"Ако използваме червено отместване за светлината, идваща към нас, и синьо отместване за отдалечаващата се светлина, можем да ги проследим до точка, и тази точка не е центрирана върху нас. Изкушаващо е да се зададе въпросът "Къде е тази точка?" И отговорът е, че е сравнително близо: на няколко милиона светлинни години разстояние, но това е по-малко от 0,1% от размера на видимата Вселена.
Но това не е правилният начин да се мисли за Големия взрив, който е по-добре да се разглежда като момент във времето, а не като място в пространството, обяснява астрофизикът Итън Сийгъл в последната статия за поредицата Starts With A Bang.
Една от най-трудните концепции за осмисляне за всеки, дори за професионалните астрофизици, е идеята за Големия взрив и разширяващата се Вселена. Някъде в далечината, на границата на това, което дори най-мощните ни телескопи могат да видят, се намират галактики, които се отдалечават от нас толкова бързо, че светлината, излъчвана от техните звезди, е разтегната до дванадесет пъти първоначалната си дължина на вълната. Тези разтегнати светлинни вълни са следствие от разширяващата се Вселена и са почти, но не съвсем, идентични за галактиките, които виждаме във всички посоки в космоса.
Дали тази разлика, както и фактът, че една посока има малко по-голямо червено отместване за обектите си, отколкото противоположната си посока, ни казва нещо за това къде, преди всички тези милиарди години, всъщност се е случил Големият взрив?
Това не е нещо, с което обикновено се занимават астрофизиците, и то с основателни причини, но биха могли.
Нека първо да разгледаме какво научаваме, ако направим това, а след това да разгледаме защо не го правим.
Тази графика показва 1550-те свръхнови, които са част от анализа Pantheon+, изобразени като функция на модула на разстоянието μ спрямо червеното отместване z. Всички те попадат в линията, която нашият стандартен космологичен модел предсказва, като дори свръхновите от тип Ia с най-голямо червено отместване и най-отдалечени се придържат към тази проста зависимост. Кредит: D. Brout et al./Pantheon+, Astrophysical Journal, 2022 г.
Когато погледнем към Вселената, виждаме, че има впечатляващо последователна връзка между светлината, която измерваме от галактиките, и това колко далеч са тези галактики. Средно, както е потвърдено за хиляди и хиляди галактики на всички различни разстояния, колкото по-далеч е една галактика от нас, толкова по-голямо е червеното изместване на светлината ѝ. Не само виждаме тази връзка във всички посоки, но е и забележително проста: скоростта, с която предполагаме, че се движат тези галактики, е право пропорционална на измереното им разстояние от нас.
Това е било ключовото наблюдение, направено за първи път през 20-те години на миналия век, което кара космолозите да заключат, че Вселената се разширява. Колкото по-далеч е един обект, толкова по-бързо виждаме как се отдалечава от нас: правило, което е валидно за всичко наблюдавано през почти цял век досега. Когато обаче погледнем на много по-детайлно ниво, виждаме, че има много, много малки разлики в посоката: в едната посока нещата са съвсем леко изместени в червено, малко повече от средното, докато в обратната посока нещата са съвсем леко изместени в синьо, малко повече от средното.
Обект, движещ се с близка до скоростта на светлината, която излъчва светлина, ще има излъчвана светлина, която ще изглежда изместена в зависимост от местоположението на наблюдателя. Някой отляво ще види източника да се отдалечава от него и следователно светлината ще бъде изместена в червено; някой отдясно на източника ще я види изместена в синьо или изместена към по-високи честоти, докато източникът се движи към него.
Кредит: TxAlien/Wikimedia Commons
В известен смисъл обаче това има смисъл - Вселената не е идеално еднородна, а в нея има гравитационни несъвършенства:
- региони на космоса, които имат повече материя в себе си от средното, като звезди, галактики и групи и клъстери от галактики и;
региони от космоса, които имат по-малко материя от средното, известни като космически войдове, които са загубили материята си в полза на по-плътните, богати на структура региони. - Ако нещата във Вселената се привличат от материята и тази материя не е разпределена равномерно, е съвсем естествено всичко - галактики близки и далечни, и дори нашият Млечен път и Местната група - да бъде тласкано и привличано от гравитационното влияние на всичко, което го заобикаля.
След като всичко е приведено в относително движение от взаимните гравитационни сили между тях, как можем наистина да знаем точно как се "движим" спрямо останалата част от Вселената? За щастие, природата ни дава начин.
COBE, първият спътник за космическо микровълново лъчение (CMB), измерва флуктуации до мащаби само от 7º. WMAP успява да измери резолюции до 0.3° в пет различни честотни ленти, като сателитът "Планк" измерва чак до 5 дъгови минути (0,07°) общо в девет различни честотни ленти. Всички тези космически обсерватории са засекли космическия микровълнов фон, потвърждавайки, че той не е атмосферно явление и че има космически произход. Кредит: NASA/COBE/DMR; NASA/WMAP science team; ESA and the Planck collaboration
Във всички посоки в космоса има много студена, нискоенергийна, но повсеместна радиационна баня: космическият микровълнов фон (реликтово излъчване) или накратко CMB (cosmic microwave background). Това първоначално е предсказано още през 40-те години на миналия век, когато се е осъзнало, че ако Вселената се разширява днес, тя трябва да е била по-малка в миналото. Ако разширяващата се Вселена разтяга дължината на вълната на светлината, която преминава през нея, това означава, че "връщането на часовника назад" към по-ранни времена е като свиване на Вселената и следователно компресиране на дължината на вълната на светлината, която преминава през нея.
В по-ранни времена тази светлина би трябвало да е била с по-висока енергия и следователно Вселената би трябвало да е била по-гореща. Ако си представим Вселената в достатъчно ранен момент, нещата биха могли да бъдат толкова горещи, че дори неутралните атоми не биха могли да се образуват, тъй като квантовете високоенергийна светлина, които са присъствали, биха йонизирали тези атоми. И следователно, с разширяването и охлаждането на Вселената, бихме очаквали тази светлина да разтегне дължината на вълната си, оставяйки ни с равномерен, нискоенергиен фон, който се запазва до наши дни.
Така че, ако можем да измерим този фон и да установим, че той не е идеално равномерен, а предпочита едната посока пред другата, можем да използваме това, за да измерим движението си през Вселената спрямо "системата на покой", където се е случил Големият взрив.
Въпреки че космическият микровълнов фон е с еднаква приблизителна температура във всички посоки, има отклонения от 1 на 800 в една конкретна посока: което е в съответствие с нашето движение през Вселената. При 1 на 800 обща величина на амплитудата на самото реликтово вълнение, това съответства на движение с около 1 на 800 скорост от скоростта на светлината или ~368 км/с от гледна точка на Слънцето. Кредит: J. Delabrouille et al., A&A, 2013 г
Забележително е, че това е измерено с невероятна прецизност. Вселената, във всички посоки, има средна фонова температура от реликтово лъчение от 2.7255 K: по-малко от три градуса над абсолютната нула. Но в едната посока е с около 3,4 миликелвина по-горещо от средното, а в обратната посока е с около 3.4 миликелвина по-студено от средното, като всички останали посоки подкрепят интерпретацията, че това е "движение" през Вселената.
Когато се преведе това в скорост и се вземе предвид движението на нашето Слънце през Млечния път, ще открием, че това означава, че нашият Млечен път се движи през Вселената с приблизително 620 километра в секунда: към съзвездието Лъв и отдалечавайки се от съзвездието Водолей.
Ако изчислим сложна математика и приемем, че сме започнали от състояние на покой в почти идеално еднородна Вселена, можем да изчислим колко далеч ни е отдалечило това кумулативно гравитационно привличане от началната точка, където всички посоки биха били с приблизително еднаква температура.
Отговорът? Намираме се някъде между 14 и 20 милиона светлинни години от тази "централна" точка, нека приемем 17 милиона светлинни години за простота.
Потоците на близките галактики и галактически купове (както е показано от "линиите" на потоците) са картографирани с близкото масово поле. По-плътностите области (в червено) и областите с ниска плътност (в черно) са възникнали от много малки гравитационни разлики в ранната Вселена. Кредит: H.M. Courtois et al., Astronomical Journal, 2013
С други думи, ако можем да вземем всички галактики в разширяващата се Вселена, да измерим как са се отдалечили една от друга в разширяващата се Вселена във всичките три измерения и проследим това движение обратно до една единствена точка, това би била тази точка: на около 17 милиона светлинни години от мястото, където сме днес.
Това е забележително близо! В края на краищата, можем да виждаме на около ~46,1 милиарда светлинни години във всички посоки, а 17 милиона светлинни години са само на 0,037% от радиуса на Вселената далеч от нас.
Това съвпадение ли е? Случайно ли се е случило да се появим в цялата наблюдаема Вселена, изключително близо до, но не точно в "епицентъра" на Големия взрив?
Това е много съмнително. Има както наблюдателни, така и теоретични причини да се опровергае това тълкуване и то вече не се разглежда сериозно като правдоподобно тълкуване на разширяващата се Вселена или Големия взрив.
Във всяка епоха от нашата космическа история, всеки наблюдател ще изпита равномерна "вана" от всепосочно лъчение, възникнало още при Големия взрив. Днес, от наша гледна точка, то е само 2.725 K над абсолютната нула и следователно се наблюдава като космически микровълнов фон, достигащ връх в микровълновите честоти. В момента, в повечето места в космоса, именно това остатъчно лъчение определя температурата на Вселената. Кредит: Earth: NASA/BlueEarth; Milky Way: ESO/S. Brunier; CMB: NASA/WMAP
От теоретична гледна точка, единствената причина да проследим видимото движение на всички галактики, които виждаме, до дадена точка, е ако всички те са възникнали от някакъв вид експлозия. Точно както в случая на избмте могли да проследим движенията на всички галактики, ако и те са възникнали от някаква точка на експлозия.
Но "експлозия" не е същото като "разширяване". Експлозията е нещо, което се случва в пространството, и шрапнелите от този взрив биха се движили през пространството. Разширяването обаче е нещо, което се случва с пространството и влияе върху това как обектите във вашата Вселена се възприемат един друг.
Най-добрата аналогия е топка тесто със стафиди в нея. Тестото е като пространство, а стафидите са като галактиките в него. Ние живеем в част от една стафида и можем да видим само другите стафиди, а не самото тесто. Докато тестото втасва, стафидите, които са близо до вашето местоположение, биха изглеждали сякаш се отдалечават от нас с определена скорост, но колкото по-далеч е една стафида, толкова по-бързо бихме я видели да се отдалечава от нас. В един момент дори бихме видели стафиди да се отдалечават от нас със скорост, която предполага скорост, по-висока от скоростта на светлината - забележително постижение, което не може да се случи в сценария на "взрив", а само в този на "разширяване".
Моделът на "хляб със стафиди" на разширяващата се Вселена, където относителните разстояния се увеличават с разширяването на пространството (тестото). Колкото по-далеч са две стафиди една от друга, толкова по-голямо ще бъде наблюдаваното червено отместване, когато светлината бъде получена. Връзката червено отместване-разстояние, предсказана от разширяващата се Вселена, се потвърждава от наблюдения и е в съответствие с това, което е известно още от 20-те години на миналия век. Кредит: NASA/WMAP Science Team
Всъщност, в контекста на Общата теория на относителността на Айнщайн, е невъзможно да има Вселена, която е изпълнена навсякъде с материя и радиация, и тази Вселена да не се разширява или свива. Ако Общата теория на относителността е вярна и Вселената е пълна с материя и енергия, тогава неизбежното заключение от теоретична гледна точка е, че Вселената не може да бъде статична. С други думи, наблюдението, че обектите се отдалечават от нас и че колкото по-далеч са от нас, толкова по-бързо изглежда, че се отдалечават, е много силно доказателство, че Вселената се разширява.
Ако Вселената се разширява, това има огромни последици за самия Голям взрив. Това означава, че Големият взрив не е бил експлозия, която се е случила в дадена точка, а по-скоро е бил началото на непрекъснато разширяване, започнало в определен момент от времето. В този момент Вселената - навсякъде и на всички места - е била изпълнена с материя и енергия и се е разширявала и охлаждала във всички посоки. Това разширяване е част от причината, поради която във Вселена, която е само на 13,8 милиарда години, можем да видим обекти, които са отдалечени днес на 46,1 милиарда светлинни години. Само ако Вселената се разширява, а не ако е експлодирала от една точка, е възможно да се наблюдават такива разстояния за толкова кратки периоди от време.
Тази опростена анимация показва как светлината се отмества в червено и как разстоянията между несвързаните обекти се променят с течение на времето в разширяващата се Вселена. Обърнете внимание, че всеки фотон губи енергия, докато пътува през разширяващата се Вселена, и че енергията "отива" навсякъде; енергията просто не се запазва във Вселена, която е различна от един момент до следващия. Кредит: Rob Knop
Това обаче не е чисто теоретично обосновано заключение. Ако Вселената е започнала от взрив, бихме очаквали да видим, че най-отдалечените и най-бързо движещи се обекти са като най-малките парченца шрапнел: ускорени до най-големи скорости.
Бихме очаквали, че колкото по-далеч гледнем, толкова по-малко галактики ще открием и те ще са по-разредени, защото обемът се разширява с куба на разстоянието от центъра.
И бихме очаквали, че ще може да видим само такива обекти, които са били преди определен период от време: времето, необходимо на светлината да стигне до очите ми. Тъй като тези галактики първо ще трябва да пътуват от тук до там, което може да бъде само наполовина на възрастта на Вселената и следователно никога не би трябвало да виждаме галактики, които са по-млади от около 6,9 милиарда години.
Всички тези прогнози обаче противоречат на това, което виждаме. Колкото по-далеч гледаме, толкова повече галактики виждаме в даден обем пространство, защото Вселената се е разширила с по-малко количество и галактиките са имали по-малко време да се слеят. Виждали сме галактики, които са изглеждали такива, каквито са били, когато Вселената е била само на 285 милиона години: едва 2% от сегашната ѝ възраст. А галактиките, както ги виждаме през космическото време, са с всякакви размери и форми, включително аналози на галактики, които са също толкова впечатляващи, колкото Млечния път, дори на огромни космически разстояния.
Галактики, сравними със съвременния Млечен път, са многобройни, но по-младите галактики, подобни на Млечния път, са по своята същност по-малки, по-сини и по-богати на газ като цяло от галактиките, които виждаме днес. Фактът, че виждаме галактики с такова разнообразие по форма, размер, звезден състав, но не и в техните еволюционни етапи като функция на разстоянието, ни показва, че Вселената се разширява и че не е започнала от експлозия. Кредит: NASA, ESA, P. van Dokkum (Yale U.), S. Patel (Leiden U.), and the 3-D-HST Team
Въпреки че е разбираемо, когато погледнем навън и видим как всичко се отдалечава от нас, като по-далечните обекти се отдалечават от нас по-бързо, да мислим за Големия взрив по същия начин, по който мислим за експлозия, знаем, че това не е така. Въпреки че може просто да проследим пътищата на отдалечаващите се обекти във Вселената обратно до една точка и дори да измерим колко далеч е тази точка от нвашето конкретно местоположение днес, това не ни казва колко далеч сме от точката, в която се е случил Големият взрив. Всъщност това ни казва само колко сме кумулативно привлечени и отблъснати от мястото, където щяхте да бъдем, ако нямаше нетни гравитационни сили, които да ни влияят, от началото на горещия Голям взрив.
В действителност, Вселената няма център или, от друга гледна точка, всяка точка в пространството и всеки наблюдател във Вселената могат да претендират, че са в самия център. Както астрофизикът Кейти Мак веднъж брилянтно го е казал:
"Вселената се разширява по начина, по който се разширява умът ви. Тя не се разширява в нищо; вие просто ставате по-малко плътни."
Източник: Ask Ethan: Where are we located relative to the Big Bang? Dr. Ethan Siegel, Starts With A Bang,
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари
4I4ATA
Нов, скрит досега вход в пирамидата на Микерин е открит по аномалии при сканиране
YKoshev
Престижна награда от БАН спечели главният редактор на НаукаOFFNews
Johnny B Goode
Престижна награда от БАН спечели главният редактор на НаукаOFFNews
Gunteer
Престижна награда от БАН спечели главният редактор на НаукаOFFNews