Насколько велика Вселенная?

Насколько велика Вселенная? Это один из фундаментальных вопросов астрономии. Ища самую дальнюю от Земли наблюдаемую точку (и, соответственно, самую старую), мы можем оценить диаметр.

Благодаря развивающимся технологиям астрономы могут оглянуться назад во времени и увидеть Вселенную сразу после Большого Взрыва. Может показаться, что вся Вселенная находится в пределах нашего поля зрения. Но размер Вселенной зависит от ряда факторов, в том числе от её формы и скорости расширения.

В результате, хотя мы и можем оценить размер Вселенной, учёные не могут дать ему точную цифру.

Наблюдаемая Вселенная

В 2013 году космическая миссия “Планк” (ЕКА) выпустила самую точную и подробную карту древнейшего источника света во Вселенной. Карта показала, что Вселенной 13,8 миллиардов лет. Исследователи рассчитали возраст, изучая космический микроволновый фон.

“Космический микроволновый фон – это путешественник из прошлого”, – сказал в своём заявлении Чарльз Лоуренс, американский исследователь проекта в Лаборатории реактивного движения НАСА в Пасадене, Калифорния.

Из-за связи между расстоянием и скоростью света это означает, что учёные могут заглянуть в область космоса, которая находится на расстоянии 13,8 миллиардов световых лет. Подобно кораблю в пустом океане, астрономы на Земле могут поворачивать свои телескопы, чтобы заглянуть на 13,8 миллиардов световых лет в любом направлении, что помещает Землю внутрь наблюдаемой сферы с радиусом 13,8 миллиардов световых лет. Слово “наблюдаемая” является ключевым; сфера ограничивает то, что учёные могут видеть, но не то, что есть.

Но хотя, кажется, что сфера почти 28 миллиардов световых лет в диаметре, на самом деле она намного больше. Учёные знают, что Вселенная расширяется. Таким образом, хотя исследователи могли видеть точку, которая находилась на расстоянии 13,8 миллиардов световых лет от Земли во время Большого взрыва, Вселенная продолжала расширяться на протяжении всей своей жизни. Если инфляция происходила с постоянной скоростью в течение всей жизни Вселенной, то то же самое место сегодня находится на расстоянии 46 миллиардов световых лет, что делает диаметр наблюдаемой Вселенной сферой с диаметром около 92 миллиардов световых лет.

Эти оценки ещё более усложняются возможностью того, что Вселенная расширяется неравномерно. ЕКА сообщило об исследовании 2020 года с использованием данных обсерваторий XMM-Newton, “Чандра” и Rosat, которое предполагает, что Вселенная не расширяется с одинаковой скоростью во всех направлениях. Исследователи измерили рентгеновские температуры сотен скоплений галактик и сравнили полученные данные с их яркостями. Некоторые скопления оказались менее яркими, чем ожидалось, что говорит о том, что они двигались с другой скоростью.

“Это возможное неравномерное космическое расширение может быть объяснено влиянием таинственной тёмной энергии”, – заявили представители ЕКА.

Может показаться, что центрирование сферы в точке, где находится Земля в космосе помещает людей в центр Вселенной. Однако, подобно тому самому кораблю в океане, мы не можем сказать, где находимся в огромном пространстве Вселенной. То, что мы не можем видеть землю, не означает, что мы находимся в центре океана; то, что мы не можем видеть край Вселенной, не означает, что мы находимся в центре Вселенной.

Измерение Вселенной

Учёные измеряют размер Вселенной множеством разных способов. Они могут измерять волны ранней Вселенной, известные как барионные акустические колебания, которые заполняют космическое микроволновое излучение. Они также могут использовать стандартные свечи, такие как сверхновые типа 1A, для измерения расстояний. Однако эти различные методы измерения расстояний могут дать разные ответы.

Как меняется инфляция – тоже загадка. Хотя оценка в 92 миллиарда световых лет исходит из идеи о постоянном темпе инфляции, многие учёные считают, что темп замедляется. Если Вселенная расширилась со скоростью света во время инфляции, она должна быть значительно больше, чем есть. Одно из объяснений этого, изложенное НАСА в 2019 году, заключается в том, что тёмная энергия могла повлиять на скорость расширения Вселенной.

Вместо того, чтобы использовать один метод измерения, группа учёных под руководством Миграна Варданяна из Оксфордского университета провела статистический анализ всех результатов. Используя усреднение байесовской модели, которое фокусируется на том, насколько вероятно, что модель будет правильной с учётом данных, а не на том, насколько хорошо сама модель соответствует данным, они обнаружили, что Вселенная по крайней мере в 250 раз больше, чем наблюдаемая Вселенная, или по крайней мере 7 триллионов световых лет в поперечнике.

Форма Вселенной

Размер Вселенной во многом зависит от её формы. Учёные предсказали возможность того, что Вселенная может быть замкнутой, как сфера, бесконечной и отрицательно изогнутой, как седло, или плоской и бесконечной.

Конечная Вселенная имеет конечный размер, который можно измерить; это справедливо для замкнутой сферической Вселенной. Но бесконечная Вселенная не имеет размера по определению.

Данные НАСА говорят, что Вселенная плоская, с погрешностью всего около 0,4 процента (по состоянию на 2013 год). И это может изменить наше понимание того, насколько велика Вселенная.

“Это значит, что Вселенная бесконечна по своим размерам; однако, поскольку Вселенная имеет конечный возраст, мы можем наблюдать только конечный объём Вселенной”, – говорят представители НАСА. “С уверенностью мы можем сказать только то, что Вселенная намного больше, чем объём, который мы можем наблюдать непосредственно”.

Определение формы Вселенной представляет дополнительные трудности из-за ограничения наших средств наблюдения. Похожая на зеркальный зал, кажущаяся бесконечной Вселенная может вводить нас в заблуждение. На самом деле космос может быть конечным. Иллюзия бесконечности возникнет, когда свет облетит всё пространство, возможно, даже более одного раза, создавая множественные изображения. каждой галактики.