Въпрос на годината: ако Вселената се разширява, в какво точно?
Оригиналът е на valisak
Даниел Десподов 16:43 | 15.05.2024 1 СподелиНай-четени
ТелефониДаниел Десподов - 11:28 | 13.05.2024Най-неочаквано Германия забрани продажбата на смарт телефоните и таблетите на Lenovo и Motorola
КосмосЕмил Василев - 17:38 | 13.05.2024Открит е изходът на галактиката: В центъра на Млечния път е открит „ комин “ от парещ газ
ХардуерЕмил Василев - 18:59 | 13.05.2024Китай е разкрил метод за всеобщо произвеждане на евтини оптични чипове, които Съединени американски щати не могат да глобяват
Даниел Десподовhttps://www.kaldata.com/Новинар. Увличам се от модерни технологии, осведомителна сигурност, спорт, просвета и изкуствен интелект.В продължение на съвсем 60 години Големият гърмеж остава най-успешната доктрина, обясняваща произхода на всичко в света. Започвайки от горещо, компактно, богато на материя и радиация положение, Вселената от този момент се уголемява и охлажда. По време на еволюционния развой в нея първо се образуват протоните и неутроните, първите леки детайли, постоянните атоми и в последна сметка звездите, галактиките, планетите и комплицираната химия, която може да даде началото на живота. След 13,8 милиарда години от началото на всичко това ние към момента следим разширяващата се Вселена и се опитваме да разберем от кое място е пристигнала и по какъв начин се е трансформирала в това, което виждаме през днешния ден.
Но в случай че Вселената се е разширявала през цялото това време, в какво? Или към къде?
Простичкият отговор на този въпрос е колкото къс, толкоз и незадоволителен: Вселената се уголемява в себе си, а не в някаква „ външна “ среда. Това е още един образец за това по какъв начин общата доктрина на относителността опонира на ежедневния ни опит и вътрешен глас.
Както за първи път е забелязал Весто Мелвин Слифер през 1910 година, някои от следените от нас обекти имат спектрални признаци на усвояване или лъчение от избрани атоми, йони или молекули, само че със систематично изместване към алената или синята част на светлинния набор. В композиция с измерванията на дистанцията до тези обекти, тези открития доведоха до първичната концепция за разширяваща се Вселена: колкото по-далеч е една вселена, толкоз по-червена ще наподобява нейната светлина за нашите очи и принадлежности.
Когато разделяме светлината на Слънцето на разнообразни дължини на вълните, от които е формирана, ние правим спектроскопия. Лесно можем да забележим сигнатурите на доста разнообразни детайли и да определим линиите, които са свързани с избрани преходи в атомите с друг брой протони в ядрото.
И ето го най-важното: моделите на усвояване и/или лъчение на далечните обекти във Вселената допускат, че те са формирани от същите детайли, от които са построени нашето Слънце и Земята. Атомите, от които са формирани, гълтам и излъчват светлина съгласно същата физика като атомите, които познаваме, и затова те излъчват и гълтам светлина със същите дължини на вълните и честоти като атомите, с които взаимодействаме.
Спектърът на слънчевата светлина Но когато следим светлината от другите обекти във Вселената, съвсем в никакъв случай не виждаме същите дължини на вълните и честоти, каквито виждаме в светлината, която сътворяваме в лабораторията, или която излъчва нашето Слънце. Вместо това всички спектрални линии, които виждаме, са систематично изместени една по отношение на друга според от това кой обект гледаме. Нещо повече, всяка линия, принадлежаща на съответен обект, ще бъде изместена със еднакъв коефициент.
Съществуват три съществени фактора, които могат да причинят сходно изместване, и по принцип всеки от тях може да повлияе на всеки обект:
Разликата в гравитационния капацитет сред мястото, където светлината е излъчена, и мястото, където тя е погълната. Попадайки в гравитационна „ дупка “, светлината придобива сила и се измества към по-къси дължини на вълната, като се следи синьо отместване. Когато светлината се изкачва по гравитационния „ рид “, тя губи сила и се измества към по-дългите дължини на вълните, като се получава алено отместване. Това е планувано в общата доктрина на относителността, защото кривината на пространството освен указва на материята по какъв начин да се движи, само че също по този начин указва на светлината и всички форми на лъчение по какъв начин да се трансформират. Движението на източника по отношение на наблюдаващия е това, което условно назоваваме Доплерово отместване. Срещаме го най-често в образеца със звуците. Когато транспортно средство, излъчващо тон – да вземем за пример полицейска кола, камион за сладолед или фен на басите – се движи към вас, звукът, който чувате, наподобява по-висок. Когато се отдалечава от вас, звукът става по-нисък. Същото се случва със светлината и всички талази: в случай че източникът и наблюдаващият се движат един към различен, светлината, която наблюдаващият вижда, ще бъде по-синя, а в случай че се отдалечават един от различен, светлината, която наблюдаващият вижда, ще бъде по-червена. И най-после, налице е резултатът от разширението на Вселената. Когато светлината пътува през Вселената, всеки обособен фотон има характерна дължина на вълната, която дефинира неговата сила. Ако Вселената се уголемява, дължината на вълната на светлината също се разтяга, което води до алено отместване; по същия метод, в случай че Вселената се свива (което също може да се случи, само че не се наблюдава), дължината на вълната също ще се свие, което ще докара до синьо отместване.
Ако желаете да разберете по какъв начин Вселената се уголемява, програмата за деяние е напълно елементарна. Трябва да се изучи огромен набор от обекти, гледани в разнообразни направления и на разнообразни дистанции, и да се мери общото алено (или синьо) изместване на всеки от тях. След това би трябвало да се направи карта на Вселената, доколкото е допустимо, и да се употребява тази информация, с цел да се направи извод за резултата от гравитационното червено/синьо отместване, както и за резултата от придвижването на обособените обекти по отношение на вас. Всичко, което остане, откакто отчетете всичко останало, може да бъде приписано на разширението на Вселената.
И по този начин, какво научаваме, като вършим тази стратегия в действителността? Няколко неща, които могат да ви заинтересуват, в това число следното:
За обектите, които се намират относително покрай нас – в границите на няколко десетки милиона светлинни години – доминират резултатите на локалните придвижвания. Не може надеждно да се мери разширението на Вселената, като се следят единствено обектите в нашето „ съседство “. Обектите, които са гравитационно свързани между тях, в това число звездите, звездните системи, звездните купове, кълбовидните купове, обособените галактики и даже обвързваните групи и купове от галактики, не се въздействат от разширението на Вселената. За благополучие гравитационното алено и синьо отместване са най-вече пренебрежими резултати, като междинната им стойност е доста по-малка от 1% от общия измерен резултат. Но в огромните галактически мащаби, т.е. за обекти на относително огромни дистанции от нас (стотици милиони, милиарди и даже десетки милиарди светлинни години), разширението на Вселената е единственият резултат, който има значение.Това е най-хубавият способ за проучване на разширението на пространството в хода на еволюцията на Вселената: дано разгледаме всички тези обекти, разпръснати из цялата Вселена, като пренебрегнем най-близките до нас, и да заключим по какъв начин приблизително се уголемява Вселената.
Съществуват две общи аналогии, които използваме, с цел да разберем физическия смисъл на разширяващата се Вселена, въпреки че всяка от тях има своите ограничавания.
Една от тях е да преглеждаме Вселената като балон, или по-точно като балон с монети, залепени (или прикрепени по различен начин) към повърхността му. Следователно разширението на Вселената е като надуването (или изпускането) на този балон, а монетите на повърхността на балона са аналог на галактиките в целия космос. Ако вие самите живеете в вселена – в една от тези монети – тогава с разширението на Вселената ще видите по какъв начин всички монети се отдалечават една от друга, в това число и вие. Близките до вас монети се отдалечават относително постепенно, а по-отдалечените се отдалечават все по-бързо и по-бързо. Не че монетите се „ движат “ по отношение на тъканта на пространство-времето, а че разширението на пространството ги отдалечава от ден на ден и повече с течение на времето.
Но тази прилика сигурно има своите дефекти. Проблемът е, че повърхността на балона е единствено двуизмерна, до момента в който нашата галактика е триизмерна. Балонът се надува, тъй като някой или нещо – нормално човек – нагнетява въздух в него в в допълнение пространствено измерение, което не е известно на жителите на повърхността на балона. И балонът в действителност се уголемява в това (допълнително) трето измерение, до момента в който в нашата Вселена нямаме доказателства за четвърто (или по-високо) в допълнение пространствено измерение. Трябва да се ограничим да мислим за повърхността на балона и да пренебрегнем „ вътрешността “ на балона или силите, които го карат да се надува.
Ето за какво по-подходящата прилика е да разгледаме изцяло тримерен обект, който се уголемява, като да вземем за пример топка тесто със стафиди, отмерено разпределени в целия ѝ размер. Когато тестото се закваси, то се уголемява, само че сладките плодове в него не се уголемяват. Стафидите просто се отдалечават една от друга в трите измерения. Ако се намирате в една от стафидите, можете да видите, че най-близките до вас стафиди се отдалечават постепенно, стафидите в междинните дистанции се отдалечават по-бързо, а най-отдалечените стафиди се отдалечават най-бързо от вас, макар че стафидите са неподвижни по отношение на разширяващото се тесто. Ако тестото беше транспарантно, то щеше да се държи като тъканта на пространството, а стафидите щяха да се държат като обособените галактики в разширяващата се Вселена.
Имаме всички учредения да считаме, че нашата наблюдаема Вселена, чийто галактически небосвод се дефинира от комбинацията от скоростта на разширение, скоростта на светлината и времето, минало от Големия гърмеж, съставлява единствено дребна част от по-голямата, ненаблюдаема Вселена. Частта от пространството, която можем да забележим и до която имаме достъп, се усилва и ще продължава да се усилва с времето, защото светлината, която е била излъчена от дълго време, и светлината, която е на път към нас, в последна сметка ще ни доближи за първи път, макар продължаващото разширение на пространството. При съществуване на задоволително време повече от два пъти по-големият размер на сегашната „ галактика “ в последна сметка ще стане забележим за нас.
Ако обаче желаеме да разберем какъв брой бързо се уголемява Вселената, ще би трябвало да вземем поради два фактора. Знаем, че разширението на Вселената предизвиква алено отместване; знаем, че два обекта, които се отдалечават един от различен, предизвикват алено отместване. За да превърнем измереното алено отместване в скорост на разширение на Вселената, би трябвало да изчислим с каква скорост би трябвало да се движат отдалечаващите се от нас обекти, с цел да се получи тази стойност на аленото отместване.
Отговорът, колкото и да е необичайно, зависи от това на какво разстояние от нас се намира обектът. Ето няколко образеца:
За обект, далечен на 100 милиона светлинни години, одобряваме скорост на отдалечаване 2150 км/сек. За обект, далечен на 1 милиард светлинни години, одобряваме, че скоростта на отдалечаване е 21 500 км/сек. За обект, далечен на 5 милиарда светлинни години, скоростта на премахване е 107 000 км/сек. За обект, далечен на 14 милиарда светлинни години, скоростта на отдалечаване е 300 000 км/сек: съвсем скоростта на светлината. А за обект, далечен на 33 милиарда светлинни години, което е актуалният галактически връх за най-отдалечена вселена, одобряваме скорост на отдалечаване 708 000 км/сек. И това е повече от два пъти скоростта на светлината.Можем да правим тези калкулации за всеки обект на всяко разстояние и за всяко съответно разстояние да получим неповторима скорост на премахване.
Ето за какво нормално не приказваме за разширението на Вселената като за скорост. Вместо това приказваме за него като за отношение на скоростта към единица разстояние. На всеки 3,26 милиона светлинни години разстояние от нея, светлината ѝ дава в допълнение алено отместване с към 70 км/сек повече. По исторически аргументи астрономите рядко употребяват светлинни години, а по-често оперират с парсеци: един парсек е еднакъв на към 3,26 светлинни години (мегапарсек, кратко Mpc – към три и четвърт милиона светлинни години). Най-често разширението на Вселената се показва в километри в секунда на мегапарсек, или km/s/Mpc.
Днес разполагаме с няколко разнообразни метода за премерване на разширението на Вселената и всички те дават резултати, които попадат в относително стеснен диапазон: сред 67 и 74 km/s/Mpc.
Това значи, че в случай че съберем всички части от пъзела, с които разполагаме досега, има несъмнено разстояние от нас, към 14 милиарда светлинни години, на което разширението на Вселената отдалечава обектите от нас със скорост, равна на скоростта на светлината. По-близо от това разстояние обектите се отдалечават от нас със скорост, по-малка от скоростта на светлината; по-далеч те се отдалечават по-бързо от светлината. Всъщност тези обекти в действителност въобще не се движат в пространството с тази скорост, а просто пространството сред тях се уголемява.
И е изцяло допустимо, въпреки че никой не го знае, ненаблюдаваната галактика да е в действителност безкрайна по обсег. Ако казусът беше подобен, нямаше да има смисъл да питаме: „ В какво се уголемява? “, тъй като тя към този момент е безкрайна: обгръща всеки пространствен сантиметър „ пространство “, който може да си представим.
Няма никаква гаранция, че Вселената е безкрайна или че „ ненаблюдаемата Вселена “ съставлява цялата цялост от това, което се намира там. Напълно допустимо е, както твърди теорията за галактическата инфлация, нашата Вселена, колкото и да е огромна, да е единствено един район, в който се е случил Големият гърмеж. Извън този район има пространство, в което инфлацията не е завършила, а продължава и продължава (може би в продължение на еони), и е изпъстрено с други райони, в които инфлацията е завършила и са се случили други Големи гърмежи. Това е така наречен мултивселена, в която две „ новородени Вселени “ в никакъв случай не се срещат, не се сблъскват и не се пресичат.
Означава ли това, че нашата Вселена в някакъв смисъл се уголемява в тази инфлационна мултивселена?
Отговорът, може би изненадващо, е „ не “. Най-голямата разлика сред балон, топка тесто и нашата същинска Вселена не е в това какво има вътре или вън, нито какви са границите ѝ и дали има такива. Когато приказваме за пространство или пространство-време, или за самата тъкан на Вселената, ние приказваме за всичко, което е: то е сцената, на която се разиграва играта на Вселената. Играчите са частици, античастици и други кванти сила, разпоредбите са законите на физиката и стойностите на фундаменталните константи, а самата сцена не е закрепена, а се развива.
Но за космоса не съществува „ външно “ пространство, той няма „ граници “; той просто е всичко, което е, в миналото е било и в миналото ще бъде.
