Крупномасштабная структура Вселенной: от Солнечной системы до космического горизонта
Осознать истинные масштабы космоса — задача, с которой не всегда справляются даже сложные компьютерные симуляции. Начнём с нашего дома — Солнечной системы. Путешествие зонда «Новые горизонты» к Плутону длилось 9 лет и покрыло расстояние в 5 миллиардов километров. Однако настоящая граница нашего звёздного дома лежит гораздо дальше — примерно в двух световых годах от Солнца, там, где его гравитационное влияние окончательно сходит на нет. Если же расширить понятие «дома» до галактических масштабов, то им станет Млечный Путь, чей диаметр оценивается в колоссальные 100 000 световых лет. И всё же даже эта гигантская звёздная система — лишь крошечная часть куда большего целого. Согласно современным научным представлениям, диаметр видимой нам части Вселенной составляет около 93 миллиардов световых лет. Что же скрывается за этим термином — «видимая Вселенная»?
Парадокс размеров: как Вселенная стала больше своего возраста?
Возраст нашей Вселенной, согласно расчётам, — примерно 13.8 миллиардов лет. Это порождает закономерный вопрос: каким образом её наблюдаемый размер (93 млрд световых лет) может существенно превосходить расстояние, которое свет успел бы пройти за всё время её существования? Разгадка кроется в теории Большого взрыва и последующего расширения пространства. Согласно этой теории, всё вещество и энергия когда-то были сконцентрированы в невообразимо плотной и горячей точке — сингулярности. Около 13.8 млрд лет назад началось её стремительное расширение, которое продолжается и по сей день. В 1929 году астроном Эдвин Хаббл, наблюдая за галактиками, установил, что они удаляются от нас, причём скорость этого удаления пропорциональна расстоянию (закон Хаббла). Это и стало ключевым доказательством расширения Вселенной.
Что мы видим, глядя в глубины космоса?
Наблюдаемая Вселенная — это та область космоса, свет от объектов которой успел достичь Земли за время её существования. Когда мы смотрим на галактику, например, М81, расположенную в 12 миллионах световых лет, мы видим её такой, какой она была миллионы лет назад. Фактически, мы заглядываем в прошлое. Если представить Землю в центре гигантской сферы, то всё, что мы можем наблюдать, будет находиться внутри неё. На первый взгляд, если Вселенной 13.8 млрд лет, то радиус этой сферы должен быть равен 13.8 млрд световых лет, а диаметр — 27.6 млрд. Однако здесь в игру вступает ключевой фактор — расширение самого пространства. Те объекты, которые испустили свет 13.8 млрд лет назад, за прошедшее время успели удалиться от нас ещё дальше из-за этого расширения. Согласно расчётам на основе закона Хаббла, сейчас они находятся на расстоянии более 46.5 миллиардов световых лет. Удвоив это значение, мы и получаем цифру в 93 миллиарда световых лет — текущий диаметр наблюдаемой Вселенной.
Художественное изображение наблюдаемой Вселенной. В центре - Солнечная система, затем - Млечный Путь, соседние галактики, за ними - далёкие галактики, крупномасштабная структура Вселенной и реликтовое излучение. По краю изображена невидимая плазма Большого взрыва.
- Кстати, этот рисунок здорово напоминает зрачок, не находите?
Центр Вселенной — это мы? Относительность наблюдателя
Таким образом, диаметр наблюдаемой нами Вселенной действительно составляет около 93 млрд световых лет. Важно отметить, что кажущееся сверхсветовое «разбегание» галактик на самом горизонте не нарушает теорию относительности, так как это скорость расширения самого пространства, а не движения объектов в нём.
Это приводит нас к интересному философскому выводу: центром наблюдаемой Вселенной является сам наблюдатель. Для нас, землян, это Земля. Но точно так же для гипотетического астронома в далёкой галактике центром *его* наблюдаемой Вселенной будет его собственная планета. Это похоже на вид с высокой башни: вы видите круглую область, в центре которой находитесь вы сами. Ваш горизонт ограничен кривизной Земли. Точно так же горизонт наблюдаемой Вселенной ограничен временем, которое свет успел пройти до нас, и расширением пространства. Мы видим свет, который шёл к нам 13.8 млрд лет, но сами источники этого света за это время «убежали» на 46.5 млрд световых лет. Мы не знаем, что находится за этим горизонтом частиц, но это не означает, что там ничего нет — просто эта информация ещё не дошла до нас.
Вид на Дубай с высоты — аналогия с ограниченным горизонтом наблюдателя.
Подводя итог, наблюдаемая Вселенная — это не вся Вселенная, а лишь та её часть, которая находится в нашем «конусе света», ограниченном возрастом Вселенной и скоростью расширения пространства. Её гигантский размер в 93 млрд световых лет — прямое следствие космической инфляции и постоянного расширения, открытого Эдвином Хабблом.
Вам может быть интересно:
Последние мгновения жизни Вселенной: что с ней станет?
Первый шаг человека во Вселенную: Алексей Леонов и Павел Беляев
Всё ли предопределено? Что об этом говорит наука?
Что такое тёмная материя?
Природа вселенской пустоты: что такое вакуум?
Планеты-сироты: одинокие странники в чернильной синеве
Ностальгия по "Кассини": подборка лучших фотографий Сатурна
Вид на Землю с разных уголков Солнечной системы
"Скачущая" Вселенная: теория Большого отскока
А что вам напоминает Ланиакея?
Какого цвета космос? Почему он чёрный?
Еще по теме здесь: Космос.
Источник: Видимая (Наблюдаемая) Вселенная – это сколько?.