Aký veľký je vesmír? - Vysvetlenie

Vesmír je aveľký miesto a je ťažké pochopiť obrovskú veľkosť vzhľadom na naše konečné predstavy o vzdialenosti tu na Zemi. Z tohto dôvodu je ťažké určiť odpoveď na otázku „presne ako veľká“. Pokus zistiť obrovskú veľkosť vesmíru však zahŕňa niekoľko kľúčových faktorov. Jedným z nich je pochopenie niekoľkých kľúčových faktov o tom, ako sa vesmír správa, a zároveň si uvedomenie, že to, čo vidíme, je iba „pozorovateľný vesmír“. Pravdepodobne skutočne nebudeme vedieť skutočnú veľkosť súboruskutočnévesmír, pretože, úprimne povedané, to jednoducho nevidíme.

To, čo je mimo pozorovateľného vesmíru, teda zostáva záhadou, a tak otvára úplne nové otázky, čo je mimo nášho zorného poľa - čo je takisto predmetom mnohých astrofyzikálnych výskumov. Tu sa to pokúsime rozobrať jednoduchým spôsobom, aby sme sa pokúsili analyzovať, čo je v skutočnosti jedna z najkomplexnejších otázok vedy. Najskôr však niekoľko základných informácií o tom, ako meriame vzdialenosť v priestore.

Pomocou svetla na to prísť

Najjednoduchší spôsob merania vzdialenosti v priestore je použitie svetla. Avšak kvôli spôsobu pohybu svetla si nemusíte uvedomiť, že keď sa pozriete do nebies, to, čo vidíte, nie je v skutočnosti to, ako ten objekt v skutočnosti vyzerá práve teraz vo vesmíre. Namiesto toho doslova trvá roky, storočia - dokonca aj veky - aby sa svetlo z tohto vzdialeného objektu dostalo na Zem.

Svetlo sa pohybuje rýchlosťou 186 000 míľ za sekundu, avšak na také veľké vzdialenosti vesmíru to druhé nie je skvelá metóda merania. Astronómovia používajúsvetelný rok namiesto toho hovoriť na diaľku. Jeden svetelný rok sa rovná asi šiestim biliónom míľ a poskytuje nielen predstavu o vzdialenosti, ale aj o tom, koľko času trvá, kým sa k vám svetlo z objektu dostane.

V oveľa menšom rozsahu to aplikujeme na svoje vlastné slnko. V priemere je Slnko vzdialené asi 93 miliónov míľ. Ak ste mali správny ďalekohľad (a okuliare) na sledovanie nášho slnka, v skutočnosti vidíte, ako to vyzeralo pred ôsmimi minútami. Proxima Centauri? To svetlo je z pred štyrmi rokmi. A hoci sa očakáva, že Betelgeuse čoskoro prejde supernovou, ak by sa tak stalo dnes, do polovice 27. storočia by sme to nevedeli - bez vtipu.

Svetlo a jeho vlastnosti hrali rozhodujúcu úlohu pri poznávaní toho, aký veľký je náš vesmír, a práve teraz - podľa toho, čo vieme - je okraj pozorovateľného vesmíru vzdialený asi 46 miliárd svetelných rokov od samotnej Zeme. Ako sme sa tam však dostali? Je to proces, ktorý astronómovia a fyzici nazývajú „rebrík kozmickej vzdialenosti“.

Rebrík kozmickej vzdialenosti

Teleskopy sú iba súčasťou zisťovania kozmickej vzdialenosti a veci sa stávajú zložitejšími, pretože sa zameriavame na ďalšie a ďalšie meranie objektov. Rádiové ďalekohľady dobre slúžia na počiatočné pozorovania v našej slnečnej sústave na meranie vzdialenosti a ponúkajú pomerne dosť presné výsledky, ale akonáhle sa z našej slnečnej sústavy vzdialite, rádioteleskopy jednoducho nebudú praktické. Z tohto dôvodu sa teraz astronómovia obracajú na niečo, čomu sa hovorí paralaxa.

Paralaxu ľahko pochopíte pomocou vlastných očí. Pozrite sa na predmet zakrytím jedného oka a potom zakryte druhé oko. Videli ste objekt „hýbať sa“? Tento posun sa nazýva paralaxa a je možné ho vypočítať pomocou vzdialenosti. Tento systém funguje dobre pre našich najbližších nebeských susedov, ale akonáhle sa posuniete okolo zhruba 100 svetelných rokov, je tento posun tak nepostrehnuteľný, že je potrebná iná metóda.

Táto ďalšia metóda sa nazýva niečoprispôsobenie hlavnej postupnosti a spolieha sa na naše poznatky o tom, ako sa hviezdy určitej veľkosti časom menia. Pozerá sa na jas a farbu hviezd ďalej a porovnáva ich s bližšími hviezdami, aby sa pokúsila zmerať jej vzdialenosť. Aj toto má však opäť svoje limity a bude fungovať iba pre hviezdy v našej vlastnej galaxii alebo tie, ktoré sú vzdialené zhruba 100 000 svetelných rokov.

Ak pôjdu ešte ďalej, astronómovia sa spoliehajú na metódu známu akoCefeidove premenné. Na základe objavu Henriety Swan Leavittovej z roku 1908, ktorý určuje, že určitý typ hviezdy mení svoju jasnosť v priebehu času. Tieto variácie - rýchle alebo pomalé - súvisia s tým, aké svetlé sú. S týmto vedomím dokázali astronómovia pomocou konceptu prispôsobenia hlavnej sekvencie odhadnúť vzdialenosti - niektoré dokonca až 10 miliónov svetelných rokov ďaleko.

Stále však nie sme ani zďaleka tam, kde musíme byť, aby sme mohli zistiť obrovské vzdialenosti nášho vesmíru. Z tohto dôvodu sa nakoniec obrátime na koncept známy akočervený posunčo nám dodáva potrebný rozsah na meranie veľkosti nášho vesmíru. Červený posun je veľmi podobný tomu, ako funguje Dopplerov efekt. Predstavte si, že sedíte na železničnom priecestí. Všimli ste si niekedy, ako sa zdá, že sa roh vlaku mení v stúpaní, zväčšuje sa pri priblížení a klesá, keď sa vzďaľuje?

Podobne funguje aj svetlo. Pozrite sa na spektrograf a všimnite si jeho tmavé čiary. Je to spôsobené tým, že farba je absorbovaná prvkami vo svetelnom zdroji a okolo neho. Čím viac sú tieto čiary posunuté k červeným častiam spektra - teda výrazu - tým je objekt ďalej. Je to tiež údaj o tom, ako rýchlo sa objekt vzďaľuje od nás.

Až tu konečne dostaneme odpoveď. Najčervenejšie svetlo prichádza z galaxií, ktoré sú staré zhruba 13,8 miliárd rokov.

Vek nie je všetko

Aj keď je ľahké si myslieť, že hrana nášho pozorovateľného vesmíru je v okruhu iba 13,8 miliárd svetelných rokov od Zeme, chýba vám dôležitá súčasť príbehu. Počas týchto 13,8 miliárd rokov sa vesmír pokračoval v expanzii po Veľkom tresku. To znamená, že skutočná veľkosť nášho vesmíru je oveľa, oveľa väčšia ako naše počiatočné meranie.

Toto zistenie zohľadňuje ďalší výskum, vrátane toho, čo vieme o tom, ako rýchlo sa vesmír rozpínal od Veľkého tresku. Fyzici to dosiahli práve teraz a teraz veria, že polomer pozorovateľného vesmíru je teraz vzdialený zhruba 46,5 miliárd svetelných rokov.

Je však tiež potrebné spomenúť, že naše výpočty sú založené na tom, čo je skutočne viditeľné a viditeľné. Najvzdialenejšie galaxie v našom vesmíre sú príliš dobre tvarované na to, aby sa práve objavili bezprostredne po Veľkom tresku, čo vytvára úplne nový rébus.

Tak čo teraz?

Možno nevidíme všetko

Táto zatiaľ nevysvetliteľná otázka otvára úplne nový súbor problémov. Niektorí sa pokúsili extrapolovať, ako dlho trvalo vývoj týchto príliš dobre formovaných vzdialených galaxií, napríklad vedci z Oxfordskej univerzity vo Veľkej Británii, ktorí odhadli, že celý vesmír môže byť až 250-krát väčší ako náš pozorovateľný vesmír. Skúste si o tom omotať hlavu.

Niektorí však veria v ešte bláznivejšiu teóriu, ktorá by naznačovala, že náš vesmír by mohol byť jedným z nekonečného množstva iných vesmírov - toto je známe ako multivesmír. Samotná táto téma by si vyžadovala úplne iný článok, ak by sme sa vôbec chceli pokúsiť poškriabať povrch obklopujúci základné princípy týkajúce sa teórie. Aj keď teda môžeme merať hranice pozorovateľného vesmíru, netušíme, čo je za ním.

To samozrejme neznamená, že sa vedci nesnažia na to prísť. Inými slovami? Môžeme len hádajte aký veľký je vesmír a vedci možno nikdy nebudú mať presnú odpoveď kvôli všetkým možným faktorom, ktoré sú v hre.