda. Nekoliko vekova astronomi su bezuspešno pokušavali da otkriju odstupanja u položaju zvezda u odnosu na Zemljino orbitalno kretanje (godišnje paralakse). Instrumenti tog vremena nisu dozvoljavali tako precizna mjerenja.

Konačno, 1837. godine, rusko-njemački astronom Vasilij Struve izmjerio je paralaksu. Ovo je označilo novi korak u razumijevanju razmjera prostora. Sada naučnici mogu sa sigurnošću reći da su zvijezde daleke sličnosti sa Suncem. A naša svjetiljka više nije centar svega, već ravnopravni “stanovnik” beskrajnog zvjezdanog jata.

Astronomi su se još više približili razumijevanju razmjera svemira, jer su se udaljenosti do zvijezda pokazale zaista monstruoznim. Čak se i veličina orbita planeta činila beznačajnom u poređenju. Zatim je bilo potrebno razumjeti kako su zvijezde koncentrisane u .

Mnogi mliječni putevi

Čuveni filozof Immanuel Kant anticipirao je temelje modernog razumijevanja strukture svemira velikih razmjera još 1755. godine. Pretpostavio je da je Mliječni put ogromno rotirajuće zvijezdno jato. Zauzvrat, mnoge od posmatranih maglina su i udaljenije „mliječne staze“ - galaksije. Uprkos tome, sve do 20. veka astronomi su verovali da su sve magline izvori formiranja zvezda i da su deo Mlečnog puta.

Situacija se promijenila kada su astronomi naučili mjeriti udaljenosti između galaksija pomoću . Apsolutni sjaj zvijezda ovog tipa striktno ovisi o periodu njihove varijabilnosti. Upoređujući njihovu apsolutnu svjetlost sa vidljivom, moguće je sa velikom preciznošću odrediti udaljenost do njih. Ovu metodu su početkom 20. stoljeća razvili Einar Hertzschrung i Harlow Scelpi. Zahvaljujući njemu, sovjetski astronom Ernst Epic je 1922. odredio udaljenost do Andromede, za koju se ispostavilo da je red veličine veća veličina Mliječni put.

Edwin Hubble je nastavio Epicovu inicijativu. Mjereći sjaj Cefeida u drugim galaksijama, izmjerio je njihovu udaljenost i uporedio je sa crvenim pomakom u njihovim spektrima. Tako je 1929. razvio svoj čuveni zakon. Njegov rad je definitivno opovrgnuo ustaljeno gledište da je Mliječni put rub svemira. Sada je to bila jedna od mnogih galaksija koje su se nekada smatrale njenim dijelom. Kantova hipoteza potvrđena je skoro dva veka nakon razvoja.

Nakon toga, veza koju je Habl otkrio između udaljenosti galaksije od posmatrača u odnosu na brzinu njenog udaljavanja od njega, omogućila je da se napravi potpuna slika strukture svemira velikih razmera. Ispostavilo se da su galaksije samo neznatan dio toga. Povezali su se u klastere, klasteri u superklastera. Zauzvrat, superklasteri formiraju najveće poznate strukture u svemiru - filamente i zidove. Ove strukture, pored ogromnih superpraznina (), čine strukturu velikih razmera trenutno poznatog Univerzuma.

Prividna beskonačnost

Iz navedenog proizilazi da je u samo nekoliko stoljeća nauka postepeno odlepršala od geocentrizma do modernog razumijevanja Univerzuma. Međutim, to ne daje odgovor zašto danas ograničavamo Univerzum. Uostalom, do sada smo govorili samo o razmerama prostora, a ne o samoj njegovoj prirodi.

Prvi koji je odlučio da opravda beskonačnost Univerzuma bio je Isak Njutn. Otkrivanje zakona univerzalna gravitacija, vjerovao je da ako je prostor konačan, sva bi se njena tijela prije ili kasnije spojila u jedinstvenu cjelinu. Prije njega, ako je itko izražavao ideju o beskonačnosti Univerzuma, to je bilo isključivo u filozofskom smislu. Bez ikakvog razloga naučno opravdanje. Primjer za to je Giordano Bruno. Inače, kao i Kant, bio je mnogo vekova ispred nauke. On je prvi izjavio da zvijezde jesu udaljena sunca, a planete se također okreću oko njih.

Čini se da je sama činjenica beskonačnosti sasvim opravdana i očigledna, ali prekretnice nauke 20. veka uzdrmale su ovu „istinu“.

Stacionarni univerzum

Prvi značajan korak ka razvoju modernog modela univerzuma napravio je Albert Ajnštajn. Poznati fizičar predstavio je svoj model stacionarnog univerzuma 1917. godine. Ovaj model se zasnivao na opštoj teoriji relativnosti koju je razvio godinu dana ranije. Prema njegovom modelu, Univerzum je beskonačan u vremenu i konačan u prostoru. Ali, kao što je ranije napomenuto, prema Newtonu, Univerzum konačne veličine mora se srušiti. Da bi to učinio, Einstein je uveo kosmološku konstantu, koja je kompenzirala gravitacijsko privlačenje udaljenih objekata.

Koliko god paradoksalno zvučalo, Ajnštajn nije ograničio samu konačnost Univerzuma. Po njegovom mišljenju, Univerzum je zatvorena ljuska hipersfere. Analogija je površina obične trodimenzionalne sfere, na primjer, globusa ili Zemlje. Koliko god putnik putovao Zemljom, nikada neće stići do njene ivice. Međutim, to ne znači da je Zemlja beskonačna. Putnik će se jednostavno vratiti na mjesto odakle je započeo svoje putovanje.

Na površini hipersfere

Na isti način, svemirski lutalica, koji na zvjezdanom brodu prelazi Ajnštajnov univerzum, može se vratiti na Zemlju. Samo što se ovaj put lutalica neće kretati po dvodimenzionalnoj površini kugle, već po trodimenzionalnoj površini hipersfere. To znači da Univerzum ima konačan volumen, a samim tim i konačan broj zvijezda i mase. Međutim, Univerzum nema ni granice ni centar.

Ajnštajn je do ovih zaključaka došao povezujući prostor, vreme i gravitaciju u svojoj čuvenoj teoriji. Prije njega, ovi koncepti su smatrani odvojenim, zbog čega je prostor Univerzuma bio čisto euklidski. Ajnštajn je dokazao da je sama gravitacija zakrivljenost prostor-vremena. Ovo je radikalno promijenilo rane ideje o prirodi svemira, zasnovane na klasičnoj Njutnovoj mehanici i Euklidovoj geometriji.

Expanding Universe

Čak ni otkriću "novog univerzuma" nisu bile strane zablude. Iako je Ajnštajn ograničio svemir u svemiru, nastavio je da ga smatra statičnim. Prema njegovom modelu, Univerzum je bio i ostao vječan, a njegova veličina uvijek ostaje ista. Godine 1922. sovjetski fizičar Alexander Friedman značajno je proširio ovaj model. Prema njegovim proračunima, Univerzum uopšte nije statičan. Može se proširiti ili skupiti tokom vremena. Važno je napomenuti da je Friedman došao do takvog modela zasnovanog na istoj teoriji relativnosti. Uspio je ispravnije primijeniti ovu teoriju, zaobilazeći kosmološku konstantu.

Albert Ajnštajn nije odmah prihvatio ovaj „amandman“. Ovaj novi model priskočio je u pomoć ranije spomenutom Hubbleovom otkriću. Recesija galaksija je neosporno dokazala činjenicu širenja Univerzuma. Tako je Ajnštajn morao da prizna svoju grešku. Sada je Univerzum imao određenu starost, ovisno o Hubble konstanti, koja karakterizira brzinu njegovog širenja.

Dalji razvoj kosmologije

Dok su naučnici pokušavali da reše ovo pitanje, otkrivene su mnoge druge važne komponente Univerzuma i razvijeni su različiti njegovi modeli. Tako je 1948. George Gamow uveo hipotezu o "vrućem svemiru", koja će se kasnije pretvoriti u teoriju Velikog praska. Otkriće 1965. godine potvrdilo je njegove sumnje. Sada su astronomi mogli da posmatraju svetlost koja je došla od trenutka kada je Univerzum postao transparentan.

Tamna materija, koju je 1932. godine predvidio Fritz Zwicky, potvrđena je 1975. godine. Tamna materija zapravo objašnjava samo postojanje galaksija, klastera galaksija i same Univerzalne strukture u cjelini. Tako su naučnici saznali da je većina mase Univerzuma potpuno nevidljiva.

Konačno, 1998. godine, tokom proučavanja udaljenosti do, otkriveno je da se Univerzum širi ubrzano. Ova najnovija prekretnica u nauci rodila je naše moderno razumijevanje prirode svemira. Kosmološki koeficijent, koji je uveo Ajnštajn, a opovrgnuo Fridman, ponovo je našao svoje mesto u modelu Univerzuma. Prisutnost kosmološkog koeficijenta (kosmološke konstante) objašnjava njegovo ubrzano širenje. Da bi se objasnilo prisustvo kosmološke konstante, uveden je koncept - hipotetičko polje koje sadrži većinu mase Univerzuma.

Moderno razumijevanje veličine svemira koji se može promatrati

Prema teoriji relativnosti, informacija o bilo kojem objektu ne može doći do posmatrača brzinom većom od brzine svjetlosti (299.792.458 m/s). Ispada da posmatrač ne vidi samo objekat, već i njegovu prošlost. Što je predmet udaljeniji od njega, izgleda daleka prošlost. Na primjer, gledajući Mjesec, vidimo kakav je bio prije nešto više od sekunde, Sunce - prije više od osam minuta, najbliže zvijezde - godine, galaksije - prije više miliona godina, itd. U Einsteinovom stacionarnom modelu, Univerzum nema starosnu granicu, što znači da njegova vidljiva regija također nije ničim ograničena. Posmatrač, naoružan sve sofisticiranijim astronomskim instrumentima, posmatrat će sve udaljenije i drevne objekte.

Imamo drugačiju sliku sa modernim modelom Univerzuma. Prema njoj, Univerzum ima svoje doba, a samim tim i granicu posmatranja. To jest, od rođenja Univerzuma nijedan foton nije mogao preći put veću od 13,75 milijardi svjetlosnih godina. Ispostavilo se da možemo reći da je svemir koji se može posmatrati ograničen od posmatrača na sferni region poluprečnika od 13,75 milijardi svetlosnih godina. Međutim, to nije sasvim tačno. Ne treba zaboraviti na širenje svemirskog prostora. Dok foton stigne do posmatrača, objekat koji ga je emitovao biće već 45,7 milijardi svetlosnih godina udaljen od nas. godine. Ova veličina je horizont čestica, to je granica vidljivog Univerzuma.

Preko horizonta

Dakle, veličina vidljivog Univerzuma podijeljena je u dvije vrste. Prividna veličina, koja se naziva i Hubble radijus (13,75 milijardi svjetlosnih godina). I prava veličina, nazvana horizont čestica (45,7 milijardi svjetlosnih godina). Važno je da oba ova horizonta uopće ne karakteriziraju stvarnu veličinu Univerzuma. Prvo, zavise od položaja posmatrača u prostoru. Drugo, mijenjaju se tokom vremena. U slučaju ΛCDM modela, horizont čestica se širi brzinom većom od Hubble horizonta. Savremena nauka ne daje odgovor na pitanje da li će se ovaj trend promeniti u budućnosti. Ali ako pretpostavimo da se Univerzum nastavlja širiti ubrzano, onda će svi oni objekti koje sada vidimo prije ili kasnije nestati iz našeg "vidnog polja".

Trenutno, najudaljenije svjetlo koje promatraju astronomi je kosmičko mikrovalno pozadinsko zračenje. Zavirujući u njega, naučnici vide Univerzum kakav je bio 380 hiljada godina nakon Velikog praska. U ovom trenutku, Univerzum se dovoljno ohladio da je mogao da emituje slobodne fotone, koji se danas detektuju uz pomoć radio-teleskopa. U to vrijeme u Univerzumu nije bilo zvijezda ni galaksija, već samo neprekidan oblak vodonika, helijuma i beznačajne količine drugih elemenata. Od nehomogenosti uočenih u ovom oblaku, kasnije će se formirati jata galaksija. Ispostavilo se da se upravo oni objekti koji će se formirati od nehomogenosti u kosmičkom mikrotalasnom pozadinskom zračenju nalaze najbliže horizontu čestica.

True Boundaries

Da li Univerzum ima istinite, nevidljive granice još uvijek je stvar pseudonaučne spekulacije. Na ovaj ili onaj način, svi se slažu oko beskonačnosti Univerzuma, ali tu beskonačnost tumače na potpuno različite načine. Neki smatraju da je Univerzum višedimenzionalni, gdje je naš „lokalni“ trodimenzionalni Univerzum samo jedan od njegovih slojeva. Drugi kažu da je Univerzum fraktalan - što znači da je naš lokalni Univerzum možda čestica drugog. Ne treba zaboraviti na različite modele Multiverzuma sa njegovim zatvorenim, otvorenim, paralelnim svemirima i crvotočinama. I postoji mnogo, mnogo različitih verzija, čiji je broj ograničen samo ljudskom maštom.

Ali ako uključimo hladni realizam ili jednostavno odstupimo od svih ovih hipoteza, onda možemo pretpostaviti da je naš Univerzum beskonačan homogeni kontejner svih zvijezda i galaksija. Štaviše, u bilo kojoj veoma udaljenoj tački, bilo da se radi o milijardama gigaparseka od nas, svi uslovi će biti potpuno isti. U ovom trenutku, horizont čestica i Hablova sfera biće potpuno isti, sa istim reliktnim zračenjem na ivici. Okolo će biti iste zvijezde i galaksije. Zanimljivo je da to nije u suprotnosti sa širenjem Univerzuma. Na kraju krajeva, nije samo svemir taj koji se širi, već i sam prostor. Činjenica da je u trenutku Velikog praska Univerzum nastao iz jedne tačke samo znači da su se beskonačno male (skoro nulte) veličine koje su tada bile sada pretvorile u nezamislivo velike. U budućnosti ćemo koristiti upravo ovu hipotezu kako bismo razumjeli razmjere opserviranog Univerzuma.

Vizuelno predstavljanje

Različiti izvori pružaju sve vrste vizuelnih modela koji omogućavaju ljudima da razumeju razmere Univerzuma. Međutim, nije nam dovoljno da shvatimo koliki je kosmos. Važno je zamisliti kako se zapravo pojavljuju koncepti kao što su Hubble horizont i horizont čestica. Da bismo to učinili, zamislimo naš model korak po korak.

Zaboravimo da moderna nauka ne zna za „strani” region Univerzuma. Odbacujući verzije multiverzuma, fraktalnog Univerzuma i njegovih drugih „varijeteta“, zamislimo da je jednostavno beskonačan. Kao što je ranije navedeno, to nije u suprotnosti sa proširenjem njegovog prostora. Naravno, uzmimo u obzir da su Hubble sfera i sfera čestica 13,75 odnosno 45,7 milijardi svjetlosnih godina.

Razmjera Univerzuma

Pritisnite dugme START i otkrijte novi, nepoznati svijet!
Prvo, pokušajmo da shvatimo kolika je univerzalna skala. Ako ste putovali po našoj planeti, možete dobro zamisliti koliko je Zemlja velika za nas. Sada zamislite našu planetu kao zrno heljde koje se kreće u orbiti oko lubenice-Sunca veličine pola fudbalskog igrališta. U ovom slučaju, Neptunova orbita će odgovarati veličini malog grada, površina će odgovarati Mjesecu, a područje granice Sunčevog utjecaja će odgovarati Marsu. Ispostavilo se da je i naš Sunčev sistem isti više od Zemlje Koliko je Mars veći od heljde? Ali ovo je samo početak.

Sada zamislimo da će ova heljda biti naš sistem, čija je veličina približno jednaka jednom parseku. Tada će Mliječni put biti veličine dva fudbalska stadiona. Međutim, to nam neće biti dovoljno. Mliječni put će također morati biti smanjen na centimetarsku veličinu. Donekle će ličiti na pjenu od kafe umotanu u vrtlog usred međugalaktičkog prostora crnog od kafe. Dvadeset centimetara od nje bit će ista spiralna "mrvica" - Andromedina maglina. Oko njih će se nalaziti roj malih galaksija našeg Lokalnog Jata. Prividna veličina našeg svemira će biti 9,2 kilometra. Došli smo do razumijevanja Univerzalnih dimenzija.

Unutar univerzalnog balona

Međutim, nije nam dovoljno razumjeti samu skalu. Važno je Univerzum ostvariti u dinamici. Zamislimo sebe kao divove za koje Mliječni put ima centimetarski prečnik. Kao što je maloprije rečeno, naći ćemo se unutar lopte poluprečnika 4,57 i prečnika 9,24 kilometra. Zamislimo da smo u stanju da plutamo unutar ove lopte, putujemo, pokrivajući čitave megaparseke u sekundi. Šta ćemo vidjeti ako je naš svemir beskonačan?

Naravno, pred nama će se pojaviti bezbroj galaksija svih vrsta. Eliptični, spiralni, nepravilni. Neka područja će vrviti njima, druga će biti prazna. glavna karakteristika biće da će vizuelno svi oni biti nepomični dok smo mi nepokretni. Ali čim napravimo korak, same galaksije će početi da se kreću. Na primjer, ako smo u stanju da uočimo mikroskopski Sunčev sistem u centimetar dugom Mliječnom putu, moći ćemo promatrati njegov razvoj. Udaljavajući se 600 metara od naše galaksije, videćemo protozvezdu Sunce i protoplanetarni disk u trenutku formiranja. Približavajući se, vidjet ćemo kako izgleda Zemlja, nastaje život i pojavljuje se čovjek. Na isti način ćemo vidjeti kako se galaksije mijenjaju i pomiču kako im se udaljavamo ili približavamo.

Stoga, što više udaljene galaksije Zavirićemo, što će nam oni biti stariji. Tako će se najudaljenije galaksije nalaziti dalje od 1300 metara od nas, a na prelazu od 1380 metara već ćemo vidjeti reliktno zračenje. Istina, ova udaljenost će za nas biti zamišljena. Međutim, kako se približavamo kosmičkom mikrotalasnom pozadinskom zračenju, videćemo zanimljivu sliku. Naravno, posmatraćemo kako će se galaksije formirati i razvijati iz početnog oblaka vodonika. Kada stignemo do jedne od ovih formiranih galaksija, shvatićemo da nismo prešli uopšte 1.375 kilometara, već svih 4.57.

Smanjenje

Kao rezultat toga, još ćemo se povećati u veličini. Sada možemo postaviti cijele praznine i zidove u šaku. Tako ćemo se naći u prilično malom balonu iz kojeg je nemoguće izaći. Ne samo da će se rastojanje do objekata na ivici mehurića povećavati kako se približavaju, već će se i sama ivica pomerati na neodređeno vreme. Ovo je cela poenta veličine posmatranog Univerzuma.

Bez obzira koliko je svemir velik, za posmatrača će uvijek ostati ograničen balon. Posmatrač će uvijek biti u centru ovog balona, zapravo on je njegov centar. Pokušavajući doći do bilo kojeg objekta na rubu mjehurića, promatrač će pomjeriti njegovo središte. Kako se približavate nekom objektu, ovaj objekt će se pomicati sve dalje i dalje od ruba mjehurića i istovremeno se mijenjati. Na primjer, iz bezobličnog vodonikovog oblaka pretvorit će se u punopravnu galaksiju ili, dalje, u galaktičko jato. Osim toga, put do ovog objekta će se povećavati kako mu se približavate, jer će se sam okolni prostor promijeniti. Kada stignemo do ovog objekta, samo ćemo ga premjestiti od ruba balona do centra. Na rubu Univerzuma, reliktno zračenje će i dalje treperiti.

Ako pretpostavimo da će se Univerzum nastaviti da se širi ubrzanom brzinom, a onda se nalazi u centru balona i pomiče vrijeme naprijed za milijarde, trilione i čak više redove godina, primijetit ćemo još zanimljiviju sliku. Iako će se i naš balon povećati, njegove promenljive komponente će se još brže udaljavati od nas, ostavljajući ivicu ovog mehurića, sve dok svaka čestica Univerzuma ne odluta zasebno u svom usamljenom mehuru bez mogućnosti interakcije sa drugim česticama.

Dakle, moderna nauka nema informacije o stvarnoj veličini Univerzuma i da li on ima granice. Ali pouzdano znamo da vidljivi Univerzum ima vidljivu i pravu granicu, nazvanu Hablov radijus (13,75 milijardi svjetlosnih godina) i radijus čestice (45,7 milijardi svjetlosnih godina). Ove granice u potpunosti zavise od položaja posmatrača u prostoru i šire se tokom vremena. Ako se Hubble radijus širi striktno brzinom svjetlosti, tada se širenje horizonta čestica ubrzava. Ostaje otvoreno pitanje da li će se njegovo ubrzanje horizonta čestica nastaviti dalje i da li će ga zamijeniti kompresija.

Veličina Univerzuma je za nas neshvatljivo velika. Sve što nas okružuje, a i mi sami, samo su zrnce ovog sveobuhvatnog koncepta. I sama po sebi nema toliko astronomski koliko filozofski prizvuk.

Filozofski dio svemira uključuje cjelokupni materijalni svijet koji postoji u prirodi, koji nema granica u vremenu i prostoru. Predstavljen je različitim oblicima i stanjima koje je materija preuzela kao rezultat svog razvoja.

Naučnici smatraju da je sve što postoji astronomskim dijelom svemira: prostor, materija, vrijeme, energija. Takođe uključuje planete, zvijezde i sva druga moguća kosmička tijela. Naučnici mogu samo djelimično razumjeti veličinu Univerzuma. I istraživači ne mogu pronaći tačnu i sažetu definiciju za to. Možda je to ekvivalentno Bogu ili drugim manifestacijama Vrhovne inteligencije.

Razmjera Univerzuma

Da bismo se još malo približili odgovoru na pitanje kolika je veličina Univerzuma, potrebno je procijeniti razmjere njegovih pojedinih dijelova. Za osobu da oplovi svijet, to je težak zadatak, ali sasvim izvodljiv. Sada zamislite da je naša planeta u poređenju sa Saturnom kao novčić u poređenju sa košarkaškom loptom. A u odnosu na Sunce, Zemlja generalno izgleda kao malo zrno.

Čitav Sunčev sistem takođe nema značajan obim na skali Univerzuma. Ako uzmemo u obzir ograničenje sistema, njegov opseg je oko 120 astronomskih jedinica. Istovremeno, za jedan a.u. uzeti udaljenost od ~ 150 milijardi km. Sada zamislite prečnik cijele galaksije mliječni put, čiji su dio Sunce i njegove okolne planete, jednaka je 1 kvintilion kilometara. Ovo je broj sa 18 nula. I sama akumulacija različitog nebeska tela sadrži, prema različitim procjenama, od 2*10 11 do 4*10 11 zvijezda, od kojih većina po veličini premašuje naše nebesko tijelo.

I Mliječni put nije jedina galaksija u cijelom svemiru. Na zvjezdanom nebu Zemlje, golim okom možete vidjeti susjedna zvjezdana jata: Andromedu, Veliki i Mali Magelanov oblak. Udaljenosti do njih mjere se u megaparsekima - milionima svjetlosnih godina. A svaki od njih se proteže i na udaljenosti nezamislive za ljudski um.

Sva jata zvijezda grupirana su u velike asocijacije - grupe galaksija. Na primjer, Mliječni put i susjedne formacije uključene su u Lokalnu grupu s promjerom od oko 1 megaparsec. Zamislite, da bi zrak svjetlosti putovao s jednog kraja na drugi, biće potrebno 3,2 miliona godina.

Ali ova vrijednost nije najveća. Grupe galaksija su zauzvrat ujedinjene u superjata ili superjata. Ove velike svemirske strukture sadrže stotine i hiljade galaktičkih grupa i milione zvezdanih formacija. Dakle, u Superjatu Djevice, koje uključuje Mliječni put, postoji više od 100 grupa galaksija. Dužina ove strukture je više od 200 miliona svjetlosnih godina i ovo je samo dio džinovske formacije Laniakea.

Težište Laniakee je superklaster Velikog Atraktora, koji privlači sve ostale strukture ovog dijela. vanjski prostor. Može se sa sigurnošću nazvati centrom Univerzuma, uz upozorenje da je ovo samo jezgro kosmosa koji poznajemo. Cijela Laniakea ima prečnik od više od 500 miliona svjetlosnih godina. I, da biste konačno razumjeli razmjere Univerzuma, zamislite da je ova gigantska formacija samo onaj mali dio kosmosa koji bi osoba mogla pregledati i zamisliti.

Vidljivi svemir i njegove dimenzije

Vidljivi ili vidljivi univerzum je vrlo složen koncept. Prema teoriji sovjetskog geofizičara Friedmana, sav svemir je sada u fazi širenja. Istovremeno, svi njegovi elementi se udaljavaju jedan od drugog superluminalnom brzinom. U odnosu na Zemlju, vidljivi dio univerzalnih prostranstava je ono područje bezgraničnog prostora odakle do nas može doći radijacija. Istovremeno, sam objekat koji emituje signal je već mogao da postigne superluminalnu brzinu uklanjanja iz naše galaksije, ali mi još uvek registrujemo zračenje iz njega.

Koja je veličina vidljivog svemira? Granica vidljivog dijela svemira je kosmološki horizont. Sve univerzalne strukture koje se nalaze izvan ove regije emituju zračenje koje ne dopire Solarni sistem. Međutim, tačne dimenzije vidljivog dijela Univerzuma vrlo je teško utvrditi zbog njegovog stalno ubrzanog širenja.

Ako uzmemo naš zvjezdani sistem kao centar vidljivog dijela svemira, a površinu posljednjeg raspršenja kosmičkog mikrotalasnog pozadinskog zračenja kao kosmološki horizont, onda će cijela ova sfera imati prečnik od 93 milijarde svjetlosnih godina. Njegova sastavna struktura je Metagalaksija - oblast svemira dostupna za proučavanje savremenim astronomskim instrumentima. Metagalaksija je homogena i izotropna, a istraživači se još uvijek spore da li je to cijeli Univerzum ili samo njegov mali dio. Njegov opseg se stalno mijenja zbog poboljšanja tehnologije koju koriste astronomi.

Šta je prostor i koje su njegove dimenzije?

Kada se govori o veličini Univerzuma, ne može se ne spomenuti koncept „prostora“. Ovaj termin se odnosi na dio univerzalnih prostranstava ispunjenih prazninom, koji leže izvan atmosfera i školjki nebeskih tijela. Prostor nije prazan ili prazan. Ispunjena je međuzvjezdanom materijom koja se sastoji od molekula vodonika, kisika, kao i jonizujućeg i elektromagnetnog zračenja. Osim toga, postoji tamna materija o kojoj se naučnici raspravljaju već nekoliko stoljeća. Mnogi od njih izneli su hipotezu da je ova skrivena masa povezujuća karika svemira.

Moderni astronomi, uzimajući našu planetu kao polaznu tačku, razlikuju:

Blizu svemira. Za ljude, počinje na visini od oko 19 kilometara. Ovo je Armstrongova linija gdje voda ključa na temperaturi ljudsko tijelo. Osoba koja je na ovoj visini bez skafandera počinje da kipi od pljuvačke i suza. Visina od samo 100 kilometara smatra se međunarodnom službenom granicom, nakon čega počinje svemir.
Prostor blizu Zemlje se smatra takvim do visine od oko 260 hiljada kilometara. Ovo je visina do koje gravitacija Zemlje premašuje gravitaciju Sunca. Naši kosmonauti vrše orbitalne letove i razni sateliti lete u rasponu ovih visina.
Interplanetarni region. Na tim visinama, tačnije udaljenostima od Zemlje, on leti oko naše planete. Na ovim udaljenostima leteli su samo automatski. svemirske stanice i NASA-ine astronaute na slijetanju na Mjesec 1970. godine.
Međuzvjezdani prostor - udaljenost od Zemlje se već mjeri milijardama kilometara.
Intergalaktički prostor, gdje je udaljenost oko 5 kvintiliona kilometara. Sve je to beznačajno s obzirom na veličinu svemira.

Koliko je velik svijet?

Nakon svega što ste pročitali, vrijedi razmisliti o tome koliko je ogroman svijet u kojem živimo. Ljudi su samo mikrobi u poređenju samo sa galaksijama i svemirom, da ne spominjemo. Štaviše, veličina Univerzuma je nezamisliva. I malo je vjerovatno da ćemo to ikada moći saznati.