Как учените измерват големината на вселената?
Вселената е голяма. Всички знаем това, само че какъв брой тъкмо е огромна и по какъв начин я измерваме?
Общоприето е да измерваме астрономическите дистанции в светлинни години. Това е дистанцията, което светлината изминава за една година и се равнява на към 9 трилиона километра (9 000 000 000 000 километра). Имайки това поради, дано разгледаме някои в действителност забавни обстоятелства.
Диаметърът на Слънчевата система е към 8 светлинни часа или 9 милиарда километра. Млечният път се равнява на 100 000 светлинни години от едната до другата страна или почти 1 квинтилион километра. Най-близката до нас вселена – Андромеда, се намира на 2.5 милиона светлинни години, което е много близо спрямо големите дистанции в космоса.
А в този момент, дано поговорим за цялата галактика. Ние не можем да забележим всички елементи от нея. Някои обекти са толкоз надалеч от нас, че светлината от тях още не ни е достигнала. Затова ще се съсредоточим върху забележимата (за нас) част от вселената. И по този начин, какъв брой огромна е тя? Тя съставлява сфера с радиус от към 46 милиарда светлинни години или казано по-просто към 90 милиарда светлинни години от край до край. Това е забавно число, само че по-интересното е по какъв начин учените са съумели да измерят това разстояние.
Първо би трябвало да стартираме с възрастта на вселената. Счита се, че тя е на към 13.8 милиарда години. Това е оптималното време, през което светлината е пътувала към нас. След това би трябвало да разберем какъв брой надалеч е тази светлина сега. Така се пресмята радиусът на забележимата част от вселената.
За да ни стане по-ясно, е значимо да разберем, че самата галактика се уголемява. Една известна прилика с това уголемение, е тази за хляба със стафиди в него. Поставяме хляба във фурната. Всяка стафида съставлява галактиките, намиращи се в космоса. И по този начин – стафидите стоят неподвижно в хляба, само че до момента в който го печем, той се уголемява, а дистанцията сред стафидите се удължава, тъй като самото тесто се уголемява. Всяка стафида резервира размера си, както галактиките не се уголемяват сами по себе си. Променя се единствено пространството сред тях. Освен че тестото се уголемява, то може да се уголеми в разнообразни граници и през друг интервал от печенето. Тези два обстоятелството – разширението на вселената и фактът, че може да го прави в разнообразни граници, ни оказват помощ да разберем какъв е размерът на забележимата галактика.
Истината е, че вселената може да се уголемява по което време пожелае, от време на време даже по-бързо и от скоростта на светлината. Така че през целият й живот, източникът на даден лъч светлина, може да се реалокира на удивително далечно разстояние поради разширяващата се галактика. За да разберем обаче навръх какво разстояние и с цел да пресметнем размерите на вселената, би трябвало да знаем какъв брой бързо се е разширявала тя във всеки един миг от историята.
Но по какъв начин можем да знаем какво се е случило през цялата история на вселената? Чрез по този начин наречения космологичен червен преход, което съставлява отпечатъкът, който разширеното галактическо пространство оставя. Светлината има цвят, който се дефинира от дължината на вълните й. Цветът на по-дългите светлинни талази е по-червен, а на по-късите е по-син цвят. Ако вселената не се разширяваше, тогава светлината от отдалечените галактики щеше да бъде същия цвят на Земята, както този, с който е напуснала източника си. Но защото вселената се уголемява, дължината на вълната се уголемява до момента в който пътува към нас, трансформирайки се от синя в алена светлина. Светлината от по-отдалечените галактики би трябвало да измине по-голямо разстояние, по тази причина се удължава повече. Но по какъв метод аленият преход и дистанцията са свързани? Това е въпрос за милион $, тъй като в случай че знаехме отговора в елементи, можехме да разберем историята на разширението на вселената, както и да определим размерите й.
Ето по какъв начин го вършат учените – откриват галактики, които са на по-голямо разстояние от колкото е Андромеда от нас, мерят дистанциите сред тях, както и космологичния червен преход. Поставят тези данни в рубрика и схващат връзката сред дистанцията и аления преход като това дава отговор на въпроса какъв брой бързо се е разширявала вселената във всеки един миг.
Щом един път разполагаме с тази история, по какъв начин фактически дефинираме размера на вселената? Както казахме по-рано, първо би трябвало да използваме възрастта й. Затова дано се върнем към хляба със стафидите. Ако върнем хляба още веднъж във фурната, само че този път той не се уголемява, а смалява с честотата, дадена ни от историята на разширението на вселената, в последна сметка стафидите ще се разположат една върху друга. Това в действителност е Големият гърмеж. А времето, належащо, с цел да се стигне отново до противоположната точка, е възрастта на вселената.
Втората стъпка е обвързвана с математика, по тази причина дано го пресъздаваме. Представете си секундите след Големия гърмеж. В това време всяка стафида от хляба излъчва светлина, която може да пътува без никакви спънки по пътя си. Когато хлябът стартира да се уголемява с честотата, дадена ни от историята на разширението на вселената, тези мислени стафиди ще пътуват в разширяващото се пространство и ще ни доближат по друго време. Една от тези светлини ще ни доближи, когато изминат 13.8 милиарда години. Тогава би трябвало да забележим къде се намира тази стафида, която е източникът на светлината. Отговорът е – на 46 милиарда светлинни години от нас.
Ето по какъв начин разбираме, че забележимата галактика е към 90 милиарда светлинни години в диаметър.
