Jak velký je vesmír? - Vysvětlení

Vesmír jevelký místo a je těžké pochopit obrovskou velikost vzhledem k našim konečným představám o vzdálenosti zde na Zemi. Z tohoto důvodu je obtížné určit odpověď na otázku „přesně jak velká“. Pokus o zjištění obrovské velikosti vesmíru však zahrnuje několik klíčových faktorů. Jedním z nich je pochopení několika klíčových faktů o tom, jak se vesmír chová, a zároveň si uvědomujeme, že to, co vidíme, je jen „pozorovatelný vesmír“. Možná ve skutečnosti neznáme skutečnou velikost souboruaktuálnívesmír, protože, upřímně řečeno, to prostě nevidíme.

Takže to, co je za pozorovatelným vesmírem, zůstává záhadou, což otevírá zcela nové otázky, co je mimo naše zorné pole - což je také předmětem mnoha výzkumů astrofyziků. Tady se to pokusíme jednoduše rozdělit, abychom se pokusili analyzovat, co je vlastně jedna z nejsložitějších otázek vědy. Ale nejdříve několik základů o tom, jak měříme vzdálenost v prostoru.

Pomocí světla na to přijít

Nejjednodušší způsob měření vzdálenosti v prostoru je pomocí světla. Vzhledem k tomu, jak se světlo pohybuje, si možná neuvědomujete, že když se podíváte do nebes, to, co vidíte, není ve skutečnosti to, jak ten objekt ve skutečnosti vypadá právě teď ve vesmíru. Místo toho doslova trvá roky, staletí - dokonce věky - aby se světlo z tohoto vzdáleného objektu dostalo na Zemi.

Světlo se pohybuje rychlostí 186 000 mil za sekundu, nicméně na tak velké vzdálenosti vesmíru není druhá metoda měření skvělá. Astronomové používajísvětelný rok místo toho mluvit vzdálenost. Jediný světelný rok odpovídá zhruba šesti bilionům mil a poskytuje nejen představu o vzdálenosti, ale také o tom, jak dlouho trvá, než se k vám světlo z objektu dostane.

V mnohem menším měřítku to aplikujeme na naše vlastní slunce. V průměru je Slunce asi 93 milionů mil daleko. Pokud jste měli ten správný dalekohled (a brýle), abyste viděli naše slunce, ve skutečnosti vidíte, jak to vypadalo před osmi minutami. Proxima Centauri? To světlo je z před čtyřmi lety. A i když se očekává, že Betelgeuse brzy přejde na supernovu, pokud by se to stalo dnes, nevěděli bychom to až do poloviny 27. století - žádný vtip.

Světlo a jeho vlastnosti hrály klíčovou roli při učení, jak velký je náš vesmír, a právě teď - podle toho, co můžeme říci - je okraj pozorovatelného vesmíru asi 46 miliard světelných let od samotné Země. Ale jak jsme se tam dostali? Je to proces, který astronomové a fyzici nazývají „žebřík kosmické vzdálenosti“.

Kosmický žebřík vzdálenosti

Dalekohledy jsou pouze součástí zjišťování kosmické vzdálenosti a věci se stávají složitějšími, protože se snažíme měřit objekty dál a dál. Rádiové dalekohledy jsou dobré pro počáteční pozorování uvnitř naší sluneční soustavy pro měření vzdálenosti a nabízejí docela dost přesné výsledky, ale jakmile se z naší sluneční soustavy vzdálíte, rádiové dalekohledy prostě nejsou praktické. Z tohoto důvodu se nyní astronomové obracejí na něco, čemu se říká paralaxa.

Paralaxu snadno pochopíte pomocí vlastních očí. Podívejte se na předmět zakrytím jednoho oka a poté zakryjte protilehlé oko. Viděli jste objekt „pohnout se“? Tento posun se nazývá paralaxa a je možné jej vypočítat. Tento systém funguje dobře pro naše nejbližší nebeské sousedy, ale jakmile se posunete kolem zhruba 100 světelných let, je posun tak nepostřehnutelný, že je zapotřebí jiná metoda.

Tato další metoda se nazývá něcopřizpůsobení hlavní sekvence a spoléhá se na naše znalosti toho, jak se hvězdy určité velikosti v průběhu času mění. Podívá se na jas a barvu hvězd dále a porovnává je s bližšími hvězdami, aby se pokusil změřit jejich vzdálenost. Ale i toto má opět své limity a bude fungovat pouze pro hvězdy v naší vlastní galaxii nebo ty, které jsou vzdálené zhruba 100 000 světelných let.

Aby astronomové šli ještě dále, spoléhají na metodu známou jakoCefeidovy proměnné. Na základě objevu Henrietty Swan Leavittové z roku 1908, který určuje, že určitý typ hvězdy v průběhu času mění svoji jasnost. Tyto variace - rychlé nebo pomalé - souvisí s tím, jak jsou jasné. S ohledem na tuto skutečnost byli astronomové schopni použít hlavní koncepci přizpůsobení sekvence k odhadu vzdáleností - někteří dokonce až 10 milionů světelných let daleko.

Ale stále nejsme zdaleka tam, kde musíme být, abychom zjistili obrovské vzdálenosti našeho vesmíru. K tomu se konečně obrátíme na koncept známý jakorudý posuvcož nám dává potřebný rozsah pro měření velikosti našeho vesmíru. Redshift je velmi podobný tomu, jak funguje Dopplerův efekt. Představte si, že sedíte na železničním přejezdu. Všimli jste si někdy, jak se zdá, že se roh vlaku mění v hřišti, zvětšuje se přibližuje a zmenšuje, jak se přibližuje dál?

Světlo funguje podobným způsobem. Podívejte se na spektrograf a všimněte si jeho temných čar. To je způsobeno tím, že barva je absorbována prvky uvnitř a kolem světelného zdroje. Čím více jsou tyto čáry posunuty k červeným částem spektra - tedy k termínu -, tím je předmět dále. Je to také údaj o tom, jak rychle se objekt od nás vzdaluje.

Právě tady konečně dostáváme naši odpověď. Nejvíce červené světlo přichází z galaxií starých zhruba 13,8 miliard let.

Věk není všechno

I když by mohlo být snadné si myslet, že okraj našeho pozorovatelného vesmíru je v dosahu od Země jen 13,8 miliardy světelných let, chybí vám důležitá část příběhu. Během těchto 13,8 miliard let se vesmír po Velkém třesku nadále rozšiřoval. To znamená, že skutečná velikost našeho vesmíru je mnohem, mnohem větší než naše počáteční měření.

Toto řešení zohledňuje další výzkum, včetně toho, co víme o tom, jak rychle se vesmír od velkého třesku rozšířil. Fyzici právě toto udělali a nyní věří, že poloměr pozorovatelného vesmíru je nyní zhruba 46,5 miliardy světelných let daleko.

Za zmínku však stojí také to, že naše výpočty vycházejí z toho, co je skutečně viditelné a viditelné. Nejvzdálenější galaxie v našem vesmíru jsou příliš dobře tvarované na to, aby se právě objevily bezprostředně po Velkém třesku, což vytváří zcela nový hlavolam.

Tak co teď?

Možná to nevidíme všechno

Tento dosud nevysvětlitelný problém otevírá celou novou řadu problémů. Někteří se pokoušeli extrapolovat, jak dlouho trvalo vývoji těchto příliš dobře formovaných vzdálených galaxií, například vědci z Oxfordské univerzity ve Velké Británii, kteří odhadovali, že celý vesmír může být až 250krát větší než náš pozorovatelný vesmír. Pokuste se kolem toho omotat hlavu.

Někteří však věří v ještě bláznivější teorii, která by naznačovala, že náš vesmír může být jedním z nekonečného množství jiných vesmírů - tomu se říká multivesmír. Toto téma samo o sobě by vyžadovalo úplně jiný článek, pokud bychom se dokonce chtěli pokusit poškrábat povrch obklopující základní principy týkající se teorie. I když můžeme měřit limity pozorovatelného vesmíru, nemáme tušení, co je za ním.

To samozřejmě neznamená, že se vědci nesnaží na to přijít. Jinými slovy? Můžeme jen tipni si jak velký je vesmír a vědci možná nikdy nebudou mít přesnou odpověď kvůli všem možným faktorům, které hrají.