Il nostro mondo, nato nel processo del Big Bang, è ancora in espansione e il volume dello spazio che separa le galassie sta aumentando rapidamente. Gli ammassi di galassie, allontanandosi l'uno dall'altro, rimangono comunque formazioni stabili con una certa dimensione e struttura stabile. E gli atomi non si gonfiano affatto nel processo di espansione dell'Universo, a differenza dei fotoni che volano liberamente, che aumentano la loro lunghezza d'onda mentre si muovono attraverso lo spazio in espansione. Dov'è finita l'energia dei fotoni reliquia? Perché possiamo vedere i quasar che si allontanano da noi a velocità superluminali? Cos'è l'energia oscura? Perché la parte dell'universo a nostra disposizione si riduce continuamente? Queste sono solo alcune delle domande a cui si pongono oggi i cosmologi, che cercano di armonizzare la teoria della relatività generale con l'immagine del Mondo osservata dagli astronomi.
Sfera di Hubble
Secondo la legge di Hubble, che descrive l'espansione dell'Universo, le velocità radiali delle galassie sono proporzionali alla loro distanza dal coefficiente H0 che oggi si chiama Costante di Hubble.
Il valore di H 0 è determinato dalle osservazioni di oggetti galattici, le cui distanze sono misurate principalmente dalle stelle più luminose o Cefeidi.
La maggior parte delle stime indipendenti di H 0 danno attualmente un valore di circa 70 km/s per megaparsec per questo parametro.
Ciò significa che le galassie che si trovano a una distanza di 100 megaparsec si stanno allontanando da noi a una velocità di circa 7000 km/s.
Nei modelli di un universo in espansione, la costante di Hubble cambia nel tempo, ma il termine "costante" è giustificato dal fatto che in ogni dato momento in tutti i punti dell'universo, la costante di Hubble è la stessa.
Il reciproco della costante di Hubble ha senso tempo caratteristico di espansione dell'Universo in questo momento. Per il valore attuale della costante di Hubble, l'età dell'universo è stimata in circa 13,8 miliardi di anni.
Rispetto al centro della sfera di Hubble, il tasso di espansione dello spazio al suo interno è inferiore alla velocità della luce e all'esterno è maggiore. Sulla stessa sfera di Hubble, i quanti di luce sono, per così dire, congelati nello spazio, che si espande lì alla velocità della luce, e quindi diventa un altro orizzonte - orizzonte fotonico.
Se l'espansione dell'universo rallenta, allora il raggio della sfera di Hubble aumenta perché è inversamente proporzionale al parametro di Hubble decrescente. In questo caso, mentre l'universo invecchia, questa sfera copre sempre più regioni dello spazio e lascia entrare sempre più quanti di luce. Nel tempo, l'osservatore vedrà galassie ed eventi intragalattici che prima erano al di fuori del suo orizzonte fotonico. Se l'espansione dell'universo sta accelerando, il raggio della sfera di Hubble, al contrario, si riduce.
Ci sono tre superfici importanti in cosmologia: l'orizzonte degli eventi, l'orizzonte delle particelle e la sfera di Hubble. Le ultime due sono superfici nello spazio, e la prima è nello spazio-tempo. Abbiamo già incontrato la sfera di Hubble, ora parliamo di orizzonti.
Orizzonte particellare
Orizzonte particellare separa gli oggetti attualmente osservabili da quelli non osservabili.
A causa della finitezza della velocità della luce, l'osservatore vede gli oggetti celesti come erano in un passato più o meno lontano. Oltre l'orizzonte delle particelle si trovano galassie che non sono attualmente osservate in nessuna fase della loro precedente evoluzione. Ciò significa che le loro linee del mondo nello spazio-tempo non attraversano da nessuna parte la superficie, lungo la quale si propaga la luce, arrivando all'osservatore dal momento della nascita dell'Universo. All'interno dell'orizzonte delle particelle ci sono galassie le cui linee del mondo hanno intersecato questa superficie in passato. Sono queste galassie che costituiscono la parte dell'Universo che è, in linea di principio, accessibile all'osservazione in un dato momento nel tempo.
Per un universo non in espansione, la dimensione dell'orizzonte delle particelle cresce con l'età e prima o poi tutte le regioni dell'universo saranno disponibili per lo studio. Ma in un universo in espansione, non è così. Inoltre, a seconda della velocità di espansione, la dimensione dell'orizzonte particellare può dipendere dal tempo trascorso dall'inizio dell'espansione, secondo una legge più complessa di una semplice proporzionalità. In particolare, nell'Universo in rapida espansione, la dimensione dell'orizzonte delle particelle può tendere a un valore costante. Ciò significa che ci sono aree che sono fondamentalmente inosservabili, ci sono processi che sono fondamentalmente inconoscibili.
Inoltre, la dimensione dell'orizzonte delle particelle limita la dimensione delle regioni causali. Infatti, due punti spaziali separati da una distanza maggiore della dimensione dell'orizzonte non hanno mai interagito in passato. Poiché l'interazione più veloce (lo scambio di raggi luminosi) non è ancora avvenuta, qualsiasi altra interazione è esclusa. Pertanto, nessun evento in un punto può avere come causa un evento che si è verificato in un altro punto. Nel caso in cui la dimensione dell'orizzonte delle particelle tenda a un valore costante, l'Universo è diviso in regioni causalmente non correlate, l'evoluzione in cui procede indipendentemente.
Pertanto, non ci è dato di sapere com'è l'Universo oltre l'attuale orizzonte delle particelle. Alcune teorie dell'universo primordiale affermano che, ben oltre questo orizzonte, non assomiglia per niente a ciò che vediamo. Questa tesi è del tutto scientifica, poiché deriva da calcoli perfettamente ragionevoli, ma non può essere né confutata né confermata con l'aiuto delle osservazioni astronomiche disponibili nel nostro tempo.Inoltre, se lo spazio continua ad espandersi con accelerazione, non sarà possibile verificarlo in un futuro arbitrariamente lontano.
Le sorgenti all'orizzonte delle particelle hanno uno spostamento verso il rosso infinito. Sono i fotoni più antichi che, almeno teoricamente, oggi si possono “vedere”. Sono stati emessi quasi al momento del Big Bang. Quindi la dimensione della parte dell'Universo visibile oggi era estremamente piccola, il che significa che da allora tutte le distanze sono cresciute molto. Ecco da dove viene il redshift infinito. Naturalmente, non possiamo effettivamente vedere i fotoni dall'orizzonte delle particelle stesso. L'universo nella sua giovinezza era opaco alle radiazioni. Pertanto, non si osservano fotoni con uno spostamento verso il rosso maggiore di 1.000. Se in futuro gli astronomi impareranno a registrare i neutrini relitti, questo ci consentirà di esaminare i primi minuti della vita dell'Universo, corrispondenti al redshift - 3x10 7 . È possibile ottenere ulteriori progressi nella rilevazione delle onde gravitazionali relitte, raggiungendo i "tempi di Planck" (10 -43 secondi dall'inizio dell'esplosione). Con il loro aiuto sarà possibile guardare al passato per quanto possibile in linea di principio con l'aiuto delle leggi della natura conosciute oggi. Vicino al momento iniziale del big bang, la relatività generale non è più applicabile.
orizzonte degli eventi
Orizzonte degli eventi - è una superficie nello spaziotempo. Un tale orizzonte non compare in nessun modello cosmologico. Per esempio, non c'è orizzonte degli eventi in un universo in decelerazione- qualsiasi evento nella vita di galassie lontane può essere visto se aspetti abbastanza a lungo. Il punto di introdurre questo orizzonte è che separa gli eventi che possono influenzarci almeno in futuro da quelli che non possono influenzarci in alcun modo. Anche se il segnale luminoso di un evento non ci raggiunge, l'evento stesso non può influenzarci. Perché è possibile? Ci possono essere diverse ragioni. Il più semplice è il modello "fine del mondo". Se il futuro è limitato nel tempo, è chiaro che la luce di alcune galassie lontane semplicemente non sarà in grado di raggiungerci. La maggior parte dei modelli moderni non offre tale opportunità. Esiste, tuttavia, una versione del prossimo Big Rip (Big Rip), ma non è molto popolare negli ambienti scientifici. Ma c'è un'altra opzione: espansione con accelerazione.
La recente scoperta che l'universo si sta ora espandendo a un ritmo accelerato ha entusiasmato i cosmologi. Ci possono essere due ragioni per un comportamento così insolito del nostro mondo: o il principale "riempitivo" del nostro Universo non è la materia ordinaria, ma materia sconosciuta con proprietà insolite (la cosiddetta energia oscura), oppure (ancora più spaventoso pensare!) Dobbiamo cambiare le equazioni della teoria generale della relatività. Inoltre, per qualche ragione, all'umanità è capitato di vivere in quel breve periodo in termini di scale cosmologiche, quando la lenta espansione era appena stata sostituita da una accelerata. Tutte queste domande sono ancora molto lontane dall'essere risolte, ma oggi possiamo discutere di come l'espansione accelerata (se continua per sempre) cambierà il nostro Universo e creerà un orizzonte degli eventi. Si scopre che la vita delle galassie lontane, a partire dal momento in cui acquisiscono una velocità di fuga sufficientemente grande, si fermerà per noi e il loro futuro ci diventerà sconosciuto: la luce di una serie di eventi semplicemente non ci raggiungerà mai. Nel corso del tempo, in un futuro abbastanza lontano, tutte le galassie che non fanno parte del nostro superammasso locale da 100 megaparsec scompariranno oltre l'orizzonte degli eventi.
Passato e futuro
"Ho iniziato a pensare ai problemi dell'orizzonte nella scuola di specializzazione, e nemmeno di mia iniziativa", afferma il professor Wolfgang Rindler, che insegna ancora fisica all'Università del Texas a Dallas. - Allora era di gran moda la teoria dell'Universo, nota come Steady State Cosmology. Il mio supervisore ha avuto un'accesa discussione con gli autori di questa teoria e mi ha invitato a esaminare l'essenza delle differenze. Non ho rifiutato il compito proposto e il risultato è stato il mio lavoro sugli orizzonti cosmologici.
Secondo il professor Rindler, c'è un'interpretazione molto chiara di entrambi gli orizzonti del nostro mondo:“L'orizzonte degli eventi è formato dal fronte di luce, che convergerà al limite sulla nostra Galassia quando l'età dell'Universo aumenterà all'infinito. Al contrario, l'orizzonte delle particelle corrisponde al fronte di luce emesso al momento del Big Bang. In senso figurato, l'orizzonte degli eventi è delineato dall'ultimo dei fronti di luce che raggiungono la nostra Galassia, e l'orizzonte delle particelle è il primo in assoluto. Da questa definizione, diventa chiaro che
L'orizzonte delle particelle specifica la distanza massima dalla quale gli eventi passati possono essere osservati nella nostra epoca attuale. L'orizzonte degli eventi, d'altra parte, fissa la distanza massima dalla quale è possibile ottenere informazioni sul futuro infinitamente distante.
Si tratta in realtà di due orizzonti diversi, necessari per una descrizione completa dell'evoluzione dell'universo.
Non ci sono nemmeno dieci pianeti nel sistema solare e c'è un solo sole. Una galassia è un insieme di sistemi solari. Ci sono circa duecento miliardi di stelle nella galassia. Ci sono miliardi di galassie nell'universo. Capisci cos'è l'universo? Noi stessi non sappiamo cosa sia, ed è improbabile che lo scopriamo nei prossimi miliardi di anni. E più aumenta la nostra conoscenza dell'universo - di ciò che ci circonda e lo contiene tutto in sé - più le persone si fanno domande.
Quando guardiamo all'Universo, a tutti i suoi pianeti e stelle, galassie e ammassi, gas, polvere, plasma, vediamo le stesse firme ovunque. Vediamo linee di assorbimento ed emissione atomica, vediamo la materia interagire con altre forme di materia, vediamo la formazione stellare e la morte stellare, collisioni, raggi X e molto altro. C'è una domanda ovvia che deve essere spiegata: perché stiamo vedendo tutto questo? Se le leggi della fisica dettano la simmetria tra materia e antimateria che osserviamo non dovrebbe esistere.
Il sito del portale è una risorsa informativa in cui è possibile ottenere molte conoscenze utili e interessanti relative al Cosmo. Prima di tutto parleremo del nostro e di altri universi, di corpi celesti, buchi neri e fenomeni nelle profondità dello spazio.
La totalità di tutto ciò che esiste, la materia, le singole particelle e lo spazio tra queste particelle si chiama Universo. Secondo scienziati e astrologi, l'età dell'universo è di circa 14 miliardi di anni. La dimensione della parte visibile dell'universo è di circa 14 miliardi di anni luce. E alcuni sostengono che l'universo si estenda per oltre 90 miliardi di anni luce. Per maggiore comodità, nel calcolo di tali distanze, è consuetudine utilizzare il valore parsec. Un parsec è uguale a 3,2616 anni luce, cioè un parsec è la distanza alla quale il raggio medio dell'orbita terrestre è visto con un angolo di un secondo d'arco.
Armati di questi indicatori, puoi calcolare la distanza cosmica da un oggetto all'altro. Ad esempio, la distanza dal nostro pianeta alla Luna è di 300.000 km, ovvero 1 secondo luce. Di conseguenza, questa distanza dal Sole aumenta a 8,31 minuti luce.
Nel corso della sua storia, le persone hanno cercato di risolvere i misteri associati al Cosmo e all'Universo. Negli articoli del sito del portale puoi conoscere non solo l'Universo, ma anche i moderni approcci scientifici al suo studio. Tutto il materiale si basa sulle teorie e sui fatti più avanzati.
Va notato che l'Universo include un gran numero di vari oggetti noti alle persone. I più conosciuti tra loro sono pianeti, stelle, satelliti, buchi neri, asteroidi e comete. I pianeti sono i più compresi al momento, dal momento che viviamo su uno di essi. Alcuni pianeti hanno le loro lune. Quindi, la Terra ha il suo satellite: la Luna. Oltre al nostro pianeta, ce ne sono altri 8 che ruotano attorno al sole.
Ci sono molte stelle nel Cosmo, ma ognuna di esse non è simile tra loro. Hanno diverse temperature, dimensioni e luminosità. Poiché tutte le stelle sono diverse, sono classificate come segue:
nane bianche;
Giganti;
Supergiganti;
stelle di neutroni;
Quasar;
Pulsar.
La sostanza più densa a noi nota è il piombo. In alcuni pianeti, la densità della loro stessa sostanza può essere migliaia di volte maggiore della densità del piombo, il che pone molte domande agli scienziati.
Tutti i pianeti ruotano attorno al sole, ma anche lui non si ferma. Le stelle possono riunirsi in ammassi che, a loro volta, ruotano anch'essi attorno a un centro che non ci è ancora noto. Questi ammassi sono chiamati galassie. La nostra galassia si chiama Via Lattea. Tutti gli studi condotti finora affermano che la maggior parte della materia creata dalle galassie è ancora invisibile agli esseri umani. Per questo motivo è stata chiamata materia oscura.
I centri delle galassie sono considerati i più interessanti. Alcuni astronomi ritengono che un buco nero sia il possibile centro della galassia. Questo è un fenomeno unico formato come risultato dell'evoluzione di una stella. Ma per ora, queste sono solo teorie. Non è ancora possibile condurre esperimenti o studiare tali fenomeni.
Oltre alle galassie, l'Universo contiene nebulose (nuvole interstellari costituite da gas, polvere e plasma), radiazioni relitte che permeano l'intero spazio dell'Universo e molti altri oggetti poco conosciuti e persino generalmente sconosciuti.
La circolazione dell'etere dell'universo
La simmetria e l'equilibrio dei fenomeni materiali è il principio fondamentale dell'organizzazione strutturale e dell'interazione in natura. Inoltre, in tutte le forme: plasma stellare e materia, mondo ed eteri rilasciati. L'intera essenza di tali fenomeni consiste nelle loro interazioni e trasformazioni, la maggior parte delle quali sono rappresentate dall'etere invisibile. Si chiama anche radiazione reliquia. Questa è una radiazione cosmica di fondo a microonde con una temperatura di 2,7 K. Si ritiene che sia questo etere oscillante la base fondamentale di tutto ciò che riempie l'Universo. L'anisotropia della distribuzione dell'etere è connessa con le direzioni e l'intensità del suo movimento in diverse aree dello spazio invisibile e visibile. L'intera difficoltà di studio e ricerca è del tutto paragonabile alle difficoltà di studiare i processi turbolenti nei gas, nei plasmi e nei liquidi della materia.
Perché molti scienziati credono che l'universo sia multidimensionale?
Dopo aver condotto esperimenti nei laboratori e nello stesso Cosmo, sono stati ottenuti dati dai quali si può presumere che viviamo in un Universo in cui la posizione di qualsiasi oggetto può essere caratterizzata dal tempo e da tre coordinate spaziali. Per questo motivo, sorge l'ipotesi che l'universo sia quadridimensionale. Tuttavia, alcuni scienziati, sviluppando teorie sulle particelle elementari e sulla gravità quantistica, potrebbero giungere alla conclusione che l'esistenza di un gran numero di dimensioni è semplicemente necessaria. Alcuni modelli dell'Universo non escludono un numero come 11 dimensioni.
Va tenuto presente che l'esistenza di un Universo multidimensionale è possibile con fenomeni ad alta energia: buchi neri, big bang, esplosioni. Almeno, questa è una delle idee dei principali cosmologi.
Il modello dell'Universo in espansione si basa sulla teoria generale della relatività. È stato proposto di spiegare adeguatamente la struttura del redshift. L'espansione iniziò contemporaneamente al Big Bang. Il suo stato è illustrato dalla superficie di una palla di gomma gonfiata, su cui sono stati applicati dei punti - oggetti extragalattici. Quando un tale pallone viene gonfiato, tutti i suoi punti si allontanano l'uno dall'altro, indipendentemente dalla posizione. Secondo la teoria, l'Universo può espandersi indefinitamente o contrarsi.
Asimmetria barionica dell'Universo
L'aumento significativo del numero di particelle elementari osservato nell'Universo rispetto all'intero numero di antiparticelle è chiamato asimmetria barionica. I barioni includono neutroni, protoni e alcune altre particelle elementari di breve durata. Questa sproporzione è avvenuta nell'era dell'annientamento, vale a dire tre secondi dopo il Big Bang. Fino a questo punto il numero di barioni e antibarioni corrispondeva tra loro. Durante l'annichilazione di massa di antiparticelle e particelle elementari, la maggior parte di esse si accoppiava e scompariva, dando così origine alla radiazione elettromagnetica.
Age of the Universe sul sito web del portale
Gli scienziati moderni ritengono che il nostro universo abbia circa 16 miliardi di anni. Secondo le stime, l'età minima può essere di 12-15 miliardi di anni. Il minimo è respinto dalle stelle più antiche della nostra galassia. La sua età reale può essere determinata solo con l'aiuto della legge di Hubble, ma reale non significa esatta.
orizzonte di visibilità
Una sfera di raggio pari alla distanza percorsa dalla luce durante l'intera esistenza dell'Universo è chiamata orizzonte di visibilità. L'esistenza dell'orizzonte è direttamente proporzionale all'espansione e alla contrazione dell'Universo. Secondo il modello cosmologico di Friedman, l'Universo iniziò ad espandersi da una singolare distanza circa 15-20 miliardi di anni fa. Per tutto il tempo, la luce percorre una distanza residua nell'universo in espansione, vale a dire 109 anni luce. Per questo motivo, ogni osservatore del momento t0 dopo l'inizio del processo di espansione può vedere solo una piccola parte, delimitata da una sfera, che in quel momento ha raggio I. Quei corpi e oggetti che si trovano oltre questo confine in quel momento non sono, in linea di principio, osservabili. La luce riflessa da loro semplicemente non ha il tempo di raggiungere l'osservatore. Questo non è possibile anche se la luce è uscita nel momento in cui è iniziato il processo di espansione.
A causa dell'assorbimento e della diffusione nell'Universo primordiale, data l'alta densità, i fotoni non potevano propagarsi in una direzione libera. Pertanto, l'osservatore è in grado di fissare solo la radiazione che è apparsa nell'era dell'Universo trasparente alla radiazione. Questa epoca è determinata dal tempo t»300.000 anni, dalla densità della materia r»10-20 g/cm3 e dal momento della ricombinazione dell'idrogeno. Ne consegue da quanto precede che quanto più vicina è la sorgente nella galassia, tanto maggiore sarà per essa il redshift.
Big Bang
Il momento in cui l'universo ha avuto inizio si chiama Big Bang. Questo concetto si basa sul fatto che inizialmente c'era un punto (punto di singolarità), in cui erano presenti tutta l'energia e tutta la materia. La base della caratteristica è considerata un'alta densità di materia. Quello che è successo prima di questa singolarità è sconosciuto.
Per quanto riguarda gli eventi e le condizioni che si sono verificati prima dell'inizio del momento 5 * 10-44 secondi (il momento della fine del 1° quanto temporale), non ci sono informazioni esatte. Nel senso fisico di quell'epoca, si può solo supporre che allora la temperatura fosse di circa 1,3 * 1032 gradi con una densità di materia di circa 1096 kg / m 3. Questi valori sono limitanti per l'applicazione delle idee esistenti. Appaiono a causa del rapporto tra la costante gravitazionale, la velocità della luce, le costanti di Boltzmann e Planck e sono indicate come "Planck".
Gli eventi associati a 5 * 10-44 a 10-36 secondi riflettono il modello dell'"Universo inflazionistico". Il momento di 10-36 secondi è attribuito al modello "universo caldo".
Nel periodo da 1-3 a 100-120 secondi si sono formati nuclei di elio e un piccolo numero di nuclei di altri elementi chimici leggeri. Da quel momento iniziò a stabilirsi il rapporto nel gas - idrogeno 78%, elio 22%. Prima di un milione di anni, la temperatura nell'Universo iniziò a scendere a 3000-45000 K, iniziò l'era della ricombinazione. Prima, gli elettroni liberi cominciavano a combinarsi con protoni leggeri e nuclei atomici. Cominciarono ad apparire atomi di elio, atomi di idrogeno e un piccolo numero di atomi di litio. La sostanza divenne trasparente e la radiazione, che ancora si osserva, si staccò da essa.
Il successivo miliardo di anni dell'esistenza dell'Universo è stato caratterizzato da una diminuzione della temperatura da 3000-45000 K a 300 K. Gli scienziati hanno chiamato questo periodo per l'Universo "l'età oscura" a causa del fatto che non sono ancora apparse fonti di radiazioni elettromagnetiche. Nello stesso periodo le disomogeneità delle miscele gassose originarie si sono compattate per azione delle forze gravitazionali. Dopo aver simulato questi processi su un computer, gli astronomi hanno visto che ciò portava irreversibilmente alla comparsa di stelle giganti, che superavano di milioni di volte la massa del Sole. A causa di una massa così grande, queste stelle sono state riscaldate a temperature inimmaginabilmente elevate e si sono evolute per un periodo di decine di milioni di anni, dopodiché sono esplose come supernove. Riscaldandosi a temperature elevate, le superfici di tali stelle hanno creato forti flussi di radiazione ultravioletta. Iniziò così un periodo di reionizzazione. Il plasma che si è formato come risultato di tali fenomeni ha iniziato a diffondere fortemente la radiazione elettromagnetica nei suoi intervalli spettrali di lunghezza d'onda corta. In un certo senso, l'universo iniziò ad sprofondare in una fitta nebbia.
Queste enormi stelle sono diventate le prime fonti nell'universo di elementi chimici molto più pesanti del litio. Cominciarono a formarsi oggetti spaziali della 2a generazione, che contenevano i nuclei di questi atomi. Queste stelle iniziarono a formarsi da miscele di atomi pesanti. Si è verificato un tipo ripetuto di ricombinazione della maggior parte degli atomi di gas intergalattici e interstellari, che, a sua volta, ha portato a una nuova trasparenza dello spazio per la radiazione elettromagnetica. L'universo è diventato esattamente ciò che possiamo osservare ora.
La struttura osservata dell'universo sul sito del portale
La parte osservata è spazialmente disomogenea. La maggior parte degli ammassi di galassie e delle singole galassie formano la sua struttura cellulare oa nido d'ape. Costruiscono pareti cellulari spesse un paio di megaparsec. Queste cellule sono chiamate "vuoti". Sono caratterizzati da una grande dimensione, decine di megaparsec, e allo stesso tempo non contengono alcuna sostanza con radiazione elettromagnetica. Circa il 50% del volume totale dell'Universo rientra nella quota di "vuoti".
Se il nostro universo non si stesse espandendo e la velocità della luce si avvicinasse all'infinito, le domande "possiamo vedere l'intero universo?" o "fino a che punto possiamo vedere l'universo?" non avrebbe senso. Vorremmo "vivere" vedremmo tutto ciò che accade in qualsiasi angolo dello spazio.
Ma, come sai, la velocità della luce è finita e il nostro Universo si sta espandendo, e lo fa con l'accelerazione. Se il tasso di espansione è in costante aumento, allora ci sono regioni che sfuggono a noi a velocità superluminale, che, secondo la logica, non possiamo vedere. Ma com'è possibile? Questo non contraddice la Teoria della Relatività? In questo caso no: dopotutto, lo spazio stesso si sta espandendo e gli oggetti al suo interno mantengono velocità inferiori alla luce. Per chiarezza, possiamo immaginare il nostro Universo come un pallone, e un bottone incollato al pallone svolgerà il ruolo di una galassia. Prova a gonfiare il pallone: la galassia pulsante inizierà ad allontanarsi da te insieme all'espansione dello spazio dell'Universo-palloncino, anche se la velocità propria della galassia pulsante rimarrà zero.
Si scopre che deve esserci un'area all'interno della quale ci sono oggetti che sfuggono da noi a una velocità inferiore a quella della luce e la cui radiazione possiamo fissare nei nostri telescopi. Questa zona è chiamata Sfera di Hubble. Termina con un confine dove la velocità di allontanamento delle galassie lontane coinciderà con la velocità dei loro fotoni che volano nella nostra direzione (cioè la velocità della luce). Questo confine è chiamato Orizzonte di particelle. Ovviamente, gli oggetti oltre il Particle Horizon avranno una velocità superiore a quella della luce e la loro radiazione non potrà raggiungerci. O può ancora?
Immaginiamo che la galassia X fosse nella Sfera di Hubble ed emettesse luce che raggiungesse la Terra senza problemi. Ma a causa dell'accelerazione dell'espansione dell'Universo, la galassia X è andata oltre l'orizzonte delle particelle e si sta già allontanando da noi a una velocità superiore a quella della luce. Ma i suoi fotoni, emessi al momento di trovarsi nella Sfera di Hubble, stanno ancora volando in direzione del nostro pianeta, e noi continuiamo a fissarli, ad es. osserviamo un oggetto che attualmente si sta allontanando da noi a una velocità superiore a quella della luce.
Ma cosa succederebbe se la galassia Y non fosse mai stata nella Sfera di Hubble e al momento dell'inizio della radiazione avesse subito una velocità superluminale? Si scopre che nessun fotone della sua esistenza ha mai visitato la nostra parte dell'Universo. Ma questo non significa che non accadrà in futuro! Non dobbiamo dimenticare che anche la Sfera di Hubble si sta espandendo (insieme a tutto l'Universo), e la sua espansione è maggiore della velocità con cui un fotone della galassia Y si sta allontanando da noi (abbiamo trovato la velocità di allontanamento di un fotone della galassia Y sottraendo la velocità della luce dalla velocità di fuga della galassia Y). Se questa condizione è soddisfatta, un giorno la Sfera di Hubble raggiungerà questi fotoni e saremo in grado di rilevare la galassia Y. Questo processo è chiaramente dimostrato nel diagramma sottostante.
Uno spazio che comprende Sfera di Hubble E Orizzonte particellare, è chiamato Metagalassia O universo visibile.
Ma c'è qualcosa oltre la Metagalassia? Alcune teorie cosmiche suggeriscono l'esistenza di un cosiddetto Orizzonte degli eventi. Potresti aver già sentito questo nome dalla descrizione dei buchi neri. Il principio del suo funzionamento rimane lo stesso: non vedremo mai cosa c'è al di fuori dell'Event Horizon, poiché gli oggetti al di fuori dell'Event Horizon avranno una velocità di fuga dei fotoni maggiore della velocità di espansione della Sfera di Hubble, quindi la loro luce scapperà sempre lontano da noi.
Ma affinché l'Event Horizon esista, l'Universo deve espandersi con accelerazione (il che è coerente con le idee moderne sull'ordine mondiale). Alla fine, tutte le galassie che ci circondano andranno oltre Event Horizon. Sembrerà che il tempo si sia fermato in loro. Li vedremo scomparire all'infinito, ma non li vedremo mai completamente nascosti.
Questo è interessante: se, invece delle galassie, osservassimo un grande orologio con un quadrante attraverso un telescopio, e spostandoci oltre Event Horizon indicheremmo la posizione delle lancette alle 12:00, allora rallenterebbero indefinitamente alle 11:59:59, e l'immagine diventerebbe più sfocata, perché ci raggiungerebbero sempre meno fotoni.
Ma se gli scienziati si sbagliano e in futuro l'espansione dell'Universo inizia a rallentare, allora questo annulla immediatamente l'esistenza dell'Event Horizon, poiché la radiazione di qualsiasi oggetto prima o poi supererà la sua velocità di fuga. Sarà solo necessario attendere centinaia di miliardi di anni...
Illustrazione: depositphotos| Johan Swanepoel
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Istruzione
“L'abisso si è aperto, pieno di stelle; non ci sono stelle, l'abisso è il fondo ”, ha scritto in una delle sue poesie il brillante scienziato russo Mikhail Vasilyevich Lomonosov. Questa è l'affermazione poetica dell'infinità dell'universo.
L'età di "esistenza" dell'Universo osservabile è di circa 13,7 miliardi di anni terrestri. La luce che proviene da galassie lontane "dai confini del mondo" impiega più di 14 miliardi di anni per raggiungere la Terra. Si scopre che le dimensioni diametrali dell'Universo possono essere calcolate moltiplicando circa 13,7 per due, cioè 27,4 miliardi di anni luce. La dimensione radiale del modello sferico è di circa 78 miliardi di anni luce e il diametro è di 156 miliardi di anni luce. Questa è una delle ultime versioni degli scienziati americani, il risultato di molti anni di osservazioni e calcoli astronomici.
Ci sono 170 miliardi di galassie nell'universo osservabile come il nostro. Il nostro, per così dire, è al centro di una palla gigante. La luce reliquia è visibile dagli oggetti spaziali più distanti - incredibilmente antica dal punto di vista dell'umanità. Se vai molto in profondità nel sistema spazio-temporale, puoi vedere la giovinezza del pianeta Terra.
Esiste un limite di età finito per gli oggetti spaziali luminosi osservati dalla Terra. Avendo calcolato il limite di età, conoscendo il tempo impiegato dalla luce per percorrere la distanza da loro alla superficie della Terra, e conoscendo la costante, la velocità della luce, usando la formula S = Vxt conosciuta dalla scuola (percorso = velocità moltiplicata per il tempo), gli scienziati hanno determinato la probabile dimensione dell'Universo osservabile.
Rappresentare l'Universo sotto forma di una palla tridimensionale non è l'unico modo per costruire un modello dell'Universo. Ci sono ipotesi che suggeriscono che l'Universo non abbia tre, ma un numero infinito di dimensioni. Esistono versioni che, come una bambola da nidificazione, consiste in un numero infinito di formazioni sferiche annidate l'una nell'altra e separate l'una dall'altra.
Si presume che l'Universo sia inesauribile secondo vari criteri e diversi assi di coordinate. La gente considerava il "corpuscolo" come la particella più piccola della materia, poi la "molecola", poi l '"atomo", poi "protoni ed elettroni", poi si è iniziato a parlare di particelle elementari, che si sono rivelate per niente elementari, di quanti, neutrini e quark ... E nessuno può garantire che un altro Universo non sia all'interno della prossima supermicro-particella di materia. E viceversa - che l'Universo visibile non è solo una microparticella della materia del Super-Mega-Universo, le cui dimensioni nessuno può nemmeno immaginare e calcolare, sono così grandi.
