Vesmír je obrovský priestor plný hmlovín, hviezdokopov, jednotlivých hviezd, planét s ich satelitmi, rôznych komét, asteroidov a nakoniec vákua, ako aj temnej hmoty. Je to také obrovské, že úplnosť odpovede na otázku, aká veľká je, je, žiaľ, obmedzená súčasnou úrovňou vývoja technológie. Pochopenie veľkosti vesmíru si však vyžaduje pochopenie niekoľkých kľúčových faktorov. Jedným z týchto faktorov je napríklad pochopenie toho, ako sa vesmír správa, ako aj pochopenie, že to, čo vidíme, je len takzvaný „pozorovateľný vesmír“. Nemôžeme zistiť skutočné dimenzie vesmíru, pretože naše schopnosti nám neumožňujú vidieť jeho „výhodu“.
Všetko mimo viditeľného Vesmíru je pre nás stále záhadou a je predmetom nekonečnej debaty a debaty medzi astrofyzikmi všetkých pruhov. Dnes sa pokúsime jednoduchými slovami vysvetliť, čo veda prišla k dnešnému dňu, pokiaľ ide o pochopenie rozmerov vesmíru, a pokúsime sa odpovedať na jednu z najhorúcich a najkomplexnejších otázok týkajúcich sa jej povahy. Najprv sa však pozrime na základné princípy, ako vedci určujú vzdialenosť vo vesmíre.
lesk
Najjednoduchšou metódou na určenie vzdialenosti v priestore je použitie svetla. Ak však vezmeme do úvahy spôsob, ktorým svetlo prechádza vo vesmíre, malo by byť zrejmé, že tie objekty, ktoré vidíme zo Zeme vo vesmíre, nemusia nevyhnutne vyzerať rovnako. Skutočne, aby svetlo zo vzdialených objektov dorazilo na našu planétu, môže trvať desiatky, stovky, tisíce alebo dokonca desiatky tisíc rokov.
Rýchlosť svetla je 300 000 kilometrov za sekundu, ale pre priestor, pre taký gigantický priestor, nie je koncept sekundy ideálnou hodnotou na meranie. V astronómii sa na určenie vzdialenosti obvykle používa termín svetelný rok. Jeden svetelný rok je zhruba ekvivalentný vzdialenosti 9 460 730 472 580 800 metrov a dáva nám nielen predstavu o vzdialenosti, ale dokáže tiež povedať, ako dlho bude trvať, kým sa k nám dostane svetlo objektu.
Najjednoduchším príkladom rozdielov času a vzdialenosti je svetlo Slnka. Priemerná vzdialenosť od nás k Slnku je asi 150 000 000 kilometrov. Povedzme, že máte správny ďalekohľad a ochranu očí na pozorovanie Slnka. Pointa je, že všetko, čo uvidíte ďalekohľadom, sa skutočne stalo Slnku pred 8 minútami (to je to, koľko svetla potrebuje na to, aby sa dostalo na Zem). Svetlo Proxima Centauri? Dostanete sa k nám iba o štyri roky. Alebo si zoberte aspoň takú veľkú hviezdu, ako je Betelgeuse, ktorá sa čoskoro stane supernovou. Aj keby sa táto udalosť stala už teraz, o tom by sme to vedeli až do polovice 27. storočia!
Propagačné video:
Svetlo a jeho vlastnosti zohrávali kľúčovú úlohu v našom chápaní toho, aký obrovský je vesmír. V súčasnosti nám naše schopnosti umožňujú nahliadnuť do asi 46 miliárd svetelných rokov pozorovateľného vesmíru. Ako? To všetko vďaka stupnici vzdialenosti, ktorú používajú fyzici a astronómovia v astronómii.
Mierka vzdialenosti
Teleskopy sú iba jedným z nástrojov na meranie kozmických vzdialeností a nie vždy sú schopné zvládnuť túto úlohu: čím ďalej je objekt, vzdialenosť, ktorú chceme zmerať, tým ťažšie je to urobiť. Rádiové teleskopy sú skvelé na meranie vzdialeností a na pozorovanie iba v našej slnečnej sústave. Sú skutočne schopní poskytovať veľmi presné údaje. Jeden však musí nasmerovať svoj pohľad mimo slnečnej sústavy, pretože ich účinnosť sa výrazne znižuje. Vzhľadom na všetky tieto problémy sa astronómovia rozhodli uchýliť sa k inému spôsobu merania vzdialenosti - paralaxy.
Čo je to Parallax? Vysvetlite to jednoduchým príkladom. Najprv zatvorte jedno oko a pozerajte sa na nejaký objekt, potom zatvorte druhé oko a znova sa pozrite na ten istý objekt. Všimnite si miernu „zmenu polohy“objektu? Tento „posun“sa nazýva paralaxa, technika použitá na určenie vzdialenosti vo vesmíre. Táto metóda funguje skvele, pokiaľ ide o hviezdy, ktoré sú relatívne blízko nás - približne v okruhu 100 svetelných rokov. Keď sa však táto metóda stane neúčinnou, vedci sa uchýlia k iným.
Ďalšia metóda na určenie vzdialenosti sa nazýva „metóda hlavnej sekvencie“. Je založená na našich vedomostiach o tom, ako sa v priebehu času menia hviezdy určitej veľkosti. Vedci najprv určia jas a farbu hviezdy a potom porovnajú ukazovatele s blízkymi hviezdami s podobnými charakteristikami, na základe týchto údajov odvodia približnú vzdialenosť. Táto metóda je opäť veľmi obmedzená a funguje iba pre hviezdy, ktoré patria do našej galaxie, alebo pre hviezdy v okruhu 100 000 svetelných rokov.
Astronómovia sa spoliehajú na metódu merania Cepheid, aby sa pozreli ďalej. Je založená na objave amerického astronóma Henrietta Swan Leavitt, ktorý objavil vzťah medzi obdobím zmeny jasu a jasnosťou hviezdy. Vďaka týmto metódam dokázali mnohí astronómovia vypočítať vzdialenosti od hviezd nielen vo vnútri našej galaxie, ale aj mimo nej. V niektorých prípadoch hovoríme o vzdialenostiach 10 miliónov svetelných rokov.
A predsa sme sa ešte nepriblížili otázke veľkosti vesmíru. Preto sa obraciame na konečný nástroj merania založený na princípe redshift (alebo redshift). Podstata červeného posunu je podobná zásade Dopplerovho efektu. Pomysli na železničný priechod. Všimli ste si niekedy, ako sa zvuk píšťalky vlaku mení so vzdialenosťou, keď sa priblížiš, stáva sa silnejším a keď sa vzdialite, je tichšie.
Svetlo funguje takmer rovnako. Pozrite sa na spektrogram vyššie, vidíte čierne čiary? Označujú limity absorpcie farby chemickými prvkami vo vnútri a okolo zdroja svetla. Čím viac sú čiary posunuté do červenej časti spektra, tým ďalej je objekt od nás. Vedci tiež pomocou týchto spektrogramov určujú, ako rýchlo sa nejaký objekt pohybuje od nás.
Hladko sme sa dostali k našej odpovedi. Väčšina červeného svetla pochádza z galaxií starých asi 13,8 miliárd rokov.
Vek nie je hlavná vec
Ak po prečítaní dospejete k záveru, že polomer vesmíru, ktorý pozorujeme, je iba 13,8 miliárd svetelných rokov, vynechali ste jeden dôležitý detail. Faktom je, že počas týchto 13,8 miliárd rokov po Veľkom tresku sa vesmír naďalej rozširoval. Inými slovami to znamená, že skutočná veľkosť nášho Vesmíru je oveľa väčšia, ako je uvedené v našich pôvodných meraniach.
Preto, aby sme zistili skutočnú veľkosť vesmíru, je potrebné vziať do úvahy ďalší ukazovateľ, a to, ako rýchlo sa vesmír rozšíril od Veľkého tresku. Fyzici tvrdia, že konečne dokázali odvodiť potrebné čísla a sú presvedčení, že polomer viditeľného vesmíru je v súčasnosti okolo 46,5 miliárd svetelných rokov.
Je pravda, že stojí za zmienku, že tieto výpočty sú založené iba na tom, čo my sami vidíme. Presnejšie povedané, dokážu rozoznať v hĺbke vesmíru. Tieto výpočty neodpovedajú na otázku skutočnej veľkosti vesmíru. Vedci sa navyše pýtajú na nejaké nezrovnalosti, podľa ktorých sú vzdialenejšie galaxie v našom vesmíre príliš dobre tvarované na to, aby sa považovali za objavené hneď po Veľkom tresku. Trvalo oveľa dlhšie pre túto úroveň rozvoja.
Možno len nevidíme všetko?
Vyššie uvedená nevysvetliteľná skutočnosť otvára celý rad nových problémov. Niektorí vedci sa pokúsili vypočítať, ako dlho bude trvať, kým sa tieto plne formované galaxie rozvinú. Napríklad vedci z Oxfordu dospeli k záveru, že veľkosť celého vesmíru môže byť 250-krát väčšia ako pozorovaná.
Sme skutočne schopní zmerať vzdialenosti k objektom v pozorovateľnom vesmíre, ale to, čo leží za touto hranicou, nevieme. Nikto samozrejme nehovorí, že by sa vedci snažili prísť na to, ale ako sme už uviedli, naše schopnosti sú obmedzené úrovňou technologického pokroku. Okrem toho by sme sa nemali okamžite zbaviť domnienky, že vedci nemusia nikdy poznať skutočnú veľkosť celého vesmíru vzhľadom na všetky faktory, ktoré sú v ceste k riešeniu tohto problému.
NIKOLAY KHIZHNYAK