Vesmír je obrovský prostor plný mlhovin, hvězdokup, jednotlivých hvězd, planet s jejich satelity, různých komet, asteroidů a nakonec vakua, stejně jako temné hmoty. Je tak obrovské, že úplnost odpovědi na otázku, jak velká je, je bohužel omezena naší současnou úrovní vývoje technologií. Pochopení velikosti vesmíru však zahrnuje pochopení několika klíčových faktorů. Jedním z těchto faktorů je například pochopení toho, jak se vesmír chová, a také to, že to, co vidíme, je jen takzvaný „pozorovatelný vesmír“. Nemůžeme zjistit skutečné dimenze vesmíru, protože naše schopnosti nám neumožňují vidět jeho „výhodu“.
Všechno mimo viditelný vesmír je pro nás stále záhadou a je předmětem nekonečné debaty a debaty mezi astrofyziky všech pruhů. Dnes se pokusíme jednoduchými slovy vysvětlit, k čemu věda přišla v současnosti, co se týče porozumění rozměrům vesmíru, a pokusíme se odpovědět na jednu z nejpalčivějších a nejsložitějších otázek o její povaze. Nejprve se ale podívejme na základní principy toho, jak vědci určují vzdálenost ve vesmíru.
Lesk
Nejjednodušší metoda pro stanovení vzdálenosti v prostoru je pomocí světla. Pokud však vezmeme v úvahu způsob, jakým světlo cestuje ve vesmíru, mělo by být zřejmé, že ty objekty, které vidíme ze Země ve vesmíru, nemusí nutně vypadat stejně. Ve skutečnosti, aby světlo ze vzdálených objektů dosáhlo naší planety, může to trvat desítky, stovky, tisíce nebo dokonce desítky tisíc let.
Rychlost světla je 300 000 kilometrů za sekundu, ale pro prostor, pro takový gigantický prostor, není koncept sekundy ideální hodnotou k měření. V astronomii je obvyklé používat termín světelný rok ke stanovení vzdálenosti. Jeden světelný rok je zhruba ekvivalentní vzdálenosti 9 460 730 472 580 800 metrů a dává nám nejen představu o vzdálenosti, ale může také říci, jak dlouho bude trvat, než se k nám dostane světlo objektu.
Nejjednodušším příkladem rozdílů času a vzdálenosti je světlo Slunce. Průměrná vzdálenost od nás ke Slunci je asi 150 000 000 kilometrů. Řekněme, že máte správný dalekohled a ochranu očí pro pozorování Slunce. Pointa je, že všechno, co uvidíte dalekohledem, se ve skutečnosti stalo Slunci před 8 minutami (to je to, kolik světla trvá, než se dostanete na Zemi). Světlo Proxima Centauri? Dosáhne nás pouze za čtyři roky. Nebo si vezměte alespoň tak velkou hvězdu, jako je Betelgeuse, která se brzy stane supernovou. I kdyby k této události došlo nyní, my bychom o tom nevěděli až do poloviny 27. století!
Propagační video:
Světlo a jeho vlastnosti hrály klíčovou roli v našem chápání toho, jak obrovský je vesmír. V současné době nám naše schopnosti umožňují nahlédnout do asi 46 miliard světelných let pozorovatelného vesmíru. Jak? To vše díky stupnici vzdálenosti používané fyziky a astronomy v astronomii.
Měřítko vzdálenosti
Dalekohledy jsou jen jedním z nástrojů pro měření kosmických vzdáleností a ne vždy jsou schopny se s tímto úkolem vyrovnat: čím dál je objekt, vzdálenost, kterou chceme měřit, tím obtížnější je to udělat. Rádiové dalekohledy jsou skvělé pro měření vzdáleností a pozorování pouze v naší sluneční soustavě. Jsou skutečně schopni poskytovat velmi přesná data. Jeden však musí nasměrovat svůj pohled mimo sluneční soustavu, protože jejich účinnost je výrazně snížena. S ohledem na všechny tyto problémy se astronomové rozhodli uchýlit se k jiné metodě měření vzdálenosti - paralaxy.
Co je paralaxa? Vysvětleme si jednoduchý příklad. Nejprve zavřete jedno oko a podívejte se na nějaký objekt, pak zavřete druhé oko a znovu se podívejte na stejný objekt. Všimněte si malé „změny polohy“objektu? Tento „posun“se nazývá paralaxa, technika používaná ke stanovení vzdálenosti ve vesmíru. Tato metoda funguje skvěle, pokud jde o hvězdy, které jsou relativně blízko nás - přibližně v okruhu 100 světelných let. Když se však tato metoda také stane neúčinnou, vědci se uchylují k ostatním.
Další metoda pro určení vzdálenosti se nazývá "metoda hlavní sekvence". Je založeno na našich znalostech o tom, jak se hvězdy určité velikosti mění v průběhu času. Vědci nejprve určují jas a barvu hvězdy a poté porovnávají indikátory s blízkými hvězdami s podobnými charakteristikami, na základě těchto údajů odvozují přibližnou vzdálenost. Tato metoda je opět velmi omezená a funguje pouze pro hvězdy, které patří do naší galaxie, nebo pro hvězdy v okruhu 100 000 světelných let.
Astronomové spoléhají na Cepheidovu metodu měření, aby se podívali dále. Je založen na objevu amerického astronoma Henrietty Swan Leavittové, který objevil vztah mezi obdobím změny jasu a jasem hvězdy. Díky této metodě bylo mnoho astronomů schopno vypočítat vzdálenosti ke hvězdám nejen uvnitř naší galaxie, ale také mimo ni. V některých případech mluvíme o vzdálenostech 10 milionů světelných let.
A přesto jsme se ještě nepřiblížili otázce velikosti vesmíru. Proto se obrátíme na konečný měřicí nástroj založený na principu redshift (nebo redshift). Podstata redshift je podobná principu Dopplerova efektu. Pomysli na železniční přejezd. Všimli jste si někdy, jak se zvuk pískání vlaku mění se vzdáleností, jak se přiblížíte, zesiluje a při odchodu se ztiší?
Světlo funguje téměř stejným způsobem. Podívejte se na výše uvedený spektrogram, vidíte černé čáry? Označují meze absorpce barvy chemickými prvky uvnitř a kolem zdroje světla. Čím více jsou čáry posunuty do červené části spektra, tím dále je objekt od nás. Vědci také používají tyto spektrogramy k určení, jak rychle se objekt od nás vzdálí.
Takže jsme hladce a dostali jsme se k naší odpovědi. Většina z redshifted světla pochází z galaxií, které jsou staré asi 13,8 miliardy let.
Věk není hlavní věc
Pokud po přečtení dospějete k závěru, že poloměr vesmíru, který sledujeme, je pouze 13,8 miliard světelných let, vynechali jste jeden důležitý detail. Skutečností je, že během těchto 13,8 miliard let po Velkém třesku vesmír pokračoval v expanzi. Jinými slovy to znamená, že skutečná velikost našeho vesmíru je mnohem větší, než je uvedeno v našich původních měřeních.
Proto, aby bylo možné zjistit skutečnou velikost vesmíru, je nutné vzít v úvahu další ukazatel, konkrétně to, jak rychle se vesmír od velkého třesku expandoval. Fyzici říkají, že byli konečně schopni odvodit potřebná čísla a jsou si jisti, že poloměr viditelného vesmíru je v tuto chvíli asi 46,5 miliardy světelných let.
Je pravda, že stojí za zmínku, že tyto výpočty jsou založeny pouze na tom, co my sami vidíme. Přesněji, oni jsou schopni rozeznat v hlubinách vesmíru. Tyto výpočty neodpovídají na otázku skutečné velikosti vesmíru. Vědci se navíc zajímají o nějaký nesoulad, podle kterého jsou vzdálenější galaxie v našem vesmíru příliš dobře tvarované, než aby se mohlo uvažovat, že se objevily okamžitě po Velkém třesku. Trvalo to mnohem déle pro tuto úroveň vývoje.
Možná prostě nevidíme všechno?
Výše uvedená nevysvětlitelná skutečnost otevírá celou řadu nových problémů. Někteří vědci se pokusili vypočítat, jak dlouho bude trvat, než se tyto plně formované galaxie budou rozvíjet. Například vědci z Oxfordu dospěli k závěru, že velikost celého vesmíru může být 250krát větší než velikost pozorovaného.
Jsme skutečně schopni měřit vzdálenosti k objektům v pozorovatelném vesmíru, ale co leží za touto hranicí, nevíme. Nikdo samozřejmě neříká, že se to vědci snaží vymyslet, ale jak bylo uvedeno výše, naše schopnosti jsou omezeny naší úrovní technologického pokroku. Navíc bychom neměli okamžitě odmítnout předpoklad, že vědci nikdy nebudou vědět skutečnou velikost celého vesmíru, vzhledem ke všem faktorům, které jsou ve způsobu řešení tohoto problému.
NIKOLAY KHIZHNYAK