Земля, наша Солнечная система, галактика и другие далекие звезды — все это находится во вселенной. И хотя наука многое знает о ней, ряд вопросов по-прежнему ставит ученых в тупик. Портал popsci.com рассказал о некоторых из них.
Насколько велика вселенная?
Никто не знает, и никогда не узнает наверняка. Астрофизики точно знают лишь одно: диаметр «наблюдаемой вселенной», в центре которой мы находимся, превышает 93 млрд световых лет. Наша способность изучать космос и измерять звезды ограничена возрастом вселенной и скоростью света. По сути, мы видим лишь тот свет, что успел дойти до Земли за 13,8 млрд лет с момента Большого взрыва.
Почему тогда диаметр наблюдаемой вселенной гораздо больше? Потому что с самого момента появления пространства и времени она расширяется во всех направлениях одновременно. Таким образом, свет, сгенерированный 13,8 млрд лет назад, на самом деле преодолел 46,5 млрд световых лет, чтобы достичь наших глаз и телескопов. Пустота космоса не подчиняется привычным законам материи и физических вещей.
Есть вероятность, что вселенная и вовсе бесконечна. Насчет четких границ никто пока не уверен, однако астрофизики в целом согласны, что у вселенной есть форма — она плоская, как четырехмерный (время — это тоже измерение!) лист бумаги.
Откуда мы знаем, что вселенная расширяется?
В начале XX века ряд астрономов, опираясь на теории и измерения света далеких звезд, выдвинули гипотезу о том, что вселенная расширяется. В 1924 году шведский астроном Кнут Лундмарк впервые нашел эмпирические подтверждения этой гипотезы, которые позже проверил Эдвин Хаббл. Данные наблюдения полагались на т.н. феномен красного смещения — визуальную версию эффекта Доплера.
Представьте сирену машины скорой помощи. Тональность ее звука меняется в зависимости от позиции и скорости машины: подъезжая к вам, она звучит выше, а отдаляясь по дороге — ниже. Точно так же на наше восприятие света могут повлиять движение и скорость волн. Излучение по направлению к наблюдателю выглядит более синим, а отдаляющееся — красным. Хаббл и другие астрономы как раз заметили, что галактики, которые они находили с Земли, обладали красным оттенком, причем самые далекие были наиболее яркими. А это значит, что наиболее далекие галактики отдаляются с более высокой скоростью, потому что между ними и нами больше пустого пространства.
Помимо этого, ученые в прошлом и настоящем также используют объекты стандартной светимости для оценки размера и скорости вселенной. Они представляют собой удобные космологические маркеры, помогающие изучать перемещения света и перемены в пространстве-времени. Так, первым типом таких объектов были Цефеиды — пульсирующие звезды, излучающие яркий свет регулярными, периодическими вспышками.
Как быстро расширяется вселенная?
На основе своих наблюдений Хаббл предположил, что вселенная расширяется со скоростью примерно 500 километров в секунду в мегапарсек (или 3,26 млн световых лет). Скорость расширения вселенной позже стала известна как «постоянная Хаббла», хотя оригинальные расчеты ученого на практике оказались неверны.
Сегодня же ученые уже лучше представляют себе реальную картину. Астрономы склоняются ко мнению, что постоянная Хаббла составляет 65-75 км/с/мпс. Почему после этой цифры идут и километры, и секунды, и мегапарсеки? Потому что скорость расширения вселенной зависит и от времени, и от расстояния. Она выше в более крупных регионах космоса и на протяжении более длительного времени. Правда, точную скорость никто так и не смог назвать: два разных подхода к расчету постоянной Хаббла дают разные результаты.
