Visums ir milzīga telpa, kas piepildīta ar miglājiem, zvaigžņu kopām, atsevišķām zvaigznēm, planētām ar to pavadoņiem, dažādām komētām, asteroīdiem un galu galā ar vakuumu, kā arī ar tumšo vielu. Tas ir tik milzīgs, ka atbildes pilnīgumu uz jautājumu par to, cik liela tā ir, diemžēl, ierobežo mūsu pašreizējais tehnoloģiju attīstības līmenis. Tomēr, lai saprastu Visuma lielumu, ir jāsaprot vairāki galvenie faktori. Viens no šiem faktoriem, piemēram, ir izpratne par to, kā uzvedas kosmoss, kā arī izpratne, ka tas, ko mēs redzam, ir tikai tā saucamais "novērojamais Visums". Mēs nevaram uzzināt patiesās Visuma dimensijas, jo mūsu iespējas neļauj mums redzēt tā "malu".
Viss, kas atrodas ārpus redzamā Visuma, mums joprojām ir noslēpums, un tas ir nebeidzamu debašu un diskusiju objekts starp visu joslu astrofizikiem. Šodien mēs mēģināsim vienkāršos vārdos izskaidrot, kāda zinātne ir nonākusi līdz šim brīdim, lai izprastu Visuma dimensijas, un mēģināsim atbildēt uz vienu no visdedzinošākajiem un sarežģītākajiem jautājumiem par tā dabu. Bet vispirms apskatīsim pamatprincipus, kā zinātnieki nosaka attālumu kosmosā.
Spīdēt
Vienkāršākā metode attāluma noteikšanai telpā ir gaismas izmantošana. Tomēr, ja ņemam vērā veidu, kādā gaisma pārvietojas kosmosā, tad jāsaprot, ka tie objekti, kurus mēs redzam no Zemes kosmosā, ne vienmēr izskatās vienādi. Patiešām, lai gaisma no attāliem objektiem sasniegtu mūsu planētu, var paiet desmitiem, simtiem, tūkstošiem vai pat desmitiem tūkstošu gadu.
Gaismas ātrums ir 300 000 kilometru sekundē, bet telpai, tik gigantiskai telpai, sekundes jēdziens nav ideāla vērtība, ko izmērīt. Astronomijā attāluma noteikšanai ir ierasts lietot terminu gaismas gads. Viens gaismas gads ir aptuveni ekvivalents 9,460,730,472,580,800 metru attālumam un sniedz mums ne tikai priekšstatu par attālumu, bet arī var pateikt, cik ilgs laiks būs vajadzīgs, lai objekta gaisma sasniegtu mūs.
Vienkāršākais laika un attāluma atšķirību piemērs ir Saules gaisma. Vidējais attālums no mums līdz Saulei ir aptuveni 150 000 000 kilometru. Teiksim, ka jums ir piemērots teleskops un acu aizsardzība, lai novērotu Sauli. Galvenais ir tas, ka viss, ko jūs redzēsit caur teleskopu, faktiski notika ar Sauli pirms 8 minūtēm (tas ir, cik daudz gaismas nepieciešams, lai nokļūtu uz Zemes). Proxima Centauri gaisma? Sasniegs mūs tikai četros gados. Vai arī paņemiet vismaz tik lielu zvaigzni kā Betelgeuse, kas drīzumā kļūs par supernovu. Pat ja šis notikums notiktu tagad, mēs par to neuzzinātu līdz 27. gadsimta vidum!
Reklāmas video:
Gaismai un tās īpašībām ir bijusi galvenā loma mūsu izpratnē par to, cik milzīgs ir Visums. Pašlaik mūsu iespējas ļauj mums aplūkot apmēram 46 miljardus gaismas gadu no vērojamā Visuma. Kā? Tas viss pateicoties attālumu skalai, ko izmanto fiziķi un astronomijas astronomi.
Attāluma skala
Teleskopi ir tikai viens no instrumentiem kosmisko attālumu mērīšanai un ne vienmēr spēj tikt galā ar šo uzdevumu: jo tālāk ir objekts, jo attālumu mēs vēlamies izmērīt, jo grūtāk to izdarīt. Radioteleskopi ir lieliski piemēroti attāluma mērīšanai un novērojumu veikšanai tikai mūsu Saules sistēmā. Viņi patiešām spēj sniegt ļoti precīzus datus. Viņu skatiens ir jānovirza tikai ārpus Saules sistēmas, jo to efektivitāte ir strauji samazinājusies. Ņemot vērā visas šīs problēmas, astronomi nolēma izmantot citu attāluma mērīšanas metodi - parallaksu.
Kas ir Parallax? Izskaidrosim ar vienkāršu piemēru. Vispirms aizveriet vienu aci un paskatieties uz kādu objektu, pēc tam aizveriet otru aci un atkal paskatieties uz to pašu objektu. Vai pamanāt nelielas objekta "pozīcijas izmaiņas"? Šo "nobīdi" sauc par parallaksi - paņēmienu, ko izmanto, lai noteiktu attālumu telpā. Metode darbojas lieliski, ja runa ir par zvaigznēm, kuras mums ir salīdzinoši tuvu - aptuveni 100 gaismas gadu rādiusā. Bet, kad šī metode arī kļūst neefektīva, zinātnieki ķeras pie citiem.
Nākamo attāluma noteikšanas metodi sauc par "galvenās secības metodi". Tas ir balstīts uz mūsu zināšanām par to, kā laika gaitā mainās noteikta lieluma zvaigznes. Zinātnieki vispirms nosaka zvaigznes spilgtumu un krāsu un pēc tam salīdzina indikatorus ar tuvumā esošām zvaigznēm ar līdzīgām īpašībām, pamatojoties uz šiem datiem, iegūstot aptuvenu attālumu. Atkal šī metode ir ļoti ierobežota un darbojas tikai zvaigznēm, kas pieder mūsu galaktikai, vai tām, kas atrodas 100 000 gaismas gadu rādiusā.
Astronomi paļaujas uz Kefeīda mērīšanas metodi, lai meklētu tālāk. Tas ir balstīts uz amerikāņu astronoma Henrietta Swan Leavitt atklājumu, kurš atklāja saistību starp spilgtuma maiņas periodu un zvaigznes spožumu. Pateicoties šīm metodēm, daudzi astronomi spēja aprēķināt attālumus līdz zvaigznēm ne tikai mūsu galaktikā, bet arī ārpus tās. Dažos gadījumos mēs runājam par 10 miljonu gaismas gadu attālumiem.
Un tomēr mēs vēl neesam pietuvojušies jautājumam par Visuma lielumu. Tāpēc mēs pievēršamies galīgajam mērīšanas rīkam, kura pamatā ir sarkanās nobīdes (vai sarkanās nobīdes) princips. Sarkanā nobīdes būtība ir līdzīga Doplera efekta principam. Padomājiet par dzelzceļa pārbrauktuvi. Vai kādreiz pamanāt, kā vilciena svilpes skaņa mainās ar attālumu, tuvojoties tuvojas, un aizejot kļūst klusāka?
Gaisma darbojas vienādi. Paskaties augšējo spektrogrammu, redzi melnas līnijas? Tie norāda ķīmisko elementu krāsas absorbcijas robežas gaismas avotā un ap to. Jo vairāk līnijas tiek pārvietotas uz spektra sarkano daļu, jo tālāk objekts atrodas no mums. Zinātnieki arī izmanto šīs spektrogrammas, lai noteiktu, cik ātri kāds objekts attālinās no mums.
Tāpēc mēs mierīgi un nonācām pie savas atbildes. Lielākā daļa sarkani nobīdītās gaismas nāk no galaktikām, kuru vecums ir aptuveni 13,8 miljardi gadu.
Vecums nav galvenā lieta
Ja pēc lasīšanas jūs esat nonācis pie secinājuma, ka mūsu novērotā Visuma rādiuss ir tikai 13,8 miljardi gaismas gadu, tad jūs esat izlaiduši vienu svarīgu detaļu. Fakts ir tāds, ka šo 13,8 miljardu gadu laikā pēc Lielā sprādziena Visums turpināja paplašināties. Citiem vārdiem sakot, tas nozīmē, ka mūsu Visuma reālais izmērs ir daudz lielāks, nekā norādīts mūsu sākotnējos mērījumos.
Tāpēc, lai uzzinātu patieso Visuma lielumu, ir jāņem vērā vēl viens rādītājs, proti, cik ātri Visums ir paplašinājies kopš Lielā sprādziena. Fiziķi saka, ka viņi beidzot spēja atvasināt nepieciešamos skaitļus un ir pārliecināti, ka šobrīd redzamā Visuma rādiuss ir aptuveni 46,5 miljardi gaismas gadu.
Tiesa, ir arī vērts atzīmēt, ka šie aprēķini ir balstīti tikai uz to, ko mēs paši varam redzēt. Precīzāk, viņi spēj iziet kosmosa dziļumā. Šie aprēķini neatbild uz jautājumu par Visuma patieso lielumu. Turklāt zinātnieki brīnās par dažām neatbilstībām, saskaņā ar kurām attālākās galaktikas mūsu Visumā ir pārāk labi izveidotas, lai uzskatītu, ka tās parādījās tūlīt pēc Lielā sprādziena. Šim attīstības līmenim bija nepieciešams daudz ilgāks laiks.
Varbūt mēs vienkārši neredzam visu?
Iepriekš neizskaidrojams fakts paver veselu virkni jaunu problēmu. Daži zinātnieki ir mēģinājuši aprēķināt, cik ilgs laiks būs nepieciešams šo pilnībā izveidoto galaktiku izveidošanai. Piemēram, Oksfordas zinātnieki secināja, ka visa Visuma izmērs varētu būt 250 reizes lielāks par novērotā lielumu.
Mēs patiešām spējam izmērīt attālumus līdz objektiem novērojamā Visumā, bet to, kas atrodas ārpus šīs robežas, mēs nezinām. Protams, neviens nesaka, ka zinātnieki nemēģina to izdomāt, bet, kā minēts iepriekš, mūsu iespējas ierobežo mūsu tehnoloģiskā progresa līmenis. Turklāt nevajadzētu arī nekavējoties noraidīt pieņēmumu, ka zinātnieki, iespējams, nekad nezina visa Visuma patieso lielumu, ņemot vērā visus faktorus, kas kavē šī jautājuma risināšanu.
NIKOLAY KHIZHNYAK