Dimensioni dell'universo da un atomo. Confronto della Terra con altri pianeti, stelle e oggetti nell'Universo. Questa è una ripresa della Terra appena oltre gli anelli di Saturno.

Che ci sono sopra. Per la maggior parte siamo tutti incatenati al luogo in cui viviamo e lavoriamo. Le dimensioni del nostro mondo sono sorprendenti, ma non sono assolutamente nulla in confronto all’Universo. Come dice il proverbio - "nato troppo tardi per esplorare il mondo e troppo presto per esplorare lo spazio". È persino offensivo. Tuttavia, cominciamo: fai solo attenzione a non avere le vertigini.

1. Questa è la Terra.

Questo è lo stesso pianeta che attualmente è l’unica casa dell’umanità. Il luogo dove la vita è apparsa magicamente (o forse non così magicamente) e nel corso dell'evoluzione siamo apparsi tu ed io.

2. Il nostro posto nel sistema solare.

I grandi oggetti spaziali più vicini che ci circondano, ovviamente, sono i nostri vicini nel sistema solare. Tutti ricordano i loro nomi fin dall'infanzia e durante le lezioni sul mondo che li circonda realizzano modelli. È successo che anche tra loro non siamo i più grandi...

3. La distanza tra la nostra Terra e la Luna.

Non sembra così lontano, vero? E se consideriamo anche le velocità moderne, allora non è “assolutamente niente”.

4. In effetti, è abbastanza lontano.

Se ci provi, in modo molto accurato e confortevole: tra il pianeta e il satellite puoi facilmente posizionare il resto dei pianeti del sistema solare.

5. Ma continuiamo a parlare di pianeti.

Davanti a te c'è il Nord America, come se fosse posto su Giove. Sì, questo piccolo granello verde è il Nord America. Riesci a immaginare quanto sarebbe grande la nostra Terra se la spostassimo alla scala di Giove? Probabilmente le persone continuerebbero a scoprire nuove terre)

6. Questa è la Terra rispetto a Giove.

Bene, più precisamente sei Terre - per chiarezza.

7. Anelli di Saturno, signore.

Gli anelli di Saturno avrebbero un aspetto così meraviglioso se ruotassero attorno alla Terra. Guarda la Polinesia: un po' come l'icona dell'Opera, giusto?

8. Confrontiamo la Terra con il Sole?

Non sembra così grande nel cielo...

9. Questa è la visione della Terra guardandola dalla Luna.

Bello, vero? Così solo sullo sfondo dello spazio vuoto. O non vuoto? Continuiamo...

10. E così da Marte

Scommetto che non saresti nemmeno in grado di dire se fosse la Terra.

11. Questa è una ripresa della Terra appena oltre gli anelli di Saturno

12. Ma oltre Nettuno.

Un totale di 4,5 miliardi di chilometri. Quanto tempo ci vorrebbe per la ricerca?

13. Quindi, torniamo alla stella chiamata Sole.

Uno spettacolo mozzafiato, non è vero?

14. Ecco il Sole dalla superficie di Marte.

15. Ed ecco il suo confronto con la Scala della stella VY Canis Majoris.

Come ti piace? Più che impressionante. Riuscite ad immaginare l'energia concentrata lì?

16. Ma queste sono tutte stronzate se confrontiamo la nostra stella nativa con le dimensioni della galassia della Via Lattea.

Per renderlo più chiaro, immagina di aver compresso il nostro Sole fino alle dimensioni di un globulo bianco. In questo caso, le dimensioni della Via Lattea sono abbastanza paragonabili, ad esempio, a quelle della Russia. Questa è la Via Lattea.

17. In generale, le stelle sono enormi

Tutto ciò che è posizionato in questo cerchio giallo è tutto ciò che puoi vedere di notte dalla Terra. Il resto è inaccessibile a occhio nudo.

18. Ma ci sono altre galassie.

Ecco la Via Lattea messa a confronto con la galassia IC 1011, che si trova a 350 milioni di anni luce dalla Terra.

Ripassiamolo di nuovo?

Quindi, questa Terra è la nostra casa.

Ingrandiamo le dimensioni del sistema solare...

Ingrandiamo ancora un po'...

E ora passiamo alle dimensioni della Via Lattea...

Continuiamo a ridurre...

E inoltre…

Quasi pronto, non preoccuparti...

Pronto! Fine!

Questo è tutto ciò che l'umanità può ora osservare utilizzando la tecnologia moderna. Non è nemmeno una formica... Giudicate voi stessi, ma non impazzite...

Tali scale sono difficili persino da comprendere. Ma qualcuno dichiara con sicurezza che siamo soli nell'Universo, anche se loro stessi non sono veramente sicuri se gli americani fossero o meno sulla Luna.

Tenete duro ragazzi... tenete duro.

Ci sono stati momenti in cui il mondo delle persone era limitato alla superficie della Terra sotto i loro piedi. Con lo sviluppo della tecnologia, l’umanità ha ampliato i propri orizzonti. Ora le persone stanno pensando se il nostro mondo ha dei confini e qual è la scala dell'Universo? Nessuno, infatti, può immaginare le sue reali dimensioni. Perché non abbiamo punti di riferimento adeguati. Anche gli astronomi professionisti immaginano (almeno nella loro immaginazione) modelli ridotti molte volte. È importante correlare accuratamente le dimensioni degli oggetti nell'Universo. E quando si risolvono problemi matematici, generalmente non sono importanti, perché risultano essere solo numeri con cui opera l'astronomo.

Sulla struttura del sistema solare

Per parlare della scala dell’Universo dobbiamo prima capire cosa ci è più vicino. Innanzitutto, c'è una stella chiamata Sole. In secondo luogo, i pianeti che orbitano attorno ad esso. Oltre a questi, attorno ad alcuni di essi si muovono anche i satelliti, cosa di cui non dobbiamo dimenticarci

I pianeti in questo elenco interessano le persone da molto tempo, poiché sono i più accessibili per l'osservazione. Dal loro studio iniziò a svilupparsi la scienza della struttura dell'Universo: l'astronomia. La stella è riconosciuta come il centro del sistema solare. È anche il suo oggetto più grande. Rispetto alla Terra, il Sole ha un volume un milione di volte maggiore. Sembra relativamente piccolo solo perché è molto lontano dal nostro pianeta.

Tutti i pianeti del sistema solare sono divisi in tre gruppi:

Terrestre. Comprende pianeti che sono simili alla Terra nell'aspetto. Ad esempio, questi sono Mercurio, Venere e Marte.
Oggetti giganti. Sono di dimensioni molto più grandi rispetto al primo gruppo. Inoltre contengono molti gas, motivo per cui sono anche chiamati gassosi. Questi includono Giove, Saturno, Urano e Nettuno.
Pianeti nani. Sono, infatti, grandi asteroidi. Uno di questi, fino a poco tempo fa, era incluso nella composizione dei principali pianeti: Plutone.

I pianeti “non volano via” dal Sole a causa della forza di gravità. Ma non possono cadere su una stella a causa dell'elevata velocità. Gli oggetti sono davvero molto “agili”. Ad esempio, la velocità della Terra è di circa 30 chilometri al secondo.

Come confrontare le dimensioni degli oggetti nel Sistema Solare?

Prima di provare a immaginare le dimensioni dell'Universo, vale la pena comprendere il Sole e i pianeti. Dopotutto, può anche essere difficile correlarli tra loro. Molto spesso, la dimensione convenzionale di una stella infuocata viene identificata con una palla da biliardo, il cui diametro è di 7 cm, vale la pena notare che in realtà raggiunge circa 1.400 mila km. In un tale modello "giocattolo", il primo pianeta dal Sole (Mercurio) si trova a una distanza di 2 metri e 80 centimetri. In questo caso, la palla terrestre avrà un diametro di solo mezzo millimetro. Si trova ad una distanza di 7,6 metri dalla stella. La distanza da Giove su questa scala sarà di 40 me da Plutone - 300.

Se parliamo di oggetti che si trovano al di fuori del Sistema Solare, la stella più vicina è Proxima Centauri. Verranno rimossi così tanti che questa semplificazione è troppo piccola. E questo nonostante si trovi all'interno della Galassia. Cosa possiamo dire sulla scala dell’Universo? Come puoi vedere, è praticamente illimitato. Voglio sempre sapere come sono collegati la Terra e l'Universo. E dopo aver ricevuto la risposta, non posso credere che il nostro pianeta e persino la Galassia siano una parte insignificante di un mondo enorme.

Quali unità vengono utilizzate per misurare le distanze nello spazio?

Un centimetro, un metro e persino un chilometro: tutte queste quantità risultano già insignificanti all'interno del sistema solare. Cosa possiamo dire dell’Universo? Per indicare la distanza all'interno della Galassia viene utilizzato un valore chiamato anno luce. Questo è il tempo impiegato dalla luce per viaggiare in un anno. Ricordiamo che un secondo luce equivale a quasi 300mila km. Pertanto, convertito ai soliti chilometri, un anno luce risulta essere pari a circa 10mila miliardi. È impossibile da immaginare, quindi la scala dell'Universo è inimmaginabile per l'uomo. Se devi indicare la distanza tra le galassie vicine, un anno luce non è sufficiente. È necessario un valore ancora più grande. Risultò essere un parsec, che equivale a 3,26 anni luce.

Come funziona la Galassia?

È una formazione gigante composta da stelle e nebulose. Una piccola parte di essi è visibile ogni notte nel cielo. La struttura della nostra Galassia è molto complessa. Può essere considerato un ellissoide di rivoluzione altamente compresso. Inoltre, ha una parte equatoriale e un centro. L'equatore della Galassia è composto principalmente da nebulose gassose e stelle calde e massicce. Nella Via Lattea, questa parte si trova nella sua regione centrale.

Il sistema solare non fa eccezione alla regola. Si trova anche vicino all'equatore della Galassia. A proposito, la maggior parte delle stelle forma un enorme disco, il cui diametro è 100mila e lo spessore è 1500. Se torniamo alla scala utilizzata per rappresentare il Sistema Solare, la dimensione della Galassia sarà proporzionata: è una cifra incredibile. Pertanto, il Sole e la Terra risultano essere briciole nella Galassia.

Quali oggetti esistono nell'Universo?

Elenchiamo quelli più importanti:

Le stelle sono enormi sfere autoluminose. Derivano da un ambiente costituito da una miscela di polveri e gas. La maggior parte di essi sono idrogeno ed elio.
Radiazione CMB. Sono quelli che si diffondono nello spazio. La sua temperatura è di 270 gradi Celsius. Inoltre, questa radiazione è la stessa in tutte le direzioni. Questa proprietà è chiamata isotropia. Inoltre, ad esso sono associati alcuni misteri dell'Universo. Ad esempio, è diventato chiaro che è sorto al momento del big bang. Cioè, esiste fin dall'inizio dell'esistenza dell'Universo. Conferma anche l'idea che si sta espandendo equamente in tutte le direzioni. Inoltre, questa affermazione è vera non solo per il momento presente. Era così fin dall'inizio.
Cioè, massa nascosta. Questi sono quegli oggetti dell'Universo che non possono essere studiati mediante l'osservazione diretta. In altre parole, non emettono onde elettromagnetiche. Ma hanno un effetto gravitazionale su altri corpi.
Buchi neri. Non sono stati sufficientemente studiati, ma sono molto conosciuti. Ciò è accaduto a causa della massiccia descrizione di tali oggetti nelle opere di fantascienza. Un buco nero, infatti, è un corpo dal quale la radiazione elettromagnetica non può diffondersi perché la seconda velocità cosmica su di esso è uguale a: vale la pena ricordare che è la seconda velocità cosmica che deve essere comunicata all'oggetto affinché affinché lasci l'oggetto spaziale.

Inoltre, nell'Universo ci sono quasar e pulsar.

Universo misterioso

È pieno di cose che non sono state ancora completamente scoperte o studiate. E ciò che è stato scoperto solleva spesso nuove domande e relativi misteri dell'Universo. Tra questi rientra anche la famosa teoria del “Big Bang”. In realtà è solo una dottrina condizionale, poiché l’umanità può solo immaginare come ciò sia avvenuto.

Il secondo mistero è l’età dell’Universo. Può essere calcolato approssimativamente dalla già menzionata radiazione relitta, dall'osservazione di ammassi globulari e altri oggetti. Oggi gli scienziati concordano sul fatto che l’età dell’Universo è di circa 13,7 miliardi di anni. Un altro mistero: se c'è vita su altri pianeti? Dopotutto, non è stato solo nel sistema solare che si sono verificate le condizioni adatte e è apparsa la Terra. E molto probabilmente l'Universo è pieno di formazioni simili.

Uno?

Cosa c'è fuori dall'Universo? Cosa c'è dove lo sguardo umano non è penetrato? C'è qualcosa oltre questo confine? Se sì, quanti universi ci sono? Queste sono domande a cui gli scienziati devono ancora trovare risposta. Il nostro mondo è come una scatola di sorprese. Una volta sembrava composto solo dalla Terra e dal Sole, con poche stelle nel cielo. Poi la visione del mondo si è ampliata. Di conseguenza, i confini si sono ampliati. Non sorprende che molte menti brillanti siano giunte da tempo alla conclusione che l'Universo è solo una parte di una formazione ancora più ampia.

Dimensioni degli oggetti nell'Universo a confronto (foto)

1. Questa è la Terra! Viviamo qui. A prima vista è molto grande. Ma, in effetti, rispetto ad alcuni oggetti dell'Universo, il nostro pianeta è trascurabile. Le seguenti foto ti aiuteranno almeno a immaginare approssimativamente qualcosa che semplicemente non può entrare nella tua testa.

2. La posizione del pianeta Terra nel sistema solare.

3. Distanza in scala tra la Terra e la Luna. Non sembra troppo lontano, vero?

4. Entro questa distanza puoi posizionare tutti i pianeti del nostro sistema solare, in modo bello e ordinato.

5. Questa piccola macchia verde è il continente del Nord America, sul pianeta Giove. Puoi immaginare quanto Giove sia più grande della Terra.

6. E questa foto dà un'idea delle dimensioni del pianeta Terra (cioè dei nostri sei pianeti) rispetto a Saturno.

7. Ecco come apparirebbero gli anelli di Saturno se fossero attorno alla Terra. Bellezza!

8. Centinaia di comete volano tra i pianeti del sistema solare. Ecco come appare la cometa Churyumov-Gerasimenko, sulla quale è atterrata la sonda Philae nell'autunno del 2014, rispetto a Los Angeles.

9. Ma tutti gli oggetti nel sistema solare sono trascurabili rispetto al nostro Sole.

10. Ecco come appare il nostro pianeta dalla superficie della Luna.

11. Ecco come appare il nostro pianeta dalla superficie di Marte.

12. E questi siamo noi di Saturno.

13. Se voli ai margini del sistema solare, vedrai il nostro pianeta in questo modo.

14. Torniamo un po' indietro. Questa è la dimensione della Terra rispetto alla dimensione del nostro Sole. Impressionante, non è vero?

15. E questo è il nostro Sole dalla superficie di Marte.

16. Ma il nostro Sole è solo una delle stelle dell'Universo. Il loro numero è maggiore dei granelli di sabbia di qualsiasi spiaggia della Terra.

17. Ciò significa che ci sono stelle molto più grandi del nostro Sole. Basta guardare quanto è piccolo il Sole rispetto alla stella più grande conosciuta oggi, VY, nella costellazione del Canis Major.

18. Ma nessuna stella può essere paragonata alle dimensioni della nostra Via Lattea. Se riduciamo il nostro Sole alle dimensioni di un globulo bianco e riduciamo l'intera Galassia della stessa quantità, la Via Lattea avrà le dimensioni della Russia.

19. La nostra Via Lattea è enorme. Viviamo da qualche parte qui intorno.

20. Purtroppo tutti gli oggetti che possiamo vedere ad occhio nudo nel cielo di notte sono posizionati in questo cerchio giallo.

21. Ma la Via Lattea è ben lungi dall'essere la più grande galassia dell'Universo. Questa è la Via Lattea rispetto alla Galassia IC 1011, che dista 350 milioni di anni luce dalla Terra.

22. Ma non è tutto. Questa immagine di Hubble cattura migliaia e migliaia di galassie, ciascuna contenente milioni di stelle con i propri pianeti.

23. Ad esempio, una delle galassie nella foto, UDF 423. Questa galassia si trova a dieci miliardi di anni luce dalla Terra. Quando guardi questa foto, stai guardando miliardi di anni nel passato.

24. Questo pezzo scuro di cielo notturno sembra completamente vuoto. Ma quando si ingrandisce, si scopre che contiene migliaia di galassie con miliardi di stelle.

25. E questa è la dimensione di un buco nero rispetto alla dimensione dell'orbita terrestre e dell'orbita del pianeta Nettuno.

Uno di questi abissi neri potrebbe facilmente risucchiare l’intero sistema solare.

Sapevi che l'Universo che osserviamo ha confini abbastanza definiti? Siamo abituati ad associare l'Universo a qualcosa di infinito e incomprensibile. Tuttavia, la scienza moderna, quando viene interrogata sull’“infinito” dell’Universo, offre una risposta completamente diversa a una domanda così “ovvia”.

Secondo i concetti moderni, la dimensione dell'Universo osservabile è di circa 45,7 miliardi di anni luce (o 14,6 gigaparsec). Ma cosa significano questi numeri?

La prima domanda che viene in mente a una persona comune è: come può l'Universo non essere infinito? Sembrerebbe indiscutibile che il contenitore di tutto ciò che esiste intorno a noi non debba avere confini. Se questi confini esistono, cosa sono esattamente?

Diciamo che qualche astronauta raggiunge i confini dell'Universo. Cosa vedrà davanti a sé? Un muro solido? Barriera antincendio? E cosa c'è dietro: il vuoto? Un altro universo? Ma il vuoto o un altro Universo può significare che siamo al confine dell'universo? Dopotutto, questo non significa che non ci sia "niente" lì. Anche il Vuoto e un altro Universo sono “qualcosa”. Ma l'Universo è qualcosa che contiene assolutamente tutto “qualcosa”.

Arriviamo ad una contraddizione assoluta. Si scopre che il confine dell'Universo deve nasconderci qualcosa che non dovrebbe esistere. Oppure il confine dell'Universo dovrebbe separare “tutto” da “qualcosa”, ma anche questo “qualcosa” dovrebbe far parte del “tutto”. In generale, completa assurdità. Allora come possono gli scienziati dichiarare le dimensioni, la massa e persino l’età limite del nostro Universo? Questi valori, sebbene inimmaginabilmente grandi, sono ancora finiti. La scienza discute con l’ovvio? Per capirlo, tracciamo prima come le persone sono arrivate alla nostra moderna comprensione dell'Universo.

Ampliare i confini

Da tempo immemorabile, le persone sono interessate a come è il mondo che li circonda. Non è necessario fornire esempi dei tre pilastri e di altri tentativi degli antichi di spiegare l'universo. Di norma, alla fine, tutto si riduceva al fatto che la base di tutte le cose è la superficie terrestre. Anche nell'antichità e nel Medioevo, quando gli astronomi avevano una vasta conoscenza delle leggi del movimento planetario lungo la sfera celeste “fissa”, la Terra rimaneva il centro dell'Universo.

Naturalmente anche nell'antica Grecia c'era chi credeva che la Terra girasse attorno al Sole. C'era chi parlava dei tanti mondi e dell'infinità dell'Universo. Ma giustificazioni costruttive per queste teorie sorsero solo a cavallo della rivoluzione scientifica.

Nel XVI secolo, l'astronomo polacco Niccolò Copernico compì il primo grande passo avanti nella conoscenza dell'Universo. Ha dimostrato fermamente che la Terra è solo uno dei pianeti che ruotano attorno al Sole. Un tale sistema ha notevolmente semplificato la spiegazione di un movimento così complesso e intricato dei pianeti nella sfera celeste. Nel caso di una Terra stazionaria, gli astronomi hanno dovuto escogitare ogni sorta di teorie intelligenti per spiegare questo comportamento dei pianeti. D’altra parte, se si accetta che la Terra si muova, allora la spiegazione di movimenti così complessi risulta naturale. Così, in astronomia prese piede un nuovo paradigma chiamato “eliocentrismo”.

Molti soli

Tuttavia, anche in seguito, gli astronomi continuarono a limitare l’Universo alla “sfera delle stelle fisse”. Fino al XIX secolo non erano in grado di stimare la distanza delle stelle. Per diversi secoli gli astronomi hanno cercato inutilmente di rilevare le deviazioni nella posizione delle stelle rispetto al movimento orbitale della Terra (parallassi annuali). Gli strumenti di allora non consentivano misurazioni così precise.

Infine, nel 1837, l'astronomo russo-tedesco Vasily Struve misurò la parallasse. Ciò ha segnato un nuovo passo nella comprensione della scala dello spazio. Ora gli scienziati potrebbero tranquillamente affermare che le stelle sono lontane somiglianze con il Sole. E il nostro luminare non è più il centro di tutto, ma un uguale “residente” di un infinito ammasso stellare.

Gli astronomi si sono avvicinati ancora di più alla comprensione della scala dell'Universo, perché le distanze dalle stelle si sono rivelate davvero mostruose. Anche la dimensione delle orbite dei pianeti sembrava insignificante in confronto. Successivamente è stato necessario capire in che modo sono concentrate le stelle nel .

Molte Vie Lattee

Già nel 1755 il famoso filosofo Immanuel Kant anticipò le basi della moderna comprensione della struttura su larga scala dell’Universo. Ha ipotizzato che la Via Lattea sia un enorme ammasso stellare rotante. A loro volta, molte delle nebulose osservate sono anche “vie lattee” più distanti: le galassie. Nonostante ciò, fino al 20° secolo, gli astronomi credevano che tutte le nebulose fossero fonti di formazione stellare e facessero parte della Via Lattea.

La situazione cambiò quando gli astronomi impararono a misurare le distanze tra le galassie utilizzando il . La luminosità assoluta delle stelle di questo tipo dipende strettamente dal periodo della loro variabilità. Confrontando la loro luminosità assoluta con quella visibile, è possibile determinare la distanza da essi con elevata precisione. Questo metodo è stato sviluppato all'inizio del XX secolo da Einar Hertzschrung e Harlow Scelpi. Grazie a lui, l'astronomo sovietico Ernst Epic nel 1922 determinò la distanza di Andromeda, che si rivelò essere un ordine di grandezza maggiore della dimensione della Via Lattea.

Edwin Hubble ha continuato l'iniziativa di Epic. Misurando la luminosità delle Cefeidi in altre galassie, ne misurò la distanza e la confrontò con lo spostamento verso il rosso dei loro spettri. Così nel 1929 sviluppò la sua famosa legge. Il suo lavoro ha definitivamente smentito la visione consolidata secondo cui la Via Lattea è il confine dell'Universo. Ora era una delle tante galassie che un tempo erano state considerate parte di essa. L'ipotesi di Kant venne confermata quasi due secoli dopo il suo sviluppo.

Successivamente, la connessione scoperta da Hubble tra la distanza di una galassia da un osservatore rispetto alla velocità del suo allontanamento da lui, ha permesso di tracciare un quadro completo della struttura su larga scala dell'Universo. Si è scoperto che le galassie ne costituivano solo una parte insignificante. Si collegavano in ammassi, gli ammassi in superammassi. A loro volta, i superammassi formano le più grandi strutture conosciute nell’Universo: fili e pareti. Queste strutture, adiacenti ad enormi supervoidi (), costituiscono la struttura su larga scala dell'Universo attualmente conosciuto.

Infinito apparente

Da quanto sopra ne consegue che in pochi secoli la scienza è gradualmente passata dal geocentrismo alla moderna comprensione dell'Universo. Tuttavia, questo non spiega perché oggi limitiamo l’Universo. Dopotutto, fino ad ora abbiamo parlato solo della scala dello spazio e non della sua stessa natura.

Il primo che decise di giustificare l'infinità dell'Universo fu Isaac Newton. Avendo scoperto la legge della gravitazione universale, credeva che se lo spazio fosse finito, tutti i suoi corpi prima o poi si fonderebbero in un unico insieme. Prima di lui, se qualcuno esprimeva l’idea dell’infinito dell’Universo, lo faceva esclusivamente in chiave filosofica. Senza alcuna base scientifica. Un esempio di questo è Giordano Bruno. A proposito, come Kant, era molti secoli avanti rispetto alla scienza. Fu il primo a dichiarare che le stelle sono soli distanti e che anche i pianeti ruotano attorno a loro.

Sembrerebbe che il fatto stesso dell'infinito sia del tutto giustificato e ovvio, ma i punti di svolta della scienza del 20 ° secolo hanno scosso questa "verità".

Universo stazionario

Il primo passo significativo verso lo sviluppo di un modello moderno dell'Universo fu compiuto da Albert Einstein. Il famoso fisico introdusse il suo modello di Universo stazionario nel 1917. Questo modello era basato sulla teoria generale della relatività, che aveva sviluppato un anno prima. Secondo il suo modello, l'Universo è infinito nel tempo e finito nello spazio. Ma, come notato in precedenza, secondo Newton, un Universo di dimensioni finite deve collassare. Per fare ciò, Einstein introdusse una costante cosmologica, che compensava l'attrazione gravitazionale degli oggetti distanti.

Non importa quanto possa sembrare paradossale, Einstein non ha limitato la finitezza stessa dell'Universo. Secondo lui, l'Universo è un guscio chiuso di un'ipersfera. Un'analogia è la superficie di una sfera tridimensionale ordinaria, ad esempio un globo o la Terra. Non importa quanto un viaggiatore viaggi attraverso la Terra, non ne raggiungerà mai il confine. Ciò però non significa che la Terra sia infinita. Il viaggiatore ritornerà semplicemente nel luogo da cui ha iniziato il suo viaggio.

Sulla superficie dell'ipersfera

Allo stesso modo, un vagabondo spaziale, attraversando l’Universo di Einstein su un’astronave, può tornare sulla Terra. Solo che questa volta il vagabondo non si muoverà lungo la superficie bidimensionale della sfera, ma lungo la superficie tridimensionale dell'ipersfera. Ciò significa che l'Universo ha un volume finito, e quindi un numero finito di stelle e massa. Tuttavia, l’Universo non ha né confini né alcun centro.

Einstein arrivò a queste conclusioni collegando spazio, tempo e gravità nella sua famosa teoria. Prima di lui questi concetti erano considerati separati, motivo per cui lo spazio dell'Universo era puramente euclideo. Einstein ha dimostrato che la gravità stessa è una curvatura dello spazio-tempo. Ciò cambiò radicalmente le prime idee sulla natura dell’Universo, basate sulla meccanica newtoniana classica e sulla geometria euclidea.

Universo in espansione

Anche lo stesso scopritore del “nuovo Universo” non era estraneo alle delusioni. Nonostante Einstein limitasse l’Universo allo spazio, continuava a considerarlo statico. Secondo il suo modello, l'Universo era e rimane eterno e le sue dimensioni rimangono sempre le stesse. Nel 1922, il fisico sovietico Alexander Friedman ampliò significativamente questo modello. Secondo i suoi calcoli, l'Universo non è affatto statico. Può espandersi o contrarsi nel tempo. È interessante notare che Friedman è arrivato a un modello del genere basato sulla stessa teoria della relatività. Riuscì ad applicare questa teoria in modo più corretto, aggirando la costante cosmologica.

Albert Einstein non accettò immediatamente questo “emendamento”. Questo nuovo modello è venuto in aiuto alla già citata scoperta di Hubble. La recessione delle galassie ha dimostrato indiscutibilmente il fatto dell'espansione dell'Universo. Quindi Einstein dovette ammettere il suo errore. Ora l'Universo ha una certa età, che dipende strettamente dalla costante di Hubble, che caratterizza la velocità della sua espansione.

Ulteriore sviluppo della cosmologia

Mentre gli scienziati cercavano di risolvere questo problema, furono scoperti molti altri componenti importanti dell’Universo e furono sviluppati vari modelli dello stesso. Così nel 1948, George Gamow introdusse l’ipotesi dell’“Universo caldo”, che in seguito si sarebbe trasformata nella teoria del big bang. La scoperta nel 1965 confermò i suoi sospetti. Ora gli astronomi potevano osservare la luce che proveniva dal momento in cui l'Universo divenne trasparente.

La materia oscura, prevista nel 1932 da Fritz Zwicky, fu confermata nel 1975. La materia oscura in realtà spiega l'esistenza stessa delle galassie, degli ammassi di galassie e della struttura universale stessa nel suo insieme. È così che gli scienziati hanno appreso che la maggior parte della massa dell'Universo è completamente invisibile.

Infine, nel 1998, durante uno studio sulla distanza, si scoprì che l'Universo si sta espandendo ad un ritmo accelerato. Quest’ultima svolta nella scienza ha dato vita alla nostra moderna comprensione della natura dell’universo. Il coefficiente cosmologico, introdotto da Einstein e confutato da Friedman, trovò nuovamente il suo posto nel modello dell'Universo. La presenza di un coefficiente cosmologico (costante cosmologica) spiega la sua espansione accelerata. Per spiegare la presenza di una costante cosmologica fu introdotto il concetto di un ipotetico campo contenente la maggior parte della massa dell'Universo.

Comprensione moderna delle dimensioni dell'Universo osservabile

Il modello moderno dell’Universo è anche chiamato modello ΛCDM. La lettera "Λ" indica la presenza di una costante cosmologica, che spiega l'espansione accelerata dell'Universo. "CDM" significa che l'Universo è pieno di materia oscura fredda. Studi recenti indicano che la costante di Hubble è di circa 71 (km/s)/Mpc, che corrisponde all’età dell’Universo di 13,75 miliardi di anni. Conoscendo l’età dell’Universo, possiamo stimare la dimensione della sua regione osservabile.

Secondo la teoria della relatività, le informazioni su qualsiasi oggetto non possono raggiungere un osservatore ad una velocità superiore a quella della luce (299.792.458 m/s). Si scopre che l'osservatore non vede solo un oggetto, ma il suo passato. Più un oggetto è lontano da lui, più lontano sembra il passato. Ad esempio, guardando la Luna, vediamo com'era poco più di un secondo fa, il Sole - più di otto minuti fa, le stelle più vicine - anni, le galassie - milioni di anni fa, ecc. Nel modello stazionario di Einstein, l'Universo non ha limiti di età, il che significa che anche la sua regione osservabile non è limitata da nulla. L'osservatore, armato di strumenti astronomici sempre più sofisticati, osserverà oggetti sempre più lontani e antichi.

Abbiamo un quadro diverso con il modello moderno dell’Universo. Secondo esso l'Universo ha un'età, e quindi un limite di osservazione. Cioè, dalla nascita dell’Universo, nessun fotone avrebbe potuto percorrere una distanza superiore a 13,75 miliardi di anni luce. Si scopre che possiamo dire che l'Universo osservabile è limitato dall'osservatore a una regione sferica con un raggio di 13,75 miliardi di anni luce. Tuttavia, questo non è del tutto vero. Non dovremmo dimenticare l'espansione dello spazio dell'Universo. Nel momento in cui il fotone raggiungerà l'osservatore, l'oggetto che lo ha emesso sarà già a 45,7 miliardi di anni luce da noi. anni. Questa dimensione è l'orizzonte delle particelle, è il confine dell'Universo osservabile.

Oltre l'orizzonte

Quindi, la dimensione dell'Universo osservabile è divisa in due tipi. Dimensione apparente, chiamata anche raggio di Hubble (13,75 miliardi di anni luce). E la dimensione reale, chiamata orizzonte delle particelle (45,7 miliardi di anni luce). L'importante è che entrambi questi orizzonti non caratterizzano affatto la dimensione reale dell'Universo. Innanzitutto dipendono dalla posizione dell'osservatore nello spazio. In secondo luogo, cambiano nel tempo. Nel caso del modello ΛCDM, l'orizzonte delle particelle si espande ad una velocità maggiore dell'orizzonte di Hubble. La scienza moderna non risponde alla domanda se questa tendenza cambierà in futuro. Ma se assumiamo che l'Universo continui ad espandersi con accelerazione, allora tutti quegli oggetti che vediamo ora prima o poi scompariranno dal nostro “campo visivo”.

Attualmente, la luce più distante osservata dagli astronomi è la radiazione cosmica di fondo a microonde. Scrutandolo, gli scienziati vedono l'Universo com'era 380mila anni dopo il Big Bang. In questo momento, l'Universo si è raffreddato abbastanza da poter emettere fotoni liberi, che oggi vengono rilevati con l'aiuto dei radiotelescopi. A quel tempo nell'Universo non c'erano stelle o galassie, ma solo una nuvola continua di idrogeno, elio e una quantità insignificante di altri elementi. Dalle disomogeneità osservate in questa nube si formeranno successivamente degli ammassi di galassie. Si scopre che proprio quegli oggetti che si formeranno da disomogeneità nella radiazione cosmica di fondo a microonde si trovano più vicini all'orizzonte delle particelle.

Veri confini

Se l’Universo abbia confini veri e non osservabili è ancora una questione di speculazione pseudoscientifica. In un modo o nell'altro, tutti sono d'accordo sull'infinito dell'Universo, ma interpretano questo infinito in modi completamente diversi. Alcuni considerano l’Universo multidimensionale, dove il nostro Universo tridimensionale “locale” è solo uno dei suoi strati. Altri dicono che l'Universo è frattale, il che significa che il nostro Universo locale potrebbe essere una particella di un altro. Non dovremmo dimenticare i vari modelli del Multiverso con i suoi universi chiusi, aperti, paralleli e i wormhole. E ci sono moltissime versioni diverse, il cui numero è limitato solo dall'immaginazione umana.

Ma se accendiamo al freddo realismo o semplicemente facciamo un passo indietro da tutte queste ipotesi, allora possiamo supporre che il nostro Universo sia un contenitore omogeneo infinito di tutte le stelle e galassie. Inoltre, in qualsiasi punto molto distante, anche a miliardi di gigaparsec da noi, tutte le condizioni saranno esattamente le stesse. A questo punto, l’orizzonte delle particelle e la sfera di Hubble saranno esattamente gli stessi, con la stessa radiazione relitta ai loro bordi. Ci saranno le stesse stelle e galassie in giro. È interessante notare che ciò non contraddice l'espansione dell'Universo. Dopotutto, non è solo l'Universo ad espandersi, ma il suo stesso spazio. Il fatto che al momento del Big Bang l'Universo sia nato da un solo punto significa che le dimensioni infinitamente piccole (praticamente zero) che esistevano allora si sono ora trasformate in dimensioni inimmaginabilmente grandi. In futuro utilizzeremo proprio questa ipotesi per comprendere chiaramente la scala dell'Universo osservabile.

Rappresentazione visiva

Varie fonti forniscono tutti i tipi di modelli visivi che consentono alle persone di comprendere le dimensioni dell'Universo. Tuttavia non basta rendersi conto di quanto sia grande il cosmo. È importante immaginare come si manifestano effettivamente concetti come l’orizzonte di Hubble e l’orizzonte delle particelle. Per fare ciò, immaginiamo il nostro modello passo dopo passo.

Dimentichiamo che la scienza moderna non conosce la regione “estranea” dell'Universo. Scartando le versioni dei multiversi, dell’Universo frattale e delle sue altre “varietà”, immaginiamo che sia semplicemente infinito. Come notato in precedenza, ciò non contraddice l'espansione del suo spazio. Naturalmente teniamo conto che la sua sfera di Hubble e la sfera delle particelle distano rispettivamente 13,75 e 45,7 miliardi di anni luce.

Scala dell'Universo

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Per prima cosa proviamo a capire quanto è grande la scala Universale. Se hai viaggiato intorno al nostro pianeta, puoi ben immaginare quanto sia grande la Terra per noi. Ora immagina il nostro pianeta come un chicco di grano saraceno che si muove in orbita attorno a un sole-anguria grande quanto metà campo da calcio. In questo caso, l’orbita di Nettuno corrisponderà alle dimensioni di una piccola città, l’area corrisponderà alla Luna e l’area del confine dell’influenza del Sole corrisponderà a Marte. Si scopre che il nostro Sistema Solare è tanto più grande della Terra quanto Marte è più grande del grano saraceno! Ma questo è solo l'inizio.

Ora immaginiamo che questo grano saraceno sarà il nostro sistema, la cui dimensione è approssimativamente pari a un parsec. Quindi la Via Lattea avrà le dimensioni di due stadi di calcio. Questo però non ci basterà. Anche la Via Lattea dovrà essere ridotta alle dimensioni di un centimetro. Assomiglierà in qualche modo alla schiuma di caffè avvolta in un vortice nel mezzo dello spazio intergalattico nero caffè. A venti centimetri da esso c'è la stessa "briciola" a spirale: la Nebulosa di Andromeda. Attorno a loro ci sarà uno sciame di piccole galassie del nostro Ammasso Locale. La dimensione apparente del nostro Universo sarà di 9,2 chilometri. Siamo giunti alla comprensione delle dimensioni Universali.

All'interno della bolla universale

Tuttavia, non è sufficiente per noi comprendere la scala stessa. È importante realizzare l'Universo in dinamica. Immaginiamoci come giganti, per i quali la Via Lattea ha un diametro di un centimetro. Come abbiamo appena notato, ci troveremo all'interno di una palla con un raggio di 4,57 e un diametro di 9,24 chilometri. Immaginiamo di poter fluttuare dentro questa palla, viaggiare, percorrendo interi megaparsec in un secondo. Cosa vedremo se il nostro Universo è infinito?

Naturalmente davanti a noi appariranno innumerevoli galassie di ogni tipo. Ellittico, spirale, irregolare. Alcune aree ne saranno piene, altre saranno vuote. La caratteristica principale sarà che visivamente saranno tutti immobili mentre noi saremo immobili. Ma non appena facciamo un passo, le galassie stesse inizieranno a muoversi. Ad esempio, se riusciamo a distinguere un microscopico Sistema Solare nella Via Lattea, lunga un centimetro, potremo osservarne lo sviluppo. Allontanandoci di 600 metri dalla nostra galassia, vedremo la protostella Sole e il disco protoplanetario al momento della formazione. Avvicinandoci vedremo come appare la Terra, sorge la vita e appare l'uomo. Allo stesso modo, vedremo come le galassie cambiano e si muovono man mano che ci allontaniamo o ci avviciniamo a loro.

Di conseguenza, più guardiamo le galassie distanti, più antiche saranno per noi. Quindi le galassie più lontane si troveranno a più di 1300 metri da noi, e alla svolta dei 1380 metri vedremo già la radiazione relitta. È vero, questa distanza sarà immaginaria per noi. Tuttavia, man mano che ci avviciniamo alla radiazione cosmica di fondo a microonde, vedremo un quadro interessante. Naturalmente osserveremo come si formeranno e si svilupperanno le galassie a partire dalla nube iniziale di idrogeno. Quando raggiungeremo una di queste galassie formate, capiremo che non abbiamo percorso affatto 1.375 chilometri, ma tutti 4.57.

Zoom indietro

Di conseguenza, aumenteremo ancora di più le nostre dimensioni. Ora possiamo posizionare interi vuoti e muri nel pugno. Ci ritroveremo quindi in una bolla piuttosto piccola dalla quale è impossibile uscire. Non solo la distanza dagli oggetti sul bordo della bolla aumenterà man mano che si avvicinano, ma il bordo stesso si sposterà indefinitamente. Questo è il punto centrale delle dimensioni dell'Universo osservabile.

Non importa quanto sia grande l'Universo, per un osservatore rimarrà sempre una bolla limitata. L'osservatore sarà sempre al centro di questa bolla, anzi ne è il centro. Cercando di raggiungere qualsiasi oggetto sul bordo della bolla, l'osservatore ne sposterà il centro. Quando ti avvicini a un oggetto, questo oggetto si sposterà sempre più lontano dal bordo della bolla e allo stesso tempo cambierà. Ad esempio, da una nuvola di idrogeno informe si trasformerà in una galassia a tutti gli effetti o, inoltre, in un ammasso galattico. Inoltre, il percorso verso questo oggetto aumenterà man mano che ti avvicini, poiché lo spazio circostante stesso cambierà. Raggiunto questo oggetto, lo sposteremo solo dal bordo della bolla al suo centro. Ai margini dell’Universo, la radiazione relitta continuerà a tremolare.

Se assumiamo che l'Universo continuerà ad espandersi a un ritmo accelerato, trovandosi al centro della bolla e spostando il tempo in avanti di miliardi, trilioni e ordini di anni anche superiori, noteremo un quadro ancora più interessante. Sebbene anche la nostra bolla aumenterà di dimensioni, i suoi componenti mutevoli si allontaneranno da noi ancora più velocemente, lasciando il bordo di questa bolla, finché ogni particella dell'Universo vagherà separatamente nella sua bolla solitaria senza l'opportunità di interagire con altre particelle.

Quindi, la scienza moderna non dispone di informazioni sulla dimensione reale dell'Universo e se ha dei confini. Ma sappiamo per certo che l'Universo osservabile ha un confine visibile e reale, chiamato rispettivamente raggio di Hubble (13,75 miliardi di anni luce) e raggio delle particelle (45,7 miliardi di anni luce). Questi confini dipendono interamente dalla posizione dell'osservatore nello spazio e si espandono nel tempo. Se il raggio di Hubble si espande strettamente alla velocità della luce, l'espansione dell'orizzonte delle particelle viene accelerata. Rimane aperta la questione se l’accelerazione dell’orizzonte delle particelle continuerà ulteriormente e se sarà sostituita dalla compressione.

> Scala dell'Universo

Utilizzare in linea scala interattiva dell'universo: dimensioni reali dell'Universo, confronto tra oggetti spaziali, pianeti, stelle, ammassi, galassie.

Tutti pensiamo alle dimensioni in termini generali, come un'altra realtà o la nostra percezione dell'ambiente che ci circonda. Tuttavia, questa è solo una parte di ciò che realmente sono le misurazioni. E soprattutto, la comprensione esistente misurazioni della scala dell’Universo– questo è il meglio descritto in fisica.

I fisici suggeriscono che le misurazioni siano semplicemente diversi aspetti della percezione della scala dell’Universo. Ad esempio, le prime quattro dimensioni includono lunghezza, larghezza, altezza e tempo. Tuttavia, secondo la fisica quantistica, esistono altre dimensioni che descrivono la natura dell’universo e forse di tutti gli universi. Molti scienziati ritengono che attualmente esistano circa 10 dimensioni.

Scala interattiva dell'universo

Misurare la scala dell'Universo

La prima dimensione, come accennato, è la lunghezza. Un buon esempio di oggetto unidimensionale è una linea retta. Questa linea ha solo una dimensione di lunghezza. La seconda dimensione è la larghezza. Questa dimensione include la lunghezza; un buon esempio di oggetto bidimensionale sarebbe un piano incredibilmente sottile. Le cose in due dimensioni possono essere viste solo in sezione trasversale.

La terza dimensione riguarda l’altezza, ed è quella con cui abbiamo più familiarità. Combinata con lunghezza e larghezza, è la parte dell'universo più chiaramente visibile in termini dimensionali. La migliore forma fisica per descrivere questa dimensione è un cubo. La terza dimensione esiste quando lunghezza, larghezza e altezza si intersecano.

Ora le cose si fanno un po’ più complicate perché le restanti 7 dimensioni sono associate a concetti intangibili che non possiamo osservare direttamente ma di cui sappiamo che esistono. La quarta dimensione è il tempo. È la differenza tra passato, presente e futuro. Pertanto, la migliore descrizione della quarta dimensione sarebbe la cronologia.

Altre dimensioni riguardano le probabilità. La quinta e la sesta dimensione sono associate al futuro. Secondo la fisica quantistica, possono esserci molti futuri possibili, ma esiste un solo risultato e la ragione di ciò è la scelta. La quinta e la sesta dimensione sono associate alla biforcazione (cambiamento, ramificazione) di ciascuna di queste probabilità. Fondamentalmente, se potessi controllare la quinta e la sesta dimensione, potresti tornare indietro nel tempo o visitare futuri diversi.

Le dimensioni da 7 a 10 sono legate all'Universo e alla sua scala. Si basano sul fatto che esistono diversi universi e ognuno ha la propria sequenza di dimensioni della realtà e possibili risultati. La decima e ultima dimensione è in realtà uno di tutti i possibili risultati di tutti gli universi.