Universul este un spațiu imens plin de nebuloase, ciorchini de stele, stele individuale, planete cu sateliții lor, diverse comete, asteroizi și, în final, un vid, precum și materie întunecată. Este atât de mare încât completitudinea răspunsului la întrebarea cât de mare este, din păcate, este limitată de nivelul nostru actual de dezvoltare a tehnologiei. Cu toate acestea, înțelegerea dimensiunii universului implică înțelegerea mai multor factori cheie. Unul dintre acești factori, de exemplu, este înțelegerea modului în care se comportă cosmosul, precum și o înțelegere a faptului că ceea ce vedem este doar așa-numitul „univers observabil”. Nu putem afla adevăratele dimensiuni ale Universului, deoarece capacitățile noastre nu ne permit să vedem „marginea” lui.
Tot ceea ce se află în afara Universului vizibil este încă un mister pentru noi și este subiectul dezbaterilor și dezbaterilor interminabile între astrofizicieni de toate dungi. Astăzi vom încerca să explicăm în cuvinte simple ce a ajuns știința până în momentul prezent în ceea ce privește înțelegerea dimensiunilor Universului și vom încerca să răspundem la una dintre cele mai arzătoare și complexe întrebări despre natura sa. Dar mai întâi, să analizăm principiile de bază ale modului în care oamenii de știință determină distanța în spațiu.
Strălucire
Cea mai simplă metodă pentru determinarea distanței în spațiu este folosirea luminii. Cu toate acestea, dacă luăm în considerare modul în care lumina călătorește în spațiu, atunci trebuie înțeles că acele obiecte pe care le vedem de pe Pământ în spațiu nu vor arăta neapărat la fel. Într-adevăr, pentru ca lumina de la obiecte îndepărtate să ajungă pe planeta noastră, poate dura zeci, sute, mii sau chiar zeci de mii de ani.
Viteza luminii este de 300.000 de kilometri pe secundă, dar pentru spațiu, pentru un spațiu atât de gigantic, conceptul de secundă nu este o valoare ideală de măsurat. În astronomie, se obișnuiește utilizarea termenului de an lumină pentru a determina distanța. Un an lumină este aproximativ echivalent cu o distanță de 9.460.730.472.580.800 de metri și ne oferă nu doar o idee despre distanță, dar poate spune, de asemenea, cât timp va dura lumina unui obiect.
Cel mai simplu exemplu de diferențe de timp și distanță este lumina Soarelui. Distanța medie de la noi la Soare este de aproximativ 150.000.000 de kilometri. Să spunem că aveți telescopul și protecția ochilor potrivită pentru observarea Soarelui. Concluzia este că tot ceea ce veți vedea printr-un telescop s-a întâmplat de fapt cu Soarele acum 8 minute (aceasta este cantitatea de lumină necesară pentru a ajunge pe Pământ). Lumina Proxima Centauri? Va ajunge la noi abia peste patru ani. Sau luați cel puțin o stea atât de mare ca Betelgeuse, care urmează să devină o supernova în curând. Chiar dacă acest eveniment s-ar întâmpla acum, nu am ști despre el până la mijlocul secolului al 27-lea!
Video promotional:
Lumina și proprietățile sale au jucat un rol cheie în înțelegerea cât de imens este universul. Momentan, capacitățile noastre ne permit să analizăm aproximativ 46 de miliarde de ani-lumină a universului observabil. Cum? Toate datorită scării de distanță utilizate de fizicieni și astronomi în astronomie.
Scara de distanță
Telescoapele sunt doar unul dintre instrumentele de măsurare a distanțelor cosmice și nu sunt întotdeauna capabile să facă față acestei sarcini: cu cât este mai îndepărtat un obiect, cu cât distanța la care vrem să o măsurăm, cu atât este mai dificil să o facem. Radio-telescoape sunt minunate pentru măsurarea distanțelor și pentru a face observații doar în cadrul sistemului nostru solar. Sunt într-adevăr capabili să furnizeze date foarte precise. Dar unul trebuie doar să-și direcționeze privirea în afara sistemului solar, deoarece eficiența lor este redusă brusc. Având în vedere toate aceste probleme, astronomii au decis să apeleze la o altă metodă de măsurare a distanței - paralaxa.
Ce este Parallax? Să explicăm cu un exemplu simplu. În primul rând închideți un ochi și priviți la un obiect, apoi închideți celălalt ochi și priviți din nou la același obiect. Observați o ușoară „schimbare de poziție” a obiectului? Această „schimbare” se numește paralax, o tehnică folosită pentru a determina distanța în spațiu. Metoda funcționează excelent când vine vorba de stele care sunt relativ aproape de noi - aproximativ pe o rază de 100 de ani lumină. Dar când această metodă devine, de asemenea, ineficientă, oamenii de știință recurg la alții.
Următoarea metodă pentru determinarea distanței se numește „metoda secvenței principale”. Se bazează pe cunoașterea noastră despre modul în care stelele unei anumite dimensiuni se schimbă în timp. Oamenii de știință determină mai întâi luminozitatea și culoarea unei stele și apoi compară indicatorii cu stele din apropiere, cu caracteristici similare, obținând o distanță aproximativă pe baza acestor date. Din nou, această metodă este foarte limitată și funcționează numai pentru stelele care aparțin galaxiei noastre sau pentru cele de pe o rază de 100.000 de ani lumină.
Astronomii se bazează pe metoda de măsurare cefeidă pentru a privi mai departe. Se bazează pe descoperirea astronomului american Henrietta Swan Leavitt, care a descoperit relația dintre perioada schimbării luminozității și luminozitatea unei stele. Datorită acestor metode, mulți astronomi au putut să calculeze distanțele până la stele nu numai în interiorul galaxiei noastre, ci și în afara ei. În unele cazuri, vorbim despre distanțe de 10 milioane de ani-lumină.
Și totuși nu ne-am apropiat încă de problema dimensiunii universului. Prin urmare, apelăm la instrumentul de măsurare final bazat pe principiul redshift (sau redshift). Esența redshift-ului este similară cu principiul efectului Doppler. Gândiți-vă la o trecere de cale ferată. Ați observat cum se schimbă sunetul fluierului unui tren odată cu distanța, devenind mai puternic pe măsură ce vă apropiați și devin mai liniștit pe măsură ce vă îndepărtați?
Lumina funcționează în același mod. Uită-te la spectrograma de mai sus, vezi linii negre? Ele indică limitele absorbției culorii de către elementele chimice din sursa de lumină și din jurul acesteia. Cu cât liniile sunt deplasate către partea roșie a spectrului, cu atât mai mult obiectul este de la noi. Oamenii de știință folosesc de asemenea aceste spectrograme pentru a determina cât de repede se îndepărtează un obiect de la noi.
Așadar, am ajuns fără probleme și am ajuns la răspunsul nostru. Cea mai mare parte a luminii redshined provine din galaxii care au aproximativ 13,8 miliarde de ani.
Vârsta nu este principalul lucru
Dacă după citire ați ajuns la concluzia că raza universului pe care îl observăm este de doar 13,8 miliarde de ani-lumină, atunci ați lăsat afară un detaliu important. Cert este că în acești 13,8 miliarde de ani după Big Bang, universul a continuat să se extindă. Cu alte cuvinte, aceasta înseamnă că dimensiunea reală a Universului nostru este mult mai mare decât este indicat în măsurătorile noastre originale.
Prin urmare, pentru a afla dimensiunea reală a Universului, este necesar să luăm în considerare un alt indicator, și anume, cât de rapid s-a extins Universul de la Big Bang. Fizicienii spun că au fost în sfârșit capabili să obțină numerele necesare și sunt încrezători că raza universului vizibil în acest moment este de aproximativ 46,5 miliarde de ani lumină.
Este adevărat, este de remarcat și faptul că aceste calcule se bazează doar pe ceea ce noi înșine putem vedea. Mai exact, ei sunt capabili să facă afară în adâncurile spațiului. Aceste calcule nu răspund la întrebarea dimensiunii adevărate a universului. În plus, oamenii de știință se întreabă de o oarecare discrepanță, potrivit căreia galaxiile mai îndepărtate din Universul nostru sunt prea bine formate pentru a fi considerate că au apărut imediat după Big Bang. Acest nivel de dezvoltare a durat mult mai mult.
Poate că nu vedem totul?
Faptul inexplicabil menționat mai sus deschide o serie întreagă de noi probleme. Unii oameni de știință au încercat să calculeze cât timp va dura dezvoltarea acestor galaxii complet formate. De exemplu, oamenii de știință de la Oxford au concluzionat că dimensiunea întregului univers ar putea fi de 250 de ori mai mare decât cea observată.
Suntem într-adevăr capabili să măsurăm distanțele față de obiectele din universul observabil, dar ceea ce se află dincolo de această graniță, nu știm. Desigur, nimeni nu spune că oamenii de știință nu încearcă să-și dea seama, dar, așa cum am menționat mai sus, capacitățile noastre sunt limitate de nivelul nostru de progres tehnologic. În plus, nu ar trebui să se renunțe imediat la presupunerea că oamenii de știință nu ar putea cunoaște niciodată dimensiunea reală a întregului univers, având în vedere toți factorii care stau în calea rezolvării acestei probleme.
NIKOLAY KHIZHNYAK
