Волшебство Вселенной: теория Большого Взрыва, расширение пространства, красное смещение

Тема космоса меня всегда увлекала и манила: что-то далекое, мало изведанное, но такое важное для понимания того, кто мы есть и откуда мы пошли. Я с восторгом наблюдаю сейчас за развитием исследований космосом и за предстоящими открытиями. Недавно, в рамках проэкта Академия (@academy) взяла курс на edx.org Greatest Unsolved Mysteries of the Universe и хочу поделиться с вами интересными фактами, которые я узнала, посмотрев первую неделю курса. Свою статью я решила еще дополнить небольшими отступлениями волшебных фактов, которые объясняются научно.

В научном сообществе есть 2 теории происхождения Вселенной:

Теория Устойчивого развития (Steady Stake)
Теория Большого Взрыва (Big Bang)

Теория Устойчивого Развития гласит о том, что в расширяющейся Вселенной плотность материи остается неизменной из-за непрерывного процесса создания и образования новой материи. Главный вывод состоит в том, что Вселенаая одинакова в любой точке и в любое время. Данная теория была популярна в середине 20 века, но сейчас преимущественным большинством космологов, астрофизиков и асторономами она считается нежизнеспособной.

На смену ей пришла Теория Большого Взрыва. Согласно этой теории, плотность между материей постоянно уменьшается, то есть расстояние становится больше. Это говорит нам о том, что не объекты отдаляются друг от друга, а пространство вокруг них увеличивается и уменьшается.
Однако, чтобы продолжить дальше, необходимо остановиться более детально на следующих ключевых понятиях в астрономии: расстояние и концепция Спектра.

Расстояние

В космологии расстояние - это все. Что-либо, что мы хотим знать о каком-то объекте, зависит от того, как далеко от нас он находится. В асторономии даже можно посчитать возраст объекта, зная только его расстояние от Земли (конечно же, так мы можем узнать и его размеры, и то, сколько энергии он использует).
Но расстояние во Вселенной очень сложно измерять, потому что они несравненно большие. Именно поэтому есть много разных методов его измерения.

Немного волшебства: у вас всегда есть возможность посмотреть в прошлое. Для этого достаточно поднять глаза в небо и машина времени сама вас перенесет на какое-то время назад.

С научной точки зрения это легко объяснить: скорость света равна 300 000 км/с, поэтому, например, чтобы свет с Земли дошел до Луны ему необходимо чуть менее 1,3 с, от Солнца до Земли за 8 минут 20с. Самым дальним свечением, наблюдаемым человечеством была гамма-вспышка, всплеск от которой шел до Земли немного больше 13 млрд лет.

Концепция Спектра

Свет в асторономии играет не меньшую роль, чем расстояние. Здесь есть несколько важных эффектов: красное смещенеие, эффект Доплера и Закон Хаббла. Обо всем по порядку.

Мы часто видим синие или красные Галактики. Почему именно данный свет преобладает и, о чем нам это может говорить?

В физике есть такое понятие, как красное смещение. Это увеличение длины волны света или любого другого электромагнитного излучения по мере удаления объекта. Доказано, что красные волны самые длинные, а синие самые короткие. Соответственно, когда происходит красное смещение - длина волны света увеличивается, когда синие смещение - длина волны уменьшается.
Вызвано красное смещение может быть двумя явлениями:

эффектом Доплера
гравитационным красным смещением

Эффект Доплера - это изменение длины волны, и, как следсвие, ее цвета по мере движения объекта. Другими словами, если поставить источник света посередине большого пространства, то излучаемые волны будут одинаковой длины. Но потом мы, например, перемещаем этот объект вправо, теперь у нас волны слева будут длиннее, а справа короче. Другими словами, если источник этих волн догоняет свои волны, то их длина и частота уменьшается.
С помощью эффекта Доплера астрофизики и астрологи определяют скорость движения небесного тела, изменение температуры фотосферы звезды и многое другое.

Немного волшебства: карбон находится в любом живом существе. Единственное место, где он мог образоваться в природных условиях - это ядро сверхновой. Так что, у нас у всех есть частичка космоса.

Гравитационное красное смещение наблюдается тогда, когда частота волн меняется по мере удаления от массивного объекта с сильным гравитационным полем. Происходит это из-за расширения Вселенной и пространства, а не из-за движения объекта. От этого зависит и цвет у Галактик: синие и красные.

Каждую секунду наша Галактика становится ближе к Галактике Андромеды на 200 км. Через 5-7 млрд лет они должны соединиться в одну.

Закон Хаббла - это один из основополагающих и ключевых явлений в современной космологии, известен еще, как закон Расширения Вселенной. Исследуя туманность Андромеды, Хаббл определил, что, галактики по отношению к Земле постоянно удаляются. Однако, его дальнейшие исследования помогли установить тот факт, что галактики тем быстрее удаляются, чем дальше они находятся от нас. Благодаря данному закону, удалось установить приблизительный возраст Вселенной, то есть тот момент, когда все было сосредоточено в небольшом "пузыре" - промоматерии, которая потом взорвалась.

Предполагают, что Вселенная появилась 13,798 ± 0,037) . 10⁹ лет назад.

Логический вопрос: если пространство может расширяться и сужаться, то почему тогда Земля не улетела давно от Солнца, и наша голова все на том же расстоянии от ног?
С точки зрения науки, те объекты, которые связаны между собой (будь то гравитационное поле или химические соединения), уменьшаются и увеличиваются пропорционально, поэтому по теории относительности мы этого просто не замечаем.

Именно эти явления и разрушили представление людей о том, что наша Вселенная является стационарной и не меняется со временем. Иными словами, за счет собственного тяготения Галактики должны были соединиться в одну, но существует некая энергия, которая их "рассталкивает".

Что больше всего запомнилось или главный вывод после первой недели курса

Пространство вокруг нас постоянно увеличивается и уменьшается, это подтверждает много эксперементов, в том числе, красное смещение, эффект Доплера, Закон Хаббла.

Всем теплых улыбок :)
До встречи!