Вселената е огромна. Всички знаем това, но колко точно е голяма и как я измерваме?
Общоприето е да измерваме астрономическите разстояния в светлинни години. Това е разстоянието, което светлината изминава за една година и се равнява на около 9 трилиона километра (9 000 000 000 000 километра). Имайки това предвид, нека разгледаме някои наистина интересни факти.
Диаметърът на Слънчевата система е около 8 светлинни часа или 9 милиарда километра. Млечният път се равнява на 100 000 светлинни години от едната до другата страна или приблизително 1 квинтилион километра. Най-близката до нас галактика – Андромеда, се намира на 2.5 милиона светлинни години, което е доста близо в сравнение с огромните разстояния в космоса.
А сега, нека поговорим за цялата вселена. Ние не можем да видим всички части от нея. Някои обекти са толкова далеч от нас, че светлината от тях още не ни е достигнала. Затова ще се съсредоточим върху видимата (за нас) част от вселената. И така, колко голяма е тя? Тя представлява сфера с радиус от около 46 милиарда светлинни години или казано по-просто около 90 милиарда светлинни години от край до край. Това е интересно число, но по-интересното е как учените са успели да измерят това разстояние.
Първо трябва да започнем с възрастта на вселената. Счита се, че тя е на около 13.8 милиарда години. Това е максималното време, през което светлината е пътувала към нас. След това трябва да разберем колко далеч е тази светлина в момента. Така се изчислява радиусът на видимата част от вселената.
За да ни стане по-ясно, е важно да разберем, че самата вселена се разширява. Една популярна аналогия с това разширение, е тази за хляба със стафиди в него. Поставяме хляба във фурната. Всяка стафида представлява галактиките, намиращи се в космоса. И така – стафидите стоят неподвижно в хляба, но докато го печем, той се уголемява, а разстоянието между стафидите се удължава, защото самото тесто се разширява. Всяка стафида запазва размера си, както галактиките не се разширяват сами по себе си. Променя се само пространството между тях. Освен че тестото се разширява, то може да се уголеми в различни граници и през различен период от печенето. Тези два факта – разширяването на вселената и фактът, че може да го прави в различни граници, ни помагат да разберем какъв е размерът на видимата вселена.
Истината е, че вселената може да се разширява по което време пожелае, понякога дори по-бързо и от скоростта на светлината. Така че през целият й живот, източникът на даден лъч светлина, може да се премести на изумително далечно разстояние заради разширяващата се вселена. За да разберем обаче точно на какво разстояние и за да пресметнем размерите на вселената, трябва да знаем колко бързо се е разширявала тя във всеки един момент от историята.
Но как можем да знаем какво се е случило през цялата история на вселената? Чрез така наречения космологичен червен преход, което представлява отпечатъкът, който разширеното космическо пространство оставя. Светлината има цвят, който се определя от дължината на вълните й. Цветът на по-дългите светлинни вълни 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 тъй като вселената се разширява, дължината на вълната се уголемява докато пътува към нас, превръщайки се от синя в червена светлина. Светлината от по-отдалечените галактики трябва да измине по-голямо разстояние, затова се удължава повече. Но по какъв начин червеният преход и разстоянието са свързани? Това е въпрос за милион долара, защото ако знаехме отговора в детайли, можехме да разберем историята на разширяването на вселената, както и да определим размерите й.
Ето как го правят учените – откриват галактики, които са на по-голямо разстояние от колкото е Андромеда от нас, измерват разстоянията между тях, както и космологичния червен преход. Поставят тези данни в графа и разбират връзката между разстоянието и червения преход като това отговаря на въпроса колко бързо се е разширявала вселената във всеки един момент.
Щом веднъж разполагаме с тази история, как действително определяме размера на вселената? Както казахме по-рано, първо трябва да използваме възрастта й. Затова нека се върнем към хляба със стафидите. Ако върнем хляба отново във фурната, но този път той не се разширява, а смалява с честотата, дадена ни от историята на разширяването на вселената, в крайна сметка стафидите ще се разположат една върху друга. Това всъщност е Големият взрив. А времето, необходимо, за да се стигне пак до обратната точка, е възрастта на вселената.
Втората стъпка е свързана с математика, затова нека го визуализираме. Представете си секундите след Големия взрив. В това време всяка стафида от хляба излъчва светлина, която може да пътува без никакви пречки по пътя си. Когато хлябът започне да се разширява с честотата, дадена ни от историята на разширяването на вселената, тези въображаеми стафиди ще пътуват в разширяващото се пространство и ще ни достигнат по различно време. Една от тези светлини ще ни достигне, когато изминат 13.8 милиарда години. Тогава трябва да видим къде се намира тази стафида, която е източникът на светлината. Отговорът е – на 46 милиарда светлинни години от нас.
Ето как разбираме, че видимата вселена е около 90 милиарда светлинни години в диаметър.
