Всесвіт - цевеликий місця, і важко збагнути величезні розміри, враховуючи наші кінцеві уявлення про відстань тут, на Землі. Через це важко визначити відповідь, наскільки точно велика. Однак спроба з’ясувати величезні розміри Всесвіту включає кілька ключових факторів. Один з них - це розуміння кількох ключових фактів про те, як поводиться космос, а також усвідомлення того, що те, що ми бачимо, є лише «спостережуваним Всесвітом». Ми можемо насправді не знати справді справжній розмірфактичнийВсесвіту, бо, чесно кажучи, ми просто не можемо його побачити.
Отже, що знаходиться за межами спостережуваного Всесвіту, залишається загадкою, відкриваючи, таким чином, абсолютно нові питання щодо того, що знаходиться поза нашим полем зору - що також є предметом багатьох досліджень астрофізиків. Тут ми спробуємо розбити його простими словами, щоб спробувати проаналізувати те, що насправді є одним із найскладніших питань науки. Але спочатку кілька основ про те, як ми вимірюємо відстань у просторі.
Використовуючи світло, щоб зрозуміти це
Найпростіший спосіб виміряти відстань у просторі - за допомогою світла. Однак через шлях подорожі світла ви можете не усвідомлювати, що коли ви дивитесь у небо, те, що ви бачите, насправді не так, як насправді виглядає цей об’єкт зараз у просторі. Натомість буквально потрібні роки, століття - навіть еони - щоб світло від цього далекого об’єкта потрапило на Землю.
Світло рухається зі швидкістю 186000 миль в секунду, однак для таких величезних відстаней простору другий не є найкращим методом вимірювання. Астрономи використовуютьсвітловий рік натомість говорити на відстань. Один світловий рік еквівалентний приблизно шести трильйонам миль, і це не тільки дає уявлення про відстань, але і проміжок часу, необхідний світлу від об’єкта, щоб досягти вас.
НАСА НАСА У значно менших масштабах ми застосовуємо це до нашого власного сонця. В середньому до Сонця близько 93 мільйонів миль. Якщо у вас був правильний телескоп (і окуляри) для огляду нашого сонця, ви насправді бачите, як воно виглядало вісім хвилин тому. Проксима Центавра? Це світло від чотири роки тому. І хоча, як очікується, Бетельгейзе найближчим часом стане суперновою, якби це сталося сьогодні, ми б не знали про це до середини 27 століття - не жарт.
Світло та його властивості зіграли вирішальну роль у вивченні того, наскільки великий наш Всесвіт, і прямо зараз - з того, що ми можемо сказати - край спостережуваного Всесвіту знаходиться приблизно в 46 мільярдах світлових років від самої Землі. Але як ми туди потрапили? Це процес, який астрономи та фізики називають "космічною драбиною".
Космічна відстань
Телескопи - це лише частина з'ясування космічної відстані, і все стає складнішим, оскільки ми прагнемо вимірювати об'єкти все далі і далі. Радіотелескопи добре підходять для первинних спостережень у нашій Сонячній системі для вимірювання відстані, пропонуючи досить точні результати, але коли ви виїжджаєте з нашої Сонячної системи, радіотелескопи просто не практичні. Через це астрономи тепер звертаються до чогось, що називається паралакс.
Простий спосіб зрозуміти паралакс - це використовувати власні очі. Погляньте на предмет, закривши одне око, а потім прикрийте протилежне око. Ви бачили, як об’єкт «рухався?» Цей зсув називається паралакс, і його можна використовувати для розрахунку відстані. Система добре працює для наших найближчих небесних сусідів, але як тільки ви пройдете приблизно 100 світлових років, зміна настільки непомітна, що потрібен інший метод.
Цей наступний метод називаєтьсяпідгонка основної послідовності і воно покладається на наші знання про те, як зірки певного розміру змінюються з часом. Він дивиться на яскравість і колір зірок далі і порівнює їх із зірками ближче, щоб спробувати виміряти відстань. Але знову ж таки, це теж має межі, і це буде працювати лише для зірок у нашій власній галактиці або тих, що знаходяться приблизно за 100 000 світлових років від нас.
Щоб піти ще далі, астрономи покладаються на метод, відомий якЗмінні цефеїди. На основі відкриття Генрієтти Суон Лівітт 1908 року, яке диктує, що певний тип зірок змінює свою яскравість з часом. Ці варіації - швидкі чи повільні - пов’язані з тим, наскільки яскравими вони є. З огляду на це, астрономи змогли використати основну концепцію підгонки послідовностей для оцінки відстаней - десь навіть до 10 мільйонів світлових років від нас.
Але ми все ще недалеко там, де нам потрібно бути, щоб з’ясувати величезні відстані нашого Всесвіту. Для цього ми нарешті звернемося до концепції, відомої якчервоне зміщеннящо надає нам необхідний діапазон для вимірювання розміру нашого Всесвіту. Redshift дуже схожий на те, як працює ефект Доплера. Уявіть, що ви сидите на залізничному переїзді. Ви коли-небудь помічали, як, здається, гудок поїзда змінюється на висоті, збільшуючись, наближаючись і зменшуючись із віддаленням?
Космічний Експлораторій Подібним чином працює світло. Подивіться на спектрограф і зверніть увагу на його темні лінії. Це спричинено поглинанням кольором елементів у джерелі світла та навколо нього. Чим більше ці лінії зміщуються до червоних частин спектра - отже, термін - тим далі знаходиться об'єкт. Це також свідчить про те, як швидко об'єкт віддаляється від нас.
Саме тут ми нарешті отримуємо свою відповідь. Найбільш червоне зміщення світла надходить з галактик, вік яких становить приблизно 13,8 мільярда років.
Вік - це не все
Хоча може бути легко подумати, що край нашого спостережуваного Всесвіту знаходиться в радіусі від Землі лише 13,8 мільярда світлових років, ви втрачаєте важливу частину історії. Протягом цих 13,8 мільярдів років Всесвіт продовжував розширюватися після Великого вибуху. Це означає, що фактичний розмір нашого Всесвіту набагато, набагато більший за наш початковий вимір.
З’ясувавши це, беруть до уваги інші дослідження, включаючи те, що ми знаємо про те, як швидко Всесвіт розширився після Великого Вибуху. Фізики зробили саме це і зараз вважають, що радіус спостережуваного Всесвіту зараз приблизно 46,5 мільярда світлових років.
Однак варто також згадати, що наші розрахунки базуються на тому, що насправді видно та побачено. Найвіддаленіші галактики у нашому Всесвіті занадто добре сформовані, щоб щойно з’явилися безпосередньо після Великого вибуху, який створює абсолютно нову загадку.
То що тепер?
Можливо, ми бачимо не все це
Це поки незрозуміле питання відкриває цілий новий набір проблем. Деякі намагалися екстраполювати, скільки часу знадобилося для розвитку надто сформованих далеких галактик, наприклад, дослідники з Оксфордського університету у Великобританії, які вважали, що весь Всесвіт може бути в 250 разів більшим за наш спостережуваний Всесвіт. Спробуйте обернути голову навколо цього.
Однак деякі вірять у ще більш божевільну теорію, яка припускає, що наш Всесвіт може бути одним з нескінченної кількості інших всесвітів - це відоме як мультивселенна. Ця тема сама по собі вимагала б зовсім іншої статті, якби ми навіть хотіли спробувати подряпати поверхню навколо основних принципів, що стосуються теорії. Отже, хоча ми можемо виміряти межі спостережуваного Всесвіту, ми навіть не уявляємо, що за ним.
Звичайно, це не означає, що вчені не намагаються це зрозуміти. Іншими словами? Ми можемо лише здогадайся наскільки великий Всесвіт, і вчені можуть ніколи не отримати точної відповіді через усі можливі фактори.
