phys ħ
история науки
квантовый мир
космос
нанотехнологии
нейтрино
общество
петаватты
разное
термояд
тёмная материя
частицы
экзопланеты
Насколько масштабна Вселенная?
Удивительно, но даже самая сумасбродная научная фантастика крайне антропоморфна. История может разворачиваться в экзотическом месте или содержать крайне необычную научно-техническую составляющую, но при этом оставаться очень «человеческой». Её суть обязательно сводится к «земным» взаимоотношениям, слабостям или проблемам. Это то, что читатель лучше всего понимает и на что сильнее всего реагирует.
В большинстве научно-фантастических книг действие происходит или на некой планете, или на космическом корабле. Настоящая задача, которая стоит перед автором, — сделать историю одновременно и близкой читателям, и рассказать в ней об огромных масштабах Вселенной.
Мысли о гигантском размере Вселенной многих пугают. Мы знаем, что видимая Вселенная протянулась на десятки миллиардов световых лет. Единственный способ хоть как-то осознать такие величины — это попытаться раздробить их на более мелкие части вплоть до более или менее понятного нам размера собственной планеты. Прямой рейс Дубай — Сан-Франциско. Самолёт преодолевает расстояние в 13 тыс. км, что примерно равняется диаметру Земли. Диаметр Солнца в 100 раз больше. Расстояние от Земли до Солнца в 100 раз больше диаметра нашей звезды и составляет примерно 150 млн км. Среднее расстояние от Земли до Солнца называют астрономической единицей и часто используют для измерения расстояний в космосе. Например, автоматический зонд «Вояджер-1», который запустили в 1977 году и который путешествует со скоростью 18 км в секунду, находится сейчас на расстоянии 137 астрономических единиц от Солнца.
Другие звёзды намного дальше от нас, чем Солнце. Ближайшая из них, Проксима Центавра, находится в 270 тыс. астрономических единиц или 4,25 световых годах от Земли. Расстояние от Солнца до Проксимы Центавра примерно равняется расстоянию в 30 млн Солнц. В серии романов «Автостопом по галактике» бюрократы-вогоны шокированы, что земляне не полетели на Проксиму Центавра, чтобы получить уведомление о сносе Земли. Смысл шутки заключается в абсолютно нереальном расстоянии.
Расстояние между звёздами в нашей галактике, Млечном пути, — примерно 4 световых года. Получается, в нашей галактике очень много свободного пространства! В Млечном пути примерно 300 млрд звёзд, его общий диаметр — примерно 100 тыс. световых лет. Одно из самых впечатляющих открытий последних двадцати лет — Солнце не единственная звезда, у которой имеется целая свита планет. Учёные выяснили, что вокруг большинства звёзд в Млечном пути, похожих на Солнце, вращаются планеты. У многих из них размер и расстояние до звезды позволяют предположить, что на них есть условия для возникновения жизни.
Достичь этих планет — совсем другая задача. Зонд «Вояджер-1» достиг бы Проксимы Центавра через 75 тыс. лет, если бы летел в правильном направлении (но он летит не туда). Авторы научно-фантастических романов придумывают разные способы, как преодолеть столь огромную дистанцию. Например, погружают пассажиров в анабиоз или отправляют их в путешествие со скоростью, близкой к скорости света (и таким образом, получают выгоду от эффекта замедления времени, предсказанного специальной теорией относительности Альберта Эйнштейна). Ещё вымышленные путешественники иногда используют двигатель, позволяющий летать со сверхсветовой скоростью, кротовые норы и другие явления, чьё существование пока не доказано.
Астрономы, впервые точно измерившие размеры нашей галактики век назад, были поражены её масштабами. Поначалу многие со скепсисом относились к идее, что так называемые спиральные туманности, которые можно было увидеть на фотографиях неба, были на самом деле внегалактическими объектами — галактиками, по размеру сравнимыми с Млечным путём, но находящимися от нас на огромном расстоянии. Хотя действие большинства научно-популярных романов происходит в нашей галактике, за последние 100 лет учёные выяснили, насколько огромно пространство вне её. Ближайшая от нас галактика находится на расстоянии 2 млн световых лет. А свет от самых далёких галактик, который можно увидеть в наши телескопы, идёт 13 млрд лет.
В 1920-е гг. мы узнали, что Вселенная расширяется. Примерно 20 лет назад астрономы выяснили, что скорость расширения увеличивается под воздействием гипотетической «тёмной энергии». Тёмная энергия работает в масштабах пространства и времени, соизмеримых со всей Вселенной, — и как мы можем представить её в своём воображении?
Но это ещё не всё. Мы не видим галактик, которые находятся так далеко, что идущему от них свету не хватило даже времени жизни Вселенной, чтобы дойти до нас. Что лежит за пределами обозримой части Вселенной? Согласно космологическим моделям, Вселенная однородна и всюду расширяется. Есть гипотеза, которая гласит, что Большой взрыв и рождение нашей Вселенной — лишь один из серии взрывов, а протяжённость мультивселенной лежит за гранью нашего понимания.
Американский астрофизик Нил Деграсс Тайсон сказал: «Вселенная не обязана быть понятной для тебя». И тайны Вселенной не обязаны быть простыми для их описания в научно-фантастических романах. Большая часть Вселенной представляет собой пустое пространство. Расстояния между звёздами в галактике, между разными галактиками слишком огромны для нашего понимания. Попытка рассказать о реальных размерах Вселенной и при этом привязка к человеческим эмоциям пугает любого автора, который пишет в жанре научной фантастики.
Мы живём на крошечной планете, но тем не менее наш мозг способен осознать огромные размеры Вселенной. И это вселяет надежду, поскольку, как заметил астробиолог Калеб Шарф: «В ограниченном мире думать в космических масштабах — это не роскошь, а необходимость». Объяснить это общественности — настоящий вызов как для астрономов, так и для писателей-фантастов.
Источник
Насколько велика Вселенная?
Вселенная > Насколько велика Вселенная?
Вселенная – огромное место, но каковы ее размеры? Конечно, ответ зависит от того, конечная она или нет. Даже слово «огромное» нужно уточнить. Мы говорим о видимой Вселенной или фактическом размере?
Сам по себе вопрос: «Насколько велика?» уже странный. Мы же не спрашиваем: «Насколько огромен карандаш?» или «Насколько велик дом?». Сложно объяснять без сравнения, особенно если учитывать, что мы видим лишь определенную часть Вселенной, которая может иметь конец, а может и быть бесконечной.
Предполагаемые размеры Вселенной
Кажется, что трудностей с вычислениями размеров Вселенной хватает, но прибавляется еще и процесс расширения. Чтобы свет от далекой галактики приблизился к нам, нужно время. И все это сопровождается расширением. Поэтому стабильной цифры быть не может, ведь сама Вселенная лишена покоя. Так что ученые совершенно не переживают по поводу галактических дистанций и изучают красное смещением – z. Чем оно больше, тем дальше галактика.
Возьмем, например, объект, чей показатель красного смещения достигает 7.5. С этой цифрой можно выяснить, как долго свет путешествовал от своей точки к нашей. Здесь получается 13 млрд. лет. Может показаться, что это 13 млрд. световых лет, но в тот момент Вселенная была намного меньше. Учитывая это, финальная цифра – 3.4 млрд. световых лет.
Сейчас эта галактика намного дальше. Пока свет добирался к нам, она продолжала отдаляться. Современное расстояние – 29 млрд. световых лет. Здесь и начинаются вопросы о размерах Вселенной. Это называют сопутствующим расстоянием. Мы можем видеть до определенной границы. Как далеко? Наиболее длинный свет, который приборы способны уловить, это релятивное излучение, чье красное смещение составляет 1000.
Если перевести в расстояние, то получим 46 млрд. световых лет. Так как мы наблюдатели, то расположены в центре. А значит, видимая Вселенная по обе стороны простирается на 92 млрд. световых лет. Конечно, мы понимаем, что реальные размеры намного больше.
Вглядываясь в самую даль, ученые не наблюдают галактических сгустков. Поэтому полагают, что Вселенная способна растянуться навсегда. Если все так, то есть место «вечной инфляции». Что это? Просто представьте, что наша Вселенная – это лишь один из пузырьков в целом море таких же. Речь идет о мультивселенной. Космос огромен, и вы даже не представляете насколько!
Источник
Насколько велика Вселенная? Можно ли вообще ответить на этот вопрос?
Вселенная представляет собой огромное пространство, заполненное туманностями, звездными скоплениями, отдельными звездами, планетами с их спутниками, различными кометами, астероидами и, в конце концов, вакуумом, а также темной материей. Она настолько огромна, что полнота ответа на вопрос о том, насколько именно она большая, к сожалению, ограничена нашим нынешним уровнем развития технологий. Как бы там ни было, понимание размера Вселенной подразумевает понимание нескольких ключевых факторов. Одним из этих факторов, например, является понимание того, как ведет себя космос, а также понимание того, что то, что мы видим, является всего лишь так называемой «наблюдаемой Вселенной». Выяснить истинные размеры Вселенной мы не можем, потому что наши возможности не позволяют нам увидеть ее «край».
Рулеткой ее точно не измерить
Все, что находится за пределами видимой Вселенной, по-прежнему остается для нас загадкой и является предметом бесконечных споров и дискуссий среди астрофизиков всех мастей. Сегодня постараемся простыми словами объяснить то, к чему пришла наука к настоящему моменту времени в вопросах понимания размеров Вселенной, и постараемся ответить на один из самых животрепещущих и сложных вопросов о ее природе. Но сперва давайте рассмотрим базовые принципы того, как ученые определяют расстояние в космосе.
Как определяют расстояние в космосе
Самым простейшим методом определения расстояния в космосе является использование света. Однако если учесть то, каким образом свет распространяется в пространстве, то следует понимать, что те объекты, которые мы видим с Земли, в космосе необязательно будут выглядеть так же. Ведь для того, чтобы свет от далеких объектов достиг нашей планеты может потребоваться десятки, сотни, тысячи, а то и десятки тысяч лет.
Скорость света составляет 300 000 километров в секунду, но для космоса, для такого гигантского пространства, понятие секунды не является идеальной величиной для измерения.
В астрономии принято для определения расстояния использовать термин световой год. Один световой год приблизительно эквивалентен расстоянию 9 460 730 472 580 800 метров и дает нам не только представление о расстоянии, но также может говорить о том, какое количество времени потребуется свету объекта для того, чтобы нас достигнуть.
Такое расстояние сложно себе даже представить
Самым простым примером разницы времени и расстояний является свет Солнца. Среднее расстояние от нас до Солнца составляет около 150 000 000 километров. Допустим, у вас есть подходящий телескоп и защита для глаз, позволяющие вести за Солнцем наблюдение. Суть в том, что все, что вы будете видеть в телескоп, на самом деле происходило с Солнцем 8 минут назад (именно столько требуется свету, чтобы добрать до Земли). Свет Проксимы Центавра? Дойдет до нас только через четыре года. Или взять хотя бы такую крупную звезду, как Бетельгейзе, собирающуюся стать в скором времени сверхновой. Даже если бы это событие произошло сейчас, мы узнали бы о нем не раньше середины 27 века!
Если вам интересны новости науки и технологий, подпишитесь на нас в Яндекс.Дзен, чтобы не пропускать новые материалы!
Свет и его свойства сыграли ключевую роль в понимании нами того, насколько огромна Вселенная. В настоящий момент наши возможности позволяют нам заглянуть примерно на 46 миллиардов световых лет наблюдаемой Вселенной. Каким образом? Все благодаря используемой физиками и астрономами шкалы расстояний в астрономии.
Что такое параллакс
Телескопы являются лишь одним из инструментов для измерения космических расстояний и не всегда способны справится с этим заданием: чем дальше находится объект, расстояние до которого мы хотим измерить, тем сложнее это сделать. Радиотелескопы отлично подходят для измерения расстояний и проведения наблюдений лишь внутри нашей Солнечной системы. Они действительно способны предоставлять очень точные данные. Но стоит только направить их взор за пределы Солнечной системы, как их эффективность резко сокращается. Ввиду всех этих проблем астрономы решили прибегнуть к другому методу измерения расстояния — параллаксу.
Что такое параллакс? Объясним на простом примере. Закройте сначала один глаз и посмотрите на какой-нибудь объект, а затем закройте другой глаз и посмотрите снова на этот же объект. Заметили небольшое «изменение в положении» объекта? Этот «сдвиг» и называется параллаксом, методом, который используется для определения расстояния в космосе. Метод отлично работает, когда речь идет о звездах, находящихся в относительной близости от нас — примерно в радиусе 100 световых лет. Но когда и этот метод становится малоэффективным, ученые прибегают к другим.
Следующий способ определения расстояния носит название «метод главной последовательности». Он основан на наших знаниях о том, как со временем изменяются звезды определенных размеров. Сначала ученые определяют яркость и цвет звезды, а затем сравнивают показатели с ближайшими звездами, обладающими аналогичными характеристиками, выводя на основе этих данных приблизительное расстояние. Опять же, данный метод весьма ограничен и работает только в случае звезд, принадлежащих нашей галактике, или тех, которые находятся в радиусе 100 000 световых лет.
Чтобы заглянуть дальше, астрономы полагаются на метод измерения по цефеидам. Он основан на открытии американского астронома Генриетты Суон Ливитт, которая обнаружила зависимость между периодом изменения блеска и светимостью звезды. Благодаря этому методы многие астрономы смогли высчитать расстояния до звезд не только внутри нашей галактики, но и за ее пределами. В некоторых случаях речь идет о дистанциях в 10 миллионов световых лет.
Какого размера Вселенная?
И все же к вопросу размеров Вселенной мы пока не приблизились ни на йоту. Поэтому переходим к ультимативному средству измерений, основанному на принципе красного сдвига (или красного смещения). Суть красного смещения аналогична принципу работы эффекта Доплера. Вспомните железнодорожный переезд. Никогда не замечали, как звучание гудка поезда изменяется в зависимости от расстояния, усиливаясь при приближении и становясь тише при отдалении?
Свет работает примерно так же. Посмотрите на спектрограмму выше, видите черные линии? Они указывают на границы поглощения цвета химическими элементами, находящимися внутри и вокруг источника света. Чем больше сдвинуты линии к красной части спектра — тем дальше объект находится от нас. На основе подобных спектрограмм ученые также определяют то, насколько быстро объект двигается от нас.
Так мы плавно и подобрались к нашему ответу. Большая часть света, подвергшаяся красному смещению, принадлежит галактикам, возраст которых около 13,8 миллиарда лет.
Сколько лет Вселенной?
Если после прочтенного вы пришли к выводу, что радиус наблюдаемой нами Вселенной составляет всего 13,8 миллиарда световых лет, то вы не учли одной важной детали. Все дело в том, что на протяжении этих 13,8 миллиарда лет после Большого взрыва Вселенная продолжала расширяться. Другими словами, это означает, что реальный размер нашей Вселенной гораздо больше, чем указано в наших изначальных измерениях.
Поэтому для того, чтобы узнать реальный размер Вселенной, необходимо принять во внимание еще один показатель, а именно то, насколько быстро Вселенная расширялась со времен Большого взрыва. Физики говорят, что наконец смогли вывести нужные цифры и уверены в том, что радиус видимой Вселенной в настоящий момент составляет около 46,5 миллиарда световых лет.
Правда, стоит также отметить, что эти подсчеты основаны лишь на том, что мы сами можем видеть. Точнее способны разглядеть в глубине космоса. Эти подсчеты не отвечают на вопрос истинного размера Вселенной. Кроме того, ученых заставляет задуматься некоторое несоответствие, согласно которому более удаленные от нас галактики в нашей Вселенной слишком хорошо сформированы, чтобы можно было считать, что они появились сразу после Большого взрыва. Для такого уровня развития потребовалось гораздо больше времени.
Необъяснимый факт, указанный выше, открывает целый ряд новых проблем. Некоторые ученые постарались посчитать, сколько потребовалось бы времени для развития этих полностью сформированных галактик. Например, оксфордские ученые пришли к выводу, что размер всей Вселенной может быть в 250 раз больше наблюдаемой.
Мы действительно способны измерить расстояния до объектов в пределах наблюдаемой Вселенной, но то, что находится за этой гранью, нам не известно. Конечно же, никто не говорит, что ученые не пытаются это выяснить, но, как уже говорилось выше, наши возможности ограничены нашим уровнем технического прогресса. Кроме того, не стоит также сразу отбрасывать предположение о том, что ученые, возможно, так никогда и не узнают настоящих размеров всей Вселенной, если учесть все факторы, находящиеся на пути решения этого вопроса.
Источник