Размер видимой вселенной: Размер Вселенной |

Содержание

Размер Вселенной

Знаете ли вы о том, что наблюдаемая нами Вселенная имеет довольно определённые границы? Мы привыкли ассоциировать Вселенную с чем-то бесконечным и непостижимым. Однако современная наука на вопрос о «бесконечности» Вселенной предлагает совсем другой ответ на столь «очевидный» вопрос.

Согласно современным представлениям, размер наблюдаемой Вселенной составляет примерно 45,7 миллиардов световых лет (или 14,6 гигапарсек). Но что означают эти цифры?

Содержание:

1 Граница безграничного
2 Расширяя границы
3 Множество Солнц
4 Множество Млечных Путей
5 Очевидная бесконечность
6 Стационарная Вселенная
7 На поверхности гиперсферы
8 Расширяющаяся Вселенная
9 Дальнейшее развитие космологии
10 Современное представление о размере наблюдаемой Вселенной
11 За горизонтом
12 Истинные границы
13 Материалы по теме
14 Наглядное представление
15 Масштабы Вселенной
16 Внутри вселенского пузыря
17 Материалы по теме
18 Уменьшая масштабы

Граница безграничного

Первый вопрос, который приходит в голову обычному человеку – как Вселенная вообще не может быть бесконечной? Казалось бы, бесспорным является то, что вместилище всего сущего вокруг нас не должно иметь границ. Если эти границы и существуют, то что они вообще собой представляют?

Допустим, какой-нибудь астронавт долетел до границ Вселенной. Что он увидит перед собой? Твёрдую стену? Огненный барьер? А что за ней – пустота? Другая Вселенная? Но разве пустота или другая Вселенная могут означать, что мы на границе мироздания? Ведь это не означает, что там находится «ничего». Пустота и другая Вселенная – это тоже «что-то». А ведь Вселенная – это то, что содержит абсолютно всё «что-то».

Мы приходим к абсолютному противоречию. Получается, граница Вселенной должна скрывать от нас что-то, чего не должно быть. Или граница Вселенной должна отгораживать «всё» от «чего-то», но ведь это «что-то» должно быть также частью «всего». В общем, полный абсурд. Тогда как учёные могут заявлять о граничном размере, массе и даже возрасте нашей Вселенной? Эти значения хоть и невообразимо велики, но всё же конечны. Наука спорит с очевидным? Чтобы разобраться с этим, давайте для начала проследим, как люди пришли к современному понимаю Вселенной.

Расширяя границы

Инфографика «Вселенная» Посмотреть в большом разрешении

Человек с незапамятных времён интересовался тем, что представляет собой окружающий их мир. Можно не приводить примеры о трёх китах и прочие попытки древних объяснить мироздание. Как правило, в конечном итоге все сводилось к тому, что основой всего сущего является земная твердь. Даже во времена античности и средневековья, когда астрономы имели обширные познания в закономерностях движения планет по «неподвижной» небесной сфере, Земля оставалась центром Вселенной.

Естественно, ещё в Древней Греции существовали те, кто считал что Земля вращается вокруг Солнца. Были те, кто говорил о множестве миров и бесконечности Вселенной. Но конструктивные обоснования этим теориям возникли только на рубеже научной революции.

В 16 веке польский астроном Николай Коперник совершил первый серьёзный прорыв в познании Вселенной. Он твёрдо доказал, что Земля является лишь одной из планет, обращающихся вокруг Солнца. Такая система значительно упрощала объяснение столь сложного и запутанного движения планет по небесной сфере. В случае неподвижной Земли астрономам приходилось выдумывать всевозможные хитроумные теории, объясняющие такое поведение планет. С другой стороны, если Землю принять подвижной, то объяснение столь замысловатым движениям приходит, само собой. Так в астрономии укрепилась новая парадигма под названием «гелиоцентризм».

Множество Солнц

Вега, снимок ESO

Однако даже после этого астрономы продолжали ограничивать Вселенную «сферой неподвижных звёзд». Вплоть до 19 века им не удавалось оценить расстояние до светил. Несколько веков астрономы безрезультатно пытались обнаружить отклонения положения звёзд относительно движения Земли по орбите (годичные параллаксы). Инструменты тех времён не позволяли проводить столь точные измерения.

Наконец, в 1837 году русско-немецкий астроном Василий Струве измерил параллакс α Лиры. Это ознаменовало новый шаг в понимании масштабов космоса. Теперь учёные могли смело говорить о том, что звезды являют собой далекие подобия Солнца. И наше светило отныне не центр всего, а равноправный «житель» бескрайнего звёздного скопления.

Астрономы ещё больше приблизились к пониманию масштабов Вселенной, ведь расстояния до звёзд оказались воистину чудовищными. Даже размеры орбит планет казались по сравнению с этим чем-то ничтожным. Дальше нужно было понять, каким образом звёзды сосредоточены во Вселенной.

Множество Млечных Путей

Млечный путь

Известный философ Иммануил Кант ещё в 1755 предвосхитил основы современного понимания крупномасштабной структуры Вселенной. Он выдвинул гипотезу о том, что Млечный Путь является огромным вращающимся звёздным скоплением. В свою очередь, многие наблюдаемые туманности также являются более удалёнными «млечными путями» — галактиками. Не смотря на это, вплоть до 20 века астрономы придерживались того, что все туманности являются источниками звёздообразования и входят в состав Млечного Пути.

Ситуация изменилась, когда астрономы научились измерять расстояния между галактиками с помощью цефеид. Абсолютная светимость звёзд такого типа лежит в строгой зависимости от периода их переменности. Сравнивая их абсолютную светимость с видимой, можно с высокой точностью определить расстояние до них. Этот метод был разработан в начале 20 века Эйнаром Герцшрунгом и Харлоу Шелпи. Благодаря ему советский астроном Эрнст Эпик в 1922 году определил расстояние до Андромеды, которое оказалось на порядок больше размера Млечного Пути.

Эдвин Хаббл продолжил начинание Эпика. Измеряя яркости цефеид в других галактиках, он измерил расстояние до них и сопоставил его с красным смещением в их спектрах. Так в 1929 году он разработал свой знаменитый закон. Его работа окончательно опровергла укрепившееся мнение о том, что Млечный Путь является краем Вселенной. Теперь он был одной из множества галактик, которые ещё когда-то считали его составной частью. Гипотеза Канта подтвердилась почти через два столетия после её разработки.

В дальнейшем, открытая Хабблом связь расстояния галактики от наблюдателя относительно скорости её удаления от него, позволила составить полноценную картину крупномасштабной структуры Вселенной. Оказалось, галактики были лишь её ничтожной частью. Они связывались в скопления, скопления в сверхскопления. В свою очередь, сверхскопления складываются в самые большие из известных структур во Вселенной – нити и стены. Эти структуры, соседствуя с огромными сверхпустотами (войдами) и составляют крупномасштабную структуру, известной на данный момент, Вселенной.

Очевидная бесконечность

Из вышесказанного следует то, что всего за несколько веков наука поэтапно перепорхнула от геоцентризма к современному пониманию Вселенной. Однако это не даёт ответа, почему мы ограничиваем Вселенную в наши дни. Ведь до сих пор речь шла лишь о масштабах космоса, а не о самой его природе.

Эволюция Вселенной

Первым, кто решился обосновать бесконечность Вселенной, был Исаак Ньютон. Открыв закон всемирного тяготения, он полагал, что будь пространство конечно, все её тела рано или поздно сольются в единое целое. До него мысль о бесконечности Вселенной если кто-то и высказывал, то исключительно в философском ключе. Без всяких на то научных обоснований. Примером тому является Джордано Бруно. К слову, он подобно Канту, на много столетий опередил науку. Он первым заявил о том, что звёзды являются далёкими солнцами, и вокруг них тоже вращаются планеты.

Казалось бы, сам факт бесконечности довольно обоснован и очевиден, но переломные тенденции науки 20 века пошатнули эту «истину».

Стационарная Вселенная

Первый существенный шаг на пути к разработке современной модели Вселенной совершил Альберт Эйнштейн. Свою модель стационарной Вселенной знаменитый физик ввёл в 1917 году. Эта модель была основана на общей теории относительности, разработанной им же годом ранее. Согласно его модели, Вселенная является бесконечной во времени и конечной в пространстве. Но ведь, как отмечалось ранее, согласно Ньютону, Вселенная с конечным размером должна сколлапсироваться. Для этого Эйнштейн ввёл космологическую постоянную, которая компенсировала гравитационное притяжение далёких объектов.

Как бы это парадоксально не звучало, саму конечность Вселенной Эйнштейн ничем не ограничивал. По его мнению, Вселенная представляет собой замкнутую оболочку гиперсферы. Аналогией служит поверхность обычной трёхмерной сферы, к примеру – глобуса или Земли. Сколько бы путешественник ни путешествовал по Земле, он никогда не достигнет её края. Однако это вовсе не означает, что Земля бесконечна. Путешественник просто-напросто будет возвращаться к тому месту, откуда начал свой путь.

На поверхности гиперсферы

Точно также космический странник, преодолевая Вселенную Эйнштейна на звездолёте, может вернуться обратно на Землю. Только на этот раз странник будет двигаться не по двумерной поверхности сферы, а по трёхмерной поверхности гиперсферы. Это означает, что Вселенная имеет конечный объём, а значит и конечное число звёзд и массу. Однако ни границ, ни какого-либо центра у Вселенной не существует.

Будущее Вселенной

К таким выводам Эйнштейн пришёл, связав в своей знаменитой теории пространство, время и гравитацию. До него эти понятия считались обособленными, отчего и пространство Вселенной было сугубо евклидовым. Эйнштейн доказал, что само тяготение является искривлением пространства-времени. Это в корне меняло ранние представления о природе Вселенной, основанной на классической ньютоновской механике и евклидовой геометрии.

Расширяющаяся Вселенная

Даже сам первооткрыватель «новой Вселенной» не был чужд заблуждений. Эйнштейн хоть и ограничил Вселенную в пространстве, он продолжал считать её статичной. Согласно его модели, Вселенная была и остаётся вечной, и её размер всегда остаётся неизменным. В 1922 году советский физик Александр Фридман существенно дополнил эту модель. Согласно его расчётам, Вселенная вовсе не статична. Она может расширяться или сжиматься со временем. Примечательно то, что Фридман пришёл к такой модели, основываясь на всё той же теории относительности. Он сумел более корректно применить эту теорию, минуя космологическую постоянную.

Альберт Эйнштейн не сразу принял такую «поправку». На помощь этой новой модели пришло, упомянутое ранее открытие Хаббла. Разбегание галактик бесспорно доказывало факт расширения Вселенной. Так Эйнштейну пришлось признать свою ошибку. Теперь Вселенная имела определённый возраст, зависимый от постоянной Хаббла, характеризующий скорость её расширения.

Дальнейшее развитие космологии

По мере того, как учёные пытались решить этот вопрос, были открыты многие другие важнейшие составляющие Вселенной и разработаны различные её модели. Так в 1948 году Георгий Гамов ввёл гипотезу «о горячей Вселенной», которая в последствие превратится в теорию Большого взрыва. Открытие в 1965 году реликтового излучения подтвердило его догадки. Теперь астрономы могли наблюдать свет, дошедший с того момента, когда Вселенная стала прозрачна.

Тёмная материя, предсказанная в 1932 году Фрицом Цвикки, получила своё подтверждение в 1975 году. Тёмная материя фактически объясняет само существование галактик, галактических скоплений и самой Вселенской структуры в целом. Так учёные узнали, что большая часть массы Вселенной и вовсе невидима.

Из чего состоит Вселенная

Наконец, в 1998 году в ходе исследования расстояния до сверхновых типа Ia было открыто, что Вселенная расширяется с ускорением. Этот очередной поворотный момент в науке породил современное понимание о природе Вселенной. Введённый Эйнштейном и опровергнутый Фридманом космологический коэффициент снова нашёл своё место в модели Вселенной. Наличие космологического коэффициента (космологической постоянной) объясняет её ускоренное расширение. Для объяснения наличия космологической постоянной было введено понятия тёмной энергии – гипотетическое поле, содержащее большую часть массы Вселенной.

Современное представление о размере наблюдаемой Вселенной

Современная модель Вселенной также называется ΛCDM-моделью. Буква «Λ» означает присутствие космологической постоянной, объясняющей ускоренное расширение Вселенной. «CDM» означает то, что Вселенная заполнена холодной тёмной материей. Последние исследования говорят о том, что постоянная Хаббла составляет около 71 (км/с)/Мпк, что соответствует возрасту Вселенной 13,75 млрд. лет. Зная возраст Вселенной, можно оценить размер её наблюдаемой области.

Эволюция Вселенной

Согласно теории относительности информация о каком-либо объекте не может достигнуть наблюдателя со скоростью большей, чем скорость света (299792458 м/c). Получается, наблюдатель видит не просто объект, а его прошлое. Чем дальше находится от него объект, тем в более далёкое прошлое он смотрит. К примеру, глядя на Луну, мы видим такой, какой она была чуть более секунды назад, Солнце – более восьми минут назад, ближайшие звёзды – годы, галактики – миллионы лет назад и т.д. В стационарной модели Эйнштейна Вселенная не имеет ограничения по возрасту, а значит и её наблюдаемая область также ничем не ограничена. Наблюдатель, вооружаясь всё более совершенными астрономическими приборами, будет наблюдать всё более далёкие и древние объекты.

Другую картину мы имеем с современной моделью Вселенной. Согласно ей Вселенная имеет возраст, а значит и предел наблюдения. То есть, с момента рождения Вселенной никакой фотон не успел бы пройти расстояние большее, чем 13,75 млрд световых лет. Получается, можно заявить о том, что наблюдаемая Вселенная ограничена от наблюдателя шарообразной областью радиусом 13,75 млрд. световых лет. Однако, это не совсем так. Не стоит забывать и о расширении пространства Вселенной. Пока фотон достигнет наблюдателя, объект, который его испустил, будет от нас уже в 45,7 миллиардах св. лет. Этот размер является горизонтом частиц, он и является границей наблюдаемой Вселенной.

За горизонтом

Итак, размер наблюдаемой Вселенной делится на два типа. Видимый размер, называемый также радиусом Хаббла (13,75 млрд. световых лет). И реальный размер, называемый горизонтом частиц (45,7 млрд. св. лет). Принципиально то, что оба эти горизонта совсем не характеризуют реальный размер Вселенной. Во-первых, они зависят от положения наблюдателя в пространстве. Во-вторых, они изменяются со временем. В случае ΛCDM-модели горизонт частиц расширяется со скоростью большей, чем горизонт Хаббла. Вопрос о том, сменится ли такая тенденция в дальнейшем, современная наука ответа не даёт. Но если предположить, что Вселенная продолжит расширяться с ускорением, то все те объекты, которые мы видим сейчас рано или поздно исчезнут из нашего «поля зрения».

На данный момент самым далёким светом, наблюдаемым астрономами, является реликтовое излучение. Вглядываясь в него, учёные видят Вселенную такой, какой она была через 380 тысяч лет после Большого Взрыва. В этот момент Вселенная остыла настолько, что смогла испускать свободные фотоны, которые и улавливают в наши дни с помощью радиотелескопов. В те времена во Вселенной не было ни звёзд, ни галактик, а лишь сплошное облако из водорода, гелия и ничтожного количества других элементов. Из неоднородностей, наблюдаемых в этом облаке, в последствие сформируются галактические скопления. Получается, именно те объекты, которые сформируются из неоднородностей реликтового излучения, расположены ближе всего к горизонту частиц.

Истинные границы

Материалы по теме

Имеет ли Вселенная истинные, не наблюдаемые границы, до сих пор остаётся предметом псевдонаучных догадок. Так или иначе, все сходятся на бесконечности Вселенной, но интерпретируют эту бесконечность совсем по-разному. Одни считают Вселенную многомерной, где наша «местная» трёхмерная Вселенная является лишь одним из её слоёв. Другие говорят, что Вселенная фрактальна – а это означает, что наша местная Вселенная может оказаться частицей другой. Не стоит забывать и о различных моделях Мультивселенной с её закрытыми, открытыми, параллельными Вселенными, червоточинами. И ещё много-много различных версий, число которых ограничено лишь человеческой фантазией.

Но если включить холодный реализм или просто отстраниться от всех этих гипотез, то можно предположить, что наша Вселенная является бесконечным однородным вместилищем всех звёзд и галактик. Причем, в любой очень далёкой точке, будь она в миллиардах гигапарсек от нас, всё условия будут точно такими же. В этой точке будут точно такими же горизонт частиц и сфера Хаббла с таким же реликтовым излучением у их кромки. Вокруг будут такие же звёзды и галактики. Что интересно, это не противоречит расширению Вселенной. Ведь расширяется не просто Вселенная, а само её пространство. То, что в момент большого взрыва Вселенная возникла из одной точки говорит только о том, что бесконечно мелкие (практически нулевые) размеры, что были тогда, сейчас превратились в невообразимо большие. В дальнейшем будем пользоваться именно этой гипотезой для того, чтобы осознать масштабы наблюдаемой Вселенной.

Наглядное представление

В различных источниках приводятся всевозможные наглядные модели, позволяющие людям осознать масштабы Вселенной. Однако нам мало осознать, насколько велик космос. Важно представлять, каким образом проявляются такие понятия, как горизонт Хаббла и горизонт частиц на самом деле. Для этого давайте поэтапно вообразим свою модель.

Забудем о том, что современная наука не знает о «заграничной» области Вселенной. Отбросив версии о мультивселенных, фрактальной Вселенной и прочих её «разновидностях», представим, что она просто бесконечна. Как отмечалось ранее, это не противоречит расширению её пространства. Разумеется, учтём то, что сфера Хаббла и сфера частиц соответственно равны 13,75 и 45,7 млрд световых лет.

Масштабы Вселенной

Нажмите кнопку СТАРТ и откройте для себя новый, неизведанный мир!
Для начала попробуем осознать, насколько велики Вселенские масштабы. Если вы путешествовали по нашей планете, то вполне можете представить, насколько для нас велика Земля. Теперь представим нашу планету как гречневую крупицу, которая движется по орбите вокруг арбуза-Солнца размером с половину футбольного поля. В таком случае орбита Нептуна будет соответствовать размеру небольшого города, область облака Оорта – Луне, область границы воздействия Солнца – Марсу. Получается, наша Солнечная Система настолько же больше Земли, насколько Марс больше гречневой крупы! Но это только начало.

Теперь представим, что этой гречневой крупой будет наша система, размер которой примерно равен одному парсеку. Тогда Млечный Путь будет размером с два футбольных стадиона. Однако и этого нам будет не достаточно. Придётся и Млечный Путь уменьшить до сантиметрового размера. Он чем-то будет напоминать завёрнутую в водовороте кофейную пенку посреди кофейно-чёрного межгалактического пространства. В двадцати сантиметрах от него расположится такая же спиральная «кроха» — Туманность Андромеды. Вокруг них будет рой малых галактик нашего Местного Скопления. Видимый же размер нашей Вселенной будет составлять 9,2 километра. Мы подошли к понимаю Вселенских размеров.

Внутри вселенского пузыря

Однако нам мало понять сам масштаб. Важно осознать Вселенную в динамике. Представим себя гигантами, для которых Млечный Путь имеет сантиметровый диаметр. Как отмечалось только что, мы окажемся внутри шара радиусом 4,57 и диаметром 9,24 километров. Представим, что мы способны парить внутри этого шара, путешествовать, преодолевая за секунду целые мегапарсеки. Что мы увидим в том случае, если наша Вселенная будет бесконечна?

Материалы по теме

Разумеется, пред нами предстанет бесчисленное множество всевозможных галактик. Эллиптические, спиральные, иррегулярные. Некоторые области будут кишить ими, другие – пустовать. Главная особенность будет в том, что визуально все они будут неподвижны, пока неподвижными будем мы. Но стоит нам сделать шаг, как и сами галактики придут в движение. К примеру, если мы будем способны разглядеть в сантиметровом Млечном Пути микроскопическую Солнечную Систему, то сможем пронаблюдать её развитие. Отдалившись от нашей галактики на 600 метров, мы увидим протозвезду Солнце и протопланетный диск в момент формирования. Приближаясь к ней, мы увидим, как появляется Земля, зарождается жизнь и появляется человек. Точно также мы будем видеть, как видоизменяются и перемещаются галактики по мере того, как мы будем удаляться или приближаться к ним.

Следовательно, чем в более далёкие галактики мы будем вглядываться, тем более древними они будут для нас. Так самые далёкие галактики будут расположены от нас дальше 1300 метров, а на рубеже 1380 метров мы будем видеть уже реликтовое излучение. Правда, это расстояние для нас будет мнимым. Однако, по мере того, как будем приближаться к реликтовому излучению, мы будем видеть интересную картину. Естественно, мы будем наблюдать то, как из первоначального облака водорода будут образовываться и развиваться галактики. Когда же мы достигнем одну из этих образовавшихся галактик, то поймем, что преодолели вовсе не 1,375 километров, а все 4,57.

Уменьшая масштабы

В качестве итога мы ещё больше увеличимся в размерах. Теперь мы можем разместить в кулаке целые войды и стены. Так мы окажемся в довольно небольшом пузыре, из которого невозможно выбраться. Мало того, что расстояние до объектов на краю пузыря будет увеличиваться по мере их приближения, так ещё и сам край будет бесконечно смещаться. В этом и заключается вся суть размера наблюдаемой Вселенной.

Какой бы Вселенная не была большой, для наблюдателя она всегда останется ограниченным пузырём. Наблюдатель всегда будет в центре этого пузыря, фактически он и есть его центр. Пытаясь добраться до какого-либо объекта на краю пузыря, наблюдатель будет смещать его центр. По мере приближения к объекту, этот объект всё дальше будет отходить от края пузыря и в тоже время видоизменяться. К примеру – от бесформенного водородного облачка он превратится в полноценную галактику или дальше галактическое скопление. Ко всему прочему, путь до этого объекта будет увеличиваться по мере приближения к нему, так как будет меняться само окружающее пространство. Добравшись до этого объекта, мы лишь сместим его с края пузыря в центр. На краю Вселенной всё также будет мерцать реликтовое излучение.

Если предположить, что Вселенная и дальше будет расширяться ускоренно, то находясь в центре пузыря и мотая время на миллиарды, триллионы и даже более высокие порядки лет вперёд, мы заметим ещё более интересную картину. Хотя наш пузырь будет также увеличиваться в размерах, его видоизменяющиеся составляющие будут отдаляться от нас ещё быстрее, покидая край этого пузыря, пока каждая частица Вселенной не будет разрозненно блуждать в своём одиноком пузыре без возможности взаимодействовать с другими частицами.

Понравилась запись? Расскажи о ней друзьям!

Просмотров записи: 75804

Запись опубликована: 14.09.2015
Автор: Максим Заболоцкий

какой диаметр и размер видимой вселенной?

Фото: Shutterstock

Вопрос-ответ

Среда, 16 сентября 2020

Размеры Вселенной – один из фундаментальных вопросов астрофизики. Маловероятно, что мы когда-либо найдем на него ответ.

По мере развития технологий астрономы обрели возможность «заглядывать» в очень далекие области Вселенной, изучать галактики, которые образовались вскоре после Большого взрыва. Однако это не означает, что вся Вселенная находится в пределах нашего поля зрения. Размеры Вселенной зависят от ряда факторов, включая ее форму и скорость расширения. Насколько велика наша Вселенная? По правде говоря, ученые затрудняются дать ответ.

Размер наблюдаемой Вселенной

В 2013 году обсерватория Европейского космического агентства Planck рассчитала возраст Вселенной, изучив космический микроволновый фон – так называемое реликтовое излучение. Это древнейший источник света во Вселенной.

Согласно данным Planck, Вселенная существует уже 13,8 миллиарда лет. Это значит, что объект, световое излучение которого добиралось до Земли 13,8 миллиарда лет, является самым дальним объектом, который мы можем видеть.

Не забывайте, что в масштабах Вселенной расстояния выражаются в световых годах. Световой год – это расстояние, которое свет проходит в вакууме за один юлианский год^.

Таким образом, астрономы на Земле могут с помощью телескопов «заглянуть» за 13,8 миллиарда световых лет во всех направлениях. Это и есть размеры видимой Вселенной.

Земля находится внутри этой наблюдаемой сферы с радиусом 13,8 миллиарда световых лет. Но ключевое слово тут «наблюдаемая». Ведь Вселенная не ограничивается теми областями, которые могут видеть ученые.

К тому же Вселенная расширяется

Исходя из вышеизложенного, диаметр наблюдаемой Вселенной должен составлять 28 миллиардов световых лет. На самом деле все немного сложнее.

Астрономы установили, что Вселенная расширяется. Это значит, что источник света, находившийся во время Большого взрыва на расстоянии 13,8 миллиарда световых лет от Земли, сейчас может находиться гораздо дальше.

К примеру, если расширение Вселенной происходило все время с одной скоростью, источник будет располагаться на расстоянии 46 миллиардов световых лет от нас. В таком случае диаметр наблюдаемой нами сферы составит 92 миллиарда световых лет.

Но существуют и другие теории о скорости расширения Вселенной. Одна из них гласит, что расширение со временем замедляется. Если теория верна, оценка в 92 миллиарда световых лет является неправильной.

Неправильна она и в том случае, если Вселенная расширяется со скоростью света.

Короче говоря…

Размеры Вселенной – один из фундаментальных вопросов астрофизики. Возможно, мы никогда не найдем на него ответ.

Нет никаких доказательств того, что Вселенная конечна. Но даже если у нее есть границы, та маленькая часть, которую мы видим сейчас, – это самое большее, что мы когда-либо сможем наблюдать: в процессе расширения края Вселенной удаляются от нас быстрее, чем достигает нас свет из этих областей.

Читайте также:

Астрофизики опубликовали самую масштабную 3D-карту Вселенной

5 документальных фильмов об устройстве Вселенной

Астрономы выяснили форму Вселенной

Насколько велика Вселенная?

Насколько велика Вселенная? На этой иллюстрации показаны этапы расширения Вселенной с течением времени.
(Изображение предоставлено: MARK GARLICK / SCIENCE PHOTO LIBRARY через Getty Images)

Насколько велика вселенная ? Это один из фундаментальных вопросов астрономии . Найдя самую дальнюю наблюдаемую точку от Земли до (и, соответственно, самую старую, учитывая скорость света ), мы можем оценить диаметр.

Благодаря развивающимся технологиям астрономы могут оглянуться назад во времени сразу после Большого Взрыва. Может показаться, что это означает, что вся Вселенная находится в пределах нашего поля зрения. Но размер Вселенной зависит от ряда факторов, в том числе от ее формы и расширения.

В результате, хотя мы и можем оценить размер Вселенной, ученые не могут дать ему цифру.

Родственный: Какое самое холодное место во Вселенной?

Наблюдаемая Вселенная

В 2013 году космическая миссия Европейского космического агентства «Планк» выпустила самую точную и подробную карту , когда-либо составленную для древнейшего источника света во Вселенной. Карта показала, что Вселенной 13,8 миллиарда лет. Планк рассчитал возраст, изучив космических микроволновых фонов .

«Космический микроволновый фоновый свет — это путешественник издалека и давно», — сказал Чарльз Лоуренс, ученый из США, участвовавший в миссии в Лаборатории реактивного движения НАСА в Пасадене, Калифорния, в 9Выписка 0003 (откроется в новой вкладке). «Когда он прибывает, он рассказывает нам обо всей истории нашей вселенной».

Из-за связи между расстоянием и скоростью света это означает, что ученые могут заглянуть в область космоса, которая находится на расстоянии 13,8 миллиардов световых лет. Подобно кораблю в пустом океане, астрономы на Земле могут поворачивать свои телескопы, чтобы заглянуть на 13,8 миллиардов световых лет в каждом направлении, что помещает Землю внутрь наблюдаемых сфер с радиусом 13,8 миллиардов световых лет. Слово «наблюдаемый» является ключевым; сфера ограничивает то, что ученые могут видеть, но не то, что есть.

Но хотя сфера кажется почти 28 миллиардов световых лет в диаметре, она намного больше. Ученые знают, что Вселенная расширяется. Таким образом, хотя ученые могли видеть точку, которая находилась на расстоянии 13,8 миллиардов световых лет от Земли во время Большого взрыва, Вселенная продолжала расширяться на протяжении всей своей жизни. Если инфляция происходила с постоянной скоростью на протяжении всей жизни Вселенной, то то же самое место сегодня находится на расстоянии 46 миллиардов световых лет, согласно Итану Сигелу, пишущему для Forbes (открывается в новой вкладке), что делает диаметр наблюдаемой Вселенной сферой около 92 миллиардов световых лет.

Эти оценки еще более усложняются возможностью того, что Вселенная расширяется неравномерно. ESA сообщает об исследовании 2020 года с использованием данных XMM-Newton ЕКА, космического телескопа Chandra НАСА и рентгеновских обсерваторий Rosat предполагает, что Вселенная не расширяется с одинаковой скоростью во всех направлениях . Исследователи измерили рентгеновские температуры сотен скоплений галактик и сравнили их с их яркостью. Некоторые скопления оказались менее яркими, чем ожидалось, что говорит о том, что они двигались не с той же скоростью. «Это возможное неравномерное влияние на космическое расширение может быть вызвано таинственным темная энергия , — заявило ЕКА. пространство Вселенной.То, что мы не можем видеть землю, не означает, что мы находимся в центре океана; только то, что мы не можем видеть край Вселенной, не означает, что мы находимся в центре Вселенной.

Измерение Вселенной

Эта фотография, получившая название eXtreme Deep Field, или XDF, была собрана путем объединения фотографий участка неба, сделанных космическим телескопом Хаббл за 10 лет. Изображение опубликовано 25 сентября 2012 г. (Изображение предоставлено: NASA, ESA, G. Иллингворт, Д. Маги и П. Ош (Калифорнийский университет, Санта-Крус), Р. Боуэнс (Лейденский университет) и HUDF09Команда) (Изображение предоставлено: NASA, ESA, G. Illingworth, D. Magee и P. Oesch (Калифорнийский университет, Санта-Крус), R. Bouwens (Leiden University) и группа HUDF09)

Ученые измеряют размер мириадами различных способов. Они могут измерять волны ранней Вселенной, известные как барионные акустические колебания, которые заполняют космическое микроволновое излучение. Они также могут использовать стандартные свечи, такие как сверхновые типа 1A, для измерения расстояний. Однако эти различные методы измерения расстояний могут дать ответы. 923, или 100 секстиллионов. Одно из объяснений этого, изложенное в NASA в 2019 году, заключается в том, что события темной энергии могли повлиять на расширение Вселенной в моменты после Большого взрыва.

Вместо того, чтобы использовать один метод измерения, группа ученых под руководством Миграна Варданяна из Оксфордского университета провела статистический анализ всех результатов. Используя усреднение байесовской модели, которое фокусируется на том, насколько вероятно, что модель будет правильной с учетом данных, а не на том, насколько хорошо сама модель соответствует данным. Они обнаружили, что Вселенная по крайней мере в 250 раз больше, чем наблюдаемая Вселенная, или по крайней мере 7 триллионов световых лет в поперечнике.

«Это большое, но на самом деле более жесткое ограничение, чем многие другие модели», согласно отчету MIT Technology Review 2011 .

Истории по теме:

– Фантомная энергия и темная гравитация: объяснение темной стороны вселенной

– Существуют ли параллельные вселенные? Мы могли бы жить в мультивселенной

– Геоцентрическая модель: взгляд на вселенную с точки зрения Земли

Форма Вселенной

Размер Вселенной во многом зависит от ее формы. Ученые предсказали возможность того, что Вселенная может быть замкнутой, как сфера, бесконечной и отрицательно изогнутой, как седло, или плоской и бесконечной.

Конечная Вселенная имеет конечный размер, который можно измерить; это имело бы место в замкнутой сферической Вселенной. Но бесконечная вселенная не имеет размера по определению.

По данным НАСА, ученые знают, что Вселенная плоская, с погрешностью всего около 0,4 процента (по состоянию на 2013 год). И это может изменить наше понимание того, насколько велика Вселенная.

«Это предполагает, что Вселенная бесконечна по своим размерам; однако, поскольку Вселенная имеет конечный возраст, мы можем наблюдать только конечный объем Вселенной», — говорит 9.0003 НАСА (открывается в новой вкладке) . «Все, что мы можем сделать, это то, что Вселенная намного больше, чем объем, который мы можем непосредственно наблюдать».

Определение формы Вселенной представляет дополнительные трудности из-за ограничений наших средств наблюдения. «Как зеркальный зал, кажущаяся бесконечной вселенная может вводить нас в заблуждение. На самом деле космос может быть конечным. Иллюзия бесконечности возникнет, когда свет обернет все пространство, возможно, более одного раза, создавая множество изображений. каждой галактики», согласно Университет штата Орегон, факультет физики (открывается в новой вкладке).

Дополнительные ресурсы и чтение

Есть много других вопросов о вселенной, на которые вы, возможно, хотели бы получить ответы, например, что, если у вселенной не было начала ? Если ваша жажда универсальных знаний нуждается в большем, то эти 10 диких теорий о вселенной могут также заставить ваш мозг биться быстрее.

Библиография

«Миссия Планка исследует историю нашей Вселенной» Лаборатория реактивного движения НАСА (открывается в новой вкладке)

«Насколько велика была Вселенная в момент ее создания?» Forbes (открывается в новой вкладке)

«Возможно, Вселенная не везде расширяется с одинаковой скоростью» ESA (открывается в новой вкладке)

«Тайна скорости расширения Вселенной увеличивается с новыми данными Хаббла» НАСА (открывается в новой вкладке)

«Космос как минимум в 250 раз больше, чем видимая Вселенная, говорят космологи» MIT Technology Review (открывается в новой вкладке)

«Вселенная плоская — что теперь?» Space. com

«Будет ли Вселенная расширяться вечно?» НАСА (открывается в новой вкладке)

«Геометрия Вселенной» Орегонский физический факультет (открывается в новой вкладке)

Присоединяйтесь к нашим космическим форумам, чтобы продолжать обсуждать последние миссии, ночное небо и многое другое! А если у вас есть новость, исправление или комментарий, сообщите нам об этом по адресу: [email protected].

Джонатан — редактор журнала All About History. Он имеет степень по истории Университета Лидса. Ранее он работал редактором журналов о видеоиграх games™ и X-ONE, а также технических журналов iCreate и Apps. В настоящее время он базируется в Борнмуте, Великобритания.

Насколько велика Вселенная?

Благодаря развивающимся технологиям астрономы могут оглянуться назад во времени сразу после Большого Взрыва. Может показаться, что это означает, что вся Вселенная находится в пределах нашего поля зрения. Но размер Вселенной зависит от ряда факторов, включая ее форма и расширение.

В результате, хотя мы и можем оценить размер Вселенной, ученые не могут дать ему цифру.

Родственный: Какое самое холодное место во Вселенной?

Наблюдаемая Вселенная

В 2013 году космическая миссия Европейского космического агентства «Планк» выпустила наиболее точную и подробную карту , когда-либо составленную для древнейшего источника света во Вселенной. Карта показала, что Вселенной 13,8 миллиарда лет. Планк рассчитал возраст, изучив космический микроволновый фон .

«Космический микроволновый фоновый свет — это путешественник издалека и давно», — сказал Чарльз Лоуренс, ученый из США, участвовавший в миссии Лаборатории реактивного движения НАСА в Пасадене, Калифорния, в заявлении (opens in new tab ). «Когда он прибывает, он рассказывает нам обо всей истории нашей вселенной».

Из-за связи между расстоянием и скоростью света это означает, что ученые могут заглянуть в область космоса, которая находится на расстоянии 13,8 миллиардов световых лет. Подобно кораблю в пустом океане, астрономы на Земле могут поворачивать свои телескопы, чтобы заглянуть на 13,8 миллиарда световых лет во всех направлениях, что помещает Землю в наблюдаемая сфера с радиусом 13,8 миллиардов световых лет. Слово «наблюдаемый» является ключевым; сфера ограничивает то, что ученые могут видеть, но не то, что есть.

Но хотя сфера кажется почти 28 миллиардов световых лет в диаметре, она намного больше. Ученые знают, что Вселенная расширяется. Таким образом, хотя ученые могли видеть точку, которая находилась на расстоянии 13,8 миллиардов световых лет от Земли во время Большого взрыва, Вселенная продолжала расширяться на протяжении всей своей жизни. Если инфляция происходила с постоянной скоростью на протяжении всей жизни Вселенной, то то же самое место сегодня находится на расстоянии 46 миллиардов световых лет, согласно Итану Сигелу, писавшему для Forbes (открывается в новой вкладке), делая диаметр наблюдаемой Вселенной сферой около 92 миллиардов световых лет.