Nasz świat, zrodzony w procesie Wielkiego Wybuchu, wciąż się rozszerza, a objętość przestrzeni oddzielającej galaktyki gwałtownie rośnie. Gromady galaktyk, oddalające się od siebie, pozostają jednak stabilnymi formacjami o określonej wielkości i stabilnej strukturze. A atomy w ogóle nie pęcznieją w procesie rozszerzania się Wszechświata, w przeciwieństwie do swobodnie latających fotonów, które zwiększają swoją długość fali w procesie poruszania się w rozszerzającej się przestrzeni. Gdzie podziała się energia fotonów reliktowych? Dlaczego możemy zobaczyć kwazary oddalające się od nas z prędkością nadświetlną? Czym jest ciemna energia? Dlaczego dostępna dla nas część wszechświata cały czas się kurczy? To tylko niektóre z pytań, nad którymi zastanawiają się współcześni kosmolodzy, próbujący zharmonizować ogólną teorię względności z obrazem świata obserwowanym przez astronomów.
Kula Hubble'a
Zgodnie z prawem Hubble'a, które opisuje ekspansję Wszechświata, prędkości radialne galaktyk są proporcjonalne do ich odległości od współczynnik H0 który nazywa się dzisiaj Stała Hubble'a.
Wartość H 0 jest określana na podstawie obserwacji obiektów galaktycznych, do których odległości mierzone są głównie od najjaśniejszych gwiazd lub cefeid.
Większość niezależnych szacunków H 0 podaje obecnie dla tego parametru wartość około 70 km/s na megaparsek.
Oznacza to, że galaktyki znajdujące się w odległości 100 megaparseków oddalają się od nas z prędkością około 7000 km/s.
W modelach rozszerzającego się wszechświata stała Hubble'a zmienia się w czasie, ale termin „stała” jest uzasadniony faktem, że w dowolnym momencie we wszystkich punktach wszechświata stała Hubble'a jest taka sama.
Odwrotność stałej Hubble'a ma sens charakterystyczny czas ekspansji Wszechświata w tym momencie. Przy obecnej wartości stałej Hubble'a wiek Wszechświata szacuje się na około 13,8 miliarda lat.
W stosunku do środka kuli Hubble'a tempo rozszerzania się przestrzeni wewnątrz niej jest mniejsze niż prędkość światła, a na zewnątrz jest większe. Na samej kuli Hubble'a kwanty światła są niejako zamrożone w przestrzeni, która rozszerza się tam z prędkością światła, a zatem staje się kolejnym horyzontem - horyzont fotonowy.
Jeśli ekspansja wszechświata zwalnia, to promień kuli Hubble'a wzrasta, ponieważ jest odwrotnie proporcjonalny do malejącego parametru Hubble'a. W tym przypadku, w miarę jak wszechświat się starzeje, sfera ta obejmuje coraz więcej obszarów przestrzeni i przepuszcza coraz więcej kwantów światła. Z biegiem czasu obserwator zobaczy galaktyki i zdarzenia wewnątrzgalaktyczne, które wcześniej znajdowały się poza jego horyzontem fotonowym. Jeśli ekspansja wszechświata przyspiesza, to promień kuli Hubble'a jest wręcz przeciwnie.
W kosmologii istnieją trzy ważne powierzchnie: horyzont zdarzeń, horyzont cząstek i sfera Hubble'a. Dwie ostatnie to powierzchnie w przestrzeni, a pierwsza w czasoprzestrzeni. Ze sferą Hubble'a już się spotkaliśmy, teraz porozmawiajmy o horyzontach.
Horyzont cząstek
Horyzont cząstek oddziela obecnie obserwowalne obiekty od nieobserwowalnych.
Ze względu na skończoność prędkości światła obserwator widzi ciała niebieskie takimi, jakimi były w mniej lub bardziej odległej przeszłości. Poza horyzontem cząstek leżą galaktyki, które nie są obecnie obserwowane na żadnym etapie ich poprzedniej ewolucji. Oznacza to, że linie ich świata w czasoprzestrzeni nigdzie nie przecinają powierzchni, po której rozchodzi się światło docierające do obserwatora od momentu narodzin Wszechświata. Wewnątrz horyzontu cząstek znajdują się galaktyki, których linie świata przecinały tę powierzchnię w przeszłości. To właśnie te galaktyki tworzą część Wszechświata, która jest w zasadzie dostępna do obserwacji w danym momencie.
W przypadku nierozszerzającego się wszechświata rozmiar horyzontu cząstek rośnie wraz z wiekiem i wcześniej czy później wszystkie regiony wszechświata będą dostępne do badań. Ale w rozszerzającym się wszechświecie tak nie jest. Co więcej, w zależności od tempa ekspansji, rozmiar horyzontu cząstek może zależeć od czasu, jaki upłynął od początku ekspansji, zgodnie z bardziej złożonym prawem niż prosta proporcjonalność. W szczególności w szybko rozszerzającym się Wszechświecie rozmiar horyzontu cząstek może dążyć do stałej wartości. Oznacza to, że istnieją obszary, które są zasadniczo nieobserwowalne, istnieją procesy, które są zasadniczo niepoznawalne.
Ponadto rozmiar horyzontu cząstek ogranicza rozmiar regionów przyczynowych. Rzeczywiście, dwa punkty przestrzenne oddzielone odległością większą niż rozmiar horyzontu nigdy nie wchodziły w interakcje w przeszłości. Ponieważ najszybsza interakcja (wymiana promieni świetlnych) jeszcze nie nastąpiła, wszelkie inne interakcje są wykluczone. Dlatego żadne zdarzenie w jednym punkcie nie może mieć za przyczynę zdarzenia, które miało miejsce w innym punkcie. W przypadku, gdy rozmiar horyzontu cząstek dąży do stałej wartości, Wszechświat dzieli się na niezwiązane przyczynowo obszary, w których ewolucja przebiega niezależnie.
Zatem nie jest nam dane wiedzieć, jaki jest Wszechświat poza obecnym horyzontem cząstek. Niektóre teorie wczesnego wszechświata twierdzą, że daleko poza tym horyzontem nie przypomina on tego, co widzimy. Teza ta jest dość naukowa, ponieważ wynika z całkowicie rozsądnych obliczeń, ale nie można jej ani obalić, ani potwierdzić za pomocą dostępnych nam obserwacji astronomicznych.Ponadto, jeśli przestrzeń będzie się rozszerzać z przyspieszeniem, nie będzie można zweryfikować to iw jak bardzo odległej przyszłości.
Źródła na horyzoncie cząstek mają nieskończone przesunięcie ku czerwieni. Są to najstarsze fotony, które przynajmniej teoretycznie można teraz „zobaczyć”. Zostały one wyemitowane niemal w czasie Wielkiego Wybuchu. Wtedy rozmiar widocznej dziś części Wszechświata był niezwykle mały, co oznacza, że od tego czasu wszystkie odległości bardzo się zwiększyły. Stąd bierze się nieskończone przesunięcie ku czerwieni. Oczywiście nie możemy tak naprawdę zobaczyć fotonów z samego horyzontu cząstek. Wszechświat w młodości był nieprzepuszczalny dla promieniowania. Dlatego nie obserwuje się fotonów z przesunięciem ku czerwieni większym niż 1000. Jeśli w przyszłości astronomowie nauczą się rejestrować neutrina reliktowe, to pozwoli nam to zajrzeć w pierwsze minuty życia Wszechświata odpowiadające przesunięciu ku czerwieni - 3x10 7 . Jeszcze większy postęp można osiągnąć w wykrywaniu reliktowych fal grawitacyjnych, osiągając „czasy Plancka” (10 -43 sekundy od początku eksplozji). Z ich pomocą będzie można zajrzeć w przeszłość na tyle, na ile jest to w zasadzie możliwe przy pomocy znanych dziś praw przyrody. W pobliżu początkowego momentu Wielkiego Wybuchu ogólna teoria względności nie ma już zastosowania.
horyzont zdarzeń
Horyzont zdarzeń - jest powierzchnią w czasoprzestrzeni. Taki horyzont nie występuje w żadnym modelu kosmologicznym. Na przykład, w spowalniającym wszechświecie nie ma horyzontu zdarzeń- każde wydarzenie z życia odległych galaktyk można zobaczyć, jeśli poczeka się wystarczająco długo. Celem wprowadzenia tego horyzontu jest oddzielenie zdarzeń, które mogą na nas wpłynąć przynajmniej w przyszłości, od tych, które w żaden sposób nie mogą na nas wpłynąć. Nawet jeśli sygnał świetlny o zdarzeniu do nas nie dociera, to samo zdarzenie nie może na nas wpłynąć. Dlaczego jest to możliwe? Przyczyn może być kilka. Najprostszy to model „końca świata”. Jeśli przyszłość jest ograniczona w czasie, jasne jest, że światło z niektórych odległych galaktyk po prostu nie będzie w stanie do nas dotrzeć. Większość nowoczesnych modeli nie daje takiej możliwości. Istnieje jednak wersja nadchodzącego Big Rip (Big Rip), ale nie jest ona zbyt popularna w kręgach naukowych. Ale jest jeszcze jedna opcja - ekspansja z przyspieszeniem.
Niedawne odkrycie, że Wszechświat rozszerza się obecnie w coraz szybszym tempie, ekscytuje kosmologów. Mogą być dwa powody takiego niezwykłego zachowania naszego świata: albo głównym „wypełniaczem” naszego Wszechświata nie jest zwykła materia, ale nieznana materia o niezwykłych właściwościach (tak zwana ciemna energia), albo (jeszcze bardziej przerażające! ) Musimy zmienić równania ogólnej teorii względności. Co więcej, z jakiegoś powodu ludzkość żyła w tym krótkim w skali kosmologicznej okresie, kiedy powolna ekspansja została właśnie zastąpiona przez przyspieszoną. Wszystkie te pytania są jeszcze bardzo dalekie od rozwiązania, ale dziś możemy dyskutować, w jaki sposób przyspieszona ekspansja (jeśli będzie trwała w nieskończoność) zmieni nasz Wszechświat i stworzy horyzont zdarzeń. Okazuje się, że życie odległych galaktyk, począwszy od momentu, gdy nabiorą odpowiednio dużej prędkości ucieczki, zatrzyma się dla nas, a ich przyszłość stanie się dla nas nieznana - światło z szeregu zdarzeń po prostu nigdy do nas nie dotrze. Z biegiem czasu, w dość odległej przyszłości, wszystkie galaktyki, które nie są częścią naszej lokalnej supergromady o wielkości 100 megaparseków, znikną poza horyzontem zdarzeń.
Przeszłość i przyszłość
„Zacząłem myśleć o problemach z horyzontem na studiach podyplomowych, i to nawet nie z własnej inicjatywy”, mówi profesor Wolfgang Rindler, który nadal wykłada fizykę na University of Texas w Dallas. - Wtedy teoria Wszechświata, znana jako Kosmologia Stanu Stacjonarnego, była w wielkiej modzie. Mój promotor wdał się w ostrą dyskusję z autorami tej teorii i zaprosił mnie do przyjrzenia się istocie różnic. Nie odmówiłem zaproponowanego zadania, a rezultatem była moja praca nad horyzontami kosmologicznymi.
Według profesora Rindlera, istnieje bardzo wyraźna interpretacja obu horyzontów naszego świata:„Horyzont zdarzeń tworzy front światła, który zbiegnie się w granicy naszej Galaktyki, gdy wiek Wszechświata wzrośnie do nieskończoności. Natomiast horyzont cząstek odpowiada frontowi światła emitowanemu w czasie Wielkiego Wybuchu. Mówiąc obrazowo, horyzont zdarzeń wyznaczają ostatnie fronty światła, które docierają do naszej Galaktyki, a horyzont cząstek jest pierwszym. Z tej definicji wynika, że
Horyzont cząstek określa maksymalną odległość, z jakiej można obserwować przeszłe wydarzenia w naszej obecnej epoce. Z drugiej strony horyzont zdarzeń określa maksymalną odległość, z której można uzyskać informacje o nieskończenie odległej przyszłości.
Są to tak naprawdę dwa różne horyzonty, które są niezbędne do pełnego opisu ewolucji wszechświata.
W Układzie Słonecznym nie ma nawet dziesięciu planet i jest jedno słońce. Galaktyka to zbiór układów słonecznych. W galaktyce jest około dwustu miliardów gwiazd. We wszechświecie są miliardy galaktyk. Czy rozumiesz, czym jest wszechświat? Sami nie wiemy, co to jest i raczej nie dowiemy się tego w ciągu najbliższego miliarda lat. A im bardziej wzrasta nasza wiedza o wszechświecie – o tym, co nas otacza i zawiera to wszystko w sobie – tym więcej ludzi ma pytań.
Kiedy patrzymy na Wszechświat, na wszystkie jego planety i gwiazdy, galaktyki i gromady, gaz, pył, plazmę, wszędzie widzimy te same sygnatury. Widzimy linie absorpcji i emisji atomów, widzimy interakcje materii z innymi formami materii, widzimy powstawanie i śmierć gwiazd, zderzenia, promieniowanie rentgenowskie i wiele więcej. Istnieje oczywiste pytanie, które należy wyjaśnić: dlaczego to wszystko widzimy? Gdyby prawa fizyki dyktowały symetrię między materią a antymaterią, obserwowana przez nas symetria nie powinna istnieć.
Witryna portalu to źródło informacji, w którym można uzyskać wiele przydatnej i interesującej wiedzy związanej z Kosmosem. Przede wszystkim porozmawiamy o naszym i innych Wszechświatach, o ciałach niebieskich, czarnych dziurach i zjawiskach w głębi kosmosu.
Całość wszystkiego, co istnieje, materia, poszczególne cząstki i przestrzeń między tymi cząsteczkami nazywana jest Wszechświatem. Według naukowców i astrologów wiek wszechświata wynosi około 14 miliardów lat. Rozmiar widocznej części wszechświata wynosi około 14 miliardów lat świetlnych. A niektórzy twierdzą, że wszechświat rozciąga się na ponad 90 miliardów lat świetlnych. Dla większej wygody przy obliczaniu takich odległości zwykle stosuje się wartość parseka. Jeden parsek jest równy 3,2616 lat świetlnych, czyli parsek to odległość, z której średni promień orbity Ziemi jest obserwowany pod kątem jednej sekundy łukowej.
Uzbrojony w te wskaźniki, możesz obliczyć kosmiczną odległość od jednego obiektu do drugiego. Na przykład odległość naszej planety od Księżyca wynosi 300 000 km, czyli 1 sekundę świetlną. W konsekwencji ta odległość do Słońca wzrasta do 8,31 minuty świetlnej.
W całej swojej historii ludzie próbowali rozwiązać tajemnice związane z Kosmosem i Wszechświatem. W artykułach portalu można dowiedzieć się nie tylko o Wszechświecie, ale także o nowoczesnych naukowych podejściach do jego badania. Cały materiał oparty jest na najbardziej zaawansowanych teoriach i faktach.
Należy zauważyć, że Wszechświat obejmuje dużą liczbę różnych obiektów znanych ludziom. Najbardziej znanymi z nich są planety, gwiazdy, satelity, czarne dziury, asteroidy i komety. Planety są obecnie najlepiej poznane, ponieważ żyjemy na jednej z nich. Niektóre planety mają własne księżyce. Tak więc Ziemia ma własnego satelitę - Księżyc. Oprócz naszej planety wokół Słońca krąży jeszcze 8.
W Kosmosie jest wiele gwiazd, ale żadna z nich nie jest do siebie podobna. Mają różne temperatury, rozmiary i jasność. Ponieważ wszystkie gwiazdy są różne, są one klasyfikowane w następujący sposób:
białe karły;
Giganci;
nadolbrzymy;
gwiazdy neutronowe;
Kwazary;
Pulsary.
Najgęstszą znaną nam substancją jest ołów. Na niektórych planetach gęstość ich własnej substancji może być tysiące razy większa niż gęstość ołowiu, co stawia przed naukowcami wiele pytań.
Wszystkie planety krążą wokół Słońca, ale ono też nie stoi w miejscu. Gwiazdy mogą gromadzić się w gromady, które z kolei również krążą wokół nieznanego nam jeszcze centrum. Gromady te nazywane są galaktykami. Nasza galaktyka nazywa się Drogą Mleczną. Wszystkie przeprowadzone do tej pory badania mówią, że większość materii, którą tworzą galaktyki, jest nadal niewidoczna dla człowieka. Z tego powodu nazwano ją ciemną materią.
Centra galaktyk są uważane za najciekawsze. Niektórzy astronomowie uważają, że czarna dziura jest możliwym centrum galaktyki. Jest to wyjątkowe zjawisko powstałe w wyniku ewolucji gwiazdy. Ale na razie to tylko teorie. Nie jest jeszcze możliwe przeprowadzanie eksperymentów ani badanie takich zjawisk.
Oprócz galaktyk Wszechświat zawiera mgławice (obłoki międzygwiazdowe składające się z gazu, pyłu i plazmy), promieniowanie reliktowe, które przenika całą przestrzeń Wszechświata oraz wiele innych mało znanych, a nawet ogólnie nieznanych obiektów.
Krążenie eteru wszechświata
Symetria i równowaga zjawisk materialnych jest główną zasadą strukturalnej organizacji i interakcji w przyrodzie. Ponadto we wszystkich formach: gwiezdnej plazmy i materii, świata i uwolnionych eterów. Cała istota takich zjawisk polega na ich oddziaływaniach i przemianach, z których większość reprezentowana jest przez niewidzialny eter. Nazywa się to również promieniowaniem reliktowym. Jest to mikrofalowe kosmiczne promieniowanie tła o temperaturze 2,7 K. Istnieje opinia, że to właśnie ten oscylujący eter jest fundamentalną podstawą wszystkiego, co wypełnia Wszechświat. Anizotropia rozkładu eteru jest związana z kierunkami i intensywnością jego ruchu w różnych obszarach niewidzialnej i widocznej przestrzeni. Cała trudność studiowania i badania jest dość porównywalna z trudnościami badania procesów turbulentnych w gazach, plazmach i cieczach materii.
Dlaczego wielu naukowców uważa, że wszechświat jest wielowymiarowy?
Po przeprowadzeniu eksperymentów w laboratoriach iw samym Kosmosie uzyskano dane, z których można przypuszczać, że żyjemy we Wszechświecie, w którym położenie dowolnego obiektu można scharakteryzować za pomocą czasu i trzech współrzędnych przestrzennych. Z tego powodu powstaje założenie, że wszechświat jest czterowymiarowy. Jednak niektórzy naukowcy, rozwijając teorie cząstek elementarnych i grawitacji kwantowej, mogą dojść do wniosku, że istnienie dużej liczby wymiarów jest po prostu konieczne. Niektóre modele Wszechświata nie wykluczają takiej liczby jak 11 wymiarów.
Należy wziąć pod uwagę, że istnienie wielowymiarowego Wszechświata jest możliwe przy zjawiskach wysokoenergetycznych - czarnych dziurach, wielkim wybuchu, wybuchach. Przynajmniej jest to jeden z pomysłów czołowych kosmologów.
Model rozszerzającego się Wszechświata opiera się na ogólnej teorii względności. Zaproponowano odpowiednie wyjaśnienie struktury przesunięcia ku czerwieni. Ekspansja rozpoczęła się w tym samym czasie co Wielki Wybuch. Jej stan ilustruje powierzchnia nadmuchanej gumowej piłki, na którą naniesiono kropki - obiekty pozagalaktyczne. Kiedy taki balon jest nadmuchany, wszystkie jego punkty oddalają się od siebie, niezależnie od położenia. Zgodnie z tą teorią Wszechświat może rozszerzać się w nieskończoność lub kurczyć się.
Asymetria barionowa Wszechświata
Znaczący wzrost liczby cząstek elementarnych obserwowany we Wszechświecie w stosunku do całej liczby antycząstek nazywany jest asymetrią barionową. Bariony obejmują neutrony, protony i inne krótkotrwałe cząstki elementarne. Dysproporcja ta nastąpiła w epoce zagłady, czyli trzy sekundy po Wielkim Wybuchu. Do tego momentu liczba barionów i antybarionów odpowiadała sobie. Podczas masowej anihilacji elementarnych antycząstek i cząstek większość z nich łączyła się w pary i znikała, wywołując w ten sposób promieniowanie elektromagnetyczne.
Age of the Universe na stronie portalu
Współcześni naukowcy uważają, że nasz wszechświat ma około 16 miliardów lat. Według szacunków minimalny wiek może wynosić 12-15 miliardów lat. Minimum odpychają najstarsze gwiazdy w naszej galaktyce. Jego prawdziwy wiek można określić tylko za pomocą prawa Hubble'a, ale prawdziwy nie znaczy dokładny.
horyzont widoczności
Kula o promieniu równym odległości, jaką pokonuje światło podczas całego istnienia Wszechświata, nazywana jest jej horyzontem widzialności. Istnienie horyzontu jest wprost proporcjonalne do rozszerzania się i kurczenia wszechświata. Zgodnie z kosmologicznym modelem Friedmana Wszechświat zaczął się rozszerzać z pojedynczej odległości około 15-20 miliardów lat temu. Przez cały czas światło pokonuje szczątkową odległość w rozszerzającym się wszechświecie, a mianowicie 109 lat świetlnych. Z tego powodu każdy obserwator chwili t0 po rozpoczęciu procesu rozszerzania może zobaczyć tylko niewielką część, ograniczoną kulą, która w tym momencie ma promień I. Ciała i obiekty, które w tym momencie znajdują się poza tą granicą, są , w zasadzie nie do zaobserwowania. Odbite od nich światło po prostu nie ma czasu dotrzeć do obserwatora. Nie jest to możliwe, nawet jeśli światło zgasło w momencie rozpoczęcia procesu ekspansji.
Ze względu na absorpcję i rozpraszanie we wczesnym Wszechświecie, biorąc pod uwagę dużą gęstość, fotony nie mogły propagować się w dowolnym kierunku. Dlatego obserwator jest w stanie utrwalić tylko promieniowanie, które pojawiło się w epoce Wszechświata przezroczystego dla promieniowania. Epokę tę wyznacza czas t>300 000 lat, gęstość materii r>10-20 g/cm3 oraz moment rekombinacji wodoru. Z powyższego wynika, że im bliżej źródła znajduje się w galaktyce, tym większe będzie dla niego przesunięcie ku czerwieni.
Wielki Wybuch
Moment, w którym powstał wszechświat, nazywa się Wielkim Wybuchem. Koncepcja ta opiera się na fakcie, że początkowo istniał punkt (punkt osobliwości), w którym znajdowała się cała energia i cała materia. Za podstawę tej cechy uważa się wysoką gęstość materii. Nie wiadomo, co wydarzyło się przed tą osobliwością.
Jeśli chodzi o zdarzenia i warunki, które miały miejsce przed nadejściem momentu 5 * 10-44 sekund (moment końca pierwszego kwantowego czasu), nie ma dokładnych informacji. W sensie fizycznym tamtej epoki można jedynie założyć, że temperatura wynosiła wówczas około 1,3 * 1032 stopni przy gęstości materii około 1096 kg / m3. Wartości te ograniczają zastosowanie istniejących pomysłów. Pojawiają się ze względu na stosunek stałej grawitacji, prędkości światła, stałych Boltzmanna i Plancka i są określane jako „Planck”.
Te zdarzenia, które są powiązane z 5 * 10-44 do 10-36 sekund, odzwierciedlają model „inflacyjnego wszechświata”. Moment 10-36 sekund przypisuje się modelowi „gorącego wszechświata”.
W okresie od 1-3 do 100-120 sekund powstały jądra helu i niewielka liczba jąder innych lekkich pierwiastków chemicznych. Od tego momentu zaczęto ustalać stosunek w gazie - wodór 78%, hel 22%. Przed milionem lat temperatura we Wszechświecie zaczęła spadać do 3000-45000 K, rozpoczęła się era rekombinacji. Wcześniej wolne elektrony zaczęły łączyć się z lekkimi protonami i jądrami atomowymi. Zaczęły pojawiać się atomy helu, atomy wodoru i niewielka liczba atomów litu. Substancja stała się przezroczysta, a promieniowanie, które nadal obserwujemy, oddzieliło się od niej.
Kolejny miliard lat istnienia Wszechświata upłynął pod znakiem spadku temperatury z 3000-45000 K do 300 K. Naukowcy nazwali ten okres dla Wszechświata „wiekiem ciemnym” ze względu na to, że żadne źródła promieniowania elektromagnetycznego nie pojawił się. W tym samym okresie doszło do zagęszczenia niejednorodności pierwotnych mieszanin gazowych w wyniku działania sił grawitacyjnych. Symulując te procesy na komputerze, astronomowie zauważyli, że doprowadziło to nieodwracalnie do pojawienia się gigantycznych gwiazd, milion razy przekraczających masę Słońca. Ze względu na tak dużą masę gwiazdy te rozgrzały się do niewyobrażalnie wysokich temperatur i ewoluowały przez dziesiątki milionów lat, po czym eksplodowały jako supernowe. Ogrzewając się do wysokich temperatur, powierzchnie takich gwiazd wytwarzały silne strumienie promieniowania ultrafioletowego. Rozpoczął się więc okres rejonizacji. Powstała w wyniku takich zjawisk plazma zaczęła silnie rozpraszać promieniowanie elektromagnetyczne w swoich widmowych zakresach krótkofalowych. W pewnym sensie wszechświat zaczął tonąć w gęstej mgle.
Te ogromne gwiazdy stały się pierwszymi we wszechświecie źródłami pierwiastków chemicznych znacznie cięższych od litu. Zaczęły się formować obiekty kosmiczne drugiej generacji, które zawierały jądra tych atomów. Gwiazdy te zaczęły powstawać z mieszanin ciężkich atomów. Nastąpił powtórny typ rekombinacji większości atomów gazów międzygalaktycznych i międzygwiazdowych, co z kolei doprowadziło do nowej przezroczystości przestrzeni dla promieniowania elektromagnetycznego. Wszechświat stał się dokładnie tym, co możemy teraz obserwować.
Obserwowana struktura wszechświata na stronie portalu
Obserwowana część jest przestrzennie niejednorodna. Większość gromad galaktyk i pojedynczych galaktyk tworzy strukturę komórkową lub plastra miodu. Budują ściany komórkowe o grubości kilku megaparseków. Komórki te nazywane są „pustkami”. Charakteryzują się dużymi rozmiarami, dziesiątkami megaparseków, a jednocześnie nie zawierają żadnej substancji emitującej promieniowanie elektromagnetyczne. Około 50% całkowitej objętości Wszechświata przypada na udział „pustek”.
Gdyby nasz wszechświat się nie rozszerzał, a prędkość światła zbliżała się do nieskończoności, pytania „czy możemy zobaczyć cały wszechświat?” lub „jak daleko możemy zobaczyć wszechświat?” nie miałoby sensu. Chcielibyśmy "żyć" zobaczyć wszystko, co dzieje się w dowolnym zakątku kosmosu.
Ale, jak wiecie, prędkość światła jest skończona, a nasz Wszechświat rozszerza się, i to z przyspieszeniem. Jeśli tempo ekspansji stale rośnie, to istnieją regiony uciekające przed nami z prędkością nadświetlną, których zgodnie z logiką nie możemy zobaczyć. Ale jak to możliwe? Czy to nie jest sprzeczne z teorią względności? W tym przypadku nie: w końcu sama przestrzeń się rozszerza, a znajdujące się w niej obiekty pozostają z prędkością podświetlną. Dla jasności możemy sobie wyobrazić nasz Wszechświat jako balon, a przyklejony do niego guzik będzie pełnił rolę galaktyki. Spróbuj nadmuchać balon: galaktyka guzikowa zacznie się od ciebie oddalać wraz z rozszerzaniem się przestrzeni balonowego wszechświata, chociaż własna prędkość galaktyki guzikowej pozostanie zerowa.
Okazuje się, że musi istnieć obszar, wewnątrz którego znajdują się obiekty uciekające przed nami z prędkością mniejszą od prędkości światła, a którego promieniowanie możemy rejestrować w naszych teleskopach. Ten obszar nazywa się Kula Hubble'a. Kończy się granicą, przy której prędkość usuwania odległych galaktyk będzie pokrywać się z prędkością ich fotonów lecących w naszym kierunku (tj. prędkością światła). Ta granica nazywa się Horyzont cząstek. Oczywiście obiekty poza Horyzontem Cząstek będą miały prędkość większą niż prędkość światła, a ich promieniowanie nie może do nas dotrzeć. A może nadal?
Wyobraźmy sobie, że galaktyka X znajdowała się w Sferze Hubble'a i emitowała światło, które bez problemu docierało do Ziemi. Ale z powodu przyspieszającej ekspansji Wszechświata, galaktyka X wyszła poza Horyzont Cząstek i już oddala się od nas z prędkością większą niż prędkość światła. Ale jego fotony, wyemitowane w momencie przebywania w Sferze Hubble'a, wciąż lecą w kierunku naszej planety, a my dalej je naprawiamy, tj. obserwujemy obiekt, który aktualnie oddala się od nas z prędkością przekraczającą prędkość światła.
Ale co jeśli galaktyka Y nigdy nie była w Sferze Hubble'a iw momencie rozpoczęcia promieniowania od razu miała nadświetlną prędkość? Okazuje się, że ani jeden foton jej istnienia nie odwiedził nigdy naszej części Wszechświata. Ale to nie znaczy, że nie będzie się działo w przyszłości! Nie wolno nam zapominać, że Sfera Hubble'a również się rozszerza (wraz z całym Wszechświatem), a jej ekspansja jest większa niż prędkość, z jaką oddala się od nas foton galaktyki Y (znaleźliśmy prędkość usuwania fotonu galaktyki Y odejmując prędkość światła od prędkości ucieczki galaktyki Y). Jeśli ten warunek zostanie spełniony, to kiedyś Kula Hubble'a dogoni te fotony i będziemy mogli wykryć galaktykę Y. Proces ten wyraźnie pokazuje poniższy diagram.
Przestrzeń, która obejmuje Kula Hubble'a I Horyzont cząstek, jest nazywany Metagalaktyka Lub widzialny wszechświat.
Ale czy jest coś poza Metagalaktyką? Niektóre teorie kosmiczne sugerują istnienie tzw Horyzont zdarzeń. Być może słyszałeś już tę nazwę z opisu czarnych dziur. Zasada jego działania pozostaje ta sama: nigdy nie zobaczymy tego, co jest poza Horyzontem Zdarzeń, ponieważ obiekty poza Horyzontem Zdarzeń będą miały prędkość ucieczki fotonów większą niż prędkość ekspansji Sfery Hubble'a, więc ich światło zawsze będzie uciekać z nas.
Ale aby istniał Horyzont Zdarzeń, Wszechświat musi rozszerzać się z przyspieszeniem (co jest zgodne ze współczesnymi ideami porządku świata). W końcu wszystkie otaczające nas galaktyki wyjdą poza Horyzont Zdarzeń. Będzie wyglądać, jakby czas się w nich zatrzymał. Zobaczymy, jak bez końca znikają z pola widzenia, ale nigdy nie zobaczymy ich całkowicie ukrytych.
To jest interesujące: gdybyśmy zamiast galaktyk obserwowali przez teleskop duży zegar z tarczą, a poruszanie się poza Horyzont Zdarzeń wskazywałoby położenie wskazówek o godzinie 12:00, to zwalniałyby one w nieskończoność o godzinie 11:59:59, a obraz stałby się bardziej rozmyty, ponieważ . docierałoby do nas coraz mniej fotonów.
Ale jeśli naukowcy się mylą iw przyszłości ekspansja Wszechświata zacznie zwalniać, to natychmiast anuluje to istnienie Horyzontu Zdarzeń, ponieważ promieniowanie dowolnego obiektu prędzej czy później przekroczy jego prędkość ucieczki. Trzeba będzie tylko czekać setki miliardów lat...
Ilustracja: zdjęcia depozytowe| JohanSwanepoel
Jeśli znajdziesz błąd, zaznacz fragment tekstu i kliknij Ctrl+Enter.
Instrukcja
„Otchłań się otworzyła, pełna gwiazd; nie ma gwiazd, otchłań jest dnem ”- napisał w jednym ze swoich wierszy genialny rosyjski naukowiec Michaił Wasiljewicz Łomonosow. To jest poetyckie stwierdzenie nieskończoności wszechświata.
Wiek „istnienia” obserwowalnego Wszechświata to około 13,7 miliarda ziemskich lat. Światło, które pochodzi z odległych galaktyk „z krańca świata”, dociera do Ziemi po ponad 14 miliardach lat. Okazuje się, że wymiary średnicowe Wszechświata można obliczyć, jeśli około 13,7 pomnożymy przez dwa, czyli 27,4 miliarda lat świetlnych. Rozmiar radialny sferycznego modelu wynosi około 78 miliardów lat świetlnych, a średnica 156 miliardów lat świetlnych. To jedna z najnowszych wersji amerykańskich naukowców, będąca efektem wieloletnich obserwacji i obliczeń astronomicznych.
W obserwowalnym wszechświecie, takim jak nasz, jest 170 miliardów galaktyk. Nasz niejako znajduje się w środku gigantycznej kuli. Reliktowe światło widoczne jest z najodleglejszych obiektów kosmicznych - fantastycznie starożytnych z punktu widzenia ludzkości. Jeśli wejdziesz bardzo głęboko w system czasoprzestrzenny, możesz zobaczyć młodość planety Ziemia.
Istnieje skończona granica wieku dla świecących obiektów kosmicznych obserwowanych z Ziemi. Po obliczeniu granicy wieku, znając czas potrzebny światłu na pokonanie odległości od nich do powierzchni Ziemi i znając stałą prędkość światła, korzystając ze wzoru S = Vxt (droga = prędkość razy czas) znane ze szkoły naukowcy określili prawdopodobne wymiary obserwowalnego wszechświata.
Przedstawienie Wszechświata w postaci trójwymiarowej kuli to nie jedyny sposób na zbudowanie modelu Wszechświata. Istnieją hipotezy sugerujące, że Wszechświat ma nie trzy, ale nieskończoną liczbę wymiarów. Istnieją wersje, które podobnie jak lalka gniazdująca składają się z nieskończonej liczby kulistych formacji zagnieżdżonych w sobie i oddzielonych od siebie.
Istnieje przypuszczenie, że Wszechświat jest niewyczerpalny według różnych kryteriów i różnych osi współrzędnych. Ludzie uważali „cząsteczkę” za najmniejszą cząsteczkę materii, potem „cząsteczkę”, potem „atom”, potem „protony i elektrony”, potem zaczęto mówić o cząstkach elementarnych, które okazały się wcale nie elementarne , o kwantach, neutrinach i kwarkach... I nikt nie da gwarancji, że w następnej supermikro-cząstce materii nie ma następnego Wszechświata. I vice versa – że widzialny Wszechświat to nie tylko mikrocząstka materii Super-Mega-Wszechświata, której wymiarów nikt nawet nie jest w stanie sobie wyobrazić i obliczyć, są one tak duże.
