Velikost vesmíru. Dimenze a hranice vesmíru Viditelný vesmír a jeho dimenze

Portál je informačním zdrojem, kde můžete získat mnoho užitečných a zajímavých znalostí týkajících se Kosmu. Nejprve budeme hovořit o našem a jiných Vesmírech, o nebeská těla, černé díry a jevy v hlubinách vesmíru.

Souhrn všeho, co existuje, hmoty, jednotlivých částic a prostoru mezi těmito částicemi se nazývá Vesmír. Podle vědců a astrologů je stáří vesmíru přibližně 14 miliard let. Velikost viditelné části vesmíru je asi 14 miliard světelných let. A někteří tvrdí, že vesmír se rozprostírá přes 90 miliard světelných let. Pro větší pohodlí je při výpočtu takových vzdáleností obvyklé používat hodnotu parsec. Jeden parsek se rovná 3,2616 světelným rokům, to znamená, že parsek je vzdálenost, na kterou je průměrný poloměr oběžné dráhy Země pozorován pod úhlem jedné obloukové sekundy.

Vyzbrojeni těmito indikátory můžete vypočítat kosmickou vzdálenost od jednoho objektu k druhému. Například vzdálenost od naší planety k Měsíci je 300 000 km, neboli 1 světelná sekunda. V důsledku toho se tato vzdálenost ke Slunci zvyšuje na 8,31 světelných minut.

Během jeho historie se lidé pokoušeli vyřešit záhady spojené s Kosmem a Vesmírem. V článcích portálu se můžete dozvědět nejen o vesmíru, ale také o moderní vědecké přístupy k jeho studiu. Veškerý materiál je založen na nejpokročilejších teoriích a faktech.

Je třeba poznamenat, že vesmír zahrnuje velké číslo známý lidem různé předměty. Nejznámější z nich jsou planety, hvězdy, satelity, černé díry, asteroidy a komety. O planetách tento moment pochopitelné především, protože na jednom z nich žijeme. Některé planety mají své vlastní měsíce. Takže Země má svůj vlastní satelit - Měsíc. Kromě naší planety existuje dalších 8, které se točí kolem Slunce.

V Kosmu je mnoho hvězd, ale každá z nich si není podobná. Mají různé teploty, velikosti a jas. Protože jsou všechny hvězdy různé, jsou klasifikovány takto:

bílí trpaslíci;

Obři;

Supergiants;

neutronové hvězdy;

kvasary;

Pulsary.

Nejhustší látkou, kterou známe, je olovo. Na některých planetách může být hustota jejich vlastní látky tisíckrát větší než hustota olova, což pro vědce klade mnoho otázek.

Všechny planety se točí kolem Slunce, ale to také nestojí. Hvězdy se mohou shlukovat do shluků, které se zase také točí kolem nám dosud neznámého středu. Tyto kupy se nazývají galaxie. Naše galaxie se nazývá Mléčná dráha. Všechny dosud provedené studie říkají, že většina hmoty, kterou galaxie vytvářejí, je pro lidi stále neviditelná. Kvůli tomu se tomu říkalo temná hmota.

Za nejzajímavější jsou považována centra galaxií. Někteří astronomové se domnívají, že možným středem galaxie je černá díra. Jde o unikátní jev vzniklý jako výsledek evoluce hvězdy. Ale zatím jsou to jen teorie. Zatím není možné provádět experimenty nebo takové jevy studovat.

Vesmír kromě galaxií obsahuje mlhoviny (mezihvězdná oblaka skládající se z plynu, prachu a plazmatu), reliktní záření, které prostupuje celým prostorem Vesmíru a mnoho dalších málo známých a dokonce obecně neznámých objektů.

Oběh éteru vesmíru

Symetrie a rovnováha hmotných jevů je hlavním principem strukturní organizace a interakce v přírodě. Navíc ve všech formách: hvězdná plazma a hmota, svět a uvolněné étery. Celá podstata takových jevů spočívá v jejich interakcích a proměnách, z nichž většinu představuje neviditelný éter. Říká se mu také reliktní záření. Jedná se o mikrovlnné záření kosmického pozadí o teplotě 2,7 K. Existuje názor, že právě tento oscilující éter je základním základem všeho, co naplňuje vesmír. Anizotropie distribuce éteru je spojena se směry a intenzitou jeho pohybu v různých oblastech neviditelného a viditelného prostoru. Celá obtížnost studia a zkoumání je zcela srovnatelná s obtížemi studia turbulentních procesů v plynech, plazmatu a kapalinách hmoty.

Proč mnoho vědců věří, že vesmír je vícerozměrný?

Po provedení experimentů v laboratořích i v samotném Kosmu byla získána data, ze kterých lze předpokládat, že žijeme ve Vesmíru, ve kterém lze polohu jakéhokoli objektu charakterizovat časem a třemi prostorovými souřadnicemi. Kvůli tomu vzniká předpoklad, že vesmír je čtyřrozměrný. Nicméně někteří vědci, rozvíjející teorii elementárních částic a kvantová gravitace může dojít k závěru, že existence velkého množství dimenzí je prostě nezbytná. Některé modely vesmíru nevylučují takové číslo jako 11 dimenzí.

Je třeba vzít v úvahu, že existence multidimenzionálního vesmíru je možná s vysokoenergetickými jevy - černými dírami, velkým třeskem, výbuchy. Alespoň to je jedna z myšlenek předních kosmologů.

Model rozpínajícího se vesmíru je založen na obecné teorii relativity. Bylo navrženo adekvátně vysvětlit strukturu rudého posuvu. Expanze začala ve stejnou dobu jako Velký třesk. Jeho stav ilustruje povrch nafouknutého gumového míče, na který byly naneseny tečky - extragalaktické předměty. Když se takový balónek nafoukne, všechny jeho body se od sebe vzdálí, bez ohledu na polohu. Podle teorie se vesmír může buď neomezeně rozpínat, nebo smršťovat.

Baryonová asymetrie vesmíru

Výrazný nárůst počtu elementárních částic pozorovaných ve Vesmíru přes celý počet antičástic se nazývá baryonová asymetrie. Baryony zahrnují neutrony, protony a některé další elementární částice s krátkou životností. Tato disproporce nastala v éře anihilace, konkrétně tři sekundy po velkém třesku. Do této chvíle si počet baryonů a antibaryonů vzájemně odpovídal. Během hromadné anihilace elementárních antičástic a částic se většina z nich spárovala a zmizela, čímž vzniklo elektromagnetické záření.

Age of the Universe na portálovém webu

Moderní vědci věří, že náš vesmír je starý asi 16 miliard let. Podle odhadů může být minimální věk 12-15 miliard let. Minimum je odpuzováno nejstaršími hvězdami v naší galaxii. Jeho skutečné stáří lze určit pouze pomocí Hubbleova zákona, ale skutečné neznamená přesné.

horizont viditelnosti

Koule s poloměrem rovným vzdálenosti, kterou světlo urazí za celou dobu existence Vesmíru, se nazývá horizont její viditelnosti. Existence horizontu je přímo úměrná rozpínání a smršťování vesmíru. Podle kosmologický model Friedmane, vesmír se začal rozpínat z jedinečné vzdálenosti asi před 15-20 miliardami let. Po celou dobu světlo urazí zbytkovou vzdálenost v rozpínajícím se vesmíru, konkrétně 109 světelných let. Kvůli tomu může každý pozorovatel okamžiku t0 po zahájení procesu rozpínání vidět jen malou část, ohraničenou koulí, která má v tu chvíli poloměr I. Ta tělesa a objekty, které jsou v tu chvíli za touto hranicí, jsou v zásadě nepozorovatelné. Světlo odražené od nich prostě nestihne dorazit k pozorovateli. To není možné ani v případě, že světlo zhaslo v okamžiku zahájení procesu expanze.

Kvůli absorpci a rozptylu v raném vesmíru, vzhledem k vysoké hustotě, se fotony nemohly šířit volným směrem. Pozorovatel je tedy schopen fixovat pouze záření, které se objevilo v éře vesmíru propustné pro záření. Tato epocha je určena časem t»300 000 let, hustotou hmoty r»10-20 g/cm3 a okamžikem rekombinace vodíku. Z výše uvedeného vyplývá, že čím blíže je zdroj v galaxii, tím větší bude pro něj rudý posuv.

Velký třesk

Okamžik vzniku vesmíru se nazývá Velký třesk. Tento koncept je založen na skutečnosti, že zpočátku existoval bod (bod singularity), ve kterém byla přítomna veškerá energie a veškerá hmota. Za základ charakteristiky je považována vysoká hustota hmoty. Co se stalo před touto singularitou, není známo.

Pokud jde o události a podmínky, které nastaly před nástupem okamžiku 5 * 10-44 sekund (okamžik konce 1. časového kvanta), neexistují přesné informace. Ve fyzikálním smyslu té doby lze pouze předpokládat, že tehdy byla teplota přibližně 1,3 * 1032 stupňů s hustotou hmoty přibližně 1096 kg / m 3. Tyto hodnoty jsou limitující pro aplikaci existujících nápadů. Objevují se díky poměru gravitační konstanty, rychlosti světla, Boltzmannovy a Planckovy konstanty a jsou označovány jako „Planck“.

Tyto události, které jsou spojeny s 5 * 10-44 až 10-36 sekundami, odrážejí model "inflačního vesmíru". Moment 10-36 sekund je připisován modelu „horkého vesmíru“.

V době od 1-3 do 100-120 sekund se vytvořila jádra helia a malý počet jader zbývajících plic chemické prvky. Od tohoto okamžiku se v plynu začal ustavovat poměr – vodík 78 %, helium 22 %. Před milionem let začala teplota ve vesmíru klesat na 3000-45000 K, začala éra rekombinací. Dříve volné elektrony se začaly spojovat s lehkými protony a atomová jádra. Začaly se objevovat atomy helia, atomy vodíku a malý počet atomů lithia. Látka zprůhlednila a oddělilo se od ní záření, které je dodnes pozorováno.

Další miliarda let existence vesmíru byla poznamenána poklesem teploty z 3000-45000 K na 300 K. Vědci toto období pro vesmír nazvali „Doba temna“ kvůli tomu, že se dosud neobjevily žádné zdroje elektromagnetického záření. Ve stejném období došlo působením gravitačních sil ke zhutnění nehomogenit původních směsí plynů. Po simulaci těchto procesů na počítači astronomové viděli, že to nezvratně vedlo k objevení se obřích hvězd, převyšujících hmotnost Slunce milionkrát. Kvůli tak velké hmotě byly tyto hvězdy zahřáté na nepředstavitelně vysoké teploty a vyvíjely se po dobu desítek milionů let, poté explodovaly jako supernovy. Zahřátím na vysoké teploty povrchy takových hvězd vytvořily silné toky ultrafialového záření. Začalo tak období reionizace. Plazma, které vzniklo v důsledku takových jevů, začalo silně rozptylovat elektromagnetické záření ve svých spektrálních krátkovlnných rozsazích. V jistém smyslu se vesmír začal nořit do husté mlhy.

Tyto obrovské hvězdy se staly prvními zdroji ve vesmíru chemických prvků, které jsou mnohem těžší než lithium. Začal se formovat vesmírných objektů 2. generace, která obsahovala jádra těchto atomů. Tyto hvězdy začaly vznikat ze směsí těžkých atomů. Došlo k opakovanému typu rekombinace většiny atomů mezigalaktických a mezihvězdných plynů, což vedlo k nové průhlednosti prostoru pro elektromagnetické záření. Vesmír se stal přesně tím, co nyní můžeme pozorovat.

Pozorovaná struktura vesmíru na webu portálu

Sledovaná část je prostorově nehomogenní. Většina kup galaxií a jednotlivých galaxií tvoří její buněčnou nebo voštinovou strukturu. Staví buněčné stěny o tloušťce několika megaparseků. Tyto buňky se nazývají "dutiny". Vyznačují se velkou velikostí, desítkami megaparseků a zároveň neobsahují hmotu s elektromagnetická radiace. Asi 50 % celkového objemu Vesmíru připadá na podíl „prázdnot“.

Obvykle, když mluví o velikosti vesmíru, myslí tím místní fragment vesmíru (vesmír), který je k dispozici našemu pozorování.

Jedná se o takzvaný pozorovatelný vesmír – oblast vesmíru viditelnou pro nás ze Země.

A protože stáří vesmíru je asi 13 800 000 000 let, bez ohledu na to, kterým směrem se díváme, vidíme světlo, které k nám dorazilo za 13,8 miliardy let.

Na základě toho je tedy logické se domnívat, že pozorovatelný vesmír by měl mít průměr 13,8 x 2 = 27 600 000 000 světelných let.

Ale není! Protože prostor se postupem času rozšiřuje. A ty vzdálené objekty, které vyzařovaly světlo před 13,8 miliardami let, během této doby letěly ještě dále. Dnes jsou již více než 46,5 miliardy světelných let daleko. Když to zdvojnásobíme, dostaneme 93 miliard světelných let.

Skutečný průměr pozorovatelného vesmíru je tedy 93 miliard sv. let.

Vizuální (kulaté) znázornění trojrozměrné struktury pozorovatelného vesmíru při pohledu z naší pozice (středu kruhu).

bílé čáry jsou vyznačeny hranice pozorovatelného vesmíru.
Světelné skvrny- jedná se o kupy kup galaxií - nadkupy (superkupy) - největší známé struktury ve vesmíru.
Měřítko: jedna divize shora - 1 miliarda světelných let, zdola - 1 miliarda parseků.
Náš dům (uprostřed) zde označovaný jako Nadkupa Panny (Virgo Supercluster) je systém, který zahrnuje desítky tisíc galaxií, včetně naší vlastní - Mléčné dráhy (Mléčné dráhy).

Vizuálnější znázornění měřítka pozorovatelného vesmíru poskytuje následující obrázek:

Umístění Země v Observable Universe - série osmi map

zleva doprava horní řádek: Země - Sluneční soustava - Nejbližší hvězdy - Galaxie Mléčná dráha, spodní řádek: Místní skupina galaxií - Kupa v Panně - Místní nadkupa - Pozorovatelný (pozorovatelný) vesmír.

Abychom lépe pocítili a uvědomili si, jaké kolosální, nesrovnatelné s našimi pozemskými představami, měří v otázce stojí za to se podívat zvětšený obrázek tohoto obvodu PROTI prohlížeč médií .

Co lze říci o celém vesmíru? Velikost celého Vesmíru (Vesmír, Metavesmír) musí být mnohem větší!

Ale takový je celý tento vesmír a jak funguje, to nám stále zůstává záhadou...

A co střed vesmíru? Pozorovatelný vesmír má střed – jsme to my! Jsme ve středu pozorovatelného vesmíru, protože pozorovatelný vesmír je jen kousek vesmíru, jak je vidět ze Země.

A stejně jako z vysoké věže vidíme kruhovou oblast se středem na samotné věži, vidíme také oblast prostoru se středem od pozorovatele. Ve skutečnosti, přesněji řečeno, každý z nás je středem svého vlastního pozorovatelného vesmíru.

To ale neznamená, že jsme ve středu celého Vesmíru, stejně jako věž není v žádném případě středem světa, ale pouze středem toho kousku světa, který je z ní vidět – k obzoru.

Totéž platí o pozorovatelném vesmíru.

Když se podíváme nahoru na oblohu, vidíme světlo, které k nám letí 13,8 miliardy let z míst, která jsou již 46,5 miliardy světelných let daleko.

Nevidíme, co je za tímto horizontem.

Návod

„Propast se otevřela, plná hvězd; nejsou žádné hvězdy, propast je dno, “napsal v jedné ze svých básní skvělý ruský vědec Michail Vasiljevič Lomonosov. To je poetické prohlášení o nekonečnosti vesmíru.

Stáří "existence" pozorovatelného vesmíru je asi 13,7 miliard pozemské roky. Světlu, které přichází ze vzdálených galaxií „z okraje světa“, trvá více než 14 miliard let, než se dostane na Zemi. Ukazuje se, že diametrální rozměry vesmíru lze vypočítat, pokud se přibližně 13,7 vynásobí dvěma, tedy 27,4 miliard světelných let. Radiální velikost sférického modelu je přibližně 78 miliard světelných let a průměr je 156 miliard světelných let. Toto je jeden z nejnovější verze Američtí vědci, výsledek mnohaletých astronomických pozorování a výpočtů.

V pozorovatelném vesmíru, jako je ten náš, je 170 miliard galaxií. Ta naše je jakoby uprostřed obří koule. Reliktní světlo je viditelné z nejvzdálenějších vesmírných objektů – z pohledu lidstva fantasticky prastaré. Pokud půjdete velmi hluboko do časoprostorového systému, můžete vidět mládí planety Země.

Pro svítící vesmírná tělesa pozorovaná ze Země existuje konečná věková hranice. Po výpočtu věkové hranice, znalosti času, za který světlo urazilo vzdálenost od nich na povrch Země, a znalosti konstanty, rychlosti světla, pomocí vzorce S = Vxt známého ze školy (cesta = rychlost násobená časem), určili vědci pravděpodobnou velikost pozorovatelného vesmíru.

Znázornění Vesmíru ve formě trojrozměrné koule není jediným způsobem, jak postavit model Vesmíru. Existují hypotézy naznačující, že vesmír nemá tři, ale démony. konečné číslo Měření. Existují verze, které se jako hnízdící panenka skládá z nekonečného množství kulovitých útvarů vnořených do sebe a oddělených od sebe.

Existuje předpoklad, že vesmír je nevyčerpatelný podle různých kritérií a různých souřadnicových os. Lidé považovali „tělísku“ za nejmenší částici hmoty, pak „molekulu“, potom „atom“, pak „protony a elektrony“, pak začali mluvit o elementárních částicích, které se ukázaly jako vůbec ne elementární, o kvantech, neutrinech a kvarcích... A nikdo nemůže zaručit, že v další supermikročástici hmoty není jiný vesmír. A naopak - že viditelný Vesmír není jen mikročástice hmoty Super-Mega-Vesmíru, jejíž rozměry si nikdo neumí ani představit a spočítat, jsou tak velké.

Vesmír je všechno, co existuje. Vesmír je neomezený. Proto při diskusi o velikosti Vesmíru lze hovořit pouze o velikosti jeho pozorovatelné části – pozorovatelného Vesmíru.

Pozorovatelný vesmír je koule se středem na Zemi (místo pozorovatele), má dva rozměry: 1. zdánlivou velikost - Hubbleův poloměr - 13,75 miliard světelných let, 2. skutečnou velikost - poloměr horizontu částic - 45,7 miliard světelných let.

Moderní model vesmíru se také nazývá ΛCDM model. Písmeno "Λ" znamená přítomnost kosmologické konstanty, která vysvětluje zrychlené rozpínání vesmíru. "CDM" znamená, že vesmír je naplněn studenou temnou hmotou. Nedávné studie naznačují, že Hubbleova konstanta je asi 71 (km/s)/Mpc, což odpovídá stáří vesmíru 13,75 miliardy let. Když známe stáří vesmíru, můžeme odhadnout velikost jeho pozorovatelné oblasti.

Podle teorie relativity se informace o jakémkoli objektu nemohou dostat k pozorovateli rychlostí větší, než je rychlost světla (299792458 km/s). Ukazuje se, pozorovatel nevidí jen objekt, ale jeho minulost. Čím dále je od něj objekt, tím vzdálenější minulost vypadá. Například při pohledu na Měsíc vidíme, jak to bylo před více než sekundou, Slunce - před více než osmi minutami, nejbližší hvězdy - roky, galaxie - před miliony let atd. V Einsteinově stacionárním modelu vesmír nemá věkové omezení, což znamená, že jeho pozorovatelná oblast také není ničím omezena. Pozorovatel, vyzbrojený stále vyspělejšími astronomickými přístroji, bude pozorovat stále vzdálenější a starověké objekty.

Rozměry pozorovatelného vesmíru

Máme jiný obrázek s moderním modelem vesmíru. Podle ní má Vesmír svůj věk, a tedy i hranici pozorování. To znamená, že od zrození vesmíru by žádný foton nestihl urazit vzdálenost větší než 13,75 miliardy světelných let. Ukazuje se, že můžeme říci, že pozorovatelný vesmír je omezen z pohledu pozorovatele sférickou oblastí o poloměru 13,75 miliardy světelných let. Není to však tak docela pravda. Nezapomeňte na rozšiřování prostoru Vesmíru. V době, kdy foton dosáhne pozorovatele, bude objekt, který jej emitoval, od nás vzdálen 45,7 miliardy světelných let. Tato velikost je horizont částic a je to hranice pozorovatelného vesmíru.

Důležité je, že oba tyto horizonty vůbec necharakterizují skutečnou velikost Vesmíru. Za prvé, závisí na poloze pozorovatele v prostoru. Za druhé, mění se v průběhu času. V případě modelu ΛCDM se horizont částic rozšiřuje rychlostí větší než Hubbleův horizont. Otázkou je, zda se tento trend v budoucnu obrátí. moderní věda nedává odpověď. Ale pokud předpokládáme, že se vesmír stále zrychluje, pak všechny objekty, které nyní vidíme, dříve nebo později zmizí z našeho „zorného pole“.

V tuto chvíli je nejvzdálenější světlo pozorované astronomy. Při pohledu do něj vědci vidí vesmír takový, jaký byl 380 000 let po velkém třesku. Vesmír se v tu chvíli ochladil natolik, že mohl emitovat volné fotony, které jsou dnes zachycovány pomocí radioteleskopů. V té době ve Vesmíru nebyly žádné hvězdy ani galaxie, ale pouze souvislý mrak vodíku, helia a zanedbatelné množství dalších prvků. Z nehomogenit pozorovaných v tomto oblaku se následně vytvoří galaktické kupy. Ukazuje se, že právě ty objekty, které vzniknou z nehomogenit záření kosmického mikrovlnného pozadí, se nacházejí nejblíže horizontu částic.

Skutečná velikost vesmíru

Takže jsme se rozhodli pro velikost pozorovatelného vesmíru. Ale co skutečná velikost celého vesmíru? moderní věda nemá informace o skutečné velikosti vesmíru a o tom, zda má hranice. Většina vědců se ale shoduje, že vesmír je neomezený.

Závěr

Pozorovatelný vesmír má viditelnou a skutečnou hranici, která se nazývá Hubbleův poloměr (13,75 miliardy světelných let) a poloměr částic (45,7 miliardy světelných let). Tyto hranice jsou zcela závislé na poloze pozorovatele v prostoru a s časem se rozšiřují. Pokud se Hubbleův poloměr rozpíná striktně rychlostí světla, pak se rozpínání horizontu částic urychlí. Otevřená zůstává otázka, zda bude jeho zrychlování horizontu částic pokračovat a zda bude nahrazeno kompresí.

Věděli jste, že vesmír, který pozorujeme, má docela jasné hranice? Jsme zvyklí spojovat Vesmír s něčím nekonečným a nepochopitelným. Moderní věda však na otázku „nekonečnosti“ Vesmíru nabízí na takto „samozřejmou“ otázku zcela jinou odpověď.

Podle moderní nápady, velikost pozorovatelného vesmíru je přibližně 45,7 miliardy světelných let (nebo 14,6 gigaparseků). Co ale tato čísla znamenají?

První otázka, která vás napadne běžná osoba Jak je možné, že vesmír vůbec není nekonečný? Zdálo by se, že je nesporné, že schránka všeho, co kolem nás existuje, by neměla mít hranice. Pokud tyto hranice existují, co vůbec představují?

Předpokládejme, že nějaký astronaut letěl k hranicím vesmíru. Co před sebou uvidí? Pevná zeď? Protipožární bariéra? A co je za tím – prázdnota? Jiný vesmír? Může ale prázdnota nebo jiný Vesmír znamenat, že jsme na hranici vesmíru? Neznamená to, že neexistuje „nic“. Prázdnota a jiný Vesmír je také „něco“. Ale Vesmír je něco, co obsahuje úplně všechno „něco“.

Dostáváme se k absolutnímu rozporu. Ukazuje se, že hranice Vesmíru by před námi měla skrývat něco, co by být nemělo. Nebo by hranice Vesmíru měla ohradit „vše“ od „něčeho“, ale toto „něco“ by také mělo být součástí „všeho“. Obecně naprostá absurdita. Jak pak mohou vědci tvrdit konečnou velikost, hmotnost a dokonce i stáří našeho vesmíru? Tyto hodnoty, i když jsou nepředstavitelně velké, jsou stále konečné. Argumentuje věda se samozřejmým? Abychom se s tím vypořádali, podívejme se nejprve na to, jak lidé dospěli k modernímu chápání vesmíru.

Rozšiřování hranic

Člověk se od nepaměti zajímal o to, jaký je svět kolem něj. Nemůžete uvést příklady tří velryb a dalších pokusů starověku vysvětlit vesmír. Zpravidla se to nakonec sešlo tak, že základem všech věcí je pozemská nebesa. Dokonce i v dobách starověku a středověku, kdy astronomové měli rozsáhlé znalosti o zákonech pohybu planet po „pevných“ nebeská sféra Země zůstala středem vesmíru.

Přirozeně i v Starověké Řecko byli tací, kteří věřili, že Země se točí kolem Slunce. Byli tací, kteří mluvili o mnoha světech a nekonečnosti vesmíru. Ale konstruktivní zdůvodnění těchto teorií se objevilo až na přelomu vědecké revoluce.

V 16. století učinil polský astronom Mikuláš Koperník první velký průlom v poznání vesmíru. Pevně dokázal, že Země je pouze jednou z planet obíhajících kolem Slunce. Takový systém značně zjednodušil vysvětlení tak složitého a složitého pohybu planet v nebeské sféře. V případě nehybné Země museli astronomové přijít s nejrůznějšími důmyslnými teoriemi, které by toto chování planet vysvětlily. Na druhou stranu, pokud se předpokládá, že Země je pohyblivá, pak vysvětlení pro takové složité pohyby přichází přirozeně. V astronomii tak bylo posíleno nové paradigma zvané „heliocentrismus“.

Mnoho sluncí

Avšak i poté astronomové nadále omezovali vesmír na „sféru stálic“. Až do 19. století nebyli schopni odhadnout vzdálenost ke svítidlům. Po několik století se astronomové neúspěšně pokoušeli odhalit odchylky v poloze hvězd vzhledem k pohybu Země na oběžné dráze ( roční paralaxy). Tehdejší nástroje neumožňovaly tak přesná měření.

Nakonec v roce 1837 změřil paralaxu rusko-německý astronom Vasilij Struve. To znamenalo nový krok v pochopení rozsahu vesmíru. Nyní by vědci mohli bezpečně říci, že hvězdy jsou vzdálené podobizny Slunce. A naše svítidlo už není středem všeho, ale rovnocenným „obyvatelem“ nekonečné hvězdokupy.

Astronomové se ještě více přiblížili k pochopení měřítka vesmíru, protože vzdálenosti ke hvězdám se ukázaly být skutečně monstrózní. Dokonce i velikost oběžných drah planet se zdála v porovnání s tímto něčím zanedbatelná. Dále bylo nutné pochopit, jak jsou hvězdy koncentrovány.

Mnoho Mléčných drah

Již v roce 1755 předjímal slavný filozof Immanuel Kant základy moderního chápání rozsáhlé struktury vesmíru. Předpokládal, že Mléčná dráha je obrovská rotující hvězdokupa. Mnohé pozorovatelné mlhoviny jsou zase vzdálenější „mléčné dráhy“ – galaxie. Navzdory tomu se astronomové až do 20. století drželi skutečnosti, že všechny mlhoviny jsou zdrojem vzniku hvězd a jsou součástí Mléčné dráhy.

Situace se změnila, když se astronomové naučili měřit vzdálenosti mezi galaxiemi pomocí. Absolutní svítivost hvězd tohoto typu je striktně závislá na období jejich proměnlivosti. Porovnáním jejich absolutní svítivosti s tou viditelnou je možné s vysokou přesností určit vzdálenost k nim. Tuto metodu vyvinuli na počátku 20. století Einar Hertzschrung a Harlow Shelpie. Díky němu sovětský astronom Ernst Epik v roce 1922 určil vzdálenost k Andromedě, která se ukázala být řádově větší než velikost Mléčné dráhy.

Edwin Hubble pokračoval v Epicově podniku. Měřením jasnosti cefeid v jiných galaxiích změřil jejich vzdálenost a porovnal ji s rudým posuvem v jejich spektrech. V roce 1929 tedy vyvinul svůj slavný zákon. Jeho práce definitivně vyvrátila zažitý názor, že Mléčná dráha je okrajem vesmíru. Nyní to byla jedna z mnoha galaxií, které ji kdysi považovaly za nedílnou součást. Kantova hypotéza byla potvrzena téměř dvě století po jejím vývoji.

Následně spojení mezi vzdáleností galaxie od pozorovatele a rychlostí jejího oddálení od pozorovatele, objevené Hubbleem, umožnilo sestavit kompletní obrázek o velkorozměrové struktuře Vesmíru. Ukázalo se, že galaxie byly jen jeho nepatrnou částí. Spojovaly se do shluků, shluků do nadshluků. Na druhé straně se superkupy skládají do největších známých struktur ve vesmíru - vláken a stěn. Tyto struktury sousedí s obrovskými supervoidy () a tvoří rozsáhlou strukturu v současnosti známého vesmíru.

Zdánlivé nekonečno

Z výše uvedeného vyplývá, že během několika málo století věda postupně přešla od geocentrismu k modernímu chápání vesmíru. To však neodpovídá, proč dnes vesmír omezujeme. Koneckonců, až dosud to bylo jen o měřítku vesmíru, a ne o jeho samotné podstatě.

První, kdo se rozhodl ospravedlnit nekonečnost vesmíru, byl Isaac Newton. Odhalení zákona gravitace věřil, že pokud by byl prostor konečný, všechna její těla by se dříve nebo později spojila v jediný celek. Pokud před ním někdo vyjádřil myšlenku nekonečnosti vesmíru, bylo to pouze ve filozofickém klíči. Bez jakéhokoli vědeckého zdůvodnění. Příkladem toho je Giordano Bruno. Mimochodem, stejně jako Kant, předběhl vědu o mnoho století. Jako první prohlásil, že hvězdy jsou vzdálená slunce a také kolem nich obíhají planety.

Zdálo by se, že samotný fakt nekonečna je docela rozumný a zřejmý, ale zlomové body ve vědě 20. století touto „pravdou“ otřásly.

Stacionární vesmír

První významný krok k vývoji moderního modelu vesmíru učinil Albert Einstein. Slavný fyzik představil svůj model stacionárního vesmíru v roce 1917. Tento model byl založen na obecné teorii relativity, kterou vyvinul o rok dříve. Podle jeho modelu je vesmír nekonečný v čase a konečný v prostoru. Ale koneckonců, jak bylo uvedeno dříve, podle Newtona se vesmír s konečnou velikostí musí zhroutit. K tomu Einstein zavedl kosmologickou konstantu, která kompenzovala gravitační přitažlivost vzdálených objektů.

Bez ohledu na to, jak paradoxní to může znít, Einstein neomezil samotnou konečnost vesmíru. Podle jeho názoru je Vesmír uzavřenou skořápkou hypersféry. Obdobou je povrch obyčejné trojrozměrné koule, například zeměkoule nebo Země. Bez ohledu na to, jak moc cestovatel cestuje po Zemi, nikdy nedosáhne jejího okraje. To však neznamená, že Země je nekonečná. Cestovatel se jednoduše vrátí na místo, kde svou cestu začal.

Na povrchu hypersféry

Stejným způsobem se vesmírný tulák, překonávající Einsteinův vesmír na hvězdné lodi, může vrátit zpět na Zemi. Pouze tentokrát se tulák nebude pohybovat po dvourozměrném povrchu koule, ale po trojrozměrném povrchu hypersféry. To znamená, že vesmír má konečný objem, a tedy konečný počet hvězd a hmotnosti. Vesmír však nemá žádné hranice ani žádný střed.

Einstein došel k takovým závěrům propojením prostoru, času a gravitace ve své slavné teorii. Před ním byly tyto pojmy považovány za samostatné, a proto byl prostor Vesmíru čistě euklidovský. Einstein dokázal, že gravitace samotná je zakřivením časoprostoru. To radikálně změnilo rané představy o povaze vesmíru, založené na klasické newtonovské mechanice a euklidovské geometrii.

Rozšiřující se vesmír

Ani samotnému objeviteli „nového vesmíru“ nebyly přeludy cizí. Einstein, ačkoli omezoval vesmír ve vesmíru, nadále jej považoval za statický. Podle jeho modelu byl a zůstává vesmír věčný a jeho velikost zůstává vždy stejná. V roce 1922 sovětský fyzik Alexander Fridman tento model výrazně rozšířil. Podle jeho výpočtů není vesmír vůbec statický. V průběhu času se může rozšiřovat nebo smršťovat. Je pozoruhodné, že Friedman dospěl k takovému modelu založenému na stejné teorii relativity. Podařilo se mu správněji aplikovat tuto teorii a obejít kosmologickou konstantu.

Albert Einstein takovou „nápravu“ hned nepřijal. Na pomoc tomuto novému modelu přišel dříve zmíněný objev Hubblea. Recese galaxií nesporně prokázala skutečnost expanze vesmíru. Takže Einstein musel uznat svou chybu. Nyní měl vesmír určité stáří, závislé na Hubbleově konstantě, charakterizující rychlost jeho rozpínání.

Další vývoj kosmologie

Když se vědci snažili tento problém vyřešit, bylo objeveno mnoho dalších důležitých součástí vesmíru a byly vyvinuty jeho různé modely. Takže v roce 1948 Georgy Gamow představil hypotézu „horkého vesmíru“, která se nakonec změnila v teorii velkého třesku. Objev v roce 1965 jeho podezření potvrdil. Nyní mohli astronomové pozorovat světlo, které pocházelo z okamžiku, kdy se vesmír stal průhledným.

Temná hmota, kterou v roce 1932 předpověděl Fritz Zwicky, byla potvrzena v roce 1975. Temná hmota vlastně vysvětluje samotnou existenci galaxií, kup galaxií a samotnou strukturu vesmíru jako celku. Vědci tedy zjistili, že většina hmoty vesmíru je zcela neviditelná.

Konečně, v roce 1998, během studia vzdálenosti k, bylo objeveno, že vesmír se rozpíná se zrychlením. Tento další zlom ve vědě dal vzniknout modernímu chápání povahy vesmíru. Einsteinem představený a Friedmannem vyvrácený kosmologický koeficient opět našel své místo v modelu Vesmíru. Přítomnost kosmologického koeficientu (kosmologické konstanty) vysvětluje jeho zrychlenou expanzi. Pro vysvětlení přítomnosti kosmologické konstanty byl zaveden koncept - hypotetické pole obsahující většinu hmoty vesmíru.

Současná představa o velikosti pozorovatelného vesmíru

Současný model vesmíru se také nazývá ΛCDM model. Písmeno "Λ" znamená přítomnost kosmologické konstanty, která vysvětluje zrychlené rozpínání vesmíru. "CDM" znamená, že vesmír je naplněn studenou temnou hmotou. Nedávné studie naznačují, že Hubbleova konstanta je asi 71 (km/s)/Mpc, což odpovídá stáří vesmíru 13,75 miliardy let. Když známe stáří vesmíru, můžeme odhadnout velikost jeho pozorovatelné oblasti.

Podle teorie relativity se informace o jakémkoli objektu nemůže dostat k pozorovateli rychlostí větší, než je rychlost světla (299792458 m/s). Ukazuje se, že pozorovatel nevidí jen předmět, ale jeho minulost. Čím dále je od něj objekt, tím vzdálenější minulost vypadá. Například při pohledu na Měsíc vidíme, jak to bylo před více než sekundou, Slunce - před více než osmi minutami, nejbližší hvězdy - roky, galaxie - před miliony let atd. V Einsteinově stacionárním modelu vesmír nemá věkové omezení, což znamená, že jeho pozorovatelná oblast také není ničím omezena. Pozorovatel, vyzbrojený stále vyspělejšími astronomickými přístroji, bude pozorovat stále vzdálenější a starověké objekty.

Máme jiný obrázek s moderním modelem vesmíru. Podle ní má Vesmír svůj věk, a tedy i hranici pozorování. To znamená, že od zrození vesmíru by žádný foton nestihl urazit vzdálenost větší než 13,75 miliardy světelných let. Ukazuje se, že můžeme říci, že pozorovatelný vesmír je omezen z pohledu pozorovatele sférickou oblastí o poloměru 13,75 miliardy světelných let. Není to však tak docela pravda. Nezapomeňte na rozšiřování prostoru Vesmíru. Dokud foton nedorazí k pozorovateli, bude objekt, který jej vyzařoval, již od nás vzdálen 45,7 miliardy světelných let. let. Tato velikost je horizont částic a je to hranice pozorovatelného vesmíru.

Za horizontem

Velikost pozorovatelného vesmíru se tedy dělí na dva typy. Zdánlivá velikost, také nazývaná Hubbleův poloměr (13,75 miliardy světelných let). A skutečná velikost, nazývaná horizont částic (45,7 miliard světelných let). Důležité je, že oba tyto horizonty vůbec necharakterizují skutečnou velikost Vesmíru. Za prvé, závisí na poloze pozorovatele v prostoru. Za druhé, mění se v průběhu času. V případě modelu ΛCDM se horizont částic rozšiřuje rychlostí větší než Hubbleův horizont. Na otázku, zda se tento trend v budoucnu změní, moderní věda nedává odpověď. Ale pokud předpokládáme, že se vesmír stále zrychluje, pak všechny objekty, které nyní vidíme, dříve nebo později zmizí z našeho „zorného pole“.

Zatím nejvzdálenějším světlem pozorovaným astronomy je CMB. Při pohledu do něj vědci vidí vesmír takový, jaký byl 380 000 let po velkém třesku. Vesmír se v tu chvíli ochladil natolik, že mohl emitovat volné fotony, které jsou dnes zachycovány pomocí radioteleskopů. V té době ve Vesmíru nebyly žádné hvězdy ani galaxie, ale pouze souvislý mrak vodíku, helia a zanedbatelné množství dalších prvků. Z nehomogenit pozorovaných v tomto oblaku se následně vytvoří galaktické kupy. Ukazuje se, že právě ty objekty, které vzniknou z nehomogenit záření kosmického mikrovlnného pozadí, se nacházejí nejblíže horizontu částic.

Skutečné hranice

Zda má vesmír skutečné, nepozorovatelné hranice, je stále předmětem pseudovědeckých spekulací. Tak či onak všichni konvergují k nekonečnosti Vesmíru, ale toto nekonečno si vykládají úplně jinak. Někteří považují Vesmír za multidimenzionální, kde náš „místní“ trojrozměrný Vesmír je jen jednou z jeho vrstev. Jiní říkají, že vesmír je fraktál – což znamená, že náš místní vesmír se může ukázat jako částice jiného. Nezapomeňte na různé modely Multivesmíru s jeho uzavřenými, otevřenými, paralelními vesmíry, červími dírami. A mnoho, mnohem více různých verzí, jejichž počet je omezen pouze lidskou fantazií.

Ale pokud zapneme studený realismus nebo se jednoduše vzdálíme od všech těchto hypotéz, pak můžeme předpokládat, že náš vesmír je nekonečnou homogenní nádobou všech hvězd a galaxií. Navíc v jakémkoli velmi vzdáleném bodě, ať už to bude v miliardách gigaparseků od nás, budou všechny podmínky naprosto stejné. V tomto bodě budou horizont částic a HST úplně stejné se stejným reliktním zářením na jejich okraji. Kolem budou stejné hvězdy a galaxie. Zajímavé je, že to není v rozporu s rozpínáním vesmíru. Koneckonců, nerozpíná se jen Vesmír, ale jeho samotný prostor. Co je v tuto chvíli velký třesk Vesmír vznikl z jednoho bodu pouze říká, že tehdejší nekonečně malé (prakticky nulové) velikosti se nyní proměnily v nepředstavitelně velké. V budoucnu budeme tuto hypotézu používat k pochopení měřítka pozorovatelného vesmíru.

Vizuální reprezentace

Různé zdroje poskytují nejrůznější vizuální modely, které lidem umožňují uvědomit si měřítko vesmíru. Nestačí nám však uvědomit si, jak rozlehlý vesmír je. Je důležité pochopit, jak se takové pojmy jako Hubbleův horizont a horizont částic ve skutečnosti projevují. K tomu si krok za krokem představíme náš model.

Zapomeňme, že moderní věda nezná „cizí“ oblast Vesmíru. Když zahodíme verze o multivesmírech, fraktálovém vesmíru a jeho dalších „odrůdách“, představme si, že je prostě nekonečný. Jak již bylo uvedeno dříve, není to v rozporu s rozšířením jeho prostoru. Samozřejmě bereme v úvahu skutečnost, že Hubbleova koule a koule částic jsou 13,75 a 45,7 miliardy světelných let.

Měřítko vesmíru

Stiskněte tlačítko START a objevte nový, neznámý svět!
Pro začátek si zkusme uvědomit, jak velké jsou Univerzální měřítka. Pokud jste cestovali po naší planetě, dokážete si dobře představit, jak je pro nás Země velká. Nyní si naši planetu představte jako zrnko pohanky, které se pohybuje po oběžné dráze kolem vodního melounu-Slunce o velikosti poloviny fotbalového hřiště. V tomto případě bude oběžná dráha Neptunu odpovídat velikosti malého města, oblasti - Měsíci, oblasti hranice vlivu Slunce - Marsu. Ukazuje se, že naše sluneční soustava je o tolik větší než Země, jako je Mars větší než pohanka! Ale to je jen začátek.

Nyní si představte, že tato pohanka bude náš systém, jehož velikost se přibližně rovná jednomu parseku. Pak bude mít Mléčná dráha velikost dvou fotbalových stadionů. To nám však stačit nebude. Budeme muset zmenšit Mléčnou dráhu na centimetr. Bude tak nějak připomínat kávovou pěnu zabalenou ve víru uprostřed kávově černého mezigalaktického prostoru. Dvacet centimetrů od ní se bude nacházet stejná spirální „drobka“ – mlhovina Andromeda. Kolem nich bude roj malých galaxií v naší Místní kupě. Zdánlivá velikost našeho vesmíru bude 9,2 kilometru. Dospěli jsme k pochopení univerzálních dimenzí.

Uvnitř univerzální bubliny

K pochopení samotné stupnice nám to však nestačí. Je důležité si uvědomit Vesmír v dynamice. Představte si sami sebe jako obry, pro které má Mléčná dráha průměr centimetru. Jak bylo právě uvedeno, ocitneme se uvnitř koule o poloměru 4,57 a průměru 9,24 kilometrů. Představte si, že jsme schopni vzlétnout uvnitř této koule, cestovat a překonat celé megaparseky ve vteřině. Co uvidíme, bude-li náš vesmír nekonečný?

Samozřejmě se před námi objeví nespočet všemožných galaxií. Eliptické, spirálové, nepravidelné. Některé oblasti se jimi budou hemžit, jiné budou prázdné. Hlavním rysem bude, že vizuálně budou všichni nehybní, zatímco my budeme nehybní. Ale jakmile uděláme krok, samotné galaxie se začnou pohybovat. Například pokud jsme schopni vidět mikroskop Sluneční Soustava, můžeme sledovat jeho vývoj. Když se vzdálíme od naší galaxie o 600 metrů, uvidíme protohvězdu Slunce a protoplanetární disk v době vzniku. Když se k němu přiblížíme, uvidíme, jak vypadá Země, rodí se život a objevuje se člověk. Stejně tak uvidíme, jak se galaxie mění a pohybují, když se od nich vzdalujeme nebo se k nim přibližujeme.

V důsledku toho, čím vzdálenější galaxie nahlédneme, tím pro nás budou starší. Nejvzdálenější galaxie se tedy budou nacházet dále než 1300 metrů od nás a na přelomu 1380 metrů již uvidíme reliktní záření. Pravda, tato vzdálenost pro nás bude imaginární. Jak se však přibližujeme kosmické mikrovlnné pozadí, uvidíme zajímavý obrázek. Přirozeně budeme pozorovat, jak se budou formovat a vyvíjet galaxie z počátečního oblaku vodíku. Když dosáhneme jedné z těchto vytvořených galaxií, pochopíme, že jsme vůbec nepřekonali 1,375 kilometru, ale všech 4,57.

Downscaling

V důsledku toho ještě více zvětšíme velikost. Nyní můžeme umístit celé dutiny a stěny do pěsti. Ocitneme se tedy v docela malé bublině, ze které se nelze dostat. Nejen, že se vzdálenost k objektům na okraji bubliny bude při přibližování zvětšovat, ale samotný okraj se bude pohybovat donekonečna. To je celý smysl velikosti pozorovatelného vesmíru.

Bez ohledu na to, jak je vesmír velký, pro pozorovatele vždy zůstane omezenou bublinou. Pozorovatel bude vždy ve středu této bubliny, ve skutečnosti je jejím středem. Při pokusu dostat se k nějakému předmětu na okraji bubliny posune pozorovatel její střed. Jak se k objektu přibližujete, tento objekt se bude stále více vzdalovat od okraje bubliny a zároveň se bude měnit. Například z beztvarého vodíkového mračna se promění v plnohodnotnou galaxii nebo dále galaktickou kupu. Navíc se cesta k tomuto objektu bude zvětšovat, jak se k němu přiblížíte, protože se bude měnit samotný okolní prostor. Když se k tomuto objektu dostaneme, přesuneme ho pouze od okraje bubliny do středu. Na okraji vesmíru bude také blikat reliktní záření.

Pokud předpokládáme, že se vesmír bude dále rozpínat zrychleným tempem, pak je uprostřed bubliny a navíjí se čas na miliardy, biliony a ještě vyšší řády let dopředu, všimneme si ještě zajímavějšího obrázku. I když se naše bublina také zvětší, její mutující složky se od nás budou vzdalovat ještě rychleji a opustit okraj této bubliny, dokud se každá částice Vesmíru nerozejde ve své osamělé bublině bez schopnosti interakce s jinými částicemi.

Moderní věda tedy nemá informace o tom, jaké jsou skutečné rozměry vesmíru a zda má hranice. S jistotou však víme, že pozorovatelný vesmír má viditelnou a skutečnou hranici, která se nazývá Hubbleův poloměr (13,75 miliardy světelných let) a poloměr částic (45,7 miliardy světelných let). Tyto hranice jsou zcela závislé na poloze pozorovatele v prostoru a s časem se rozšiřují. Pokud se Hubbleův poloměr rozpíná striktně rychlostí světla, pak se rozpínání horizontu částic urychlí. Otevřená zůstává otázka, zda bude zrychlování jeho částicového horizontu dále pokračovat a zda se změní na kontrakci.