Зоркі, галактыкі і кластары, паказаныя тут, асобна звязаны паміж сабой, але не пашыраюцца, як гэта робіць Сусвет. Крэдыт малюнка: касмічны тэлескоп Хаббл NASA / ESA.

Спытайце ў Ітана: Наколькі малы можа заставацца і працягваць кавалак Сусвету?

Габарытнага памеру? Памер чалавека? Атам памеру? Яшчэ менш? Як мініяцюрны можа быць трохі прасторы і ўсё яшчэ пашырыцца?

"Цяпер у нас ёсць лепшая карціна таго, як галактыкі, як наша ўласная, утваралі свае зоркі" -Кейсі Паповіч

Пашырэнне Сусвету мае доўгую і дзіўную гісторыю. Калі Хаббл упершыню заўважыў сувязь паміж аддаленасцю галактыкі ад нас і тым, як змянілася яе святло, ён адразу зразумеў, што гэта следства агульнай адноснасці Эйнштэйна. Калі Хаббл абвясціў аб сваім адкрыцці, Эйнштэйн неадкладна ўзнавіў сваю касмалагічную канстанту - "фактар ​​выдумкі" для падтрымання статыкі Сусвету - і назваў гэта сваёй самай вялікай памылкай. Але пакуль прастора паміж галактыкамі пашыраецца, атамы, людзі і планеты з цягам часу застаюцца аднолькавымі. Што гэта вызначае? Жэран ван Рэйн хоча ведаць:

Аб якой мяжы маштабу, калі мы гаворым, калі Сусвет пашыраецца? Ці азначае, што даўжыня Планка не такая сталая? Растуць арбіты атама, якія адпавядаюць гэтай прасторы, альбо моцная сіла супрацьдзейнічае гэтаму?

Сусвет, якая пашыраецца, - гэта жорсткая з'ява, каб абгарнуць галаву, таму што гэта вельмі процідзеянне. Мабыць, лепшая аналогія - уявіць, што касмічная тканіна падобная на шарык з цеста, падвешаны ў духоўцы з нулявой сілай. Калі цеста пячэ, хлеб закідвае і падымаецца, і раўнамерна разрастаецца ва ўсе бакі. Але гэта проста для пустога прасторы альбо для прасторы, у якой нічога няма. Што рабіць, калі вы хацелі б мець космас, які б утрымліваў рэчы, падобныя на матэрыю: пратоны, атамы, чалавек, планеты, галактыкі ці нават навалы галактык? Вы можаце ўявіць сабе пашырэнне.

Паветраны шар / манета аналогіі пашыраецца Сусвету. Асобныя структуры (манеты) не пашыраюцца, але адлегласці паміж імі робяць у Сусвеце, якая пашыраецца. Малюнак: Э. Зігель, са сваёй кнігі Beyond The Galaxy.

Адзін падобны на паверхню паветранага шара з прылепленымі да яго манетамі, дзе самі манеты не мяняюцца па меры павелічэння паверхні шара. Сусвет становіцца ўсё большым і большым, а таксама павялічваецца ўся прастора паміж асобнымі часціцамі - альбо асобнымі галактыкамі. Здаецца, манета зыходзіць з суседняй манеты па пэўнай хуткасці, у той час як манета ўдвая далёка будзе здавацца ўдвая большай. Думаю, што любая манета ўспрымае той самы эфект: яе ўспрыманая хуткасць, а значыць, і чырвонае змяненне (расцяжэнне) святла, як уяўляецца, залежаць выключна ад адлегласці манеты, якую вы глядзіце ў гэтай прасторы, якая пашыраецца. Мы ведаем, што гэта адбываецца, і мы ведаем гэта з 1920-х гадоў. Гэта былі тыя ж самыя адносіны, якія нам прадэманстраваў «Закон Хабла», які быў у Сусвеце.

Калі б усё пашырылася так, як гэта зрабіла Сусвет, то манеты трэба было б замяніць фарбай. Крэдыт малюнка:

Але інакш можна ўявіць гэта, разглядаючы паверхню паветранага шара з намаляванымі на ім прадметамі. Па меры таго, як паветраны шар надзімаецца і паверхня яго пашыраецца, ён нясе на сабе знак фарбы. Вядома, усе далёкія аб'екты будуць аддаляцца адзін ад аднаго ў адпаведнасці з Законам Хабла, але ў гэтым выпадку самі аб'екты таксама будуць пашырацца разам з прасторай прасторы.

Дык што ж такое Сусвет робіць? На якой шкале пашыраецца прастора? Адзінае, што мы можам зрабіць, гэта праверыць сам Сусвет. Калі мы глядзім на далёкія галактыкі, мы павінны бачыць іх змяненнем і меншымі / меншымі па масе, бо большыя адлегласці таксама азначаюць больш раннія часы.

Эвалюцыя галактык Млечнага Шляху ў розныя эпохі Сусвету. Крэдыт малюнка: NASA, ESA, C. Papovich / Texas A&M University, H. Ferguson / STScI, S. Faber / Універсітэт Каліфорніі, Санта-Крус і I. Labbe / Leiden University.

Мы гэта бачым, але мы бачым і некаторыя іншыя важныя подпісы:

  • Галактыкі маюць тыя ж спектральныя лініі на высокіх чырвоных зрухах, што кажа нам пра тое, што памеры і ўласцівасці атамаў мільярды гадоў таму такія ж, як і сёння.
  • Што фізічны памер галактык вызначаецца толькі іх масамі; што галактыкі адной масы сёння і ў раннія часы маюць аднолькавую фізічную велічыню.
  • А тое, як касмічная павуцінне (і маштабная структура) расце ці не, залежыць толькі ад колькасці мас, прысутных у дадзеным космасе.
Лініі паглынання пры розных чырвоных зрухах паказваюць, што асноўная фізіка і памеры атамаў не змяніліся па ўсёй Сусвету, нават калі святло змянілася з-за свайго пашырэння. Малюнак: NASA, ESA і A. Feild (STScI).

Так выглядае, што гэта аналогія "манет", а не "фарба". Калі мы глядзім на Сусвет, мы бачым, што тканіна прасторы сама па сабе пашыраецца пры любых абставінах, калі няма іншай сілы, якая дзейнічае звязваць аб'ект разам. Гэта тэарэтычна адпавядае таму, што мы цалкам чакаем, таму што, у адрозненне ад таго, пра што мы звычайна думаем, пашырэнне не з'яўляецца сілай, а хутчэй. Калі нешта злучаецца разам, не мае значэння, якая сіла, якая здзяйсняе прывязку, - гэта ядзерная сіла ў выпадку пратонаў і ядраў, будзь то электрамагнітная сіла ў выпадку атамаў, клетак ці чалавека, ці гэта сілай гравітацыі ў выпадку планет, зорак, галактык ці нават кластараў галактык.

Выява шырокага поля зграі галактык Кома. Крэдыт малюнка: Адам Блок / Mount Lemmon SkyCenter / Універсітэт Арызоны.

Пакуль сама прастора тканіны пашыраецца, яна пашыраецца з пэўнай хуткасцю на адлегласць адзінкі. (На самай справе, гэта проста адзінкі зваротнага часу.) Як правіла, калі сіла паміж любымі двума аб'ектамі прымушае іх прыцягваць з большай хуткасцю, чым пашырэнне Сусвету, гэта прывядзе да пашырэння прасторы паміж імі. , тады яны больш не дзейнічаюць як фарба; яны дзейнічаюць як манеты. Нашы целы звязаны паміж сабой; кожны атам звязаны разам; наша мясцовая група ўжо звязана разам; нават увесь сход галактык Комы (зверху) звязаны разам! Але важна памятаць, што гэта ўсё адносна. Пашырэнне Сусвету не ўплывае на нашу лакальную групу ці што-небудзь у ёй, таму што наша лакальная група занадта шчыльна звязана з гэтым, але выходзіць за яе межы, і сама прастора працягвае пашырацца. Вось чаму аддаленыя галактыкі (і іншыя звязаныя з гэтым структуры) працягваюць адыходзіць ад нас, нават калі паасобку мы ўсе лакальна звязаны з нашымі рэгіёнамі космасу.

Розныя групы і кластары, якія мы бачым тут - у тым ліку і наша лакальная група - звязаны паасобку, але прастора паміж кожнай з іх пашыраецца. Крэдыт малюнка: Эндру З. Колвін пад ліцэнзіяй cca-sa-3.0.

Але мы можам перайсці да адвольна невялікіх абласцей прасторы ў нязлучаных рэгіёнах, дзе няма ніякага значэння, і мы выявім, што любы рэгіён памеру - светлавыя гады, кіламетры, мкм, пратонныя або памеру Планка (ці яшчэ меншы) - пашыраецца ў прамым адпаведнасці з Законам Хабла. Хуткасць пашырэння прасторы ў Агульнай адноснасці дазваляе разглядаць тканіну космасу як быццам яна цалкам бесперапынная, без неабходнасці яе квантавання, як гэта магчыма ў квантавай фізіцы. Гэта застаецца сапраўдным для пашырэння Сусвету, аж да моманту, калі вы пакладзеце ў яе звязаную структуру! Не існуе ніякага прынцыповага абмежавання ў тым, наколькі маленькім можа быць прастора і ўсё яшчэ пашырацца, але ён павінен быць альбо пустым, альбо дастаткова вялікім, каб "структура", у якой вы знаходзіцеся, не змагла пераадолець пашырэнне самога сябе.

Гэтая публікацыя ўпершыню з'явілася ў Forbes і прадастаўляецца вам прыхільнікамі Patreon без рэкламы. Каментуйце наш форум і купіце нашу першую кнігу: Beyond The Galaxy!