14 мільярдів світлових років. Сфера хабла та горизонти всесвіту

Чи знаєте ви про те, що Всесвіт, який ми спостерігаємо, має досить певні межі? Ми звикли асоціювати Всесвіт із чимось нескінченним і незбагненним. Однак сучасна наукана питання про «нескінченність» Всесвіту пропонує зовсім іншу відповідь на таке «очевидне» питання.

Згідно сучасним уявленням, Розмір спостережуваного Всесвіту становить приблизно 45,7 мільярдів світлових років (або 14,6 гігапарсек). Але що означають ці цифри?

Перше питання, яке спадає на думку звичайній людині- Як Всесвіт взагалі не може бути нескінченним? Здавалося б, безперечним є те, що вмістилище всього сущого навколо нас не повинно мати меж. Якщо ці межі і існують, то що вони взагалі являють собою?

Припустимо, якийсь астронавт долетів до меж Всесвіту. Що він побачить перед собою? Твердий мур? Вогняний бар'єр? А що за нею – порожнеча? Інший Всесвіт? Але хіба порожнеча чи інший Всесвіт можуть означати, що ми на межі всесвіту? Адже це не означає, що там «нічого». Порожнеча та інший Всесвіт – це теж «щось». Адже Всесвіт – це те, що містить абсолютно все «щось».

Ми приходимо до абсолютної суперечності. Виходить, кордон Всесвіту має приховувати від нас щось, чого не повинно бути. Або кордон Всесвіту повинен відгороджувати «все» від «чогось», але це «щось» має бути також частиною «всього». Загалом повний абсурд. Тоді як вчені можуть заявляти про граничний розмір, масу і навіть вік нашого Всесвіту? Ці значення хоч і неймовірно великі, але все ж таки кінцеві. Наука сперечається із очевидним? Щоб розібратися з цим, давайте спершу простежимо, як люди прийшли до сучасного розуму Всесвіту.

Розширюючи межі

Людина з незапам'ятних часів цікавилася тим, що являє собою навколишній світ. Можна не наводити приклади про трьох китахта інші спроби стародавніх пояснити світобудову. Як правило, зрештою все зводилося до того, що основою всього сущого є земна твердь. Навіть у часи античності та середньовіччя, коли астрономи мали великі пізнання в закономірностях руху планет «нерухомою» небесній сфері, Земля залишалася центром Всесвіту.

Звичайно, ще в Стародавню Греціюіснували ті, хто вважав те, що Земля обертається довкола Сонця. Були ті, хто говорив про безліч світів та нескінченність Всесвіту. Але конструктивні обгрунтування цим теоріям виникли лише межі наукової революції.

У 16 столітті польський астроном Микола Коперник здійснив перший серйозний прорив у пізнанні Всесвіту. Він твердо довів, що Земля є лише однією із планет, що обертаються навколо Сонця. Така система значно спрощувала пояснення такого складного і заплутаного руху планет небесною сферою. У разі нерухомої Землі астрономам доводилося вигадувати всілякі хитромудрі теорії, що пояснюють таку поведінку планет. З іншого боку, якщо Землю прийняти рухомий, то пояснення настільки хитромудрим рухам приходить, само собою. Так у астрономії зміцнилася нова парадигмапід назвою «геліоцентризм».

Безліч Сонців

Однак навіть після цього астрономи продовжували обмежувати Всесвіт «сферою нерухомих зірок». Аж до 19 століття їм не вдавалося оцінити відстань до світил. Кілька століть астрономи безрезультатно намагалися виявити відхилення положення зірок щодо руху Землі орбітою (річні паралакси). Інструменти тих часів не дозволяли проводити такі точні виміри.

Нарешті, 1837 року російсько-німецький астроном Василь Струве виміряв паралакс. Це ознаменувало новий крок у розумінні масштабів космосу. Тепер вчені могли сміливо говорити про те, що зірки є далекими подобами Сонця. І наше світило відтепер не центр всього, а рівноправний «мешканець» безмежного зоряного скупчення.

Астрономи ще більше наблизилися до розуміння масштабів Всесвіту, адже відстані до зірок виявилися справді жахливими. Навіть розміри орбіт планет здавалися порівняно з цим чимось нікчемним. Далі треба було зрозуміти, яким чином зірки зосереджені у .

Безліч Чумацьких Шляхів

Відомий філософ Іммануїл Кант ще в 1755 передбачив основи сучасного розуміння великомасштабної структури Всесвіту. Він висунув гіпотезу про те, що Чумацький шляхє величезним зоряним скупченням, що обертається. У свою чергу, багато туманностей, що спостерігаються, також є більш віддаленими «млечними шляхами» — галактиками. Незважаючи на це, аж до 20 століття астрономи дотримувалися того, що всі туманності є джерелами зіркоутворення та входять до складу Чумацького Шляху.

Ситуація змінилася, коли астрономи навчилися вимірювати відстані між галактиками з допомогою . Абсолютна світність зірок такого типу лежить у суворій залежності від періоду їхньої змінності. Порівнюючи їхню абсолютну світність з видимою, можна з високою точністю визначити відстань до них. Цей метод був розроблений на початку 20 століття Ейнаром Герцшрунгом та Харлоу Шелпі. Завдяки йому радянський астроном Ернст Епік у 1922 році визначив відстань до Андромеди, яка виявилася на порядок більшою за розмір Чумацького Шляху.

Едвін Хаббл продовжив починання Епіка. Вимірюючи яскравості цефеїд в інших галактиках, він виміряв відстань до них і зіставив його з червоним усуненням у їх спектрах. Так 1929 року він розробив свій знаменитий закон. Його робота остаточно спростувала думку, що зміцнилася, про те, що Чумацький Шлях є краєм Всесвіту. Тепер він був однією з багатьох галактик, які ще колись вважали його складовою. Гіпотеза Канта підтвердилася майже два століття після її розробки.

Надалі, відкритий Хабблом зв'язок відстані галактики від спостерігача щодо швидкості її віддалення від нього, дозволило скласти повноцінну картину великомасштабної структури Всесвіту. Виявилося, галактики були лише її нікчемною частиною. Вони зв'язувалися в скупчення, скупчення в скупчення. У свою чергу, надскоплення складаються у найбільші з відомих структур у Всесвіті – нитки та стіни. Ці структури, сусідячи з величезними надпустотами () і становлять великомасштабну структурувідомою на Наразі, Всесвіту.

Очевидна нескінченність

Зі сказаного вище те, що за кілька століть наука поетапно перепорхнула від геоцентризму до сучасного розуміння Всесвіту. Однак це не дає відповіді, чому ми обмежуємо Всесвіт у наші дні. Адже досі йшлося лише про масштаби космосу, а не про саму його природу.

Першим, хто зважився довести нескінченність Всесвіту, був Ісаак Ньютон. Відкривши закон всесвітнього тяжіння, він вважав, що будь простір, звичайно, всі її тіла рано чи пізно зіллються в єдине ціле. До нього думка про нескінченність Всесвіту, якщо хтось і висловлював, то виключно у філософському ключі. Без жодних наукових обґрунтувань. Прикладом цього є Джордано Бруно. До речі, він подібно до Канта, на багато століть випередив науку. Він першим заявив про те, що зірки є далекими сонцямиі навколо них теж обертаються планети.

Здавалося б, сам факт нескінченності досить обґрунтований і очевидний, але переломні тенденції науки ХХ століття похитнули цю «істину».

Стаціонарний Всесвіт

Перший суттєвий крок на шляху до розробки сучасної моделі Всесвіту зробив Альберт Ейнштейн. Свою модель стаціонарного Всесвіту знаменитий фізик увів у 1917 році. Ця модель була заснована на загальної теоріївідносності, розробленої ним роком раніше. Згідно з його моделлю, Всесвіт є нескінченним у часі і кінцевим у просторі. Але, як зазначалося раніше, згідно з Ньютоном Всесвіт з кінцевим розміром повинен сколапсуватися. Для цього Ейнштейн увів космологічну постійну, яка компенсувала гравітаційне тяжіннядалеких об'єктів.

Як би це парадоксально не звучало, саму кінцівку Всесвіту Ейнштейн нічим не обмежував. На його думку, Всесвіт є замкнутою оболонкою гіперсфери. Аналогією служить поверхня традиційної тривимірної сфери, наприклад – глобуса чи Землі. Скільки б мандрівник не подорожував Землею, він ніколи не досягне її краю. Однак це зовсім не означає, що Земля нескінченна. Мандрівник просто повертатиметься до того місця, звідки почав свій шлях.

На поверхні гіперсфери

Так само космічний мандрівник, долаючи Всесвіт Ейнштейна на зорельоті, може повернутися назад на Землю. Тільки цього разу мандрівник рухатиметься не за двовимірною поверхнею сфери, а по тривимірній поверхні гіперсфери. Це означає, що Всесвіт має кінцевий об'єм, а значить і кінцеве числозірок та масу. Однак ні кордонів, ні якогось центру у Всесвіті не існує.

До таких висновків Ейнштейн дійшов, зв'язавши у своїй знаменитої теоріїпростір, час та гравітацію. До нього ці поняття вважалися відокремленими, чому і простір Всесвіту був суто евклідовим. Ейнштейн довів, що саме тяжіння є викривленням простору-часу. Це докорінно змінювало ранні уявлення про природу Всесвіту, що базується на класичній ньютонівській механіці та евклідовій геометрії.

Всесвіт, що розширюється.

Навіть сам першовідкривач нового Всесвіту» не був чужий помилок. Ейнштейн хоч і обмежив Всесвіт у просторі, він продовжував вважати її статичною. Згідно з його моделлю, Всесвіт був і залишається вічним, і його розмір завжди залишається незмінним. У 1922 році радянський фізикОлександр Фрідман суттєво доповнив цю модель. Згідно з його розрахунками, Всесвіт зовсім не статичний. Вона може розширюватись або стискатися з часом. Примітно те, що Фрідман прийшов до такої моделі, ґрунтуючись на тій самій теорії відносності. Він зумів коректніше застосувати цю теорію, минаючи космологічну постійну.

Альберт Ейнштейн не одразу прийняв таку «поправку». На допомогу цієї нової моделі прийшло згадане раніше відкриття Хаббла. Розбігання галактик безперечно доводило факт розширення Всесвіту. Так Ейнштейну довелося визнати свою помилку. Тепер Всесвіт мав певний вік, Що суворо залежить від постійної Хаббла, що характеризує швидкість її розширення.

Подальший розвиток космології

У міру того, як вчені намагалися вирішити це питання, було відкрито багато інших найважливіших складових Всесвіту та розроблено різні його моделі. Так 1948 року Георгій Гамов запровадив гіпотезу «про гарячого Всесвіту», яка згодом перетвориться на теорію великого вибуху. Відкриття 1965 року підтвердило його припущення. Тепер астрономи могли спостерігати світло, що дійшло з того моменту, коли Всесвіт став прозорим.

Темна матерія, передбачена в 1932 Фріцом Цвіккі, отримала своє підтвердження в 1975 році. Темна матерія фактично пояснює саме існування галактик, галактичних скупчень і самої Вселенської структури загалом. Так вчені дізналися, що більша частинамаси Всесвіту і зовсім невидима.

Нарешті, в 1998 році в ході дослідження відстані було відкрито, що Всесвіт розширюється з прискоренням. Цей черговий поворотний момент у науці породив сучасне розумінняпро природу Всесвіту. Введений Ейнштейном і спростований Фрідманом космологічний коефіцієнт знову знайшов своє місце у моделі Всесвіту. Наявність космологічного коефіцієнта (космологічної постійної) пояснює її прискорене розширення. Для пояснення наявності космологічної постійної було введено поняття - гіпотетичне поле, що містить велику частину маси Всесвіту.

Сучасне уявлення про розмір Всесвіту, що спостерігається.

Сучасна модель Всесвіту також називається ΛCDM-моделлю. Літера «Λ» означає присутність космологічної постійної, що пояснює прискорене розширення Всесвіту. «CDM» означає те, що Всесвіт заповнений холодною темною матерією. Останні дослідженнясвідчать, що постійна Хаббла становить близько 71 (км/с)/Мпк, що він відповідає віку Всесвіту 13,75 млрд. років. Знаючи вік Всесвіту, можна оцінити розмір його області, що спостерігається.

Відповідно до теорії відносності інформація про якийсь об'єкт не може досягти спостерігача зі швидкістю більшою, ніж швидкість світла (299792458 м/c). Виходить, спостерігач бачить не просто об'єкт, а його минуле. Чим далі знаходиться від нього об'єкт, тим у далеке минуле він дивиться. Наприклад, дивлячись на Місяць, бачимо такий, який він був трохи більше секунди тому, Сонце – понад вісім хвилин тому, найближчі зірки – роки, галактики – мільйони років тому й т.д. У стаціонарної моделіЕйнштейна Всесвіт не має обмеження за віком, а значить і її область також нічим не обмежена. Спостерігач, озброюючись дедалі досконалішими астрономічними приладами, спостерігатиме дедалі дальніші й древні об'єкти.

Іншу картину ми маємо з сучасною моделлюВсесвіту. Згідно з нею Всесвіт має вік, а значить і межу спостереження. Тобто з моменту народження Всесвіту жодний фотон не встиг би пройти відстань більшу, ніж 13,75 млрд світлових років. Виходить, можна заявити про те, що Всесвіт, що спостерігається, обмежений від спостерігача кулястою областю радіусом 13,75 млрд. світлових років. Однак це не зовсім так. Не варто забувати і про розширення простору Всесвіту. Поки фотон досягне спостерігача, об'єкт, який його випустив, буде від нас уже за 45,7 мільярдів св. років. Цей розмір є горизонтом частинок, він і є межею спостережуваного Всесвіту.

За горизонтом

Отже, розмір Всесвіту ділиться на два типи. Видимий розмір, що називається також радіусом Хаббла (13,75 млрд. світлових років). І реальний розмір, який називають горизонтом частинок (45,7 млрд. св. років). Важливо те, що обидва ці горизонти зовсім не характеризують реальний розмір Всесвіту. По-перше, вони залежать від становища спостерігача у просторі. По-друге, вони змінюються з часом. У випадку ΛCDM-моделі горизонт часток розширюється зі швидкістю більшою, ніж обрій Хаббла. Питання те, чи зміниться така тенденція надалі, сучасна наука відповіді не дає. Але якщо припустити, що Всесвіт продовжить розширюватися з прискоренням, всі ті об'єкти, які ми бачимо зараз рано чи пізно зникнуть з нашого «поля зору».

На даний момент найдальшим світлом, яке спостерігається астрономами, є реліктове випромінювання. Вдивляючись у нього, вчені бачать Всесвіт таким, яким він був через 380 тисяч років після Великого Вибуху. У цей момент Всесвіт охолонув настільки, що зміг випускати вільні фотони, які й уловлюють у наші дні за допомогою радіотелескопів. У ті часи у Всесвіті не було ні зірок, ні галактик, а лише суцільна хмара з водню, гелію та нікчемної кількості інших елементів. З неоднорідностей, що спостерігаються в цій хмарі, згодом сформуються галактичні скупчення. Виходить саме ті об'єкти, які сформуються з неоднорідностей реліктового випромінювання, розташовані найближче до горизонту частинок.

Справжні межі

Те, чи має Всесвіт справжні, не спостерігаються кордону, досі залишається предметом псевдонаукових здогадів. Так чи інакше, всі сходяться на нескінченності Всесвіту, але інтерпретують це нескінченність зовсім по-різному. Одні вважають Всесвіт багатовимірним, де наш «місцевий» тривимірний Всесвітє лише однією з її верств. Інші кажуть, що Всесвіт фрактальний – а це означає, що наш місцевий Всесвіт може виявитися часткою іншою. Не варто забувати і про різні моделі Мультивселена з її закритими, відкритими, паралельними Всесвітами, червоточини. І ще багато-багато різних версійкількість яких обмежена лише людською фантазією.

Але якщо включити холодний реалізм або просто відсторонитися від усіх цих гіпотез, то можна припустити, що наш Всесвіт є нескінченним однорідним вмістилищем усіх зірок і галактик. Причому, в будь-якій дуже далекій точці, будь вона в мільярдах гігапарсек від нас, всі умови будуть такими самими. У цій точці будуть точно такими ж обрієм частинок і сфера Хаббла з таким же реліктовим випромінюванняму них кромки. Навколо будуть такі ж зірки та галактики. Що цікаво, це не суперечить розширенню Всесвіту. Адже розширюється не просто Всесвіт, а саме його простір. Те, що в момент великого вибуху Всесвіт виник з однієї точки говорить тільки про те, що нескінченно дрібні (практичні нульові) розміри, що були тоді, зараз перетворилися на неймовірно великі. Надалі користуватимемося саме цією гіпотезою для того, що наочно усвідомити масштаби спостережуваного Всесвіту.

Наочна вистава

У різних джерелахнаводяться різні наочні моделі, що дозволяють людям зрозуміти масштаби Всесвіту. Однак нам мало усвідомити, наскільки великий космос. Важливо уявляти, як виявляють такі поняття, як горизонт Хаббла і горизонт часток насправді. Для цього поетапно уявимо свою модель.

Забудемо про те, що сучасна наука не знає про «закордонну» область Всесвіту. Відкинувши версії про мультивсесвіт, фрактальний Всесвіт та інші її «різновиди», уявімо, що він просто нескінченний. Як зазначалося раніше, це суперечить розширенню її простору. Вочевидь, врахуємо те, що її сфера Хаббла і сфера частинок відповідно дорівнюють 13,75 і 45,7 млрд світлових років.

Масштаби Всесвіту

Натисніть кнопку СТАРТ та відкрийте для себе новий, незвіданий світ!
Спочатку спробуємо усвідомити, наскільки великі Всесвітні масштаби. Якщо ви подорожували нашою планетою, то цілком можете уявити, наскільки для нас велика Земля. Тепер представимо нашу планету як гречану крупицю, яка рухається орбітою навколо кавуна-Сонця розміром з половину футбольного поля. У такому разі орбіта Нептуна буде відповідати розміру невеликого міста, область - Місяці, область межі впливу Сонця - Марсу. Виходить, наша Сонячна Система настільки ж більше Землі, наскільки Марс більше гречаної крупи! Але це лише початок.

Тепер уявімо, що цією гречаною крупою буде наша система, розмір якої приблизно дорівнює одному парсеку. Тоді Чумацький Шлях буде розміром із два футбольні стадіони. Однак цього нам буде мало. Прийде і Чумацький Шлях зменшити до сантиметрового розміру. Вона чимось нагадуватиме загорнуту у вирі кавову пінку посеред кавово-чорного міжгалактичного простору. За двадцять сантиметрів від неї розташуватиметься така ж спіральна «крихта» — Туманність Андромеди. Навколо них буде рій малих галактик нашого Місцевого Скупчення. Видимий розмір нашого Всесвіту становитиме 9,2 кілометра. Ми підійшли до розуміння Всесвітніх розмірів.

Усередині всесвітнього міхура

Проте, нам мало зрозуміти сам масштаб. Важливо усвідомити Всесвіт динаміці. Уявімо себе гігантами, для яких Чумацький Шлях має сантиметровий діаметр. Як зазначалося щойно, ми опинимося всередині кулі радіусом 4,57 та діаметром 9,24 кілометрів. Уявимо, що ми здатні ширяти всередині цієї кулі, подорожувати, долаючи за секунду цілі мегапарсеки. Що ми побачимо в тому випадку, якщо наш Всесвіт буде нескінченним?

Зрозуміло, перед нами з'явиться безліч різноманітних галактик. Еліптичні, спіральні, іррегулярні. Деякі області будуть кишити ними, інші - порожні. Головна особливістьбуде в тому, що візуально всі вони будуть нерухомі, доки нерухомими будемо ми. Але варто нам зробити крок, як і самі галактики почнуть рухатися. Наприклад, якщо ми будемо здатні розглянути в сантиметровому Чумацькому Шляху мікроскопічну Сонячну Систему, то зможемо спостерігати її розвиток. Віддалившись від нашої галактики на 600 метрів, ми побачимо протозірку Сонце та протопланетний диск у момент формування. Наближаючись до неї, ми побачимо, як з'являється Земля, зароджується життя і людина. Так само ми бачитимемо, як видозмінюються і переміщаються галактики у міру того, як ми будемо видалятися або наближатися до них.

Отже, ніж у більш далекі галактикими будемо вдивлятися, тим паче древніми вони будуть для нас. Так найдальші галактики будуть розташовані від нас далі 1300 метрів, а на рубежі 1380 метрів ми бачитимемо вже реліктове випромінювання. Щоправда, ця відстань для нас буде уявною. Однак, у міру того, як наближатися до реліктового випромінювання, ми бачитимемо цікаву картину. Природно, ми спостерігатимемо те, як з початкової хмари водню утворюватимуться і розвиватимуться галактики. Коли ж ми досягнемо одну з цих галактик, що утворилися, то зрозуміємо, що подолали зовсім не 1,375 кілометрів, а всі 4,57.

Зменшуючи масштаби

Як результат ми ще більше збільшимося у розмірах. Тепер ми можемо розмістити в кулаку цілі увійди та стіни. Так ми опинимося в досить невеликому міхурі, з якого неможливо вибратися. Мало того, що відстань до об'єктів на краю міхура буде збільшуватися в міру їхнього наближення, так ще й сам край нескінченно зміщуватиметься. У цьому і полягає вся суть розміру Всесвіту, що спостерігається.

Який би Всесвіт не був великий, для спостерігача він завжди залишиться обмеженим міхуром. Спостерігач завжди буде у центрі цього міхура, фактично він і є його центром. Намагаючись дістатися до будь-якого об'єкта на краю міхура, спостерігач зміщуватиме його центр. У міру наближення до об'єкта, цей об'єкт все далі відходитиме від краю міхура і водночас видозмінюватиметься. Наприклад - від безформної водневої хмарки вона перетвориться на повноцінну галактику або далі галактичне скупчення. До того ж, шлях до цього об'єкта збільшуватиметься в міру наближення до нього, оскільки змінюватиметься сам навколишній простір. Діставшись цього об'єкта, ми лише змістимо його з краю міхура в його центр. На краю Всесвіту все також мерехтітиме реліктове випромінювання.

Якщо припустити, що Всесвіт і надалі розширюватиметься прискорено, то перебуваючи в центрі міхура і мотаючи час на мільярди, трильйони і навіть більше високі порядкироків наперед, ми помітимо ще цікавішу картину. Хоча наш міхур буде також збільшуватися в розмірах, його видозмінні складові будуть віддалятися від нас ще швидше, покидаючи край цього міхура, поки кожна частка Всесвіту не буде розрізнено блукати у своєму самотньому міхурі без можливості взаємодіяти з іншими частинками.

Отже, сучасна наука не має відомостей про те, які реальні розміриВсесвіту і чи має він межі. Але ми точно знаємо про те, що Всесвіт, що спостерігається, має видимий і справжній кордон, званий відповідно радіусом Хаббла (13,75 млрд св. років) і радіусом частинок (45,7 млрд. світлових років). Ці межі повністю залежать від становища спостерігача у просторі та розширюються з часом. Якщо радіус Хаббла розширюється строго зі швидкістю світла, розширення горизонту частинок носить прискорений характер. Питання про те, чи буде його прискорення горизонту частинок продовжуватись далі і чи не зміниться на стиск, залишається відкритим.

Зірки розподіляються просторами Всесвіту нерівномірно. Вони поєднуються в скупчення, які прийнято називати галактиками. Однак буде помилкою вважати, що видимі на небосхилі сузір'я – це ті світила, які людина бачить на одній ділянці небосхилу, насправді можуть бути віддалені одна від одної на гігантську відстань.

Визначення світового масштабу

Згідно з астрономічним словником, метагалактика - це частина всього Всесвіту, яку можна спостерігати і досліджувати за допомогою сучасних наукових методівта приладів. У ній знаходиться близько мільярда зіркових систем. Є й інше визначення. Наприклад, у Великій радянської енциклопедіїговориться, що метагалактика - це сукупність галактик, до якої входить безліч галактик (близько 1 млрд), які можна спостерігати з допомогою телескопів. Чим потужнішим стає сучасна техніка, тим більше розширюються межі людського знання про невідомий Всесвіт. Матерія Всесвіту є матерією, з якої складається вся метагалактика. Іноді можна побачити і таке визначення: Всесвіт та метагалактика – це синоніми.

Поняття «метагалактика» і «Всесвіт, що спостерігається»

Щоб детальніше розібратися з тим, що таке метагалактика, потрібно пояснити інший термін - «Всесвіт, що спостерігається». Астрономи цим словосполученням називають ту частину Всесвіту, за якою людина може спостерігати із Землі. При цьому вчені можуть спостерігати і досліджувати різні її частини - не тільки зірки і планети, але і хвилі, і сигнали - все, що проходить щодо нашого будинку у Всесвіті. Спостережувана Всесвіт є лише частиною неосяжного Космосу. Вона має власний кордон – космологічний обрій. Вчені вважають, що загальне числозоряних скупчень у спостережуваному Всесвіті перевищує 170 млрд.

Оскільки в поняття спостережуваного Всесвіту входить набагато більша кількістьоб'єктів, чим можна побачити простої людини, було запроваджено поняття метагалактики. Зірки і галактики, що спостерігаються за допомогою ультрасучасної техніки, є частиною найближчого Всесвіту. Якщо ж йдеться про ті об'єкти, які знаходяться за цією межею досяжності, то такі об'єкти звуться метагалактичні. Багато астрономів вважають, що дійсні значно перевищують ті, що доступні спостереженню.

Але й оглядовий Всесвіт не може спостерігатися астрономами повністю, адже він обмежується особливим випромінюванням. Через нього практично неможливо спостерігати за тим, що за горизонтом. Це випромінювання – найдальший об'єкт, до якого «дісталася» сучасна астрономія.

Галактичні скупчення

Галактики групуються в скупчення різного типутак само, як це роблять зірки. Розрізняють два типи галактичних скупчень - кулясті та розсіяні. Всі зірки, які можна спостерігати неозброєним оком або за допомогою телескопів (за винятком найпотужніших з них), утворюють одну систему - нашу Галактику. Вчені вважають, що в ній близько 100 млрд. складових.

Виявлення нових галактик

За межами Чумацького Шляху астрономи виявили велике числоінших За своєю будовою вони схожі на нашу. Так само вони складаються з мільярдів зірок, деякі з яких схожі на Сонце. Структура метагалактики стала предметом дослідження вже на рубежі XIXта XX століть. Тоді деякі астрономи були переконані, що туманності насправді є зірковими системами, які віддалені від Чумацького Шляху на мільярди світлових років.

Галактика Андромеди – приклад самостійної зіркової системи

На початку XX століття Едвін Хаббл було доведено, що подібні туманності насправді є окремими, часто гігантських розмірів, зірковими системами. Прикладом такої відокремленої галактики є скупчення зірок Андромеди. Спостерігати її можна в ясну, але безмісячну ніч. Вона видно як світлу туманну плямку завбільшки з місячний диск. Багато в чому галактика схожа на Чумацький Шлях. Вона помітна для спостерігачів трохи нахиленої по відношенню до кута зору. Найяскравіші її частини побудовані за типом спіралі, а сама вона більша, ніж наша галактика. Туманність Андромеди знаходиться від нас на відстані більш ніж 1 млн. світлових років.

Теорія Всесвіту, що розширюється.

Ця теорія є однією з найграндіозніших у науці. Її інші назви - «теорія метагалактики, що розширюється», або ж просто Теорія великого вибуху. Її основне становище полягає в тому, що Всесвіт народився близько 20 млрд років тому. Це сталося через гігантський вибух згустку матерії величезної щільності. Як виникла Колись до неї були популярні так звані ізотропні моделі Всесвіту. Автором однієї з них був А. Ейнштейн.

Що означає цей термін? Кожна галактика (і метагалактика) може бути розбита кілька елементарних областей. Те саме можна зробити з усього Всесвіту. Ізотропія означає, що властивості метагалактики однакові у всіх таких областях. Згідно з моделлю, запропонованою Ейнштейном, метагалактика - це стаціонарна система, в якій не відбувається жодних змін. Надалі ця теорія була спростована вітчизняним вченим А. А. Фрідманом. Він запропонував модель Всесвіту, що розширюється.

Квазари - найяскравіші об'єкти Всесвіту

Важливий внесок у вивчення різних об'єктів метагалактики дає вивчення квазарів – незвичайних та зачаровує красивих формувань. Квазари підживлюються від незвіданих чорних дірок, своїм яскравим сяйвом вони затьмарюють сусідні галактики. Квазари мають масу, в мільярди разів перевершують масу Сонця.

Коли вчені вперше отримали дані про квазари, вони не могли повірити в їхнє існування. Здорове прагнення до скептицизму змушувало їх знайти наукове поясненняцим об'єктам. Однак подальші астрономічні дослідження показали, що перед вченими справді знаходяться найяскравіші формування метагалактики. Надмасивні чорні діри є найкращими джереламихарчування для квазарів. Чорні дірки такого типу - це ділянки в космічному просторігравітаційні сили яких сильні настільки, що навіть сонячне світлоне може вирватися за їхні межі. також є загадкою для астрономів. Їх розмір може досягати розмірів Сонячної системи. Як вони формуються, ніхто з учених поки що не може зрозуміти.

Портал сайт – це інформаційний ресурс, на якому Ви зможете отримати багато корисних та цікавих знаньпов'язані з Космосом. В першу чергу мова підепро наш та інших Всесвітів, про небесних тілах, чорні діри і явища в надрах космічного простору.

Сукупність всього існуючого, матерії, окремих частинок та простору між цими частинками називають Всесвітом. За уявленнями вчених та астрологів, вік Всесвіту становить приблизно 14 мільярдів років. За розмірами видима частина Всесвіту займає близько 14 млрд. світлових років. А деякі стверджують, що Всесвіт простягається на 90 мільярдів світлових років. Для більшої зручності у підрахунках подібних відстаней прийнято застосовувати величину парсек. Один парсек дорівнює 3,2616 світлових років, тобто парсек - це відстань, за якою середній радіусорбіти Землі проглядається під кутом однієї кутової секунди.

Озброївшись цими показниками, можна підрахувати космічна відстаньвід одного об'єкта до іншого. Наприклад, відстань від нашої планети до Місяця становить 300 000 км, або 1 світлова секунда. Отже, до Сонця ця відстань зростає до 8,31 світлових хвилин.

Всю свою історію люди намагалися розгадати загадки, пов'язані з Космосом та Всесвітом. У статтях порталу сайт Ви зможете дізнатися не тільки про Всесвіт, а й про сучасні наукових підходахдля її вивчення. Весь матеріал спирається на передові теорії і факти.

Слід зазначити, що у Всесвіт входить велика кількість відомих людямрізних об'єктів. Найбільш широко відомі серед них – це планети, зірки, супутники, чорні дірки, астероїди та комети. Про планети на даний момент відомо найбільше, оскільки на одній з них ми живемо. Деякі планети мають власні супутники. Так, Земля має свій супутник – Місяць. Крім нашої планети, є ще 8, які обертаються довкола Сонця.

У Космосі багато зірок, але кожна з них не схожа одна на одну. Вони мають різні температури, розміри та яскравість. Оскільки всі зірки відрізняються, їх класифікують так:

Білі карлики;

Гіганти;

Надгіганти;

Нейтронні зірки;

Квазари;

Пульсар.

Найщільніша відома нам речовина – це свинець. У деяких планетах щільність їхньої ж речовини може у тисячі разів перевищувати щільність свинцю, що ставить перед вченими багато питань.

Всі планети обертаються навколо Сонця, але воно також не стоїть на місці. Зірки можуть збиратися у скупчення, які, у свою чергу, також обертаються навколо поки що невідомого нам центру. Ці скупчення називаються галактиками. Наша галактика називається Чумацький шлях. Всі проведені дослідження зараз говорять, що більшість матерії, яку виробляють галактики, поки що для людини невидима. Через це її назвали темною матерією.

Найцікавішими вважаються центри галактик. Деякі астрономи вважають, що можливим центром галактики є Чорна діра. Це унікальне явище, що утворилося внаслідок еволюції зірки Але поки що все це лише теорії. Проведення експериментів чи дослідження подібних явищ поки що неможливе.

Крім галактик, у Всесвіті присутні туманності (що складаються з газу, пилу та плазми міжзоряні хмари), реліктове випромінювання, які пронизують весь простір Всесвіту, та багато інших маловідомих і навіть невідомих взагалі об'єктів.

Кругообіг ефіру Всесвіту

Симетрія та рівновага матеріальних явищ – це головний принцип структурної організаціїта взаємодії у природі. Причому у всіх формах: зоряної плазми та речовини, світового та вивільненого ефірів. Вся суть таких явищ полягає у їх взаємодіях та перетвореннях, більшість з яких представлені невидимим ефіром. Його ще називають реліктовим випромінюванням. Це мікрохвильове космічне фонове випромінювання, що має температуру 2,7 К. Існує думка, що саме цей ефір, що коливається, і є першоосновою для всього, що наповнює Всесвіт. Анізотропія розподілу ефіру пов'язана з напрямками та інтенсивністю його переміщення в різних областяхневидимого та видимого простору. Вся труднощі вивчення та дослідження цілком порівнянна з труднощами вивчення турбулентних процесів у газах, плазмах та рідинах матерій.

Чому багато вчених вважають, що Всесвіт багатовимірний?

Після проведення експериментів у лабораторіях і в самому Космосі були отримані дані, з яких можна припустити, що ми живемо у Всесвіті, де розміщення будь-якого об'єкта можна охарактеризувати часом і трьома просторовими координатами. Через це виникає припущення, що Всесвіт чотиривимірний. Однак деякі вчені, розробляючи теорії елементарних частинок і квантової гравітації, можливо, прийдуть до думки, що існування великої кількостівимірів просто необхідно. Деякі моделі Всесвіту не виключають такої їх кількості, як 11 вимірів.

Слід врахувати, що існування багатомірного Всесвіту можливе при високоенергетичних явищах – чорні дірки, великий вибух, барстери. Принаймні це одна з ідей провідних космологів.

Модель Всесвіту, що розширюється, базується на загальній теорії відносності. Її запропонували для адекватного пояснення структури червоного усунення. Розширення почалося одночасно з Великим вибухом. Її стан ілюструє поверхню надутої гумової кульки, на яку нанесли крапки – позагалактичні об'єкти. Коли така кулька надується, всі її точки видаляються одна від одної незалежно від положення. За теорією Всесвіт може або розширюватися нескінченно, або стиснутися.

Баріонна асиметрія Всесвіту

Спостережуване у Всесвіті значне збільшення кількості елементарних частинок над усім числом античастинок називається баріонною асиметрією. До баріонів відносять нейтрони, протони і ще деякі короткоживучі елементарні частинки. Ця диспропорція вийшла за доби анігіляції, саме через три секунди після Великого вибуху. До цього моменту кількість баріонів та антибаріонів відповідала один одному. Під час масової анігіляції елементарних античастинок і частинок більша частина їх об'єдналася в пари і зникла, тим самим породивши електромагнітне випромінювання.

Вік Всесвіту на порталі сайт

Вчені сучасності вважають, що нашому Всесвіту приблизно 16 мільярдів років. За підрахунками, мінімальний вік може бути 12-15 мільярдів років. Мінімум відштовхується від найстаріших у нашій Галактиці зірок. Реальний її вік визначити можна тільки за допомогою закону Хаббла, але реальний не означає точний.

Горизонт видимості

Сфера з рівною відстанірадіусом, який світло проходить за весь час існування Всесвіту, називається його горизонтом видимості. Існування горизонту прямо пропорційно пов'язане з розширенням та стисненням Всесвіту. Відповідно до космологічної моделі Фрідмана, розширюватися Всесвіт почав від сингулярної відстані приблизно 15-20 мільярдів років тому. За весь час світло проходить у Всесвіті, що розширюється, залишкову відстань, а саме 109 світлових років. Через це кожен спостерігач моменту t0 після початку процесу розширення може оглядати лише невелику частину, обмежену сферою, що має саме в цей момент радіус I. Ті тіла та об'єкти, які в цей момент знаходяться за цим кордоном, в принципі, не спостерігаються. Світло, що відбивається від них, просто не встигає дістатися спостерігача. Це неможливо, навіть якщо світло вийшло в момент початку процесу розширення.

Через поглинання та розсіювання в раннього Всесвіту, з урахуванням великої щільностіфотони не могли поширюватися у вільному напрямку. Тому спостерігач здатний зафіксувати лише те випромінювання, яке з'явилося в епоху прозорого для випромінювання Всесвіту. Ця епохавизначається часом "300 000 років, щільністю речовини" 10-20 г/см3 і моментом рекомбінації водню. З усього вищесказаного випливає, що чим ближче в галактиці знаходиться джерело, тим більшим для нього буде значення червоного усунення.

Великий вибух

Момент виникнення Всесвіту називають Великим вибухом. Ця концепціястоїть на тому, що спочатку була точка (точка сингулярності), в якій була вся енергія і вся речовина. Основою характеристики прийнято вважати велику щільністьматерії. Що було до цієї сингулярності – невідомо.

Щодо подій та умов, що відбувалися до настання моменту 5*10-44 секунди (момент закінчення 1-го кванта часу), жодної точної інформації немає. У фізичному відношеннітієї епохи можна лише припустити, що тоді температура становила приблизно 1,3*1032 градуси із щільністю матерії приблизно 1096 кг/м 3 . Ці значення граничні для застосування існуючих ідей. Вони з'являються завдяки співвідношенню гравітаційної постійної швидкості світла, постійних Больцманата Планка та називаються як «планківські».

Ті події, які пов'язані з 5*10-44 до 10-36 секунд, відображають модель « інфляційного Всесвіту». Момент 10-36 секунд відносять до моделі «гарячого Всесвіту».

У період з 1-3 по 100-120 секунд утворилися ядра гелію та невелика кількість ядер інших легень хімічних елементів. З цього моменту в газі почало встановлюватися співвідношення водню 78%, гелію 22%. До одного мільйона років температура у Всесвіті почала знижуватися до 3000-45000 К, почалася епоха рекомбінації. Насамперед вільні електронипочали об'єднуватися з легкими протонами та атомними ядрами. Почали з'являтися атоми гелію, водню та мала кількість атомів літію. Стала прозорою речовина, а випромінювання, яке спостерігається досі, від'єдналося від нього.

Наступний мільярд років існування Всесвіту відзначився зниженням температури від 3000-45000 К до показника 300 К. Цей період для Всесвіту вчені назвали «Темним віком» через те, що ще не з'явилося жодних джерел електромагнітного випромінювання. У цей же період неоднорідності суміші первинних газів ущільнювалися завдяки дії гравітаційних сил. Змоделювавши ці процеси на комп'ютері, астрономи побачили, що це незворотно призводило до появи зірок-гігантів, що перевищують масу Сонця в мільйони разів. Через таку великої масиці зірки нагрівалися до неймовірно високих температурі еволюціонували за період десятків мільйонів років, після чого вони вибухали як наднові. Нагріваючись до великих температур, поверхні таких зірок створювали сильні потоки ультрафіолетового випромінювання. Таким чином, настав період переіонізації. Плазма, яка утворилася в результаті таких явищ, починала сильно розсіювати електромагнітне випромінювання у спектральних короткохвильових діапазонах. У певному сенсі Всесвіт почав поринати в густий туман.

Ці величезні зіркистали першими у Всесвіті джерелами хімічних елементів, які набагато важчі за літій. Почали формуватися космічні об'єкти 2-го покоління, у яких містилися ядра цих атомів. Ці зірки почали створюватися із сумішей важких атомів. Відбулася повторного типу рекомбінація більшості атомів міжгалактичного та міжзоряного газів, що, у свою чергу, призвело до нової прозорості простору для електромагнітного випромінювання. Всесвіт став саме таким, який ми можемо спостерігати зараз.

Спостерігається структура Всесвіту на порталі сайт

Спостережувана частина просторово неоднорідна. Більшість скупчень галактик та окремих галактик формують її комірчасту або стільникову структуру. Вони конструюють стінки осередків, які мають товщину в пару мегапарсек. Ці осередки називають «війдами». Вони характеризуються великим розміром, в десятки мегапарсек, і при цьому в них немає речовини з електромагнітним випромінюванням. На частку «війд» припадає близько 50% всього обсягу Всесвіту.

Інструкція

«Відкрилася безодня, зірок сповнена; зірок числа немає, безодня – дна», - писав в одному з віршів геніальний російський вчений МихайлоВасильович Ломоносов. Це і є поетичне твердження нескінченності Всесвіту.

Вік «буття» доступного для огляду Всесвіту - близько 13,7 мільярдів земних років. Світло, що надходить від далеких галактик «з краю світу», йде до Землі понад 14 мільярдів років. Виходить, діаметральні розміри Всесвіту можна вирахувати, якщо приблизно 13,7 помножити на два, тобто 27,4 мільярда світлових років. Радіальний розмір сферичної моделі – приблизно 78 млрд світлових років, а діаметр – 156 млрд світлових років. Це - одна з останніх версійамериканських вчених, результат багаторічних астрономічних спостереженьта розрахунків.

У найближчому всесвіті 170 мільярдів галактик, подібних до нашої. Наша ніби знаходиться в центрі гігантської кулі. Від найдальших космічних об'єктів видно реліктове світло – фантастично давнє з погляду людства. Якщо проникнути дуже глибоко у систему простір-час, можна побачити юність планети Земля.

Існує кінцева межавіку спостерігаються з Землі космічних об'єктів, що світяться. Обчисливши граничний вік, знаючи час, який знадобився світла для того, щоб пройти відстань від них до Землі, і знаючи константу, швидкість світла, за відомою зі школи формулою S = Vxt (шлях = швидкість, помножена на час) вчені і визначили ймовірні розміри спостережуваного Всесвіту.

Представляти Всесвіт у формі тривимірної кулі – не єдиний шлях побудови моделі Всесвіту. Є гіпотези, які передбачають, що Всесвіт має не три, а нескінченне числовимірів. Є версії, що вона, подібно до матрьошки, складається з нескінченної множини вкладених один в одного і віддалених один від одного кулястих утворень.

Є припущення, що Всесвіт невичерпний за різними критеріями та різними осями координат. Люди вважали найдрібнішою часткоюматерії «корпускулу», потім «молекулу», потім «атом», потім «протони та електрони», потім заговорили про елементарних частках, які виявилися зовсім не елементарними, про кванти, нейтрино і кварки ... І ніхто не дасть гарантію, що всередині чергової супермікромінічастиці матерії не знаходиться черговий Всесвіт. І навпаки – що видимий Всесвітне є лише мікрочастинкою матерії Супер-Мега-Всесвіту, розміри якої нікому не дано навіть уявити і підрахувати, настільки вони великі.

Зазвичай, коли говорять про розміри Всесвіту, мають на увазі локальний фрагмент Всесвіту (Світобудови), який доступний нашому спостереженню.

Це так званий Всесвіт, що спостерігається – область простору, видима для нас із Землі.

А оскільки вік Всесвіту близько 13 800 000 000 років, то незалежно від того в якому напрямку дивимося, ми бачимо світло, яке досягло нас за 13,8 мільярда років.

Так що, виходячи з цього, логічно думати, що Всесвіт, що спостерігається, повинен бути 13,8 х 2 = 27 600 000 000 світлових років у поперечнику.

Але це не так! Тому що з часом космос розширюється. І ті далекі об'єкти, що випустили світло 13,8 млрд. років тому, за цей час відлетіли ще далі. Сьогодні вони вже більш ніж за 46,5 мільярдів світлових років від нас. Подвоївши це, отримуємо 93 мільярди світлових років.

Таким чином, реальний діаметр всесвіту, що спостерігається, становить 93 млрд. св. років.

Візуальне (у вигляді сфери) уявлення тривимірної структури Всесвіту, що спостерігається, видимої з нашої позиції (центр кола).

Білими лініямипозначені межі спостережуваного Всесвіту.
Плями світла- це скупчення скупчень галактик – суперкластери (supercluster) – найбільші відомі структуриу космосі.
Масштабна лінійка:один розподіл зверху - 1 мільярд світлових років, знизу - 1 мільярд парсек.
Наш будинок (у центрі)тут позначений як Надскупчення Діви (Virgo Supercluster) - це система, що включає десятки тисяч галактик, у тому числі нашу власну - Чумацький Шлях (Milky Way).

Більш наочне уявлення про масштаби доступного для огляду Всесвіту дає таке зображення:

Схема розташування Землі у Всесвіті, що спостерігається, – серія з восьми карт.

зліва направо верхній ряд:Земля – сонячна система- Найближчі зірки - Галактика Чумацький Шлях, нижній ряд:Місцева група галактик – Скупчення Діви – Місцеве Надскупчення – Оглядовий (спостерігається) Всесвіт.

Щоб краще відчути і усвідомити, про які колосальні, не порівняні з нашими земними уявленнями, масштаби йде мова, варто подивитися збільшене зображення цієї схемив медіа переглядачі .

А що можна сказати про весь Всесвіт? Розмір всього Всесвіту (Світобудови, Метавсесвіту), мабуть, набагато більше!

Але, ось який він цей Всесвіт і як влаштований, це поки що залишається для нас загадкою…

А як щодо центру Всесвіту? Спостережений Всесвіт має центр – це ми!Ми знаходимося в центрі Всесвіту, тому що спостерігається Всесвіт - це просто ділянка космосу, видима нам із Землі.

І подібно до того, як з високої вежіми бачимо круглу область із центром у самій вежі, також ми бачимо область космосу із центром від спостерігача. Насправді, якщо говорити точніше, кожен з нас - центр свого власного Всесвіту, що спостерігається.

Але це не означає, що ми знаходимося в центрі всього Всесвіту, як і вежа – аж ніяк не центр світу, а лише центр того шматочка світу, який з нього видно – до горизонту.

Те ж саме і зі спостережуваним Всесвітом.

Коли ми дивимося в небо, ми бачимо світло, яке 13,8 мільярда років летіло до нас із місць, які вже за 46,5 мільярди світлових років від нас.

Ми не бачимо те, що за цим горизонтом.