Ką mes žinome apie visatą, kas yra erdvė? Visata yra beribis, žmogaus protu sunkiai suvokiamas pasaulis, kuris atrodo netikras ir neapčiuopiamas. Tiesą sakant, mus supa materija, beribė erdvėje ir laike, galinti įgauti įvairias formas. Norėdami suprasti tikrąjį kosmoso mastą, kaip veikia Visata, visatos sandarą ir evoliucijos procesus, turėsime peržengti savo pasaulėžiūros slenkstį, pažvelgti į mus supantį pasaulį kitu kampu. iš vidaus.
Visatos švietimas: pirmieji žingsniai
Erdvė, kurią stebime per teleskopus, yra tik dalis žvaigždžių Visatos, vadinamosios Megagalaktikos. Hablo kosmologinio horizonto parametrai kolosalūs – 15-20 milijardų šviesmečių. Šie duomenys yra apytiksliai, nes evoliucijos procese Visata nuolat plečiasi. Visatos plėtimasis vyksta plintant cheminiams elementams ir kosminei mikrobangų foninei spinduliuotei. Visatos struktūra nuolat kinta. Erdvėje atsiranda galaktikų, Visatos objektų ir kūnų spiečių – tai milijardai žvaigždžių, kurios sudaro artimosios erdvės elementus – žvaigždžių sistemas su planetomis ir palydovais.
Kur yra pradžia? Kaip atsirado Visata? Manoma, kad Visatos amžius yra 20 milijardų metų. Galbūt kosminės medžiagos šaltinis buvo karštas ir tankus promaterialas, kurio sankaupa tam tikru momentu sprogo. Mažiausios dalelės, susidariusios dėl sprogimo, išsibarstė į visas puses ir mūsų laikais toliau tolsta nuo epicentro. Šiuo metu mokslo sluoksniuose dominuojanti Didžiojo sprogimo teorija tiksliausiai apibūdina Visatos formavimąsi. Medžiaga, atsiradusi dėl kosminio kataklizmo, buvo nevienalytė masė, susidedanti iš mažyčių nestabilių dalelių, kurios, susidūrusios ir išsisklaidžiusios, pradėjo sąveikauti viena su kita.
Didysis sprogimas yra Visatos atsiradimo teorija, paaiškinanti jos susidarymą. Pagal šią teoriją iš pradžių egzistavo tam tikras kiekis materijos, kuri dėl tam tikrų procesų sprogo kolosalia jėga, išsklaidydama motinos masę į aplinkinę erdvę.
Po kurio laiko, pagal kosminius standartus – akimirksniu, pagal žemišką chronologiją – milijonus metų, prasidėjo erdvės materializacijos etapas. Iš ko sudaryta Visata? Išsklaidyta medžiaga ėmė telktis į didelius ir mažus gumulėlius, kurių vietoje vėliau ėmė dygti pirmieji Visatos elementai, didžiulės dujų masės – būsimų žvaigždžių darželiai. Daugeliu atvejų materialių objektų formavimosi procesas Visatoje paaiškinamas fizikos ir termodinamikos dėsniais, tačiau yra nemažai dalykų, kurių dar negalima paaiškinti. Pavyzdžiui, kodėl vienoje erdvės dalyje besiplečianti medžiaga yra labiau susitelkusi, o kitoje visatos dalyje medžiaga yra labai reta? Atsakymus į šiuos klausimus galima gauti tik tada, kai paaiškės didelių ir mažų kosminių objektų formavimosi mechanizmas.
Dabar Visatos formavimosi procesas paaiškinamas Visatos dėsnių veikimu. Gravitacinis nestabilumas ir energija skirtingose srityse paskatino protožvaigždžių susidarymą, kurie savo ruožtu, veikiami išcentrinių jėgų ir gravitacijos, suformavo galaktikas. Kitaip tariant, kol materija tęsėsi ir toliau plečiasi, suspaudimo procesai prasidėjo veikiant gravitacinėms jėgoms. Dujų debesų dalelės pradėjo telktis aplink įsivaizduojamą centrą, galiausiai suformuodamos naują tankumą. Šio milžiniško statybos projekto statybinės medžiagos yra molekulinis vandenilis ir helis.
Cheminiai Visatos elementai yra pagrindinė statybinė medžiaga, iš kurios vėliau buvo suformuoti Visatos objektai
Tada pradeda veikti termodinamikos dėsnis, įsijungia irimo bei jonizacijos procesai. Vandenilio ir helio molekulės suyra į atomus, iš kurių, veikiant gravitacinėms jėgoms, susidaro protožvaigždės šerdis. Šie procesai yra Visatos dėsniai ir įgavo grandininės reakcijos formą, vykstančią visuose tolimuose Visatos kampeliuose, užpildydami visatą milijardais, šimtais milijardų žvaigždžių.
Visatos evoliucija: svarbiausi dalykai
Šiandien mokslo sluoksniuose yra hipotezė apie būsenų, iš kurių yra austa Visatos istorija, cikliškumą. Dujų sankaupos, atsiradusios dėl promaterialo sprogimo, tapo žvaigždžių darželiais, kurie savo ruožtu suformavo daugybę galaktikų. Tačiau pasiekusi tam tikrą fazę materija Visatoje ima linkti į pirminę, koncentruotą būseną, t.y. po materijos sprogimo ir vėlesnio išsiplėtimo erdvėje seka suspaudimas ir grįžimas į supertankią būseną, į pradinį tašką. Vėliau viskas kartojasi, po gimimo seka finalas ir taip daug milijardų metų iki begalybės.
Visatos pradžia ir pabaiga pagal ciklinę Visatos evoliuciją
Tačiau praleidžiant temą apie Visatos susidarymą, kuri tebėra atviras klausimas, turėtume pereiti prie visatos sandaros. Dar XX amžiaus 30-aisiais tapo aišku, kad kosminė erdvė yra padalinta į regionus - galaktikas, kurios yra didžiulės formacijos, kurių kiekviena turi savo žvaigždžių populiaciją. Be to, galaktikos nėra statiški objektai. Galaktikų, tolstančių nuo įsivaizduojamo Visatos centro, greitis nuolat kinta, tai rodo vienų konvergencija, o kitų nutolimas viena nuo kitos.
Visi minėti procesai žemiškojo gyvenimo trukmės požiūriu vyksta labai lėtai. Mokslo ir šių hipotezių požiūriu visi evoliuciniai procesai vyksta greitai. Tradiciškai Visatos evoliuciją galima suskirstyti į keturis etapus – eras:
- hadronų era;
- leptono era;
- fotonų era;
- žvaigždžių era.
Kosminė laiko skalė ir Visatos evoliucija, pagal kurią galima paaiškinti kosminių objektų atsiradimą
Pirmajame etape visa medžiaga buvo sutelkta viename dideliame branduoliniame lašelyje, susidedančiame iš dalelių ir antidalelių, sujungtų į grupes - hadronus (protonus ir neutronus). Dalelių ir antidalelių santykis yra maždaug 1:1,1. Toliau seka dalelių ir antidalelių naikinimo procesas. Likę protonai ir neutronai yra statybiniai blokai, iš kurių susidaro Visata. Hadronų eros trukmė yra nereikšminga, tik 0,0001 sekundės - sprogstamosios reakcijos laikotarpis.
Tada po 100 sekundžių prasideda elementų sintezės procesas. Esant milijardo laipsnių temperatūrai, branduolių sintezės procese susidaro vandenilio ir helio molekulės. Visą šį laiką medžiaga toliau plečiasi erdvėje.
Nuo šio momento prasideda ilga, nuo 300 tūkstančių iki 700 tūkstančių metų, branduolių ir elektronų rekombinacijos stadija, formuojant vandenilio ir helio atomus. Tokiu atveju pastebimas medžiagos temperatūros sumažėjimas, o spinduliuotės intensyvumas mažėja. Visata tampa skaidri. Vandenilis ir helis, susidarę didžiuliais kiekiais veikiant gravitacinėms jėgoms, paverčia pirminę Visatą milžiniška statybų aikštele. Po milijonų metų prasideda žvaigždžių era – tai protožvaigždžių ir pirmųjų protogalaktikų formavimosi procesas.
Toks evoliucijos skirstymas į etapus dera į karštosios Visatos modelį, kuris paaiškina daugelį procesų. Tikrosios Didžiojo sprogimo priežastys ir medžiagos plėtimosi mechanizmas lieka nepaaiškintos.
Visatos sandara ir sandara
Visatos evoliucijos žvaigždžių era prasideda nuo vandenilio dujų susidarymo. Veikiamas gravitacijos vandenilis kaupiasi į didžiulius spiečius ir gumulėlius. Tokių spiečių masė ir tankis yra milžiniški, šimtus tūkstančių kartų didesni už pačios susidariusios galaktikos masę. Netolygus vandenilio pasiskirstymas, pastebėtas pradiniame Visatos formavimosi etape, paaiškina susidarančių galaktikų dydžių skirtumus. Megagalaktikos susidarė ten, kur turėtų būti didžiausias vandenilio dujų kaupimasis. Ten, kur vandenilio koncentracija buvo nereikšminga, atsirado mažesnės galaktikos, panašios į mūsų žvaigždžių namus – Paukščių Taką.
Versija, pagal kurią Visata yra pradžios ir pabaigos taškas, aplink kurį galaktikos sukasi skirtingais vystymosi etapais
Nuo šio momento Visata gauna pirmuosius darinius su aiškiomis ribomis ir fiziniais parametrais. Tai jau ne ūkai, žvaigždžių dujų ir kosminių dulkių sankaupos (sprogimo produktai), žvaigždžių materijos protospiečiai. Tai žvaigždžių šalys, kurių plotas žmogaus proto požiūriu yra didžiulis. Visata tampa pilna įdomių kosminių reiškinių.
Mokslinio pagrindimo ir šiuolaikinio Visatos modelio požiūriu galaktikos pirmiausia susiformavo veikiant gravitacinėms jėgoms. Įvyko materijos transformacija į kolosalų visuotinį sūkurį. Centripetaliniai procesai užtikrino vėlesnį dujų debesų suskaidymą į spiečius, kurie tapo pirmųjų žvaigždžių gimimo vieta. Protogalaktikos su greitu sukimosi periodu ilgainiui virto spiralinėmis galaktikomis. Ten, kur sukimasis buvo lėtas ir daugiausia buvo stebimas medžiagos suspaudimo procesas, susidarė netaisyklingos galaktikos, dažniausiai elipsės. Šiame fone Visatoje vyko grandiozesni procesai – susidarė galaktikų superspiečiai, kurių kraštai glaudžiai liečiasi vienas su kitu.
Superspiečiai yra daugybė galaktikų grupių ir galaktikų spiečių, esančių didelio masto Visatos struktūroje. Per 1 mlrd. Jau daugelį metų yra apie 100 superspiečių
Nuo to momento tapo aišku, kad Visata yra didžiulis žemėlapis, kuriame žemynai – galaktikų sankaupos, o šalys – megagalaktikos ir galaktikos, susiformavusios prieš milijardus metų. Kiekvieną darinį sudaro žvaigždžių spiečius, ūkai ir tarpžvaigždinių dujų bei dulkių sankaupos. Tačiau visa ši populiacija sudaro tik 1% viso universalių darinių tūrio. Didžiąją galaktikų masės ir tūrio dalį užima tamsioji medžiaga, kurios prigimties neįmanoma nustatyti.
Visatos įvairovė: galaktikų klasės
Amerikiečių astrofiziko Edvino Hablo pastangomis dabar turime Visatos ribas ir aiškią joje gyvenančių galaktikų klasifikaciją. Klasifikacija pagrįsta šių milžiniškų darinių struktūrinėmis ypatybėmis. Kodėl galaktikos turi skirtingas formas? Atsakymą į šį ir daugelį kitų klausimų pateikia Hablo klasifikacija, pagal kurią Visata susideda iš šių klasių galaktikų:
- spiralė;
- elipsinis;
- netaisyklingos galaktikos.
Pirmieji apima dažniausiai pasitaikančius darinius, užpildančius visatą. Būdingi spiralinių galaktikų bruožai yra aiškiai apibrėžta spiralė, kuri sukasi aplink ryškią šerdį arba linkusi į galaktikos juostą. Spiralinės galaktikos su šerdimi žymimos S, o objektai su centrine juosta – SB. Šiai klasei priklauso ir mūsų Paukščių Tako galaktika, kurios centre šerdį skaido šviečiantis tiltelis.
Tipiška spiralinė galaktika. Centre gerai matoma šerdis su tilteliu, iš kurio galų kyla spiralinės rankos.
Panašūs dariniai yra išsibarstę visoje Visatoje. Artimiausia spiralinė galaktika Andromeda yra milžinas, sparčiai artėjantis prie Paukščių Tako. Didžiausias mums žinomas šios klasės atstovas yra milžiniška galaktika NGC 6872. Šio monstro galaktikos disko skersmuo yra maždaug 522 tūkst. šviesmečių. Šis objektas yra 212 milijonų šviesmečių atstumu nuo mūsų galaktikos.
Kita bendra galaktikos formacijų klasė yra elipsinės galaktikos. Jų žymėjimas pagal Hablo klasifikaciją yra raidė E (elipsinė). Šios formacijos yra elipsoidinės formos. Nepaisant to, kad Visatoje yra gana daug panašių objektų, elipsinės galaktikos nėra itin išraiškingos. Jas daugiausia sudaro lygios elipsės, užpildytos žvaigždžių spiečiais. Skirtingai nuo galaktikos spiralių, elipsėse nėra tarpžvaigždinių dujų ir kosminių dulkių sankaupų, kurios yra pagrindiniai optiniai tokių objektų vizualizavimo efektai.
Tipiškas šiandien žinomas šios klasės atstovas yra elipsinis žiedinis ūkas Lyros žvaigždyne. Šis objektas yra 2100 šviesmečių atstumu nuo Žemės.
Elipsinės galaktikos Kentauro A vaizdas per CFHT teleskopą
Paskutinė Visatoje gyvenančių galaktikos objektų klasė yra netaisyklingos arba netaisyklingos galaktikos. Pavadinimas pagal Hablo klasifikaciją yra lotyniškas simbolis I. Pagrindinis bruožas yra netaisyklinga forma. Kitaip tariant, tokie objektai neturi aiškių simetriškų formų ir būdingų raštų. Savo forma tokia galaktika primena visuotinio chaoso paveikslą, kur žvaigždžių spiečiai kaitaliojasi su dujų ir kosminių dulkių debesimis. Visatos mastu netaisyklingos galaktikos yra įprastas reiškinys.
Savo ruožtu netaisyklingos galaktikos skirstomos į du potipius:
- I potipio netaisyklingos galaktikos turi sudėtingą netaisyklingą struktūrą, didelį tankų paviršių ir išsiskiria ryškumu. Dažnai ši chaotiška netaisyklingų galaktikų forma yra sugriuvusių spiralių pasekmė. Tipiškas tokios galaktikos pavyzdys yra Didysis ir Mažasis Magelano debesis;
- Netaisyklingos, netaisyklingos II potipio galaktikos turi žemą paviršių, chaotišką formą ir nėra labai ryškios. Dėl šviesumo sumažėjimo tokius darinius sunku aptikti Visatos platybėse.
Didysis Magelano debesis yra arčiausiai mūsų esanti netaisyklinga galaktika. Abu dariniai savo ruožtu yra Paukščių Tako palydovai ir netrukus (po 1–2 milijardų metų) gali būti absorbuojami didesnio objekto.
Netaisyklingoji galaktika Didysis Magelano debesis – mūsų Paukščių Tako galaktikos palydovas
Nepaisant to, kad Edvinas Hablas gana tiksliai suskirstė galaktikas į klases, ši klasifikacija nėra ideali. Galėtume pasiekti daugiau rezultatų, jei į Visatos supratimo procesą įtrauktume Einšteino reliatyvumo teoriją. Visatai atstovauja daugybė įvairių formų ir struktūrų, kurių kiekviena turi savo būdingų savybių ir bruožų. Neseniai astronomams pavyko atrasti naujų galaktikos formacijų, kurios apibūdinamos kaip tarpiniai objektai tarp spiralinių ir elipsinių galaktikų.
Paukščių Takas yra garsiausia Visatos dalis
Dvi spiralinės rankos, simetriškai išsidėsčiusios aplink centrą, sudaro pagrindinį galaktikos korpusą. Savo ruožtu spiralės susideda iš rankų, kurios sklandžiai teka viena į kitą. Šaulio ir Cygnus ginklų sandūroje mūsų Saulė yra 2,62·10¹⁷km atstumu nuo Paukščių Tako galaktikos centro. Spiralinių galaktikų spiralės ir rankos yra žvaigždžių sankaupos, kurių tankis didėja artėjant prie galaktikos centro. Likusią galaktikos spiralių masės ir tūrio dalį sudaro tamsioji medžiaga, o tik nedidelę dalį sudaro tarpžvaigždinės dujos ir kosminės dulkės.
Saulės padėtis Paukščių Tako glėbyje, mūsų galaktikos vieta Visatoje
Spiralių storis yra maždaug 2 tūkstančiai šviesmečių. Visas šis sluoksninis pyragas nuolat juda, sukasi milžinišku 200-300 km/s greičiu. Kuo arčiau galaktikos centro, tuo didesnis sukimosi greitis. Saulei ir mūsų Saulės sistemai prireiks 250 milijonų metų, kad užbaigtų revoliuciją aplink Paukščių Tako centrą.
Mūsų galaktiką sudaro trilijonas didelių ir mažų, itin sunkių ir vidutinio dydžio žvaigždžių. Tankiausias Paukščių Tako žvaigždžių spiečius yra Šaulio ranka. Būtent šiame regione stebimas didžiausias mūsų galaktikos ryškumas. Priešinga galaktikos apskritimo dalis, priešingai, yra ne tokia ryški ir sunkiai atskiriama vizualinio stebėjimo metu.
Centrinę Paukščių Tako dalį vaizduoja šerdis, kurios matmenys yra 1000-2000 parsekų. Šiame ryškiausiame galaktikos regione sutelktas maksimalus žvaigždžių skaičius, kurios turi skirtingas klases, savo vystymosi ir evoliucijos kelius. Tai daugiausia senos itin sunkios žvaigždės paskutinėse pagrindinės sekos stadijose. Paukščių Tako galaktikos senstančio centro buvimo patvirtinimas yra tai, kad šiame regione yra daug neutroninių žvaigždžių ir juodųjų skylių. Iš tiesų, bet kurios spiralinės galaktikos spiralinio disko centras yra supermasyvi juodoji skylė, kuri, kaip milžiniškas dulkių siurblys, siurbia dangaus objektus ir tikrąją materiją.
Supermasyvi juodoji skylė, esanti centrinėje Paukščių Tako dalyje, yra visų galaktikos objektų mirties vieta
Kalbant apie žvaigždžių spiečius, šiandien mokslininkams pavyko suskirstyti dviejų tipų spiečius: sferinius ir atvirus. Be žvaigždžių spiečių, Paukščių Tako spiralės ir rankos, kaip ir bet kuri kita spiralinė galaktika, susideda iš išsklaidytos medžiagos ir tamsiosios energijos. Dėl Didžiojo sprogimo materija yra labai išretėjusios būsenos, kuriai būdingos silpnos tarpžvaigždinės dujos ir dulkių dalelės. Matoma materijos dalis susideda iš ūkų, kurie savo ruožtu skirstomi į du tipus: planetinius ir difuzinius ūkus. Matomoji ūkų spektro dalis atsiranda dėl šviesos lūžio nuo žvaigždžių, kurios spiralės viduje skleidžia šviesą visomis kryptimis.
Mūsų saulės sistema egzistuoja šioje kosminėje sriuboje. Ne, mes nesame vieninteliai šiame didžiuliame pasaulyje. Kaip ir Saulė, daugelis žvaigždžių turi savo planetų sistemas. Visas klausimas yra, kaip aptikti tolimas planetas, jei atstumai net mūsų galaktikoje viršija bet kurios protingos civilizacijos egzistavimo trukmę. Laikas Visatoje matuojamas kitais kriterijais. Planetos su savo palydovais, mažiausiais Visatos objektais. Tokių objektų skaičius nesuskaičiuojamas. Kiekviena iš tų žvaigždžių, kurios yra matomame diapazone, gali turėti savo žvaigždžių sistemas. Matome tik arčiausiai mūsų esančias planetas. Tai, kas vyksta kaimynystėje, kokie pasauliai egzistuoja kitose Paukščių Tako atšakose ir kokios planetos yra kitose galaktikose, lieka paslaptis.
Kepler-16 b yra egzoplaneta šalia dvigubos žvaigždės Kepler-16 Cygnus žvaigždyne.
Išvada
Turėdamas tik paviršutinišką supratimą, kaip Visata atsirado ir kaip ji vystosi, žmogus žengė tik mažą žingsnį visatos masto suvokimo ir suvokimo link. Didžiulis dydis ir apimtis, su kuriais šiandien susiduria mokslininkai, rodo, kad žmogaus civilizacija yra tik akimirka šiame materijos, erdvės ir laiko pluošte.
Visatos modelis pagal materijos buvimo erdvėje sampratą, atsižvelgiant į laiką
Visatos tyrinėjimas tęsiasi nuo Koperniko iki šių dienų. Iš pradžių mokslininkai pradėjo nuo heliocentrinio modelio. Tiesą sakant, paaiškėjo, kad erdvė neturi tikrojo centro ir visas sukimasis, judėjimas ir judėjimas vyksta pagal Visatos dėsnius. Nepaisant to, kad vykstantiems procesams yra mokslinis paaiškinimas, universalūs objektai skirstomi į klases, tipus ir tipus, nė vienas kūnas erdvėje nėra panašus į kitą. Dangaus kūnų dydžiai yra apytiksliai, kaip ir jų masė. Galaktikų, žvaigždžių ir planetų padėtis yra savavališka. Reikalas tas, kad Visatoje nėra koordinačių sistemos. Stebėdami erdvę darome projekciją į visą matomą horizontą, savo Žemę laikydami nuliniu atskaitos tašku. Tiesą sakant, mes esame tik mikroskopinė dalelė, pasiklydusi begalinėse Visatos platybėse.
Visata yra substancija, kurioje visi objektai egzistuoja glaudžiai susiję su erdve ir laiku
Panašiai kaip ryšys su dydžiu, laikas Visatoje turėtų būti laikomas pagrindiniu komponentu. Kosminių objektų kilmė ir amžius leidžia sukurti pasaulio gimimo paveikslą ir išryškinti visatos evoliucijos etapus. Sistema, su kuria susiduriame, yra glaudžiai susijusi su laiko rėmais. Visi erdvėje vykstantys procesai turi ciklus – pradžia, formavimasis, transformacija ir pabaiga, lydima materialaus objekto žūties ir materijos perėjimo į kitą būseną.
Naktį žiūrėdamas į žvaigždėtą dangų nevalingai savęs klausi: kiek žvaigždžių yra danguje? Ar kur nors yra natiurmortas, kaip visa tai atsirado ir ar viskam yra galas?
Dauguma astronomų yra įsitikinę, kad Visata gimė kaip galingo sprogimo rezultatas, maždaug prieš 15 milijardų metų. Šis didžiulis sprogimas, paprastai vadinamas „Didžiuoju sprogimu“ arba „Didžiuoju smūgiu“, susidarė stipriai suspaudus medžiagą, išsklaidė karštas dujas įvairiomis kryptimis ir sukėlė galaktikas, žvaigždes ir planetas. Net moderniausi ir nauji astronominiai prietaisai nepajėgūs aprėpti visos erdvės. Tačiau šiuolaikinės technologijos gali sugauti šviesą iš žvaigždžių, nutolusių nuo Žemės 15 milijardų šviesmečių! Galbūt šių žvaigždžių jau seniai nebėra, jos gimė, paseno ir mirė, tačiau šviesa iš jų į Žemę keliavo 15 milijardų metų ir teleskopas ją mato iki šiol.
Daugelio kartų ir šalių mokslininkai bando atspėti, apskaičiuoti mūsų Visatos dydį ir nustatyti jos centrą. Anksčiau buvo manoma, kad Visatos centras yra mūsų planeta Žemė. Kopernikas įrodė, kad tai yra Saulė, tačiau tobulėjant žinioms ir atradus mūsų Paukščių Tako galaktiką tapo aišku, kad nei mūsų planeta, nei net Saulė nėra Visatos centras. Ilgą laiką jie manė, kad be Paukščių Tako nėra kitų galaktikų, tačiau tai taip pat buvo paneigta.
Gerai žinomas mokslinis faktas teigia, kad Visata nuolat plečiasi, o mūsų stebimas žvaigždėtas dangus, planetų struktūra, kurią matome dabar, yra visiškai kitokia nei prieš milijonus metų. Jei Visata auga, tai reiškia, kad yra briaunų. Kita teorija teigia, kad už mūsų erdvės ribų yra kitos Visatos ir pasauliai.
Pirmasis, kuris nusprendė įrodyti Visatos begalybę, buvo Izaokas Niutonas. Atradęs visuotinės traukos dėsnį, jis tikėjo, kad jei erdvė būtų baigtinė, visi jos kūnai anksčiau ar vėliau pritrauktų ir susijungtų į vientisą visumą. O kadangi taip neįvyksta, vadinasi, Visata neturi ribų.
Atrodytų, visa tai logiška ir akivaizdu, bet Albertas Einšteinas vis tiek sugebėjo sulaužyti šiuos stereotipus. Jis sukūrė savo Visatos modelį, remdamasis savo reliatyvumo teorija, pagal kurią Visata yra begalinė laike, bet baigtinė erdvėje. Jis palygino ją su trimate sfera arba, paprastai tariant, su mūsų Žemės rutuliu. Kad ir kiek keliautojas keliautų per Žemę, jis niekada nepasieks jos krašto. Tačiau tai nereiškia, kad Žemė yra begalinė. Keliautojas tiesiog grįš į vietą, iš kurios pradėjo kelionę.
Lygiai taip pat kosmoso klajoklis, pradėjęs nuo mūsų planetos ir žvaigždiniu laivu kirsdamas Visatą, gali grįžti atgal į Žemę. Tik šį kartą klajoklis judės ne dvimačiu sferos paviršiumi, o trimačiu hipersferos paviršiumi. Tai reiškia, kad Visata turi ribotą tūrį, taigi ir baigtinį žvaigždžių skaičių bei masę. Tačiau Visata neturi nei sienų, nei centro. Einšteinas tikėjo, kad Visata yra statiška ir jos dydis niekada nesikeičia.
Tačiau didžiausi protai nėra aukščiau kliedesių. 1927 metais mūsų sovietų fizikas Aleksandras Fridmanas šį modelį gerokai išplėtė. Jo skaičiavimais, Visata visai nėra statiška. Laikui bėgant jis gali išsiplėsti arba susitraukti. Einšteinas ne iš karto priėmė šią pataisą, tačiau atradus Hablo teleskopą Visatos plėtimosi faktas buvo įrodytas, nes galaktikos išsibarsčiusios, t.y. toldavo vienas nuo kito.
Dabar įrodyta, kad Visata plečiasi vis sparčiau, kad ji užpildyta šalta tamsiąja medžiaga ir jos amžius siekia 13,75 milijardo metų. Žinodami Visatos amžių, galime nustatyti jos stebimos srities dydį. Tačiau nepamirškite apie nuolatinį plėtrą.
Taigi, stebimos Visatos dydis yra padalintas į du tipus. Matomas dydis, dar vadinamas Hablo spinduliu (13,75 mlrd. šviesmečių), kurį aptarėme aukščiau. Ir tikrasis dydis, vadinamas dalelių horizontu (45,7 mlrd. šviesmečių). Dabar paaiškinsiu: tikriausiai girdėjote, kad žiūrėdami į dangų matome kitų žvaigždžių ir planetų praeitį, o ne tai, kas vyksta dabar. Pavyzdžiui, žiūrėdami į Mėnulį matome tokį, koks jis buvo prieš kiek daugiau nei sekundę, Saulę – daugiau nei prieš aštuonias minutes, artimiausias žvaigždes – prieš metus, galaktikas – prieš milijonus metų ir t.t. Tai yra, nuo pat Visatos gimimo jokio fotono, t.y. šviesa nespėtų nukeliauti daugiau nei 13,75 mlrd. šviesmečių. Bet! Neturėtume pamiršti ir Visatos plėtimosi fakto. Taigi, kol pasieks stebėtoją, besiformuojančios Visatos objektas, skleidęs šią šviesą, nuo mūsų jau bus nutolęs 45,7 milijardo šviesmečių. metų. Šis dydis yra dalelių horizontas, tai yra stebimos Visatos riba.
Tačiau abu šie horizontai visiškai neapibūdina tikrojo Visatos dydžio. Ji plečiasi ir jei ši tendencija tęsis, tai visi tie objektai, kuriuos dabar galime stebėti, anksčiau ar vėliau išnyks iš mūsų regėjimo lauko.
Šiuo metu astronomų stebima tolimiausia šviesa yra kosminė mikrobangų foninė spinduliuotė. Tai senovės elektromagnetinės bangos, kilusios Visatai gimus. Šios bangos aptinkamos naudojant labai jautrias antenas ir tiesiogiai erdvėje. Žvelgdami į kosminę mikrobangų foninę spinduliuotę, mokslininkai mato Visatą tokią, kokia ji buvo praėjus 380 tūkstančių metų po Didžiojo sprogimo. Šiuo metu Visata pakankamai atvėso, kad sugebėjo skleisti laisvuosius fotonus, kurie šiandien aptinkami radijo teleskopų pagalba. Tuo metu Visatoje nebuvo nei žvaigždžių, nei galaktikų, o tik ištisinis vandenilio, helio ir nežymaus kiekio kitų elementų debesis. Dėl šiame debesyje pastebėtų nelygumų vėliau susidarys galaktikų spiečiai.
Mokslininkai vis dar ginčijasi, ar egzistuoja tikros, nepastebimos Visatos ribos. Vienaip ar kitaip, visi sutaria dėl Visatos begalybės, tačiau šią begalybę interpretuoja visiškai skirtingai. Kai kas mano, kad Visata yra daugiamatė, kur mūsų „vietinė“ trimatė Visata yra tik vienas iš jos sluoksnių. Kiti sako, kad Visata yra fraktalinė – tai reiškia, kad mūsų vietinė Visata gali būti kitos dalelė. Nereikėtų pamiršti ir įvairių Multiverse modelių, t.y. begalinio skaičiaus kitų visatų, esančių už mūsų ribų. Ir yra daug daug įvairių versijų, kurių skaičių riboja tik žmogaus vaizduotė.
Ar žinojote, kad mūsų stebima Visata turi gana aiškias ribas? Mes esame įpratę sieti Visatą su kažkuo begaliniu ir nesuprantamu. Tačiau šiuolaikinis mokslas, paklaustas apie Visatos „begalybę“, siūlo visiškai kitokį atsakymą į tokį „akivaizdų“ klausimą.
Remiantis šiuolaikinėmis koncepcijomis, stebimos Visatos dydis yra maždaug 45,7 milijardo šviesmečių (arba 14,6 gigaparseko). Bet ką reiškia šie skaičiai?
Pirmas paprastam žmogui kylantis klausimas – kaip Visata negali būti begalinė? Atrodytų, neginčytina, kad viso, kas egzistuoja aplink mus, konteineris neturi ribų. Jei šios ribos egzistuoja, kokios jos yra?
Tarkime, koks nors astronautas pasiekia Visatos ribas. Ką jis pamatys priešais save? Tvirta siena? Ugnies barjeras? O kas už to slypi – tuštuma? Kita Visata? Bet ar tuštuma ar kita Visata gali reikšti, kad esame ant visatos ribos? Juk tai nereiškia, kad ten „nieko“ nėra. Tuštuma ir kita Visata taip pat yra „kažkas“. Tačiau Visata yra kažkas, kuriame yra absoliučiai viskas „kažkas“.
Prieiname absoliutų prieštaravimą. Pasirodo, Visatos riba nuo mūsų turi slėpti tai, ko neturėtų būti. Arba Visatos riba turėtų „viską“ atskirti nuo „kažko“, bet šis „kažkas“ taip pat turėtų būti „visko“ dalis. Apskritai visiškas absurdas. Tada kaip mokslininkai gali paskelbti ribojantį mūsų Visatos dydį, masę ir net amžių? Šios vertybės, nors ir neįsivaizduojamai didelės, vis tiek yra baigtinės. Ar mokslas ginčijasi su tuo, kas akivaizdu? Norėdami tai suprasti, pirmiausia atsekime, kaip žmonės atėjo į mūsų šiuolaikinį Visatos supratimą.
Ribų išplėtimas
Nuo neatmenamų laikų žmonės domėjosi, koks yra juos supantis pasaulis. Nereikia pateikti pavyzdžių apie tris stulpus ir kitus senovės žmonių bandymus paaiškinti visatą. Paprastai viskas baigėsi tuo, kad visų dalykų pagrindas yra žemės paviršius. Net senovėje ir viduramžiais, kai astronomai turėjo daug žinių apie planetų judėjimo palei „fiksuotą“ dangaus sferą dėsnius, Žemė išliko Visatos centru.
Natūralu, kad net Senovės Graikijoje buvo žmonių, kurie tikėjo, kad Žemė sukasi aplink Saulę. Buvo tokių, kurie kalbėjo apie daugybę pasaulių ir Visatos begalybę. Tačiau konstruktyvus šių teorijų pagrindimas atsirado tik mokslo revoliucijos sandūroje.
XVI amžiuje lenkų astronomas Nikolajus Kopernikas padarė pirmąjį didelį perversmą Visatos pažinimo srityje. Jis tvirtai įrodė, kad Žemė yra tik viena iš planetų, besisukančių aplink Saulę. Tokia sistema labai supaprastino tokio sudėtingo ir sudėtingo planetų judėjimo dangaus sferoje paaiškinimą. Nejudančios Žemės atveju astronomai turėjo sugalvoti įvairiausių gudrių teorijų, paaiškinančių tokį planetų elgesį. Kita vertus, jei Žemė priimama kaip judanti, tada tokių sudėtingų judesių paaiškinimas atsiranda savaime. Taigi astronomijoje įsigalėjo nauja paradigma, vadinama „heliocentrizmu“.
Daug saulės
Tačiau net ir po to astronomai ir toliau apribojo Visatą iki „fiksuotų žvaigždžių sferos“. Iki XIX amžiaus jie negalėjo įvertinti atstumo iki žvaigždžių. Keletą šimtmečių astronomai nesėkmingai bandė aptikti žvaigždžių padėties nukrypimus, palyginti su Žemės judėjimu orbitoje (metiniai paralaksai). Tų laikų instrumentai tokių tikslių matavimų neleido.
Galiausiai 1837 m. rusų-vokiečių astronomas Vasilijus Struvė išmatavo paralaksą. Tai buvo naujas žingsnis siekiant suprasti erdvės mastą. Dabar mokslininkai gali drąsiai teigti, kad žvaigždės yra toli panašus į Saulę. Ir mūsų šviesulys nebėra visko centras, o lygiavertis begalinio žvaigždžių spiečiaus „gyventojas“.
Astronomai dar labiau priartėjo prie Visatos masto supratimo, nes atstumai iki žvaigždžių pasirodė išties didžiuliai. Netgi planetų orbitų dydis atrodė nereikšmingas palyginus. Toliau reikėjo suprasti, kaip žvaigždės telkiasi .
Daug Paukščių Takų
Garsusis filosofas Immanuelis Kantas šiuolaikinio didelio masto Visatos sandaros supratimo pagrindus numatė dar 1755 m. Jis iškėlė hipotezę, kad Paukščių Takas yra didžiulis besisukantis žvaigždžių spiečius. Savo ruožtu daugelis stebimų ūkų taip pat yra tolimesni „pieno takai“ – galaktikos. Nepaisant to, iki XX amžiaus astronomai tvirtino, kad visi ūkai yra žvaigždžių formavimosi šaltiniai ir yra Paukščių Tako dalis.
Situacija pasikeitė, kai astronomai išmoko išmatuoti atstumus tarp galaktikų naudodami . Šio tipo žvaigždžių absoliutus šviesumas griežtai priklauso nuo jų kintamumo laikotarpio. Palyginus jų absoliutų šviesumą su matomuoju, galima labai tiksliai nustatyti atstumą iki jų. Šį metodą XX amžiaus pradžioje sukūrė Einaras Hertzschrung ir Harlow Scelpi. Jo dėka sovietų astronomas Ernstas Epas 1922 metais nustatė atstumą iki Andromedos, kuris pasirodė esąs eilės tvarka didesnis nei Paukščių Tako dydis.
Edvinas Hablas tęsė Epic iniciatyvą. Matuodamas cefeidų ryškumą kitose galaktikose, jis išmatavo jų atstumą ir palygino jį su raudonuoju poslinkiu jų spektruose. Taigi 1929 m. jis sukūrė savo garsųjį įstatymą. Jo darbas galutinai paneigė nusistovėjusį požiūrį, kad Paukščių Takas yra Visatos kraštas. Dabar tai buvo viena iš daugelio galaktikų, kurios kažkada buvo laikomos jos dalimi. Kanto hipotezė buvo patvirtinta praėjus beveik dviem šimtmečiams po jos sukūrimo.
Vėliau Hablo aptiktas ryšys tarp galaktikos atstumo nuo stebėtojo, palyginti su jos pašalinimo iš jo greičiu, leido susidaryti išsamų plataus masto Visatos struktūros vaizdą. Paaiškėjo, kad galaktikos buvo tik nereikšminga jo dalis. Jie susijungė į spiečius, klasteriai į superspiečius. Savo ruožtu superspiečiai sudaro didžiausias žinomas struktūras Visatoje – siūlus ir sienas. Šios struktūros, esančios greta didžiulių supertuštumų (), sudaro šiuo metu žinomos Visatos didelio masto struktūrą.
Regima begalybė
Iš to, kas pasakyta, išplaukia, kad vos per kelis šimtmečius mokslas pamažu peraugo nuo geocentrizmo iki modernaus Visatos supratimo. Tačiau tai neatsako, kodėl šiandien ribojame Visatą. Juk iki šiol kalbėdavome tik apie erdvės mastą, o ne apie pačią jos prigimtį.
Pirmasis asmuo, kuris nusprendė įrodyti Visatos begalybę, buvo Izaokas Niutonas. Atradęs visuotinės gravitacijos dėsnį, jis tikėjo, kad jei erdvė būtų baigtinė, visi jos kūnai anksčiau ar vėliau susijungtų į vientisą visumą. Prieš jį, jei kas nors išreiškė Visatos begalybės idėją, tai buvo išimtinai filosofinė. Be jokio mokslinio pagrindo. To pavyzdys yra Giordano Bruno. Beje, kaip ir Kantas, jis daug amžių lenkė mokslą. Jis pirmasis paskelbė, kad žvaigždės yra tolimos saulės, o planetos taip pat sukasi aplink jas.
Atrodytų, pats begalybės faktas yra gana pagrįstas ir akivaizdus, tačiau XX amžiaus mokslo lūžiai sukrėtė šią „tiesą“.
Stacionari Visata
Pirmąjį reikšmingą žingsnį kuriant modernų Visatos modelį žengė Albertas Einšteinas. Garsus fizikas savo stacionarios Visatos modelį pristatė 1917 m. Šis modelis buvo pagrįstas bendra reliatyvumo teorija, kurią jis sukūrė prieš metus. Pagal jo modelį Visata yra begalinė laike ir baigtinė erdvėje. Tačiau, kaip minėta anksčiau, pasak Niutono, baigtinio dydžio Visata turi sugriūti. Norėdami tai padaryti, Einšteinas įvedė kosmologinę konstantą, kuri kompensavo tolimų objektų gravitacinį trauką.
Kad ir kaip paradoksaliai tai skambėtų, Einšteinas neapribojo pačios Visatos baigtinumo. Jo nuomone, Visata yra uždaras hipersferos apvalkalas. Analogija yra įprastos trimatės sferos, pavyzdžiui, Žemės rutulio ar Žemės, paviršius. Kad ir kiek keliautojas keliautų per Žemę, jis niekada nepasieks jos krašto. Tačiau tai nereiškia, kad Žemė yra begalinė. Keliautojas tiesiog grįš į vietą, iš kurios pradėjo kelionę.
Hipersferos paviršiuje
Lygiai taip pat kosmoso klajoklis, plaukiantis per Einšteino Visatą žvaigždėlaiviu, gali grįžti atgal į Žemę. Tik šį kartą klajoklis judės ne dvimačiu sferos paviršiumi, o trimačiu hipersferos paviršiumi. Tai reiškia, kad Visata turi ribotą tūrį, taigi ir baigtinį žvaigždžių skaičių bei masę. Tačiau Visata neturi nei sienų, nei centro.
Einšteinas padarė šias išvadas savo garsiojoje teorijoje sujungęs erdvę, laiką ir gravitaciją. Prieš jį šios sąvokos buvo laikomos atskiromis, todėl Visatos erdvė buvo grynai euklido. Einšteinas įrodė, kad pati gravitacija yra erdvės laiko kreivumas. Tai radikaliai pakeitė ankstyvąsias idėjas apie Visatos prigimtį, pagrįstas klasikine Niutono mechanika ir euklidine geometrija.
Besiplečianti Visata
Net ir pačiam „naujosios Visatos“ atradėjui kliedesiai nebuvo svetimi. Nors Einšteinas apribojo Visatą erdvėje, jis ir toliau laikė ją statiška. Pagal jo modelį Visata buvo ir išlieka amžina, o jos dydis visada išlieka toks pat. 1922 metais sovietų fizikas Aleksandras Fridmanas šį modelį gerokai išplėtė. Jo skaičiavimais, Visata visai nėra statiška. Laikui bėgant jis gali išsiplėsti arba susitraukti. Pastebėtina, kad Friedmanas priėjo prie tokio modelio, paremto ta pačia reliatyvumo teorija. Šią teoriją jam pavyko pritaikyti teisingiau, apeinant kosmologinę konstantą.
Albertas Einšteinas ne iš karto sutiko su šia „pataisa“. Šis naujas modelis padėjo anksčiau minėtam Hablo atradimui. Galaktikų nuosmukis neginčijamai įrodė Visatos plėtimosi faktą. Taigi Einšteinas turėjo pripažinti savo klaidą. Dabar Visata turėjo tam tikrą amžių, kuris griežtai priklauso nuo Hablo konstantos, kuri apibūdina jos plėtimosi greitį.
Tolesnė kosmologijos raida
Mokslininkams bandant išspręsti šį klausimą, buvo atrasta daug kitų svarbių Visatos komponentų ir sukurti įvairūs jos modeliai. Taigi 1948 m. George'as Gamowas pristatė „karštos visatos“ hipotezę, kuri vėliau pavirs Didžiojo sprogimo teorija. 1965 metais atliktas atradimas patvirtino jo įtarimus. Dabar astronomai galėjo stebėti šviesą, sklindančią nuo to momento, kai Visata tapo skaidri.
Tamsioji materija, kurią 1932 m. numatė Fritzas Zwicky, buvo patvirtinta 1975 m. Tamsioji medžiaga iš tikrųjų paaiškina galaktikų, galaktikų spiečių ir visos universalios struktūros egzistavimą. Taip mokslininkai sužinojo, kad didžioji Visatos masės dalis yra visiškai nematoma.
Galiausiai, 1998 m., tiriant atstumą iki, buvo atrasta, kad Visata plečiasi vis sparčiau. Šis naujausias mokslo posūkis paskatino mūsų šiuolaikinį supratimą apie visatos prigimtį. Einšteino įvestas ir Friedmano paneigtas kosmologinis koeficientas vėl rado savo vietą Visatos modelyje. Kosmologinio koeficiento (kosmologinės konstantos) buvimas paaiškina pagreitintą jo plėtimąsi. Norint paaiškinti kosmologinės konstantos buvimą, buvo pristatyta hipotetinio lauko, kuriame yra didžioji Visatos masės dalis, samprata.
Šiuolaikinis stebimos Visatos dydžio supratimas
Šiuolaikinis Visatos modelis dar vadinamas ΛCDM modeliu. Raidė „Λ“ reiškia kosmologinės konstantos buvimą, kuri paaiškina paspartėjusį Visatos plėtimąsi. „CDM“ reiškia, kad Visata užpildyta šalta tamsia medžiaga. Naujausi tyrimai rodo, kad Hablo konstanta yra apie 71 (km/s)/Mpc, o tai atitinka Visatos amžių 13,75 milijardo metų. Žinodami Visatos amžių, galime įvertinti jos stebimos srities dydį.
Remiantis reliatyvumo teorija, informacija apie bet kurį objektą negali pasiekti stebėtojo didesniu nei šviesos greitis (299 792 458 m/s). Pasirodo, stebėtojas mato ne tik objektą, bet ir jo praeitį. Kuo toliau nuo jo objektas, tuo tolimesnė praeitis jis atrodo. Pavyzdžiui, žiūrėdami į Mėnulį matome tokį, koks jis buvo prieš kiek daugiau nei sekundę, Saulę – daugiau nei prieš aštuonias minutes, artimiausias žvaigždes – prieš metus, galaktikas – prieš milijonus metų ir t.t. Einšteino stacionariame modelyje Visata neturi amžiaus ribos, o tai reiškia, kad jos stebimas regionas taip pat nėra ribojamas. Stebėtojas, apsiginklavęs vis sudėtingesniais astronominiais instrumentais, stebės vis labiau nutolusius ir senesnius objektus.
Su šiuolaikiniu Visatos modeliu turime kitokį vaizdą. Pagal ją Visata turi amžių, taigi ir stebėjimo ribą. Tai reiškia, kad nuo pat Visatos atsiradimo joks fotonas negalėjo nukeliauti didesnio nei 13,75 milijardo šviesmečių atstumo. Pasirodo, galime teigti, kad stebima Visata yra apribota nuo stebėtojo iki sferinės srities, kurios spindulys yra 13,75 milijardo šviesmečių. Tačiau tai ne visai tiesa. Neturėtume pamiršti apie Visatos erdvės plėtimąsi. Kol fotonas pasieks stebėtoją, jį išspindėjęs objektas nuo mūsų bus nutolęs jau 45,7 milijardo šviesmečių. metų. Šis dydis yra dalelių horizontas, tai yra stebimos Visatos riba.
Už horizonto
Taigi, stebimos Visatos dydis yra padalintas į du tipus. Tariamas dydis, dar vadinamas Hablo spinduliu (13,75 mlrd. šviesmečių). Ir tikrasis dydis, vadinamas dalelių horizontu (45,7 mlrd. šviesmečių). Svarbu tai, kad abu šie horizontai visiškai neapibūdina tikrojo Visatos dydžio. Pirma, jie priklauso nuo stebėtojo padėties erdvėje. Antra, jie keičiasi laikui bėgant. ΛCDM modelio atveju dalelių horizontas plečiasi didesniu greičiu nei Hablo horizontas. Šiuolaikinis mokslas neatsako į klausimą, ar ši tendencija pasikeis ateityje. Bet jei darysime prielaidą, kad Visata ir toliau plečiasi su pagreičiu, tada visi tie objektai, kuriuos matome dabar, anksčiau ar vėliau išnyks iš mūsų „regėjimo lauko“.
Šiuo metu astronomų stebima tolimiausia šviesa yra kosminė mikrobangų foninė spinduliuotė. Žvelgdami į jį, mokslininkai mato Visatą tokią, kokia ji buvo praėjus 380 tūkstančių metų po Didžiojo sprogimo. Šiuo metu Visata pakankamai atvėso, kad sugebėjo skleisti laisvuosius fotonus, kurie šiandien aptinkami radijo teleskopų pagalba. Tuo metu Visatoje nebuvo nei žvaigždžių, nei galaktikų, o tik ištisinis vandenilio, helio ir nežymaus kiekio kitų elementų debesis. Dėl šiame debesyje pastebėtų nelygumų vėliau susidarys galaktikų spiečiai. Pasirodo, kad būtent tie objektai, kurie susidarys iš kosminės mikrobangų foninės spinduliuotės nehomogeniškumo, yra arčiausiai dalelių horizonto.
Tikros ribos
Ar Visata turi tikrų, nepastebimų ribų, vis dar yra pseudomokslinių spėlionių dalykas. Vienaip ar kitaip, visi sutaria dėl Visatos begalybės, tačiau šią begalybę interpretuoja visiškai skirtingai. Kai kas mano, kad Visata yra daugiamatė, kur mūsų „vietinė“ trimatė Visata yra tik vienas iš jos sluoksnių. Kiti sako, kad Visata yra fraktalinė – tai reiškia, kad mūsų vietinė Visata gali būti kitos dalelė. Neturėtume pamiršti apie įvairius Multivisatos modelius su uždaromis, atviromis, lygiagrečiomis Visatomis ir kirmgraužomis. Ir yra daug daug įvairių versijų, kurių skaičių riboja tik žmogaus vaizduotė.
Bet jei įjungsime šaltą realizmą arba tiesiog atsitrauksime nuo visų šių hipotezių, galime manyti, kad mūsų Visata yra begalinis vienalytis visų žvaigždžių ir galaktikų konteineris. Be to, bet kuriame labai tolimame taške, nesvarbu, ar tai būtų milijardai gigaparsekų nuo mūsų, visos sąlygos bus vienodos. Šiuo metu dalelių horizontas ir Hablo sfera bus visiškai vienodi, jų krašte bus ta pati reliktinė spinduliuotė. Aplink bus tos pačios žvaigždės ir galaktikos. Įdomu tai, kad tai neprieštarauja Visatos plėtimuisi. Juk plečiasi ne tik Visata, bet ir pati jos erdvė. Tai, kad Didžiojo sprogimo momentu Visata iškilo iš vieno taško, reiškia tik tai, kad be galo maži (praktiškai nuliniai) matmenys, buvę tada, dabar virto neįsivaizduojamai dideliais. Ateityje mes naudosime būtent šią hipotezę, kad aiškiai suprastume stebimos Visatos mastą.
Vizualus vaizdavimas
Įvairūs šaltiniai pateikia įvairiausių vizualinių modelių, leidžiančių žmonėms suprasti Visatos mastą. Tačiau mums neužtenka suvokti, koks didelis yra kosmosas. Svarbu įsivaizduoti, kaip iš tikrųjų pasireiškia tokios sąvokos kaip Hablo horizontas ir dalelių horizontas. Norėdami tai padaryti, įsivaizduokime savo modelį žingsnis po žingsnio.
Pamirškime, kad šiuolaikinis mokslas nežino apie „svetimą“ Visatos regioną. Atsisakydami multivisatų, fraktalinės Visatos ir kitų jos „atmainų“ versijų, įsivaizduokime, kad ji yra tiesiog begalinė. Kaip minėta anksčiau, tai neprieštarauja jo erdvės išplėtimui. Žinoma, atsižvelkime į tai, kad jo Hablo sfera ir dalelių sfera yra atitinkamai 13,75 ir 45,7 milijardo šviesmečių.
Visatos mastelis
Paspauskite START mygtuką ir atraskite naują, nežinomą pasaulį!
Pirmiausia pabandykime suprasti, kokia didelė yra universalioji skalė. Jei keliavote aplink mūsų planetą, galite įsivaizduoti, kokia didelė mums yra Žemė. Dabar įsivaizduokite mūsų planetą kaip grikių grūdą, judantį orbita aplink arbūzą – pusę futbolo aikštės dydžio saulę. Šiuo atveju Neptūno orbita atitiks mažo miesto dydį, plotas – Mėnulį, o Saulės įtakos ribos – Marso. Pasirodo, mūsų Saulės sistema yra tiek pat didesnė už Žemę, kiek Marsas už grikius! Bet tai tik pradžia.
Dabar įsivaizduokime, kad šie grikiai bus mūsų sistema, kurios dydis maždaug lygus vienam parsekui. Tada Paukščių Takas bus dviejų futbolo stadionų dydžio. Tačiau mums to nepakaks. Paukščių takas taip pat turės būti sumažintas iki centimetro dydžio. Jis šiek tiek primins kavos putą, suvyniotą į sūkurį kavos juodumo tarpgalaktinės erdvės viduryje. Dvidešimt centimetrų nuo jo yra ta pati spiralinė „trupinė“ - Andromedos ūkas. Aplink juos bus spiečius mažų mūsų vietinio spiečiaus galaktikų. Tariamas mūsų Visatos dydis bus 9,2 kilometro. Mes priėjome prie visuotinių matmenų supratimo.
Universalaus burbulo viduje
Tačiau mums nepakanka suprasti patį mastelį. Svarbu Visatą suvokti dinamikoje. Įsivaizduokime save kaip milžinus, kuriems Paukščių Tako skersmuo yra centimetras. Kaip ką tik buvo pastebėta, atsidursime 4,57 spindulio ir 9,24 kilometro skersmens rutulio viduje. Įsivaizduokime, kad galime plūduriuoti šio kamuolio viduje, keliauti, per sekundę aprėpdami ištisus megaparsekus. Ką matysime, jei mūsų Visata yra begalinė?
Žinoma, prieš mus atsiras nesuskaičiuojama daugybė įvairiausių galaktikų. Elipsiškas, spiralinis, netaisyklingas. Vienos teritorijos jų knibždės, kitos – tuščios. Pagrindinis bruožas bus tas, kad vizualiai jie visi bus nejudantys, o mes nejudėsime. Tačiau kai tik žengsime žingsnį, pačios galaktikos pradės judėti. Pavyzdžiui, jei centimetro ilgio Paukščių Take sugebėsime pastebėti mikroskopinę Saulės sistemą, galėsime stebėti jos vystymąsi. Nutolę nuo mūsų galaktikos 600 metrų, formavimosi momentu pamatysime Saulės protožvaigždę ir protoplanetinį diską. Priartėję prie jo pamatysime, kaip atsiranda Žemė, atsiranda gyvybė ir atsiranda žmogus. Lygiai taip pat pamatysime, kaip galaktikos keičiasi ir juda tol, kol nuo jų artėja arba artėja prie jų.
Vadinasi, kuo tolimesnes galaktikas žiūrėsime, tuo jos mums bus senesnės. Taigi tolimiausios galaktikos bus toliau nei 1300 metrų nuo mūsų, o 1380 metrų posūkyje jau matysime reliktinę radiaciją. Tiesa, šis atstumas mums bus įsivaizduojamas. Tačiau artėjant prie kosminės mikrobangų foninės spinduliuotės pamatysime įdomų vaizdą. Natūralu, kad stebėsime, kaip galaktikos susiformuos ir vystysis iš pradinio vandenilio debesies. Kai pasieksime vieną iš šių susiformavusių galaktikų, suprasime, kad įveikėme visai ne 1,375 kilometro, o visus 4,57.
Nutolinama
Dėl to mes dar labiau padidinsime dydį. Dabar į kumštį galime sudėti visas tuštumas ir sienas. Taigi atsidursime gana mažame burbule, iš kurio neįmanoma išeiti. Ne tik atstumas iki objektų burbulo pakraštyje padidės jiems artėjant, bet ir pats kraštas pasislinks neribotą laiką. Tai yra visa stebimos Visatos dydžio esmė.
Kad ir kokia didelė būtų Visata, stebėtojui ji visada liks ribotu burbulu. Stebėtojas visada bus šio burbulo centre, iš tikrųjų jis yra jo centras. Bandydamas patekti į bet kurį objektą burbulo krašte, stebėtojas perkels jo centrą. Kai artėsite prie objekto, šis objektas vis labiau judės nuo burbulo krašto ir tuo pačiu keisis. Pavyzdžiui, iš beformio vandenilio debesies jis pavirs visaverte galaktika arba galaktikų spiečiumi. Be to, kelias į šį objektą padidės artėjant prie jo, nes pasikeis pati aplinkinė erdvė. Pasiekę šį objektą, mes tik perkelsime jį nuo burbulo krašto į jo centrą. Visatos pakraštyje reliktinė spinduliuotė vis tiek mirgės.
Jei darysime prielaidą, kad Visata ir toliau plėsis pagreitintu greičiu, tai būdami burbulo centre ir judindami laiką į priekį milijardais, trilijonais ir dar aukštesnėmis metų eilėmis, pastebėsime dar įdomesnį vaizdą. Nors mūsų burbulas irgi didės, tačiau besikeičiantys jo komponentai dar greičiau tols nuo mūsų, palikdami šio burbulo kraštą, kol kiekviena Visatos dalelė atskirai klajos savo vienišame burbule, neturėdama galimybės sąveikauti su kitomis dalelėmis.
Taigi, šiuolaikinis mokslas neturi informacijos apie tikrąjį Visatos dydį ir ar ji turi ribas. Tačiau mes tikrai žinome, kad stebima Visata turi matomą ir tikrąją ribą, atitinkamai vadinamą Hablo spinduliu (13,75 milijardo šviesmečių) ir dalelių spinduliu (45,7 milijardo šviesmečių). Šios ribos visiškai priklauso nuo stebėtojo padėties erdvėje ir laikui bėgant plečiasi. Jei Hablo spindulys plečiasi griežtai šviesos greičiu, tada dalelių horizonto plėtimasis pagreitėja. Klausimas, ar dalelių horizonto pagreitis tęsis toliau ir ar jį pakeis suspaudimas, lieka atviras.
Portalo svetainė yra informacijos šaltinis, kuriame galite gauti daug naudingų ir įdomių žinių, susijusių su kosmosu. Pirmiausia kalbėsime apie mūsų ir kitas Visatas, apie dangaus kūnus, juodąsias skyles ir reiškinius kosmoso gelmėse.
Visko, kas egzistuoja, materijos, atskirų dalelių ir erdvės tarp šių dalelių visuma vadinama Visata. Pasak mokslininkų ir astrologų, Visatos amžius yra maždaug 14 milijardų metų. Matomos Visatos dalies dydis užima apie 14 milijardų šviesmečių. Ir kai kurie teigia, kad Visata tęsiasi daugiau nei 90 milijardų šviesmečių. Siekiant didesnio patogumo, skaičiuojant tokius atstumus įprasta naudoti parsec reikšmę. Vienas parsekas yra lygus 3,2616 šviesmečių, tai yra, parsekas yra atstumas, per kurį vidutinis Žemės orbitos spindulys žiūrimas vienos lanko sekundės kampu.
Apsiginklavę šiais indikatoriais galite apskaičiuoti kosminį atstumą nuo vieno objekto iki kito. Pavyzdžiui, atstumas nuo mūsų planetos iki Mėnulio yra 300 000 km arba 1 šviesos sekundė. Vadinasi, šis atstumas iki Saulės padidėja iki 8,31 šviesos minutės.
Per visą istoriją žmonės bandė įminti paslaptis, susijusias su Kosmosu ir Visata. Portalo svetainės straipsniuose galite sužinoti ne tik apie Visatą, bet ir apie šiuolaikinius mokslinius jos tyrimo metodus. Visa medžiaga paremta pažangiausiomis teorijomis ir faktais.
Reikėtų pažymėti, kad Visata apima daugybę skirtingų žmonėms žinomų objektų. Plačiausiai žinomos planetos, žvaigždės, palydovai, juodosios skylės, asteroidai ir kometos. Šiuo metu labiausiai suprantama apie planetas, nes mes gyvename vienoje iš jų. Kai kurios planetos turi savo palydovus. Taigi, Žemė turi savo palydovą – Mėnulį. Be mūsų planetos, aplink Saulę sukasi dar 8.
Kosmose yra daug žvaigždžių, tačiau kiekviena iš jų skiriasi viena nuo kitos. Jie turi skirtingą temperatūrą, dydį ir ryškumą. Kadangi visos žvaigždės yra skirtingos, jos skirstomos taip:
Baltieji nykštukai;
Milžinai;
Supergiantai;
Neutroninės žvaigždės;
kvazarai;
Pulsarai.
Tankiausia mums žinoma medžiaga yra švinas. Kai kuriose planetose jų medžiagos tankis gali būti tūkstančius kartų didesnis už švino tankį, o tai mokslininkams kelia daug klausimų.
Visos planetos sukasi aplink Saulę, bet ji taip pat nestovi vietoje. Žvaigždės gali susiburti į spiečius, kurie savo ruožtu taip pat sukasi aplink mums dar nežinomą centrą. Šios grupės vadinamos galaktikomis. Mūsų galaktika vadinama Paukščių Taku. Visi iki šiol atlikti tyrimai rodo, kad didžioji dalis galaktikų sukurtos medžiagos iki šiol žmonėms yra nematoma. Dėl šios priežasties ji buvo vadinama tamsiąja medžiaga.
Galaktikų centrai laikomi įdomiausiais. Kai kurie astronomai mano, kad galimas galaktikos centras yra juodoji skylė. Tai unikalus reiškinys, susidaręs dėl žvaigždės evoliucijos. Tačiau kol kas tai tik teorijos. Atlikti eksperimentus ar tirti tokius reiškinius kol kas neįmanoma.
Be galaktikų, Visatoje yra ūkų (tarpžvaigždinių debesų, susidedančių iš dujų, dulkių ir plazmos), kosminės mikrobangų foninės spinduliuotės, prasiskverbiančios per visą Visatos erdvę, ir daug kitų mažai žinomų ir net apskritai nežinomų objektų.
Visatos eterio cirkuliacija
Medžiagų reiškinių simetrija ir pusiausvyra yra pagrindinis struktūrinio organizavimo ir sąveikos gamtoje principas. Be to, visomis formomis: žvaigždžių plazma ir materija, pasauliu ir išleistais eteriais. Visa tokių reiškinių esmė slypi jų sąveikose ir transformacijose, kurių daugumą vaizduoja nematomas eteris. Ji taip pat vadinama reliktine spinduliuote. Tai mikrobanginė kosminė foninė spinduliuotė, kurios temperatūra 2,7 K. Yra nuomonė, kad būtent šis vibruojantis eteris yra pagrindinis visko, kas užpildo Visatą, pagrindas. Eterio pasiskirstymo anizotropija siejama su jo judėjimo skirtingose nematomos ir matomos erdvės srityse kryptimis ir intensyvumu. Visas studijų ir tyrimų sunkumas yra gana panašus į sunkumus tiriant turbulentinius procesus dujose, plazmose ir medžiagos skysčiuose.
Kodėl daugelis mokslininkų mano, kad Visata yra daugiamatė?
Atlikus eksperimentus laboratorijose ir pačioje Erdvėje, buvo gauti duomenys, iš kurių galima daryti prielaidą, kad gyvename Visatoje, kurioje bet kurio objekto vietą galima apibūdinti laiku ir trimis erdvinėmis koordinatėmis. Dėl to kyla prielaida, kad Visata yra keturmatė. Tačiau kai kurie mokslininkai, kurdami elementariųjų dalelių ir kvantinės gravitacijos teorijas, gali prieiti prie išvados, kad daugybės matmenų egzistavimas yra tiesiog būtinas. Kai kurie Visatos modeliai neatmeta net 11 matmenų.
Reikia atsižvelgti į tai, kad daugiamatės Visatos egzistavimas įmanomas esant didelės energijos reiškiniams – juodosioms skylėms, didysis sprogimas, sprogimai. Bent jau tai yra viena iš pirmaujančių kosmologų idėjų.
Besiplečiantis Visatos modelis remiasi bendrąja reliatyvumo teorija. Buvo pasiūlyta adekvačiai paaiškinti raudonojo poslinkio struktūrą. Plėtra prasidėjo tuo pačiu metu kaip ir Didysis sprogimas. Jo būklę iliustruoja pripūsto guminio kamuoliuko paviršius, ant kurio buvo uždėti taškai – ekstragalaktiniai objektai. Kai toks rutulys pripučiamas, visi jo taškai tolsta vienas nuo kito, nepriklausomai nuo padėties. Remiantis teorija, Visata gali plėstis neribotai arba trauktis.
Barioninė Visatos asimetrija
Žymus elementariųjų dalelių skaičiaus padidėjimas per visą Visatoje stebimą antidalelių skaičių vadinamas barionų asimetrija. Barionuose yra neutronai, protonai ir kai kurios kitos trumpaamžės elementarios dalelės. Ši disproporcija įvyko susinaikinimo eroje, būtent praėjus trims sekundėms po Didžiojo sprogimo. Iki šiol barionų ir antibarionų skaičius atitiko vienas kitą. Masiškai naikinant elementariąsias antidaleles ir daleles, dauguma jų susijungė į poras ir išnyko, taip generuodamos elektromagnetinę spinduliuotę.
Visatos amžius portalo svetainėje
Šiuolaikiniai mokslininkai mano, kad mūsų Visatai yra maždaug 16 milijardų metų. Remiantis skaičiavimais, minimalus amžius gali būti 12–15 milijardų metų. Minimalus atbaido seniausios mūsų galaktikos žvaigždės. Tikrasis jo amžius gali būti nustatytas tik pagal Hablo dėsnį, tačiau tikras nereiškia tikslus.
Matomumo horizontas
Sfera, kurios spindulys lygus atstumui, kurį šviesa nukeliauja per visą Visatos egzistavimą, vadinama jos matomumo horizontu. Horizonto egzistavimas yra tiesiogiai proporcingas Visatos plėtimuisi ir susitraukimui. Remiantis Friedmano kosmologiniu modeliu, Visata pradėjo plėstis iš vieno atstumo maždaug prieš 15-20 milijardų metų. Visą laiką šviesa besiplečiančioje Visatoje nukeliauja likutinį atstumą, ty 109 šviesmečius. Dėl šios priežasties kiekvienas stebėtojas momentu t0 po plėtimosi proceso pradžios gali stebėti tik nedidelę dalį, apribotą sfera, kurios spindulys tuo momentu yra I. Tie kūnai ir objektai, kurie šiuo metu yra už šios ribos, yra iš principo nepastebima. Nuo jų atsispindinti šviesa tiesiog nespėja pasiekti stebėtojo. Tai neįmanoma, net jei šviesa užgeso prasidėjus plėtimosi procesui.
Dėl absorbcijos ir sklaidos ankstyvojoje Visatoje, atsižvelgiant į didelį tankį, fotonai negalėjo sklisti laisva kryptimi. Todėl stebėtojas gali aptikti tik tą spinduliuotę, kuri atsirado Visatos eroje, skaidriai spinduliuotei. Šią epochą lemia laikas t»300 000 metų, medžiagos tankis r»10-20 g/cm3 ir vandenilio rekombinacijos momentas. Iš viso to, kas išdėstyta aukščiau, išplaukia, kad kuo arčiau šaltinis yra galaktikoje, tuo didesnė bus raudonojo poslinkio reikšmė.
Didysis sprogimas
Akimirka, kai prasidėjo Visata, vadinama Didžiuoju sprogimu. Ši koncepcija pagrįsta tuo, kad iš pradžių buvo taškas (singuliarumo taškas), kuriame buvo visa energija ir visa medžiaga. Charakteristikos pagrindu laikomas didelis medžiagos tankis. Kas atsitiko prieš šį išskirtinumą, nežinoma.
Nėra tikslios informacijos apie įvykius ir sąlygas, įvykusius 5*10-44 sekundžių laiku (1-ojo laiko kvanto pabaigos momentas). To laikmečio fizine prasme galima tik daryti prielaidą, kad tada temperatūra buvo maždaug 1,3 * 1032 laipsniai, o medžiagos tankis – maždaug 1096 kg/m3. Šios vertės yra esamų idėjų taikymo ribos. Jie atsiranda dėl ryšio tarp gravitacinės konstantos, šviesos greičio, Boltzmanno ir Plancko konstantų ir vadinamos „Planko konstantomis“.
Tie įvykiai, kurie siejami su 5*10-44 iki 10-36 sekundžių, atspindi „infliacinės Visatos“ modelį. 10–36 sekundžių momentas vadinamas „karštos Visatos“ modeliu.
Per laikotarpį nuo 1-3 iki 100-120 sekundžių susiformavo helio branduoliai ir nedidelis skaičius kitų lengvųjų cheminių elementų branduolių. Nuo šio momento dujose buvo pradėtas nustatyti santykis: vandenilis 78%, helis 22%. Prieš milijoną metų temperatūra Visatoje pradėjo kristi iki 3000-45000 K ir prasidėjo rekombinacijos era. Anksčiau laisvieji elektronai pradėjo jungtis su šviesos protonais ir atomų branduoliais. Pradėjo atsirasti helio ir vandenilio atomų bei nedidelis skaičius ličio atomų. Medžiaga tapo skaidri, nuo jos buvo atjungta spinduliuotė, kuri stebima ir šiandien.
Kitas milijardas Visatos egzistavimo metų buvo paženklintas temperatūros sumažėjimu nuo 3000–45000 K iki 300 K. Mokslininkai šį Visatos laikotarpį pavadino „tamsiuoju amžiumi“ dėl to, kad dar nebuvo jokių elektromagnetinės spinduliuotės šaltinių. pasirodė. Per tą patį laikotarpį pradinių dujų mišinio nevienalytiškumas tapo tankesnis dėl gravitacinių jėgų įtakos. Šiuos procesus imitavę kompiuteriu, astronomai pamatė, kad tai negrįžtamai lėmė milžiniškų žvaigždžių, milijonus kartų viršijančių Saulės masę, atsiradimą. Kadangi šios žvaigždės buvo tokios masyvios, jos įkaisdavo iki neįtikėtinai aukštos temperatūros ir išsivystė per dešimtis milijonų metų, kol sprogdavo kaip supernovos. Kaitinant iki aukštos temperatūros, tokių žvaigždžių paviršiai sukūrė stiprius ultravioletinės spinduliuotės srautus. Taip prasidėjo reionizacijos laikotarpis. Dėl tokių reiškinių susidariusi plazma pradėjo stipriai skleisti elektromagnetinę spinduliuotę savo spektriniuose trumpųjų bangų diapazonuose. Tam tikra prasme Visata ėmė skęsti į tirštą rūką.
Šios didžiulės žvaigždės tapo pirmaisiais cheminių elementų, daug sunkesnių už litį, šaltiniais Visatoje. Pradėjo formuotis 2 kartos kosminiai objektai, kuriuose buvo šių atomų branduoliai. Šios žvaigždės buvo pradėtos kurti iš sunkiųjų atomų mišinių. Įvyko pakartotinis daugumos tarpgalaktinių ir tarpžvaigždinių dujų atomų rekombinacijos tipas, o tai savo ruožtu lėmė naują elektromagnetinės spinduliuotės erdvės skaidrumą. Visata tapo būtent tokia, kokią galime stebėti dabar.
Stebima Visatos struktūra svetainės portale
Stebėta dalis yra erdviškai nehomogeniška. Dauguma galaktikų spiečių ir atskirų galaktikų sudaro ląstelinę arba korio struktūrą. Jie sukuria kelių megaparsekų storio ląstelių sieneles. Šios ląstelės vadinamos „tuštumais“. Jie pasižymi dideliu dydžiu, dešimtimis megaparsekų ir tuo pačiu metu juose nėra medžiagos su elektromagnetine spinduliuote. Tuštuma sudaro apie 50% viso Visatos tūrio.
Pedagogikos mokslų daktaras E. LEVITANAS, Rusijos gamtos mokslų akademijos tikrasis narys
Mokslas ir gyvenimas // Iliustracijos
Viena geriausių šiuolaikinių astrofizinių observatorijų yra Europos pietinė observatorija (Čilė). Nuotraukoje: unikalus šios observatorijos instrumentas – Naujųjų technologijų teleskopas (NTT).
Naujųjų technologijų teleskopo 3,6 metro pagrindinio veidrodžio galinės pusės nuotrauka.
Spiralinė galaktika NGC 1232 Eridano žvaigždyne (atstumas iki jos apie 100 mln. šviesmečių). Dydis - 200 šviesmečių.
Prieš jus yra didžiulis dujų diskas, galbūt įkaitintas iki šimtų milijonų laipsnių Kelvino (jo skersmuo yra apie 300 šviesmečių).
Atrodytų keistas klausimas. Žinoma, mes matome Paukščių Taką ir kitas Visatos žvaigždes, kurios yra arčiau mūsų. Tačiau straipsnio pavadinime pateiktas klausimas iš tikrųjų nėra toks paprastas, todėl pabandysime jį išsiaiškinti.
Ryški Saulė dieną, Mėnulis ir žvaigždžių išsibarstymas naktiniame danguje visada traukė žmonių dėmesį. Sprendžiant iš uolų paveikslų, kuriuose seniausi dailininkai vaizdavo ryškiausių žvaigždynų figūras, jau tada žmonės, bent jau smalsiausi iš jų, žvelgdavo į paslaptingą žvaigždėto dangaus grožį. Ir žinoma jie domėjosi Saulės teka ir leidimu, paslaptingais Mėnulio išvaizdos pokyčiais... Turbūt taip gimė „primityvi kontempliatyvi“ astronomija. Tai įvyko daug tūkstančių metų anksčiau, nei atsirado raštas, kurio paminklai mums jau tapo dokumentais, liudijančiais astronomijos kilmę ir raidą.
Iš pradžių dangaus kūnai, ko gero, buvo tik smalsumo objektas, vėliau - sudievinimas, o galiausiai pradėjo padėti žmonėms, veikdami kaip kompasas, kalendorius, laikrodis. Rimta priežastis filosofuoti apie galimą Visatos sandarą galėtų būti „klaidžiojančių šviesulių“ (planetų) atradimas. Bandymai išnarplioti nesuprantamas kilpas, apibūdinančias planetas tariamai fiksuotų žvaigždžių fone, paskatino sukurti pirmuosius astronominius pasaulio paveikslus ar modelius. Klaudijaus Ptolemėjaus (II a. po Kr.) geocentrinė sistema pagrįstai laikoma jų apoteoze. Senovės astronomai bandė (dažniausiai nesėkmingai) nustatyti (bet dar neįrodyti!), kokią vietą užėmė Žemė, palyginti su septyniomis tuomet žinomomis planetomis (jomis buvo laikomos Saulė, Mėnulis, Merkurijus, Venera, Marsas, Jupiteris ir Saturnas). Ir tik Nikolajui Kopernikui (1473-1543) pagaliau pavyko.
Ptolemėjas vadinamas geocentrinės, o Kopernikas - heliocentrinės pasaulio sistemos kūrėju. Tačiau iš esmės šios sistemos skyrėsi tik idėjomis apie Saulės ir Žemės vietą tikrųjų planetų (Merkurijaus, Veneros, Marso, Jupiterio, Saturno) ir Mėnulio atžvilgiu.
Kopernikas iš esmės atrado Žemę kaip planetą, Mėnulis užėmė deramą vietą kaip Žemės palydovas, o Saulė pasirodė esanti visų planetų revoliucijos centras. Saulė ir šešios aplink ją judančios planetos (įskaitant Žemę) – tokia buvo Saulės sistema, kokia buvo įsivaizduojama XVI amžiuje.
Sistema, kaip dabar žinome, toli gražu nėra baigta. Iš tiesų, be šešių Kopernikui žinomų planetų, ji taip pat apima Uraną, Neptūną ir Plutoną. Pastaroji buvo atrasta 1930 metais ir pasirodė esanti ne tik tolimiausia, bet ir mažiausia planeta. Be to, Saulės sistema apima apie šimtą planetų palydovų, du asteroidų diržus (vienas tarp Marso ir Jupiterio orbitų, kitas, neseniai atrastas, Kuiperio diržas, Neptūno ir Plutono orbitų srityje) ir daug kometos su skirtingais orbitos periodais. Hipotetinis „kometų debesis“ (kažkas panašaus į jų gyvenamąją sferą), įvairiais vertinimais, yra maždaug 100–150 tūkstančių astronominių vienetų atstumu nuo Saulės. Saulės sistemos ribos atitinkamai išsiplėtė daug kartų.
2002 metų pradžioje amerikiečių mokslininkai „kalbėjo“ su savo automatine tarpplanetine stotimi Pioneer 10, kuri buvo paleista prieš 30 metų ir sugebėjo nuskristi nuo Saulės į 12 milijardų kilometrų atstumą. Atsakymas į iš Žemės siunčiamą radijo signalą atėjo po 22 valandų 06 minučių (radijo bangų sklidimo greičiu apie 300 000 km/sek). Atsižvelgiant į tai, kas buvo pasakyta, Pioneer 10 dar ilgai turės skristi iki Saulės sistemos „ribų“ (žinoma, gana sąlyginai!). Ir tada jis skris prie artimiausios žvaigždės savo kelyje Aldebarano (ryškiausios žvaigždės Tauro žvaigždyne). „Pioneer 10“ ten gali atvykti ir perteikti jame įterptus žemiečių pranešimus tik po 2 milijonų metų...
Mus nuo Aldebarano skiria mažiausiai 70 šviesmečių. O atstumas iki mums artimiausios žvaigždės (a Kentauro sistemoje) yra tik 4,75 šviesmečio. Šiandien net moksleiviai turėtų žinoti, kas yra „šviesmetis“, „parsekas“ ar „megaparsekas“. Tai jau žvaigždžių astronomijos klausimai ir terminai, kurių tiesiog nebuvo ne tik Koperniko laikais, bet ir daug vėliau.
Buvo manoma, kad žvaigždės buvo tolimi kūnai, tačiau jų prigimtis nebuvo žinoma. Tiesa, Giordano Bruno, plėtodamas Koperniko idėjas, puikiai pasiūlė, kad žvaigždės yra tolimos saulės ir, galbūt, turinčios savo planetų sistemas. Šios hipotezės pirmosios dalies teisingumas tapo visiškai akivaizdus tik XIX a. Ir pirmosios dešimtys planetų aplink kitas žvaigždes buvo atrastos tik paskutiniais neseniai pasibaigusio XX amžiaus metais. Iki astrofizikos gimimo ir prieš spektrinės analizės taikymą astronomijoje buvo tiesiog neįmanoma priartėti prie mokslinio žvaigždžių prigimties sprendimo. Taigi paaiškėjo, kad ankstesnėse pasaulio sistemose žvaigždės beveik nevaidino jokio vaidmens. Žvaigždėtas dangus buvo savotiška scena, kurioje planetos „pasirodė“, o apie pačių žvaigždžių prigimtį jos daug negalvojo (kartais jos buvo vadinamos ... „sidabriniais vinimis“, įstrigusiais dangaus skliaute) . „Žvaigždžių sfera“ buvo tam tikra Visatos riba tiek geocentrinėje, tiek heliocentrinėje pasaulio sistemose. Visa Visata, žinoma, buvo laikoma matoma, o už jos ribų buvo „dangaus karalystė“...
Šiandien žinome, kad plika akimi matoma tik maža žvaigždžių dalis. Balkšva juosta, besidriekianti per visą dangų (Paukščių Takas), pasirodė, kaip spėjo kai kurie senovės graikų filosofai, daugybė žvaigždžių. Galilėjus (XVII a. pradžioje) ryškiausias iš jų atskleidė net savo labai netobulu teleskopu. Didėjant teleskopų dydžiams ir jiems tobulėjant, astronomai galėjo palaipsniui prasiskverbti į Visatos gelmes, tarsi ją zonduodami. Tačiau ne iš karto paaiškėjo, kad skirtingomis dangaus kryptimis stebimos žvaigždės turi tam tikrą ryšį su Paukščių Tako žvaigždėmis. Vienas pirmųjų, kuriems tai pavyko įrodyti, buvo anglų astronomas ir optikas W. Herschelis. Todėl mūsų Galaktikos (ji kartais vadinama Paukščių Taku) atradimas siejamas su jo vardu. Tačiau paprastam mirtingajam, matyt, neįmanoma pamatyti visos mūsų Galaktikos. Žinoma, užtenka pažvelgti į astronomijos vadovėlį, kad rastume aiškias diagramas: Galaktikos vaizdą „iš viršaus“ (su ryškia spiraline struktūra, kurių rankos susideda iš žvaigždžių ir dujų-dulkių materijos) ir vaizdą „iš viršaus“ pusė“ (šioje perspektyvoje mūsų žvaigždžių sala primena abipus išgaubtą lęšį, jei nesigilinsite į kai kurias šio objektyvo centrinės dalies struktūros detales). Schemos, diagramos... Kur bent viena mūsų Galaktikos nuotrauka?
Gagarinas buvo pirmasis žemietis, pamatęs mūsų planetą iš kosmoso. Dabar tikriausiai visi matė Žemės nuotraukas iš kosmoso, perduotas iš dirbtinių Žemės palydovų, iš automatinių tarpplanetinių stočių. Nuo Gagarino skrydžio praėjo 41 metai, o nuo pirmojo palydovo paleidimo – kosminio amžiaus pradžios – 45 metai. Tačiau iki šiol niekas nežino, ar žmogus kada nors galės išvysti Galaktiką peržengdamas jos ribas... Mums tai – klausimas iš mokslinės fantastikos srities. Taigi grįžkime į realybę. Tačiau tuo pat metu pagalvokite apie tai, kad vos prieš šimtą metų dabartinė realybė galėjo atrodyti kaip pati neįtikėtiniausia fantazija.
Taigi, buvo atrasta Saulės sistema ir mūsų galaktika, kurioje Saulė yra viena iš trilijonų žvaigždžių (visoje dangaus sferoje plika akimi matoma apie 6000 žvaigždžių), o Paukščių Takas yra dalies žvaigždės projekcija. Galaktika į dangaus sferą. Tačiau kaip XVI amžiuje žemiečiai suprato, kad mūsų Saulė yra pati įprasčiausia žvaigždė, dabar žinome, kad mūsų galaktika yra viena iš daugelio kitų dabar atrastų galaktikų. Tarp jų, kaip ir žvaigždžių pasaulyje, yra milžinų ir nykštukų, „paprastų“ ir „nepaprastų“ galaktikų, palyginti tylių ir itin aktyvių. Jie yra labai dideliais atstumais nuo mūsų. Šviesa iš artimiausių jų veržiasi link mūsų beveik du milijonus tris šimtus tūkstančių metų. Bet mes galime pamatyti šią galaktiką net plika akimi, ji yra Andromedos žvaigždyne. Tai labai didelė spiralinė galaktika, panaši į mūsų, todėl jos nuotraukos tam tikru mastu „kompensuoja“ mūsų Galaktikos nuotraukų trūkumą.
Beveik visas atrastas galaktikas galima pamatyti tik nuotraukose, darytose šiuolaikiniais milžiniškais antžeminiais teleskopais arba kosminiais teleskopais. Radijo teleskopų ir radijo interferometrų naudojimas padėjo žymiai papildyti optinius duomenis. Radijo astronomija ir papildomos atmosferos rentgeno astronomija pakėlė uždangą nuo procesų, vykstančių galaktikų branduoliuose ir kvazaruose (tolimiausi šiuo metu žinomi objektai mūsų Visatoje, beveik nesiskiriantys nuo žvaigždžių nuotraukose, padarytose naudojant optinius teleskopus, paslapties). ).
Itin didžiuliame ir praktiškai paslėptame megapasaulyje (arba Metagalaktikoje) buvo galima atrasti svarbius jo modelius ir savybes: plėtimąsi, didelio masto struktūrą. Visa tai kažkuo primena kitą, jau atrastą ir didžiąja dalimi išnarpliotą mikropasaulį. Ten jie tyrinėja mums labai artimus, bet ir nematomus visatos blokus (atomus, hadronus, protonus, neutronus, mezonus, kvarkus). Sužinoję atomų struktūrą ir jų elektronų apvalkalų sąveikos modelius, mokslininkai tiesiogine prasme „atgaivino“ D. I. Mendelejevo periodinę elementų lentelę.
Svarbiausia, kad žmogus pasirodė galintis atrasti ir pažinti įvairaus masto pasaulius, kurių jis tiesiogiai nesuvokė (megapasaulis ir mikropasaulis).
Šiame kontekste astrofizika ir kosmologija nėra originalios. Bet čia mes priėjome prie įdomiausios dalies.
Atsivėrė seniai žinomų žvaigždynų „uždanga“, pasiimdama paskutinius mūsų „centrizmo“ bandymus: geocentrizmą, heliocentrizmą, galaksicentrizmą. Mes patys, kaip ir mūsų Žemė, kaip Saulės sistema, kaip ir galaktika, esame tik Visatos struktūros „dalelės“, neįsivaizduojamos įprastu mastu ir sudėtingumu, vadinamos „Metagalaktika“. Ji apima daugybę įvairaus sudėtingumo galaktikų sistemų (nuo „dvejetainių“ iki spiečių ir superspiečių). Sutikite, kad tuo pat metu suvokimas apie savo nereikšmingo dydžio mastą didžiuliame megapasaulyje žmogaus ne žemina, o, priešingai, pakelia jo proto galią, galinčią visa tai atrasti ir suprasti, kas buvo. atrasta anksčiau.
Atrodytų, laikas nusiraminti, nes šiuolaikinis metagalaktikos struktūros ir evoliucijos vaizdas buvo sukurtas bendrais bruožais. Tačiau, pirma, ji slepia daug iš esmės naujų dalykų, anksčiau mums nežinomų, antra, gali būti, kad be mūsų metagalaktikos yra ir kitų mini visatų, kurios sudaro vis dar hipotetinę Didžiąją Visatą...
Galbūt dabar turėtume sustoti. Nes dabar, kaip sakoma, norėtume išsiaiškinti savo Visatą. Faktas yra tas, kad XX amžiaus pabaigoje jis astronomiją nustebino.
Tie, kurie domisi fizikos istorija, žino, kad dvidešimtojo amžiaus pradžioje kai kurie didieji fizikai manė, kad jų titaniškas darbas baigtas, nes viskas, kas svarbu šiame moksle, jau buvo atrasta ir ištirta. Tiesa, horizonte liko pora keistų „debesų“, tačiau mažai kas įsivaizdavo, kad jie greitai „pavirs“ į reliatyvumo teoriją ir kvantinę mechaniką... Ar tikrai kažkas panašaus laukia astronomijos?
Tai gana tikėtina, nes mūsų Visata, stebima pasitelkus visas šiuolaikinių astronominių instrumentų galias ir, regis, jau gana nuodugniai ištirtas, gali pasirodyti tik visuotinio ledkalnio viršūnė. Kur likusi dalis? Kaip galėjo kilti tokia drąsi prielaida, kad egzistuoja kažkas didžiulio, materialaus ir iki šiol visiškai nežinomo?
Grįžkime prie astronomijos istorijos. Vienas iš jos triumfuojančių puslapių buvo Neptūno planetos atradimas „rašiklio gale“. Gravitacinė tam tikros masės įtaka Urano judėjimui paskatino mokslininkus susimąstyti apie vis dar nežinomos planetos egzistavimą, leido talentingiems matematikams nustatyti jos vietą Saulės sistemoje, o tada tiksliai pasakyti astronomams, kur jos ieškoti dangaus sferoje. . Ir ateityje gravitacija teikė panašias paslaugas astronomams: padėjo atrasti įvairius „svetimus“ objektus - baltąsias nykštukus, juodąsias skyles. Taigi dabar, tyrinėdami žvaigždžių judėjimą galaktikose ir galaktikų grupėse, mokslininkai padarė išvadą apie paslaptingos nematomos („tamsiosios“) materijos (o gal kokios nors mums nežinomos materijos formos) egzistavimą. šios „materijos“ atsargos turėtų būti milžiniškos.
Drąsiausiais vertinimais, viskas, ką mes stebime ir į ką atsižvelgiame Visatoje (žvaigždės, dujų-dulkių kompleksai, galaktikos ir kt.), yra tik 5 procentai masės, kuri „turėjo būti“ pagal dėsniais pagrįstus skaičiavimus. gravitacijos. Šie 5 procentai apima visą mums žinomą megapasaulį – nuo dulkių grūdelių ir kosminių vandenilio atomų iki galaktikų superspiečių. Kai kurie astrofizikai čia netgi įtraukia viską persmelkiančius neutrinus, manydami, kad nepaisant mažos ramybės masės, neutrinai su nesuskaičiuojamu skaičiumi įneša tam tikrą indėlį į tuos pačius 5 proc.
Bet galbūt „nematoma materija“ (ar bent jos dalis, netolygiai paskirstyta erdvėje) yra išnykusių žvaigždžių ar galaktikų masė arba nematomi kosminiai objektai, tokie kaip juodosios skylės? Tam tikru mastu tokia prielaida nėra beprasmė, nors trūkstami 95 procentai (arba, kitais vertinimais, 60–70 procentų) nebus kompensuoti. Astrofizikai ir kosmologai priversti svarstyti įvairias kitas, dažniausiai hipotetines, galimybes. Esminės idėjos susiveda į tai, kad nemaža dalis „paslėptos masės“ yra „tamsioji materija“, susidedanti iš mums nežinomų elementariųjų dalelių.
Tolesni tyrimai fizikos srityje parodys, kurios elementariosios dalelės, išskyrus tas, kurios susideda iš kvarkų (barionų, mezonų ir kt.) arba yra bestruktūrės (pavyzdžiui, miuonai), gali egzistuoti gamtoje. Tikriausiai bus lengviau įminti šią paslaptį, jei sujungsime fizikų, astronomų, astrofizikų ir kosmologų jėgas. Didelės viltys dedamos į duomenis, kuriuos galima gauti per ateinančius metus sėkmingo specializuotų erdvėlaivių paleidimo atveju. Pavyzdžiui, planuojama paleisti kosminį teleskopą (8,4 metro skersmens). Jis galės užregistruoti daugybę galaktikų (iki 28-ojo dydžio; prisiminkite, kad šviestuvai iki 6-ojo dydžio matomi plika akimi), ir tai leis sudaryti „paslėptų“ pasiskirstymo žemėlapį. masė“ per visą dangų. Tam tikrą informaciją taip pat galima išgauti iš antžeminių stebėjimų, nes „paslėpta medžiaga“, turinti didelę gravitaciją, turėtų sulenkti šviesos spindulius, patenkančius į mus iš tolimų galaktikų ir kvazarų. Kompiuteriais apdorojant tokių šviesos šaltinių vaizdus, galima registruoti ir įvertinti nematomą gravitacinę masę. Panašios atskirų dangaus sričių apžvalgos jau buvo padarytos. (Žr. akademiko N. Kardaševo straipsnį „Kosmologija ir SETI problemos“, neseniai paskelbtą Rusijos mokslų akademijos prezidiumo mokslo populiarinimo žurnale „Žemė ir Visata“, 2002 m. Nr. 4).
Pabaigoje grįžkime prie šio straipsnio pavadinime suformuluoto klausimo. Atrodo, kad po viso to, kas pasakyta, vargu ar galima drąsiai į tai atsakyti teigiamai... Seniausias iš seniausių mokslų – astronomija – tik prasideda.
