Закон на Хъбъл

От много време вече си говорим за това как всеки космически обект се отдалечава от Земята. Говорили сме и, че колкото по-далеч е този обект от Земята, толкова по-бързо се движи. В това видео искам да представя картината в числа и да разгърна темата по-добре. Eдин начин за осмисляне е да си представим, че си избираме някакви точки в началото на Вселената. Ето една точка, още една, трета, четвърта. Ще избера девет, за да имам решетка. Вселената тук е в ранен стадий на развитие. Ако отидем няколко милиарда години напред – очевидно не го мащабирам реалистично – всички точки са се отдалечили едни от други. Тази тук – всъщност, нека начертая още една колона, за да е ясно. Минали са няколко милиарда години и Вселената се е разширила. Всичко се е отдалечило от всичко останало. Само да добавя малко цвят. Нека тази точка е пурпурна. Тя, пурпурната, вече се намира тук. Тази зелена точка се е отдалечила от нея. Тази синя точка пък се е отдалечила от пурпурната в тази посока. Можем да прадължим така. Тази жълтата е някъде тук в момента. Мисля, че схващаш основната идея. Само да нарисувам и другите жълти точки. И така, всички са се раздалечили. Тоест тук няма център. Всички точки просто се отдалечават от тези до тях. Тук виждаш, че не просто тази се е отдалечила от тази, но и че го е направила дори повече спрямо другата. Повлияна е веднъж от разширяване в тази посока, веднъж в другата. Може и да се каже, че видимото ускорение, с което нещо се отдалечава, е пропорционално на това колко далеч се намира. Така е, защото всяка друга точка също се отдалечава. За по-добра илюстрация – нека кажем така: да приемем, че Вселената е безкраен, плосък лист. Представи си, че сме взели някакъв лист от еластичен материал и сме го разтеглили. Продължаваме да го правим. Трябва да си представим една дори по-безкрайна Вселена, която просто се простира във всички посоки. Разтегляме листа, макар и той да няма реални краища. Друг начин за визуализация, който и използвахме по-рано – е да си представиш, че Вселената е тримерната повърхност на четиримерна сфера. Или пък тримерната повърхност на хиперсфера. В началните стадии сферата е изглеждала така. От тези точки пък пурпурната се намира тук. Зелената е там. Добавяме синята тук. Сега ще нарисувам и жълтите. Те са тук. Всички те са на повърхността на сферата. Очевидно работя само с две измерения, а е почти невъзможно, или поне доста трудно, човек да си представи тримерната повърхност на четиримерна сфера. Аналогията обаче е вярна. Ако това е повърхността на балон, или на мехурче, и то се разшири за период от няколко милиарда години – пак казвам, не го рисувам в реални мащаби. Вече имаме по-голям мехур. Тази част от повърхността също ще се разшири. Ето я пурпурната точка. Ето я синята. Ето я и зелената. Ще прехвърля и жълтите. Те ще са се раздалечили едни от други по повърхността на сферата. За да си личи, че е сфера, ще начертая няколко контурни линии. Ето какво представляват. За да е ясно, че сме на повърхността на истинска сфера. След като вече сме го направили, нека помислим какво е видимото ускорение, с което нещата се раздалечават. Помни, че ни трябва не само колко се отдалечават точките, а и с колко се отдалечават от наблюдателя – приемаме себе си за такъв – в зависимост от вече наличното разстояние. Това, което ще направим – можем да го опишем като – нека го запиша. Всички обекти се отдалечават едни от други. Видимото относително ускорение, с което го правят, е пропорционално на разстоянието. Това, което току-що написах – както и начина, по който го направих – е общо взето Законът на Хъбъл. Той е стигнал до него само чрез наблюдението, че колкото по-надалеч се вгледа, толкова по-голямо е червеното отместване на обектите. Те не само се отдалечават все по-бързо от Земята, но, изглежда, и едни от други. Тоест сега повторихме Закона на Хъбъл. Можеш и да си го представиш така – от която и да е точка, например Земята, ускорението, с което някой обект видимо се движи, е константа по разстоянието, на което е от наблюдателя. В този случай, това сме ние. Сложихме тази нула – а това Н тук се нарича Константа на Хъбъл. Това е константа с доста малка константност, защото се променя в зависимост от това в кой стадий на развитие на Вселената сме в момента. Сложих тази нула тук, за да покажа, че това е Константата на Хъбъл в момента. Говорейки за разстояние, имаме предвид реалното такова в момента. Това е важно уточнение, защото разстоянието се изменя непрестанно с разширяването на Вселената. От началото до края на това видео, то вече ще се е изменило, макар и леко. Можем да го приемем за разстоянието в "сегашния времеви период". При истинското разстояние си представяме, че имаме линийки. Приемаме, че ги слагаме всичките едновременно в един момент – това очевидно е невъзможно, но можем да си представим, че го правим. За такова нещо става въпрос. Нека сега опитаме да сметнем колко бързо се отдалечава всичко едно от друго – само да го запиша някъде, където имам повече място – Константата на Хъбъл в момента е 70,6, плюс-минус 3,1. Тоест не е точно фиксирано. Има грешки в измерванията ни. Километра на секунда на мегапарсек. Помни, един парсек е някъде 3,2~3,3 светлинни години. Можеш да го възприемеш така: нека ние сме в тази точка на Вселената сега. Спрямо този обект тук разстоянието е един мегапарсек, или един милион парсека. Или 3,26 милиона светлинни години спрямо Земята. Тоест имаме идея, че е на някъде 3,26 милиона светлинни години разстояние. В такъв случай този обект видимо ще се отдалечава. Въпреки че самият той не се движи, пространството около него се разширява така, че изглежда сякаш обектът се отдалечава с, видимо от червеното му отместване, 70,6 километра в секунда от нас. Това ускроение е огромно. 70,6 километра в секунда. Наистина е огромно. Спомни си обаче, че е при един мегапарсек. Галактиката Андромеда се намира на по-малко разстояние. То е около 2,5 милиона светлинни години. Тоест близо 0,7 или 0,8 мегапарсека. Ако се вгледаме в точка, малко по-далеч от Андромеда, би се отдалечавала с видимо 70,6 километра в секунда. Какво обаче става при два пъти по-голямо разстояние? Ами ако се вгледаме в нещо на почти седем светлинни години от нас? На два мегапарсека? Ако наблюдаваме този обект, с колко видимо ще се отдалечава? Избираме си тази точка на два мегапарсека разстояние. Тоест ще е два пъти по това. Ще умножим разстоянието – два мегапарсека по това. Мегапарсеките се съкращават. Тоест 70,6 по две – помни, че изглежда, сякаш се движи, не се движи наистина. Просто пространството се разширява. Видимото му ускорение е 70,6 по две. Това са 141,2 километра в секунда. Може би се чудиш как Хъбъл го е установил: Да, можем да наблюдаваме червеното отместване на отдалечаващи се обекти. Как обаче е знаел, че те се отдалечават и едни от други? Ако разгледаме червеното отместване на този обект, и си кажем: "Еха, това се отдалечава на 70,6 километра в секунда," а след това разгледаме това червено отместване и си кажем: "Еха, това пък се отдалечава" със 141,2 километра в секунда," вече знаем, че тези два обекта се отдалечават със 70,6 километра в секунда един спрямо друг. Можем да приложим този принцип при различни разстояния. Дано това ти дава едно малко по-добро усещане за нещата. Помни, че макар да казах, че това е огромно разстояние – един мегапарсек е по-далеч от галактиката Андромеда. Тя е следващата най-близка голяма галактика до нас. Има няколко по-малки, които са по-близо и са един вид сателити на Млечния път. Андромеда обаче е най-близката голяма. Знаем и, че има стотици милиарди галактики само в наблюдаемата Вселена. Тоест колкото повече се приближаваш до ръба на наблюдаемата Вселена, толкова по-стремглаво се увеличават тези видими ускорения и стават наистина невероятни.