(!LANG:כדור האבל ואופקי היקום. המרחק העובר הוא הפוך ממרחק הקוטר הזוויתי

היקום... איזו מילה נוראית. קנה המידה של מה שמילה זו מציינת הוא מעבר לכל הבנה. עבורנו, נסיעה של 1000 ק"מ היא כבר מרחק, ומה המשמעות שלהן בהשוואה לנתון ענק, המציין את הקוטר הקטן ביותר האפשרי של היקום שלנו, מנקודת מבטם של מדענים.

הנתון הזה הוא לא רק קולוסאלי - הוא לא אמיתי. 93 מיליארד שנות אור! זה מתבטא בקילומטרים כ-879,847,933,950,014,400,000,000.

מהו היקום?

מהו היקום? איך לתפוס את העצום הזה עם המוח, כי, כפי שכתב קוזמה פרוטקוב, זה לא ניתן לאיש. בואו נסתמך על דברים מוכרים ופשוטים שיכולים להוביל אותנו להבנה הרצויה באנלוגיה.

ממה מורכב היקום שלנו?

כדי לסדר את זה, לכו למטבח עכשיו ותפסו את ספוג הקצף שבו אתם משתמשים כדי לשטוף כלים. נלקח? אז אתה מחזיק דגם של היקום בידיים שלך. אם תסתכלו מקרוב על מבנה הספוג דרך זכוכית מגדלת, תראו שמדובר בהרבה נקבוביות פתוחות, מוגבלות אפילו לא על ידי קירות, אלא על ידי גשרים.

היקום הוא משהו דומה, אבל רק גומי קצף משמש כחומר לקושרים, אבל ... ... לא כוכבי לכת, לא מערכות כוכבים, אלא גלקסיות! כל אחת מהגלקסיות הללו מורכבת ממאות מיליארדי כוכבים המקיפים ליבה מרכזית, ורוחבה של כל אחת מהן יכולה להיות עד מאות אלפי שנות אור. המרחק בין גלקסיות הוא בדרך כלל כמיליון שנות אור.

התפשטות היקום

היקום הוא לא רק גדול, הוא גם מתרחב כל הזמן. עובדה זו, שנקבעה על ידי התבוננות בהיסט לאדום, היוותה את הבסיס לתיאוריית המפץ הגדול.


לפי נאס"א, גיל היקום מאז המפץ הגדול שהחל אותו הוא כ-13.7 מיליארד שנים.

מה פירוש המילה "יקום"?

למילה "יקום" יש שורשים סלאביים עתיקים, ולמעשה, היא נייר איתור מהמילה היוונית oikoumenta (οἰκουμένη)נגזר מהפועל οἰκέω "אני מאכלס, אני מאכלס". בתחילה, מילה זו ציינה את כל החלק המיושב של העולם. משמעות דומה נשתמרה בשפת הכנסייה עד היום: למשל, לפטריארך קונסטנטינופול יש את המילה "אקומני" בכותרתו.

המונח בא מהמילה "התיישבות" והוא תואם רק למילה "הכל".

מה נמצא במרכז היקום?

שאלת מרכז היקום היא דבר מבלבל ביותר ועדיין לא נפתרה בוודאות. הבעיה היא שלא ברור אם הוא קיים בכלל או לא. הגיוני להניח שמכיוון שהיה מפץ גדול, שממרכזו החלו להתפזר אינספור גלקסיות, פירוש הדבר שעל ידי התחקות אחר המסלול של כל אחת מהן, ניתן למצוא את מרכז היקום בצומת של המסלולים הללו. אבל העובדה היא שכל הגלקסיות מתרחקות זו מזו בערך באותה מהירות, ולמעשה אותה תמונה נצפית מכל נקודה ביקום.


כל כך הרבה הועלו כאן תיאוריות שכל אקדמאי ישתגע. המימד הרביעי אף הועלה יותר מפעם אחת, אם לא היה נכון, אך אין בהירות מיוחדת בנושא עד היום.

אם אין הגדרה מובנת של מרכז היקום, אז אנחנו רואים בזה עיסוק ריק לדבר על מה שנמצא ממש במרכז הזה.

מה נמצא מחוץ ליקום?

אה, זו שאלה מאוד מעניינת, אבל מעורפלת בדיוק כמו הקודמת. באופן כללי, לא ידוע אם ליקום יש גבולות. אולי הם לא קיימים. אולי הם כן. אולי, מלבד היקום שלנו, יש אחרים עם תכונות אחרות של חומר, עם חוקי טבע וקבועים בעולם שונים משלנו. אף אחד לא יכול לענות סופית על שאלה כזו.

הבעיה היא שאנחנו יכולים לצפות ביקום רק במרחק של 13.3 מיליארד שנות אור. למה? פשוט מאוד: אנו זוכרים שגילו של היקום הוא 13.7 מיליארד שנים. בהתחשב בכך שההתבוננות שלנו מתרחשת באיחור השווה לזמן שאור עובר למרחק המתאים, איננו יכולים לצפות ביקום לפני הרגע שבו הוא נוצר בפועל. במרחק הזה, אנו רואים יקום פעוט...

מה עוד אנחנו יודעים על היקום?

הרבה וכלום! אנחנו יודעים על זוהר השריד, על מיתרים קוסמיים, על קוואזרים, חורים שחורים ועוד הרבה הרבה יותר. ניתן לבסס ולהוכיח חלק מהידע הזה; משהו הוא רק חישובים תיאורטיים שלא ניתן לאשש סופית, ומשהו הוא רק פרי דמיונם העשיר של פסאודו-מדענים.


אבל דבר אחד אנחנו יודעים בוודאות: לעולם לא יבוא הרגע שבו נוכל לנגב את הזיעה מהמצח בהקלה ולומר: "אוף! סוף סוף השאלה מובנת במלואה. אין יותר מה לתפוס כאן!"

העולם שלנו, שנולד בתהליך המפץ הגדול, עדיין מתרחב, ונפח החלל המפריד בין הגלקסיות גדל במהירות. צבירי גלקסיות, המתרחקים זה מזה, נותרים בכל זאת תצורות יציבות בעלות גודל מסוים ומבנה יציב. והאטומים אינם מתנפחים כלל בתהליך ההתפשטות של היקום, בניגוד לפוטונים המעופפים בחופשיות, המגדילים את אורך הגל שלהם בתהליך התנועה בחלל המתרחב. לאן נעלמה האנרגיה של פוטונים שריד? מדוע אנו יכולים לראות קוואזרים מתרחקים מאיתנו במהירויות על-לומינליות? מהי אנרגיה אפלה? מדוע החלק ביקום הזמין לנו מתכווץ כל הזמן? אלו הן רק חלק מהשאלות שעליהן חושבים היום קוסמולוגים, המנסים להתאים את תורת היחסות הכללית עם תמונת העולם שנצפתה על ידי אסטרונומים.

כדור האבל

על פי חוק האבל, המתאר את התפשטות היקום, המהירויות הרדיאליות של הגלקסיות פרופורציונליות למרחק שלהן מ מקדם H 0שהיום נקרא קבוע האבל.

הערך של H 0 נקבע מתצפיות על עצמים גלקטיים, שהמרחקים אליהם נמדדים בעיקר מהכוכבים הבהירים ביותר או מהקפאידים.

רוב ההערכות הבלתי תלויות של H 0 נותנות כיום ערך של כ-70 ק"מ/שניה למגה-פרסק עבור פרמטר זה.

המשמעות היא שגלקסיות שנמצאות במרחק של 100 מגה-פארסק מתרחקות מאיתנו במהירות של כ-7000 קמ"ש.

במודלים של יקום מתרחב, קבוע האבל משתנה עם הזמן, אך המונח "קבוע" מוצדק על ידי העובדה שכל הרגע הזהזמן בכל הנקודות ביקום, קבוע האבל זהה.

ההדדיות של קבוע האבל הגיוני זמן אופייני להתפשטות היקוםכַּיוֹם. עבור הערך הנוכחי של קבוע האבל, גיל היקום מוערך בכ-13.8 מיליארד שנים.

יחסית למרכז כדור האבל, קצב התפשטות החלל בתוכו קטן ממהירות האור, ומחוץ לו גדול יותר. בכדור האבל עצמו, קוונטות האור כביכול קפואות לחלל, שמתרחב שם במהירות האור, ולכן הוא הופך לאופק אחר - אופק פוטון.

אם התפשטות היקום מואטת, אזי הרדיוס של כדור האבל גדל מכיוון שהוא ביחס הפוך לפרמטר האבל ההולך ופוחת. במקרה זה, ככל שהיקום מזדקן, הכדור הזה מכסה עוד ועוד אזורים בחלל ומכניס יותר ויותר קוונטות אור. עם הזמן, הצופה יראה גלקסיות ואירועים תוך-גלקטיים שהיו בעבר מחוץ לאופק הפוטונים שלו. אם התפשטות היקום מואצת, אז הרדיוס של כדור האבל, להיפך, מצטמצם.

ישנם שלושה משטחים חשובים בקוסמולוגיה: אופק האירועים, אופק החלקיקים וכדור האבל. שני האחרונים הם משטחים במרחב, והראשון הוא במרחב-זמן. כבר נפגשנו עם תחום האבל, עכשיו בואו נדבר על אופקים.

אופק חלקיקים

אופק חלקיקים מפריד בין האובייקטים הנצפים כעת לבין האובייקטים הבלתי נצפים.

בשל סופיות מהירות האור, הצופה רואה עצמים שמימיים כפי שהיו בעבר רחוק פחות או יותר. מעבר לאופק החלקיקים מסתתרות גלקסיות שאינן נצפות כעת בשום שלב של התפתחותן הקודמת. משמעות הדבר היא שקווי העולם שלהם במרחב-זמן אינם חוצים את פני השטח בשום מקום, שלאורכם מתפשט האור, ומגיע אל המתבונן מרגע לידתו של היקום. בתוך אופק החלקיקים נמצאות גלקסיות שקווי עולמן חתכו את פני השטח הזה בעבר. הגלקסיות הללו הן המרכיבות את החלק ביקום שנגיש, באופן עקרוני, לתצפית ברגע נתון.

עבור יקום שאינו מתרחב, גודלו של אופק החלקיקים גדל עם הגיל, ובמוקדם או במאוחר כל אזורי היקום יהיו זמינים למחקר. אבל ביקום מתרחב, זה לא המקרה. יתרה מכך, בהתאם לקצב ההתפשטות, גודל אופק החלקיקים יכול להיות תלוי בזמן שחלף מאז תחילת ההתפשטות, על פי חוק מורכב יותר ממידתיות פשוטה. במיוחד, ביקום המתרחב במהירות, גודלו של אופק החלקיקים יכול לשאוף ערך קבוע. זה אומר שיש תחומים שהם ביסודם בלתי ניתנים לצפייה, יש תהליכים שהם ביסודם בלתי ניתנים לצפייה.

בנוסף, גודל אופק החלקיקים מגביל את גודלם של אזורים סיבתיים. אכן, שתי נקודות מרחביות מופרדות במרחק מעל גודלאופק מעולם לא קיים אינטראקציה בעבר. מכיוון שהאינטראקציה המהירה ביותר (החלפת קרני האור) טרם התרחשה, כל אינטראקציה אחרת אינה נכללת. לכן, שום אירוע בנקודה אחת לא יכול להיות גורם לו אירוע שהתרחש בנקודה אחרת. במקרה שבו גודל אופק החלקיקים נוטה לערך קבוע, היקום מחולק לאזורים שאינם קשורים קשר סיבתי, שהאבולוציה בהם ממשיכה באופן עצמאי.

לפיכך, לא ניתן לנו לדעת מה היקום מעבר לאופק החלקיקים הנוכחי. כמה תיאוריות של היקום המוקדם טוענות שהרבה מעבר לאופק הזה, הוא לא דומה למה שאנחנו רואים. תזה זו היא מדעית למדי, שכן היא נובעת מחישובים סבירים לחלוטין, אך לא ניתן להפריך או לאשש אותה בעזרת תצפיות אסטרונומיות הקיימות בזמננו. יתרה מכך, אם החלל ימשיך להתרחב בתאוצה, לא ניתן יהיה לאמתה זה ובכמה כל עתיד רחוק.

למקורות באופק החלקיקים יש הסטה לאדום אינסופית. אלו הם הפוטונים העתיקים ביותר, שלפחות תיאורטית, ניתן כעת "לראות". הם נפלטו כמעט בזמן המפץ הגדול. אז גודלו של החלק ביקום הנראה היום היה קטן ביותר, מה שאומר שמאז כל המרחקים גדלו מאוד. מכאן נובעת ההיסט האינסופי לאדום. כמובן, אנחנו לא יכולים לראות פוטונים מאופק החלקיקים עצמו. היקום בצעירותו היה אטום לקרינה. לכן, פוטונים עם הסטה לאדום גדולה מ-1,000 אינם נצפים. אם בעתיד אסטרונומים ילמדו לרשום ניטרינו שריד, אז זה יאפשר לנו להסתכל לתוך הדקות הראשונות של חיי היקום, המקבילות להסטה לאדום - 3x10 7 . ניתן להשיג התקדמות רבה עוד יותר בזיהוי גלי כבידה שריד, עד ל"זמני פלאנק" (10 -43 שניות מתחילת הפיצוץ). בעזרתם ניתן יהיה להתבונן אל העבר ככל שניתן באופן עקרוני בעזרת חוקי הטבע המוכרים כיום. קרוב לתחילת המפץ הגדול תיאוריה כלליתתורת היחסות כבר לא ישימה.

אופק אירועים

אופק אירועים - הוא משטח במרחב-זמן. אופק כזה לא מופיע בשום מודל קוסמולוגי. לדוגמה, אין אופק אירועים ביקום מאט- ניתן לראות כל אירוע בחיי הגלקסיות הרחוקות אם מחכים מספיק זמן. העניין בהצגת האופק הזה הוא שהוא מפריד בין אירועים שיכולים להשפיע עלינו לפחות בעתיד לאלו שלא יכולים להשפיע עלינו בשום צורה. גם אם אות האור על אירוע לא מגיע אלינו, הרי שהאירוע עצמו לא יכול להשפיע עלינו. למה זה אפשרי? יכולות להיות מספר סיבות. הפשוט ביותר הוא מודל "סוף העולם". אם העתיד מוגבל בזמן, אז ברור שהאור מכמה גלקסיות רחוקות פשוט לא יוכל להגיע אלינו. רוֹב דגמים מודרנייםאפשרות כזו אינה מסופקת. עם זאת, יש גרסה של ה-Big Rip הקרוב (Big Rip), אבל היא לא מאוד פופולרית בחוגים מדעיים. אבל יש אפשרות נוספת - הרחבה עם האצה.

הגילוי האחרון שהיקום מתרחב כעת בקצב מואץ הלהיב את הקוסמולוגים. יכולות להיות שתי סיבות להתנהגות כה חריגה של העולם שלנו: או שה"מילוי" העיקרי של היקום שלנו אינו חומר רגיל, אלא חומר לא ידוע בעל תכונות יוצאות דופן (מה שנקרא אנרגיה אפלה), או (מפחיד אפילו יותר לחשוב! ) עלינו לשנות את המשוואות של תורת היחסות הכללית. יתרה מכך, מסיבה כלשהי, האנושות חיה במקרה באותה תקופה קצרה במונחים של קנה מידה קוסמולוגי, כאשר ההתפשטות האיטית פשוט הוחלפה בזו מואצת. כל השאלות הללו עדיין רחוקות מאוד מפתרון, אבל היום אנחנו יכולים לדון כיצד התרחבות מואצת (אם היא תימשך לנצח) תשנה את היקום שלנו ותיצור אופק אירועים. מסתבר שהחיים של גלקסיות רחוקות, החל מהרגע שהן זוכות למהירות מילוט מספיק גדולה, ייעצרו עבורנו ועתידן יהפוך לבלתי ידוע לנו – האור ממספר אירועים פשוט לא יגיע אלינו לעולם. עם הזמן, בעתיד די רחוק, כל הגלקסיות שאינן חלק מצביר העל המקומי שלנו בגודל 100 מגה-פארסק ייעלמו מעבר לאופק האירועים.

עבר ועתיד

"חשבתי על בעיות האופק אפילו בלימודי התואר השני, ואפילו לא יוזמה עצמית, אומר פרופסור וולפגנג רינדלר, שעדיין מלמד פיזיקה באוניברסיטת טקסס בדאלאס. - אז התיאוריה של היקום, הידועה בשם Steady State Cosmology, הייתה באופנה גדולה. המנחה שלי נקלע לוויכוח סוער עם מחברי התיאוריה הזו והזמין אותי לבחון את מהות ההבדלים. לא סירבתי למשימה שהוצעה, והתוצאה הייתה עבודתי על אופקים קוסמולוגיים.

לדברי פרופסור רינדלר, יש פרשנות ברורה מאוד לשני האופקים של העולם שלנו:"אופק האירועים נוצר על ידי חזית האור, שתתכנס בגבול על הגלקסיה שלנו כאשר עידן היקום יגדל עד אינסוף. לעומת זאת, אופק החלקיקים מתאים לחזית האור שנפלטה בזמן המפץ הגדול. באופן פיגורטיבי, אופק האירועים מתואר על ידי האחרונה של חזיתות האור שמגיעות לגלקסיה שלנו, ואופק החלקיקים הוא הראשון. מהגדרה זו מתברר כי

אופק החלקיקים מציין את המרחק המקסימלי ממנו ניתן לצפות באירועי העבר בתקופה הנוכחית שלנו. אופק האירועים, לעומת זאת, קובע את המרחק המקסימלי ממנו ניתן לקבל מידע על העתיד הרחוק לאין שיעור.

אלו באמת שני אופקים שונים שדרושים להם תיאור מלאאבולוציה של היקום".

בעבודה המוצעת, על בסיס נתונים מקובלים, ניתנת קביעה ישירה ומספרית של הרדיוס הנראה של היקום, השונה מהמקובל. מודלי האינפלציה המוכרים כיום של המפץ הגדול צופים משמעויות שונותהגודל הראשוני של היקום לאחר השלמת שלב האינפלציה:

"... תקופת ה"אינפלציה" ... נקראת התקופה האינפלציונית. במהלך הזמן הזה, גודל היקום גדל פי 10^50, ממיליארדית מגודלו של פרוטון לגודל של קופסת גפרורים.

"בסוף תקופת האינפלציה, היקום שלנו רכש גודל של כ-1 ס"מ בקוטר...".

"היקום התרחב ב-50 סדרי גודל - הוא היה פחות מפרוטון, אבל הוא הפך לגודל של אשכולית".

"עד סוף תקופת האינפלציה, היקום קיבל גודל של כ-1 ס"מ".

"חיידק היקום גדל מאפס לגודל של כדור פינג פונג".

תהליך האינפלציה האינפלציוני עצמו נמשך שבריר השניה הקטן ביותר, ולאחר מכן מתחיל תהליך התפשטות האבל של היקום, מיליארדי שנים. עד כה, היקום, לפי ההערכות שלהלן, התרחב מ-10^8 ל-10^30 מטר. כיום מקובל שאחרי ההתרחבות האינפלציונית עברו כ-10^17 שניות או 13.8 מיליארד שנים.

לפי המודל הסטנדרטי של המפץ הגדול, הרדיוס ההתחלתי של היקום יצטרך להיות בסדר גודל של סנטימטרים בודדים, והתרחבות נוספת הייתה לינארית. האינפלציה ביטלה חלק מהבעיות בדגם המפץ הגדול הסטנדרטי. עם זאת, גם התרחישים האינפלציוניים הראשונים לא היו חפים מחסרונות, מה שהוביל להמשך התפתחותם ולהופעתם של מודלים אינפלציוניים חדשים, שבהם היקום התרחב הרבה יותר בשלב האינפלציה.

לדוגמה, בערך של הרחבת החלל ב-10 בחזקת 10^5 - פי 10^12, כלומר למעשה גודל היקום עם אותם ערכים מספריים בדיוק: 10 בחזקת 10^5 - 10^12 ס"מ. המספר 10^12 הוא 10 בחזקת טריליון. הגודל הגדול ביותרבסוף שלב האינפלציה, התיאוריה האינפלציונית החדשה של A. Linde חוזה את היקום מטווח זה:

"ההבדל העיקרי בין התיאוריה האינפלציונית לקוסמולוגיה הישנה מתגלה אם מחשבים את גודלו של אזור אינפלציוני טיפוסי בסוף האינפלציה. גם אם הגודל הראשוני של היקום האינפלציוני היה קטן מאוד (בסדר גודל של אורך פלאנק lp~10^ 33 ס"מ), לאחר 10^-35 שניות של ניפוח, היקום מגיע לגודל עצום - l~10^1` 000`000`000`000 ס"מ".

"לפי כמה מודלים של אינפלציה, קנה המידה של היקום (בס"מ) יגיע ל-10 בחזקת 10^12".

פיזור כזה בממדי היקום, מן הסתם, אמור להוביל לפרמטרים סופיים שונים של היקום.

רדיוס היקום הנצפה

"היקום הנצפה הוא מושג בקוסמולוגיה של המפץ הגדול שמתאר את החלק ביקום שהוא העבר המוחלט ביחס למתבונן. מנקודת המבט של החלל, זה האזור שממנו לחומר (בפרט, קרינה, וכתוצאה מכך, כל אותות) יהיה זמן להגיע למיקום הנוכחי (במקרה של האנושות, כדור הארץ המודרני) במהלך הקיום של היקום, כלומר להיות ניתן לצפייה.

לפי הנתונים המקובלים, גיל היקום הוא T=13.8 מיליארד שנים. מכאן נובע, כפי שמאמינים, שפוטונים שנולדו ברגע מוצאו של היקום צריכים כבר להגיע לכדור הארץ. במילים אחרות, כל פוטון CMB בילה T שנים בדרך. עם זאת, בקשר להתפשטות היקום, ברור גם שפוטונים הנפלטים ממרחק קצר מ-T שנות אור חייבים להגיע גם לכדור הארץ. ואכן, במהלך תקופה זו, כדור הארץ התרחק ללא הרף ממקור הקרינה. לכן, הפוטונים שהגיעו לכדור הארץ, בעלי גיל T שנים, נולדו במרחק מכדור הארץ פחות מ-T שנות אור.

חישובים מראים שברגע הזמן הראשוני (לאחר היווצרות הגלקסיות), המקור הרחוק ביותר מכדור הארץ, שפוטונים מהם הגיעו לכדור הארץ בזמן הנוכחי, היה במרחק של כ-5x10^9 sv מכדור הארץ. . שנים.

בחישובים יצאנו מההנחות הבאות די מקובלות. ההנחה העיקרית היא קבלת חוק האבל כנכון.

ההנחה השנייה היא שבמשך כל זמן ההתפשטות שלאחר האינפלציה של היקום, קבוע האבל היה לא פחות מהערך המקובל כיום. יתרה מכך, ככל שהערך הממוצע של קבוע האבל גדול יותר, כך הרדיוס האמיתי של היקום הנצפה יהיה קטן יותר. לכן, בהקשר לגילוי ההתפשטות המואצת של היקום, התוצאה שהתקבלה צריכה להיחשב מעט מוגזמת, שכן מוקדם יותר קבוע האבל, ככל הנראה, היה פחות. כלומר, פוטונים הגיעו לכדור הארץ ממקורות במרחק של קצת יותר מ-5 מיליארד שנות אור.

ההנחה השלישית היא הקביעות המשוערת של קבוע האבל, עצמאותו בזמן. זו הנחה מקובלת, אפשר לומר, המקובלת בדרך כלל, שכן זו נובעת מגרפים של התפשטות היקום על ידי כמעט כל החוקרים והתיאורטיקנים הסמכותיים.

מהטיעונים לעיל, יש להסיק שבתצפיות אסטרונומיות אי אפשר "לראות" גלקסיות במרחק של יותר מ-5 מיליארד שנות אור. פוטונים מכל גלקסיה קרובה לגיל היקום שהגיעו לכדור הארץ נפלטו כאשר הגלקסיה הייתה במרחק של לא יותר מ-5 מיליארד שנות אור.

יתרה מכך, יש להסיק מכך ששום הסטה לאדום אינה יכולה להתאים למרחק של יותר ממרחק זה, והמידע שניתן בספרות הקוסמולוגית לפיו התגלתה גלקסיה או קוואזר, שהוסרה ב-10-12 מיליארד שנות אור, אינו אמון.

למען האמת, זו נסיבות די ברורות. מכיוון שגילו של היקום הוא 14 מיליארד שנים, כל פוטון לא יכול היה לנוע יותר מהזמן הזה. אם פוטון נע לכיוון כדור הארץ מנקודה עם מרחק של 12-14 מיליארד שנים, אז במהירות האור הוא היה עובר את המרחק הזה ומגיע לכדור הארץ במהלך חיי היקום רק אם כדור הארץ לא היה מתרחק. אבל כדור הארץ התרחק, ועם מספיק מהירות גבוהה, כפי שמוצג באנימציה הנלווית למאמר.

ניתן לראות אנימציה והחישובים שהוזכרו לעיל באינטרנט בכתובת האתר: http://samlib.ru/p/putenihin_p_w/rw99.shtml

מכיוון שכדור הארץ מתרחק מהכוכב, הפוטון במהלך חיי היקום יגיע רק לנקודה שבה היה כדור הארץ ברגע פליטתו (עיגול כחול בהיר) - במרחק של 13.7 מיליארד שנות אור. זה ברור, שכן במהלך תקופה זו של 13.7 מיליארד שנים כדור הארץ יתרחק מנקודה זו. רק פוטונים שנמצאים במרחק של לא יותר מ-5 מיליארד שנות אור (בערך) ממנו ברגע הפליטה יכולים להגיע לכדור הארץ. המרחק הזה, ככל הנראה, צריך להיחשב כגבול הנצפה של היקום.

אף על פי כן, בספרות הקוסמולוגית מצוין רדיוס היקום הנצפה, שקרוב בגודלו לגילו - כ-14 מיליארד שנות אור. כפי שמוצג בחישובים לעיל, במשך יותר מ-13 מיליארד שנות אור, האור מגלקסיות כאלה, ככל הנראה, לא יכול היה להגיע לכדור הארץ. כלומר, מסתבר שכמעט ולא ניתן לצפות בגלקסיות במרחק כזה מכדור הארץ.

המשמעות היא שהשיטות הקוסמולוגיות לחישוב המרחקים לגלקסיות מעלות ספקות מסוימים. יתרה מכך, ברור שבעוד 14 מיליארד שנים, פוטונים מגלקסיות במרחק 14 מיליארד שנות אור יוכלו להגיע לכדור הארץ רק במקרה של יקום נייח (לא מתרחב).

ככל הנראה, המסקנה המתקבלת לגבי הרדיוס יקום גלויב-5 מיליארד שנות אור הוא עוד פרדוקס קוסמולוגי, שכן הרבה תיאוריות ומסקנות מקובלות מוטלות בספק: תורת היחסות הכללית, חוק האבל, תורת המפץ הגדול...

סִפְרוּת

1. המפץ הגדול: המודל האינפלציוני, Studiopedia, 2014, כתובת אתר:
(נגישה 11.12.2015)
2. Gusev A., How did the Universe origin?, 2008, URL:
http://shkolazhizni.ru/archive/0/n-14628/ (נגישה ב-12/11/2015)
3. שלב אינפלציוני של התפשטות היקום. אלמנטים, כתובת אתר:
http://elementy.ru/trefil/21082?context=20444 (נגישה ב-12/11/2015)
4. Kazyutinsky V.V., Inflationary Cosmology: Theory and scientific picture of the world, URL: http://maxpark.com/community/5654/content/2561589 (נגישה ב-11.12.2015)
5. קוקין א.וו. דגם סטנדרטי של היקום. דגם המפץ הגדול, 2011, כתובת אתר: http://www.avkokin.ru/documents/584 (נגישה ב-12/11/2015)
6. Levin A., Almighty Inflation, Popular Mechanics No. 7, 2012, URL:
http://www.sibai.ru/vsemogushhaya-inflyacziya.html (נגישה ב-12/11/2015)
7. Levin A., Inflanton Theory, 2012, כתובת URL:
8. Linde A.D., Inflation, Quantum Cosmology and the Anthropic Principle, 2002, URL:
http://www.astronet.ru/db/msg/1181084 (נגישה ב-12/11/2015)
9. Linde A.D., The Many Faces of the Universe (מצגת), 2007, כתובת אתר:
http://elementy.ru/lib/430484 (נגישה ב-12/11/2015)
http://www.myshared.ru/slide/380143/
10. מטאגלקסי, ויקיפדיה, 2015, כתובת אתר:
https://ru.wikipedia.org/wiki/Metagalaxy (נגישה ב-12/11/2015)
11. מודל של היקום האינפלציוני, Reftrend.ru Document Base, URL:
http://reftrend.ru/685191.html (נגישה ב-12/11/2015)
12. Inflating Universe, Encyclopedia of Physics, URL:
http://dic.academic.ru/dic.nsf/enc_physics/4465/INFLATED (נגישה ב-12/11/2015)
13. עמוס ג'יי, המפץ הגדול הכבידה התגלה, 2014, כתובת אתר:
(נגישה 11.12.2015)

אין אפילו עשרה כוכבי לכת במערכת השמש ויש שמש אחת. גלקסיה היא אוסף של מערכות שמש. ישנם כמאתיים מיליארד כוכבים בגלקסיה. יש מיליארדי גלקסיות ביקום. אתה מבין מה זה היקום? אנחנו בעצמנו לא יודעים מה זה, ולא סביר שנגלה זאת במיליארד השנים הקרובות. וככל שהידע שלנו על היקום גדל - על מה שמקיף אותנו ומכיל את הכל בפני עצמו - כך יש יותר שאלות לאנשים.

כאשר אנו מסתכלים על היקום, על כל כוכבי הלכת והכוכבים שלו, הגלקסיות והצבירים, הגז, האבק, הפלזמה, אנו רואים את אותן החתימות בכל מקום. אנו רואים קווים של קליטה ופליטת אטומים, אנו רואים שחומר מקיים אינטראקציה עם צורות אחרות של חומר, אנו רואים היווצרות כוכבים ומוות של כוכבים, התנגשויות, צילומי רנטגןועוד הרבה. יש שאלה ברורה שצריך להסביר: למה אנחנו רואים את כל זה? אם חוקי הפיזיקה מכתיבים את הסימטריה בין החומר לאנטי-חומר שאנו רואים לא צריכה להתקיים.

שלום לכולם! היום אני רוצה לחלוק איתכם את ההתרשמות שלי מהיקום. רק תארו לעצמכם, אין סוף, זה תמיד היה מעניין, אבל האם זה יכול להיות? ממאמר זה תוכלו ללמוד על כוכבים, סוגיהם וחייהם, המפץ הגדול, חורים שחורים, פולסרים ועוד כמה דברים חשובים.

הוא כל מה שקיים: מרחב, חומר, זמן, אנרגיה. הוא כולל את כל כוכבי הלכת, הכוכבים וגופים קוסמיים אחרים.

- זהו כל העולם החומרי הקיים, הוא בלתי מוגבל במרחב ובזמן ומגוון בצורות שהחומר לובש בתהליך התפתחותו.

היקום נחקר על ידי אסטרונומיה- זהו חלק מהעולם החומרי, הזמין למחקר בשיטות אסטרונומיות התואמות את רמת המדע שהושגה (חלק זה של היקום נקרא לפעמים מטה-גלקסיה).

מטאגלקסיה - זמין שיטות מודרניותללמוד חלק מהיקום. המטגלקסיה מכילה כמה מיליארדים.

היקום כל כך עצום שאי אפשר להבין את גודלו. בואו נדבר על היקום: החלק בו אנו יכולים לראות משתרע על פני 1.6 מיליון מיליון מיליון ק"מ, ואף אחד לא יודע כמה גדול הוא מעבר לנראה.

כיצד קיבל היקום את צורתו הנוכחית וממה הוא צמח, תיאוריות רבות מנסות להסביר. לפי התיאוריה הפופולרית ביותר, לפני 13 מיליארד שנה, הוא נולד כתוצאה מפיצוץ ענק.זמן, מרחב, אנרגיה, חומר - כל זה התעורר כתוצאה מהפיצוץ הפנומנלי הזה. מה שקרה לפני מה שנקרא "המפץ הגדול" אין משמעות לומר, לא היה שום דבר לפניו.

- על רעיונות מודרניים, זהו מצבו של היקום בעבר (לפני כ-13 מיליארד שנים), כאשר הצפיפות הממוצעת שלו הייתה גבוהה פי כמה מזו המודרנית. עם הזמן, צפיפות היקום פוחתת עקב התפשטותו.

בהתאם לכך, ככל שאנו מעמיקים אל העבר, הצפיפות גוברת, עד לרגע שבו הרעיונות הקלאסיים על זמן ומרחב מאבדים את כוחם. אפשר לקחת את הרגע הזה כתחילת הספירה לאחור. מרווח הזמן בין 0 למספר שניות נקרא על תנאי תקופת המפץ הגדול.

חומר היקום, בתחילת תקופה זו, קיבל מהירויות יחסיות ענקיות ("התפוצץ" ומכאן השם).

נצפו בזמננו, עדות למפץ הגדול היא הערך של ריכוז הליום, מימן וכמה יסודות קלים אחרים, קרינת רקע מיקרוגל קוסמית, התפלגות אי-הומוגניות ביקום (לדוגמה, גלקסיות).

אסטרונומים מאמינים כי היקום היה חם להפליא ומלא בקרינה לאחר המפץ הגדול.

חלקיקים אטומיים - פרוטונים, אלקטרונים וניטרונים שנוצרו תוך כ-10 שניות.

האטומים עצמם - אטומי הליום ומימן - נוצרו רק כמה מאות אלפי שנים מאוחר יותר, כשהיקום התקרר והתרחב באופן משמעותי בגודלו.

הדים של המפץ הגדול.

אם המפץ הגדול התרחש לפני 13 מיליארד שנים, עד עכשיו היקום היה מתקרר לכ-3 מעלות קלווין, או 3 מעלות מעל האפס המוחלט.

מדענים רשמו רעשי רדיו רקע באמצעות טלסקופים. רעשי הרדיו הללו, בכל שמי הכוכבים, תואמים לטמפרטורה זו ונחשבים להדי המפץ הגדול שעדיין מגיעים אלינו.

לפי אחת האגדות המדעיות הפופולריות ביותר, אייזק ניוטון ראה תפוח נופל ארצה, והבין שזה קרה בהשפעת כוח הכבידה הנובע מכדור הארץ עצמו. גודל הכוח הזה תלוי במסה של הגוף.

כוח הכובד של תפוח, בעל מסה קטנה, אינו משפיע על תנועת כוכב הלכת שלנו, לכדור הארץ יש מסה גדולה והוא מושך אליו את התפוח.

במסלולי חלל, כוחות המשיכה מחזיקים את כל גרמי השמיים.הירח נע לאורך מסלול כדור הארץ ואינו מתרחק ממנו, במסלולים circumsolar, כוח המשיכה של השמש מחזיק את כוכבי הלכת, והשמש מחזיקה אותם במקומם ביחס לכוכבים אחרים, כוח שגדול בהרבה מכוח הכבידה.

השמש שלנו היא כוכב, ודי רגילה ובגודל בינוני. השמש, כמו כל שאר הכוכבים, היא כדור של גז זוהר, והיא כמו כבשן ענק שמשחרר חום, אור וצורות אחרות של אנרגיה. מערכת השמשיוצרים כוכבי לכת במסלול השמש וכמובן השמש עצמה.

כוכבים אחרים, מכיוון שהם רחוקים מאוד מאיתנו, נראים זעירים בשמים, אך למעשה, חלקם גדולים מאות מונים מקוטר השמש שלנו.

כוכבים וגלקסיות.

אסטרונומים קובעים את מיקומם של כוכבים על ידי הצבתם בקבוצות כוכבים או ביחס אליהם. קבוצת כוכבים - זוהי קבוצת כוכבים הנראים בחלק מסוים של שמי הלילה, אך לא תמיד, במציאות, ממוקמים בקרבת מקום.

בארכיפלג כוכבים, המכונים גלקסיות, כוכבים מקובצים במרחבי החלל העצומים. הגלקסיה שלנו, המכונה שביל החלב, כוללת את השמש עם כל כוכבי הלכת שלה.הגלקסיה שלנו רחוקה מלהיות הגדולה ביותר, אבל היא גדולה מספיק כדי לדמיין אותה.

ביחס למהירות האור ביקום, מרחקים נמדדים; האנושות לא יודעת דבר מהיר ממנה. מהירות האור היא 300 אלף ק"מ לשנייה. כשנת אור, אסטרונומים משתמשים ביחידה כזו - זה המרחק שקרן אור תעבור בשנה, כלומר 9.46 מיליון מיליון ק"מ.

פרוקסימה בקבוצת הכוכבים קנטאור היא הכוכב הקרוב ביותר אלינו.הוא ממוקם במרחק של 4.3 שנות אור. אנחנו לא רואים אותה כמו שאנחנו מסתכלים עליה כפי שהייתה לפני יותר מארבע שנים. ואור השמש מגיע אלינו תוך 8 דקות ו-20 שניות.

בצורת גלגל ענק מסתובב עם ציר בולט - רכזת, יש את שביל החלב עם מאות אלפי מיליונים מהכוכבים שלו. השמש ממוקמת 250 אלף שנות אור מהציר שלה - קרוב יותר לשפת הגלגל הזה. סביב מרכז הגלקסיה, השמש מסתובבת במסלולה תוך 250 מיליון שנה.

הגלקסיה שלנו היא אחת מני רבות, ואף אחד לא יודע כמה יש. למעלה ממיליארד גלקסיות כבר התגלו, ומיליונים רבים של כוכבים בכל אחת מהן. מאות מיליוני שנות אור מבני כדור הארץ הן הרחוקות ביותר מבין הגלקסיות הידועות ממילא.

אנו מציצים לעבר הרחוק ביותר של היקום על ידי לימודם. כל הגלקסיות מתרחקות מאיתנו ומן זו. נראה שהיקום עדיין מתרחב, והמפץ הגדול היה תחילתו.

מה הם הכוכבים?

כוכבים הם כדורי גז קל (פלזמה) הדומים לשמש.נוצר מסביבת גז מאובקת ( בדרך גדולהמהליום ומימן), עקב אי יציבות כבידה.

כוכבים שונים, אבל ברגע שכולם התעוררו ואחרי מיליוני שנים הם ייעלמו. השמש שלנו כמעט בת 5 מיליארד שנים, ולפי אסטרונומים, היא תימשך אותו פרק זמן, ואז היא תתחיל למות.

שמש - זהו כוכב בודד, כוכבים רבים אחרים הם בינארים, כלומר, למעשה, הם מורכבים משני כוכבים שמסתובבים זה סביב זה.אסטרונומים מכירים גם כוכבים משולשים ומה שנקראים מרובים, המורכבים מגופי כוכבים רבים.

ענקי העל הם הכוכבים הגדולים ביותר.

אנטארס, פי 350 מקוטר השמש, הוא אחד מהכוכבים הללו. עם זאת, לכל הענקיות יש צפיפות נמוכה מאוד. ענקים הם כוכבים קטנים יותר בקוטר של פי 10 עד 100 מקוטר השמש.

גם הצפיפות שלהם נמוכה, אבל היא גדולה מזו של ענקים-על. רוֹב כוכבים גלויים, כולל השמש, מסווגים ככוכבי רצף ראשי, או כוכבים אמצעיים. הקוטר שלהם יכול להיות קטן פי עשרה או גדול פי עשרה מקוטר השמש.

הם נקראים גמדים אדומים כוכבי הרצף הראשי הקטנים ביותר וגמדים לבנים - נקראים גופים קטנים עוד יותר שאינם שייכים עוד לכוכבי הרצף הראשי.

גמדים לבנים (בגודל שלנו) צפופים מאוד, אך עמומים מאוד. הצפיפות שלהם גדולה פי מיליונים מצפיפות המים. עד 5 מיליארד גמדים לבנים יכולים להיות רק בפנים שביל החלב, למרות שמדענים גילו רק כמה מאות גופות כאלה עד כה.

לדוגמה, בואו נצפה בסרטון המשווה בין גדלי הכוכבים.

חיי כוכבים.

כל כוכב, כאמור, נולד מענן של אבק ומימן. היקום מלא בעננים כאלה.

היווצרות כוכב מתחילה כאשר בהשפעת כוח אחר (לא מובן) ותחת השפעת כוח הכבידה, כפי שאסטרונומים אומרים, מתרחשת קריסה או "התמוטטות" של גוף שמימי: הענן מתחיל להסתובב, ומרכזו. מתחמם. אתה יכול לראות את התפתחות הכוכבים.

תגובות גרעיניות מתחילות כאשר הטמפרטורה בתוך ענן כוכב מגיעה למיליון מעלות.

במהלך תגובות אלו, גרעיני אטומי המימן מתחברים ויוצרים הליום. האנרגיה המופקת מהתגובות משתחררת בצורה של אור וחום, וכוכב חדש נדלק.

אבק כוכבים וגזים שיוריים נצפים סביב כוכבים חדשים. כוכבי הלכת נוצרו מסביב לשמש שלנו מהחומר הזה. אין ספק, כוכבי לכת דומים נוצרו סביב כוכבים אחרים, וצורות חיים מסוימות סביר להניח על כוכבי לכת רבים, שאת גילוים האנושות לא יודעת.

פיצוצי כוכבים.

גורלו של כוכב תלוי במידה רבה במסה שלו. כאשר כוכב כמו השמש שלנו משתמש ב"דלק" המימן שלו, מעטפת ההליום מתכווצת והשכבות החיצוניות מתרחבות.

הכוכב הופך לענק אדום בשלב זה של קיומו.לאחר, עם הזמן, השכבות החיצוניות שלו מתרחקות בחדות, ומשאירות מאחוריהן רק גרעין בהיר קטן של כוכב - ננס לבן. גמד שחור(מסת פחמן ענקית) הכוכב הופך, מתקרר בהדרגה.

גורל דרמטי יותר מצפה לכוכבים בעלי מסה פי כמה ממסת כדור הארץ.

הם הופכים לענקי על, הרבה יותר גדולים מענקים אדומים, זה קורה כשהדלק הגרעיני שלהם מתרוקן בגלל מה שהם, ומתרחבים, הופך להיות כל כך ענק.

ואז, בהשפעת כוח המשיכה, יש קריסה חדה של הגרעינים שלהם. האנרגיה המשתחררת מעיפה את הכוכב לרסיסים עם פיצוץ בלתי נתפס.

אסטרונומים מכנים פיצוץ כזה סופרנובה.מיליוני פעמים בהיר יותר מהשמשסופרנובה זורחת לזמן מה. לראשונה מזה 383 שנים, בפברואר 1987, סופרנובה מגלקסיה סמוכה נראתה לעין בלתי מזוינת מכדור הארץ.

בהתאם למסה הראשונית של הכוכב, סופרנובה עשויה להשאיר אחריה גוף קטן הנקרא כוכב נויטרונים. בקוטר של לא יותר מכמה עשרות קילומטרים, כוכב כזה מורכב מניוטרונים מוצקים, וזו הסיבה שצפיפותו גבוהה פי כמה מהצפיפות העצומה של ננסים לבנים.

חורים שחורים.

כוח קריסת הליבה בסופרנובות מסוימות הוא כה גדול עד שדחיסת החומר כמעט ואינה מובילה להיעלמותו. במקום החומר נשארת פיסת חלל חיצונית עם כוח משיכה גבוה להפליא. אזור כזה נקרא חור שחור, הכוח שלו כל כך חזק שהוא שואב הכל לתוך עצמו.

לא ניתן לראות חורים שחורים בשל טבעם. עם זאת, אסטרונומים מאמינים שהם איתרו אותם.

אסטרונומים מחפשים מערכות של כוכבים בינארים עם קרינה חזקה ומאמינים שהיא נובעת מיציאת החומר אל חור שחור, המלווה בטמפרטורות חימום של מיליוני מעלות.

בקבוצת הכוכבים Cygnus (מה שמכונה החור השחור Cygnus X-1), התגלה מקור קרינה כזה. ישנם מדענים המאמינים כי בנוסף לחורים שחורים, ישנם גם לבנים. חורים לבנים אלו מתעוררים במקום בו החומר שנאסף מתכונן ליצור גופי כוכבים חדשים.

היקום רצוף גם בתצורות מסתוריות הנקראות קוואזרים. ככל הנראה, אלו הם הגרעינים של גלקסיות רחוקות שזוהרות בבהירות, ומעבר להן, איננו רואים דבר ביקום.

זמן קצר לאחר היווצרות היקום, האור שלהם החל לנוע לכיווננו. מדענים מאמינים שהאנרגיה השווה לזו של הקוואזרים יכולה להגיע רק מחורים קוסמיים.

פולסרים הם לא פחות מסתוריים.פולסרים פולטים באופן קבוע אלומות של אנרגיית היווצרות. הם, על פי מדענים, כוכבים שמסתובבים במהירות, וקרני אור נובעות מהם, כמו משואות קוסמיות.

עתיד היקום.

מה גורל היקום שלנו אף אחד לא יודע. נראה שהוא עדיין מתרחב לאחר הפיצוץ הראשוני. שני תרחישים אפשריים בעתיד הרחוק מאוד.

לפי הראשון,תורת החלל הפתוח, היקום יתרחב עד שכל האנרגיה תבזבז על כל הכוכבים והגלקסיות יפסיקו להתקיים.

שְׁנִיָה - תורת החלל הסגור, לפיה התפשטות היקום תיפסק מתישהו, הוא שוב יתחיל להתכווץ ויתכווץ עד שהוא ייעלם תוך כדי.

מדענים קראו לתהליך זה באנלוגיה למפץ הגדול - דחיסה גדולה. התוצאה יכולה להיות עוד מפץ גדול, יצירת יקום חדש.

אז, לכל דבר הייתה התחלה ויהיה סוף, רק מה, אף אחד לא יודע את זה...