Hvor stort er universet? - En forklaring

Universet er enstor sted, og det er vanskelig å forstå den enorme størrelsen gitt våre endelige ideer om avstand her på jorden. På grunn av dette er det vanskelig å bestemme svaret på "hvor stort". Forsøk på å finne ut universets enorme størrelse innebærer imidlertid noen få nøkkelfaktorer. Man forstår noen viktige fakta om hvordan rommet oppfører seg, samtidig som man innser at det vi ser bare er det "observerbare universet." Vi vet kanskje ikke virkelig den virkelige størrelsen påfaktiskehelt ærlig, vi kan bare ikke se det.

Så, det som er utenfor det observerbare universet, er fortsatt et mysterium, og åpner dermed helt nye spørsmål om hva som ligger utenfor synsfeltet vårt - som tilfeldigvis også er gjenstand for mange astrofysikeres undersøkelser. Her skal vi prøve å bryte det ned i enkle vendinger for å forsøke å analysere det som faktisk er et av vitenskapens mest komplekse spørsmål. Men først, noen grunnleggende om hvordan vi måler avstand i rommet.

Bruk lys for å finne ut av det

Den enkleste måten å måle avstand i rommet på er å bruke lys. På grunn av måten lys beveger seg på, vil du kanskje ikke innse at når du ser til himmelen, er det du ser, faktisk ikke hvordan objektet ser ut akkurat nå i rommet. I stedet er det bokstavelig talt tatt år, århundrer - til og med evigheter - for lys fra det fjerne objektet når det til jorden.

Lys beveger seg med en hastighet på 186 000 miles per sekund, men for så store avstander av rommet er det andre ikke en god målemetode. Astronomer brukerlysår i stedet for å snakke distanse. Et enkelt lysår tilsvarer omtrent seks billioner miles, og det gir ikke bare en ide om avstand, men hvor lang tid det tar før lyset fra objektet når deg.

I mye mindre skala bruker vi dette på vår egen sol. I gjennomsnitt er solen omtrent 93 millioner miles unna. Hvis du hadde riktig teleskop (og briller) for å se solen vår, ser du faktisk slik det så ut for åtte minutter siden. Proxima Centauri? Det lyset er fra fire år siden. Og mens Betelgeuse forventes å gå supernova snart, hvis det gjorde det i dag, ville vi ikke vite før på midten av det 27. århundre - ingen vits.

Lys og dets egenskaper har spilt en avgjørende rolle i å lære hvor stort universet vårt er, og akkurat nå - fra det vi kan fortelle - er kanten av det observerbare universet omtrent 46 milliarder lysår fra jorden selv. Men hvordan kom vi dit? Det er av en prosess som astronomer og fysikere kaller "kosmisk avstandsstige".

Den kosmiske avstandsstigen

Teleskoper er bare en del av å finne ut kosmisk avstand, og ting blir mer komplekse når vi tar sikte på å måle gjenstander lenger og lenger ut. Radioteleskoper gjør det bra for innledende observasjoner i vårt solsystem for å måle avstand, og gir ganske ganske presise resultater, men når du flytter ut av solsystemet vårt, er radioteleskoper bare ikke praktiske. På grunn av dette henvender astronomer seg nå til noe som kalles parallaks.

En enkel måte å forstå parallaks på er å bruke dine egne øyne. Ta en titt på et objekt ved å dekke til det ene øyet og deretter dekke det motsatte øyet. Så du objektet "flytte?" Dette skiftet kalles parallaks, og det er brukbart å beregne en avstand. Systemet fungerer bra for våre nærmeste himmelske naboer, men når du har gått forbi omtrent 100 lysår, er skiftet så umerkelig at en annen metode er nødvendig.

Denne neste metoden er noe som kalleshovedsekvens montering og det er avhengig av vår kunnskap om hvordan stjerner av en viss størrelse endrer seg over tid. Den ser på lysstyrken og fargen til stjerner lenger ut og sammenligner dem med nærmere stjerner for å prøve å måle avstanden. Men igjen, også dette har grenser, og vil bare fungere for stjerner i vår egen galakse eller de rundt 100 000 lysår unna.

For å gå enda lenger ut stoler astronomer på en metode kjent somCepheid-variabler. Basert på Henrietta Swan Leavitts 1908-oppdagelse som dikterer at en bestemt type stjerne varierer lysstyrken over tid. Disse variasjonene - enten raske eller sakte - er relatert til hvor lyse de er. Med dette i bakhodet har astronomer vært i stand til å bruke konseptet for tilpasning av hovedsekvensen til å estimere avstander - noen til og med 10 millioner lysår unna.

Men vi er fortsatt ikke i nærheten av der vi trenger å være for å finne ut de store avstandene i vårt univers. For det vender vi oss endelig til et konsept kjent somredshiftsom gir oss det nødvendige området for å måle størrelsen på vårt univers. Redshift er veldig lik måten Doppler Effect fungerer på. Tenk deg at du sitter ved en jernbaneovergang. Har du noen gang lagt merke til hvordan et togs horn ser ut til å endre seg i tonehøyde, og øke når det kommer nærmere og synker når det kommer lenger unna?

Lys fungerer på en lignende måte. Se på et spektrograf og legg merke til de mørke linjene. Dette skyldes at farge absorberes av elementer i og rundt lyskilden. Jo mer disse linjene forskyves til de røde delene av spekteret - dermed begrepet - jo lenger unna er objektet. Det er også en indikasjon på hvor raskt objektet beveger seg bort fra oss.

Det er her vi endelig får svaret vårt. Det mest rødskiftede lyset kommer fra galakser som er omtrent 13,8 milliarder år gamle.

Alder er ikke alt

Selv om det kan være lett å tro at kanten av vårt observerbare univers bare ligger 13,8 milliarder lysår i radius fra jorden, savner du en viktig del av historien. I løpet av de 13,8 milliarder årene har universet fortsatt å utvide seg etter Big Bang. Hva dette betyr er at den faktiske størrelsen på universet vårt er mye, mye større enn vår første måling.

Å finne ut av dette tar annen forskning i betraktning, inkludert hva vi vet om hvor raskt universet har utvidet seg siden Big Bang. Fysikere har gjort nettopp dette og mener nå at radiusen til det observerbare universet nå er omtrent 46,5 milliarder lysår unna.

Det er imidlertid også verdt å nevne at beregningene våre er basert på hva som faktisk er synlig og sett. De fjerneste galaksene i vårt univers er for godt dannet til at de nettopp har dukket opp rett etter Big Bang, noe som skaper et helt nytt råd.

Så hva nå?

Kanskje vi ikke ser alt

Dette, men likevel uforklarlige problemet, åpner for et helt nytt sett med problemer. Noen har forsøkt å ekstrapolere hvor lang tid det tok før de altfor velformede fjerne galaksene utviklet seg, for eksempel forskere ved Oxford University i Storbritannia som anslår at hele universet kan være så stor som 250 ganger størrelsen på vårt observerbare univers. Prøv å pakke hodet rundt det.

Noen tror imidlertid på en enda galere teori som antyder at vårt univers kan være et uendelig antall andre universer - dette er kjent som et multivers. Dette emnet i seg selv ville kreve en helt annen artikkel hvis vi til og med ønsket å prøve å skrape overflaten rundt de grunnleggende prinsippene knyttet til teorien. Så mens vi kan måle grensene for det observerbare universet, aner vi ikke hva som ligger utenfor det.

Selvfølgelig betyr det ikke at forskere ikke prøver å finne ut av det. Med andre ord? Vi kan bare Gjett hvor stort universet er, og forskere har kanskje aldri et eksakt svar på grunn av alle mulige faktorer.