Wenn sich unser Universum nicht ausdehnt und die Lichtgeschwindigkeit gegen Unendlich tendiert, stellt sich die Frage: „Sehen wir das gesamte Universum?“ oder „Wie weit können wir das Universum sehen?“ würde keinen Sinn ergeben. Wir würden „live“ alles sehen, was in jeder Ecke des Weltraums passiert.

Aber wie Sie wissen, ist die Lichtgeschwindigkeit endlich und unser Universum dehnt sich aus, und zwar mit Beschleunigung. Wenn die Expansionsrate ständig zunimmt, dann entweichen uns mit Überlichtgeschwindigkeit Regionen, die wir der Logik nach nicht sehen können. Aber wie ist das möglich? Widerspricht das nicht wirklich der Relativitätstheorie? In diesem Fall nein: Schließlich dehnt sich der Weltraum selbst aus, aber die Objekte in ihm bleiben mit Unterlichtgeschwindigkeit. Der Klarheit halber können Sie sich unser Universum in Form eines Ballons vorstellen, und ein an den Ballon geklebter Knopf wird die Rolle einer Galaxie spielen. Versuchen Sie, einen Ballon aufzublasen: Die Knopfgalaxie wird sich mit der Ausdehnung des Raums des Ballonuniversums von Ihnen wegbewegen, obwohl die eigene Geschwindigkeit der Knopfgalaxie Null bleibt.

Es stellt sich heraus, dass es eine Region geben muss, in der sich Objekte befinden, die mit geringerer Geschwindigkeit als der Lichtgeschwindigkeit aus uns herausfliegen und deren Strahlung wir mit unseren Teleskopen erkennen können. Dieser Bereich heißt Hubble-Kugel. Es endet an der Grenze, an der die Geschwindigkeit der Entfernung entfernter Galaxien mit der Bewegungsgeschwindigkeit ihrer Photonen, die in unsere Richtung fliegen (d. h. der Lichtgeschwindigkeit), zusammenfällt. Diese Grenze wurde benannt Teilchenhorizont. Es ist offensichtlich, dass Objekte, die sich außerhalb des Teilchenhorizonts befinden, eine höhere Geschwindigkeit als die Lichtgeschwindigkeit haben und ihre Strahlung uns nicht erreichen kann. Oder ist das noch möglich?

Stellen wir uns vor, dass Galaxy X sich in der Hubble-Kugel befindet und Licht aussendet, das leicht die Erde erreicht. Aufgrund der beschleunigten Expansion des Universums hat Galaxy X jedoch den Teilchenhorizont überschritten und entfernt sich bereits mit einer Geschwindigkeit, die höher als die Lichtgeschwindigkeit ist. Aber seine Photonen, die während seines Aufenthaltes in der Hubble-Sphäre emittiert werden, fliegen immer noch in Richtung unseres Planeten, und wir erfassen sie weiterhin, d. h. Wir beobachten ein Objekt, das sich gerade mit einer Geschwindigkeit von mehr als der Lichtgeschwindigkeit von uns entfernt.

Aber was wäre, wenn die Galaxie Y nie in der Hubble-Sphäre wäre und sofort Überlichtgeschwindigkeit hätte, als die Strahlung begann? Es stellt sich heraus, dass kein einziges Photon davon jemals unseren Teil des Universums besucht hat. Das heißt aber nicht, dass es in Zukunft nicht passieren wird! Wir dürfen nicht vergessen, dass sich auch die Hubble-Kugel ausdehnt (zusammen mit dem gesamten Universum), und dass ihre Ausdehnung größer ist als die Geschwindigkeit, mit der sich ein Photon der Galaxie Y von uns entfernt (wir haben die Entfernungsgeschwindigkeit eines Photons von gefunden). Galaxie Y durch Subtrahieren der Lichtgeschwindigkeit von der Fluchtgeschwindigkeit der Galaxie Y). Wenn diese Bedingung erfüllt ist, wird die Hubble-Kugel eines Tages diese Photonen einholen und wir werden in der Lage sein, die Galaxie Y zu entdecken. Dieser Prozess wird im Diagramm unten deutlich veranschaulicht.

Ein Raum, der beinhaltet Hubble-Kugel Und Teilchenhorizont, angerufen Metagalaxie oder Sichtbares Universum.

Aber gibt es etwas jenseits der Metagalaxie? Einige kosmische Theorien deuten auf die Anwesenheit des sogenannten hin Ereignishorizont. Möglicherweise haben Sie diesen Namen bereits aus der Beschreibung von Schwarzen Löchern gehört. Das Funktionsprinzip bleibt dasselbe: Wir werden nie sehen, was sich jenseits des Ereignishorizonts befindet, da Objekte, die sich jenseits des Ereignishorizonts befinden, eine Photonenfluchtgeschwindigkeit haben, die größer ist als die Expansionsgeschwindigkeit der Hubble-Kugel, sodass ihr Licht immer davonläuft von uns.

Aber damit der Ereignishorizont existiert, muss sich das Universum mit zunehmender Geschwindigkeit ausdehnen (was mit modernen Vorstellungen über die Weltordnung übereinstimmt). Am Ende werden alle uns umgebenden Galaxien über den Ereignishorizont hinausgehen. Es wird so aussehen, als ob die Zeit in ihnen stehen geblieben wäre. Wir werden sehen, wie sie endlos über die Grenzen des Sichtbaren hinausgehen, aber wir werden sie niemals völlig verborgen sehen.

Das ist interessant: Wenn wir anstelle von Galaxien eine große Uhr mit einem Zifferblatt in einem Teleskop beobachten würden und der Abgang des Ereignishorizonts die Position der Zeiger um 12:00 Uhr anzeigen würde, würden sie um 11:59:59 Uhr auf unbestimmte Zeit langsamer werden, und die Das Bild würde unschärfer werden, weil . Immer weniger Photonen würden uns erreichen.

Wenn sich Wissenschaftler jedoch irren und sich die Expansion des Universums in Zukunft zu verlangsamen beginnt, wird die Existenz des Ereignishorizonts sofort zunichte gemacht, da die Strahlung eines Objekts früher oder später seine Fluchtgeschwindigkeit überschreiten wird. Man muss nur Hunderte von Milliarden Jahren warten ...

Abbildung: Depositphotos| JohanSwanepoel

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Wussten Sie, dass das Universum, das wir beobachten, ziemlich klare Grenzen hat? Wir sind es gewohnt, das Universum mit etwas Unendlichem und Unverständlichem zu assoziieren. Wenn man die moderne Wissenschaft jedoch nach der „Unendlichkeit“ des Universums fragt, gibt sie eine völlig andere Antwort auf eine solch „offensichtliche“ Frage.

Nach modernen Konzepten beträgt die Größe des beobachtbaren Universums etwa 45,7 Milliarden Lichtjahre (oder 14,6 Gigaparsec). Aber was bedeuten diese Zahlen?

Die erste Frage, die einem gewöhnlichen Menschen in den Sinn kommt, ist: Wie kann das Universum nicht unendlich sein? Es scheint unbestreitbar zu sein, dass der Behälter von allem, was um uns herum existiert, keine Grenzen haben sollte. Wenn diese Grenzen existieren, was genau sind sie?

Nehmen wir an, ein Astronaut erreicht die Grenzen des Universums. Was wird er vor sich sehen? Eine feste Wand? Brandschutzbarriere? Und was steckt dahinter – Leere? Ein anderes Universum? Aber kann Leere oder ein anderes Universum bedeuten, dass wir uns an der Grenze des Universums befinden? Das bedeutet schließlich nicht, dass da „nichts“ ist. Auch Leere und ein anderes Universum sind „etwas“. Aber das Universum ist etwas, das absolut alles „Etwas“ enthält.

Wir kommen zu einem absoluten Widerspruch. Es stellt sich heraus, dass die Grenze des Universums etwas vor uns verbergen muss, das nicht existieren sollte. Oder die Grenze des Universums sollte „alles“ von „etwas“ abgrenzen, aber dieses „Etwas“ sollte auch Teil von „allem“ sein. Im Allgemeinen völlige Absurdität. Wie können Wissenschaftler dann die Grenzgröße, Masse und sogar das Alter unseres Universums angeben? Diese Werte sind zwar unvorstellbar groß, aber dennoch endlich. Argumentiert die Wissenschaft mit dem Offensichtlichen? Um dies zu verstehen, wollen wir zunächst verfolgen, wie die Menschen zu unserem modernen Verständnis des Universums kamen.

Die Grenzen erweitern

Seit jeher interessieren sich Menschen dafür, wie die Welt um sie herum aussieht. Es ist nicht nötig, Beispiele für die drei Säulen und andere Versuche der Antike zu nennen, das Universum zu erklären. Letztlich kam es in der Regel darauf an, dass die Grundlage aller Dinge die Erdoberfläche ist. Selbst in der Antike und im Mittelalter, als die Astronomen umfassende Kenntnisse über die Gesetze der Planetenbewegung entlang der „festen“ Himmelssphäre hatten, blieb die Erde das Zentrum des Universums.

Natürlich gab es schon im antiken Griechenland Menschen, die glaubten, dass sich die Erde um die Sonne dreht. Es gab diejenigen, die über die vielen Welten und die Unendlichkeit des Universums sprachen. Aber konstruktive Begründungen für diese Theorien entstanden erst an der Wende der wissenschaftlichen Revolution.

Im 16. Jahrhundert gelang dem polnischen Astronomen Nikolaus Kopernikus der erste große Durchbruch in der Kenntnis des Universums. Er bewies eindeutig, dass die Erde nur einer der Planeten ist, die sich um die Sonne drehen. Ein solches System vereinfachte die Erklärung einer solch komplexen und komplizierten Bewegung von Planeten in der Himmelssphäre erheblich. Im Falle einer stationären Erde mussten sich Astronomen allerlei clevere Theorien ausdenken, um dieses Verhalten der Planeten zu erklären. Wenn andererseits davon ausgegangen wird, dass sich die Erde bewegt, liegt eine Erklärung für solch komplizierte Bewegungen auf der Hand. So setzte sich in der Astronomie ein neues Paradigma namens „Heliozentrismus“ durch.

Viele Sonnen

Doch auch danach beschränkten die Astronomen das Universum weiterhin auf die „Sphäre der Fixsterne“. Bis zum 19. Jahrhundert war es ihnen nicht möglich, die Entfernung zu den Sternen abzuschätzen. Seit mehreren Jahrhunderten versuchen Astronomen vergeblich, Abweichungen in der Position von Sternen relativ zur Umlaufbewegung der Erde (Jahresparallaxen) zu erkennen. Mit den damaligen Instrumenten waren solche präzisen Messungen nicht möglich.

Schließlich maß der russisch-deutsche Astronom Wassili Struve 1837 die Parallaxe. Dies markierte einen neuen Schritt im Verständnis der Größe des Weltraums. Jetzt können Wissenschaftler mit Sicherheit sagen, dass die Sterne entfernte Ähnlichkeiten mit der Sonne haben. Und unsere Leuchte ist nicht mehr das Zentrum von allem, sondern ein gleichberechtigter „Bewohner“ eines endlosen Sternhaufens.

Astronomen sind dem Verständnis des Ausmaßes des Universums noch näher gekommen, denn die Entfernungen zu den Sternen erwiesen sich als wahrhaft ungeheuerlich. Sogar die Größe der Umlaufbahnen der Planeten schien im Vergleich unbedeutend. Als nächstes war es notwendig zu verstehen, wie sich die Sterne darin konzentrieren.

Viele Milchstraßen

Der berühmte Philosoph Immanuel Kant hat bereits 1755 die Grundlagen des modernen Verständnisses der großräumigen Struktur des Universums vorweggenommen. Er stellte die Hypothese auf, dass die Milchstraße ein riesiger rotierender Sternhaufen sei. Viele der beobachteten Nebel wiederum sind auch weiter entfernte „Milchstraßen“ – Galaxien. Trotzdem glaubten Astronomen bis zum 20. Jahrhundert, dass alle Nebel Quellen der Sternentstehung seien und Teil der Milchstraße seien.

Die Situation änderte sich, als Astronomen lernten, Entfernungen zwischen Galaxien mithilfe von zu messen. Die absolute Leuchtkraft solcher Sterne hängt streng von der Periode ihrer Variabilität ab. Durch den Vergleich ihrer absoluten Leuchtkraft mit der sichtbaren ist es möglich, die Entfernung zu ihnen mit hoher Genauigkeit zu bestimmen. Diese Methode wurde im frühen 20. Jahrhundert von Einar Hertzscher und Harlow Scelpi entwickelt. Dank ihm bestimmte der sowjetische Astronom Ernst Epic 1922 die Entfernung zu Andromeda, die sich als eine Größenordnung größer als die Größe der Milchstraße herausstellte.

Edwin Hubble führte die Initiative von Epic fort. Indem er die Helligkeit von Cepheiden in anderen Galaxien maß, maß er deren Entfernung und verglich sie mit der Rotverschiebung in ihren Spektren. So entwickelte er 1929 sein berühmtes Gesetz. Seine Arbeit widerlegte endgültig die etablierte Ansicht, dass die Milchstraße den Rand des Universums darstellt. Jetzt war es eine von vielen Galaxien, die einst als Teil davon betrachtet wurden. Kants Hypothese wurde fast zwei Jahrhunderte nach ihrer Entwicklung bestätigt.

Anschließend ermöglichte der von Hubble entdeckte Zusammenhang zwischen der Entfernung einer Galaxie von einem Beobachter und der Geschwindigkeit ihrer Entfernung von ihm, ein vollständiges Bild der großräumigen Struktur des Universums zu zeichnen. Es stellte sich heraus, dass die Galaxien nur einen unbedeutenden Teil davon ausmachten. Sie schlossen sich zu Clustern zusammen, Cluster zu Superclustern. Superhaufen wiederum bilden die größten bekannten Strukturen im Universum – Fäden und Wände. Diese Strukturen, die an riesige Supervoids () angrenzen, bilden die großräumige Struktur des derzeit bekannten Universums.

Scheinbare Unendlichkeit

Daraus folgt, dass sich die Wissenschaft in nur wenigen Jahrhunderten allmählich vom Geozentrismus zu einem modernen Verständnis des Universums entwickelt hat. Dies ist jedoch keine Antwort darauf, warum wir das Universum heute einschränken. Schließlich haben wir bisher nur über die Größe des Weltraums gesprochen und nicht über seine eigentliche Natur.

Der erste, der beschloss, die Unendlichkeit des Universums zu rechtfertigen, war Isaac Newton. Nachdem er das Gesetz der universellen Gravitation entdeckt hatte, glaubte er, dass alle seine Körper früher oder später zu einem einzigen Ganzen verschmelzen würden, wenn der Raum endlich wäre. Wenn vor ihm jemand die Idee der Unendlichkeit des Universums zum Ausdruck brachte, dann ausschließlich im philosophischen Sinne. Ohne jede wissenschaftliche Grundlage. Ein Beispiel hierfür ist Giordano Bruno. Übrigens war er wie Kant der Wissenschaft um viele Jahrhunderte voraus. Er war der Erste, der erklärte, dass Sterne entfernte Sonnen sind und dass sich auch Planeten um sie drehen.

Es scheint, dass die Tatsache der Unendlichkeit durchaus berechtigt und offensichtlich ist, aber die Wendepunkte der Wissenschaft des 20. Jahrhunderts erschütterten diese „Wahrheit“.

Stationäres Universum

Den ersten bedeutenden Schritt zur Entwicklung eines modernen Modells des Universums machte Albert Einstein. Der berühmte Physiker stellte 1917 sein Modell eines stationären Universums vor. Dieses Modell basierte auf der Allgemeinen Relativitätstheorie, die er ein Jahr zuvor entwickelt hatte. Nach seinem Modell ist das Universum zeitlich unendlich und räumlich endlich. Aber wie bereits erwähnt, muss laut Newton ein Universum mit endlicher Größe kollabieren. Zu diesem Zweck führte Einstein eine kosmologische Konstante ein, die die Anziehungskraft entfernter Objekte kompensierte.

So paradox es auch klingen mag, Einstein hat die Endlichkeit des Universums nicht begrenzt. Seiner Meinung nach ist das Universum eine geschlossene Hülle einer Hypersphäre. Eine Analogie ist die Oberfläche einer gewöhnlichen dreidimensionalen Kugel, beispielsweise eines Globus oder der Erde. Egal wie viel ein Reisender über die Erde reist, er wird niemals ihren Rand erreichen. Dies bedeutet jedoch nicht, dass die Erde unendlich ist. Der Reisende kehrt einfach an den Ort zurück, von dem aus er seine Reise begonnen hat.

Auf der Oberfläche der Hypersphäre

Auf die gleiche Weise kann ein Weltraumwanderer, der Einsteins Universum mit einem Raumschiff durchquert, zur Erde zurückkehren. Nur bewegt sich der Wanderer dieses Mal nicht entlang der zweidimensionalen Oberfläche einer Kugel, sondern entlang der dreidimensionalen Oberfläche einer Hypersphäre. Das bedeutet, dass das Universum ein endliches Volumen und damit eine endliche Anzahl an Sternen und eine endliche Masse hat. Das Universum hat jedoch weder Grenzen noch ein Zentrum.

Zu diesen Schlussfolgerungen kam Einstein, indem er in seiner berühmten Theorie Raum, Zeit und Schwerkraft miteinander verknüpfte. Vor ihm galten diese Konzepte als getrennt, weshalb der Raum des Universums rein euklidisch war. Einstein bewies, dass die Schwerkraft selbst eine Krümmung der Raumzeit ist. Dies veränderte die frühen Vorstellungen über die Natur des Universums, die auf der klassischen Newtonschen Mechanik und der euklidischen Geometrie basierten, radikal.

Expandierendes Universum

Sogar dem Entdecker des „neuen Universums“ selbst waren Wahnvorstellungen nicht fremd. Obwohl Einstein das Universum im Raum begrenzte, betrachtete er es weiterhin als statisch. Nach seinem Modell war und bleibt das Universum ewig und seine Größe bleibt immer gleich. 1922 erweiterte der sowjetische Physiker Alexander Friedman dieses Modell erheblich. Seinen Berechnungen zufolge ist das Universum überhaupt nicht statisch. Es kann sich im Laufe der Zeit ausdehnen oder zusammenziehen. Bemerkenswert ist, dass Friedman zu einem solchen Modell auf der Grundlage derselben Relativitätstheorie kam. Es gelang ihm, diese Theorie korrekter anzuwenden und dabei die kosmologische Konstante zu umgehen.

Albert Einstein akzeptierte diese „Änderung“ nicht sofort. Dieses neue Modell kam der zuvor erwähnten Hubble-Entdeckung zu Hilfe. Der Rückgang der Galaxien bewies unbestreitbar die Tatsache der Expansion des Universums. Also musste Einstein seinen Fehler eingestehen. Nun hatte das Universum ein bestimmtes Alter, das streng von der Hubble-Konstante abhängt, die die Geschwindigkeit seiner Expansion charakterisiert.

Weiterentwicklung der Kosmologie

Als Wissenschaftler versuchten, diese Frage zu lösen, wurden viele andere wichtige Bestandteile des Universums entdeckt und verschiedene Modelle davon entwickelt. Deshalb stellte George Gamow 1948 die Hypothese des „heißen Universums“ vor, aus der später die Urknalltheorie hervorging. Die Entdeckung im Jahr 1965 bestätigte seinen Verdacht. Jetzt konnten Astronomen das Licht beobachten, das aus dem Moment kam, als das Universum transparent wurde.

Die 1932 von Fritz Zwicky vorhergesagte Dunkle Materie wurde 1975 bestätigt. Dunkle Materie erklärt tatsächlich die Existenz von Galaxien, Galaxienhaufen und der universellen Struktur selbst als Ganzes. So erfuhren Wissenschaftler, dass der größte Teil der Masse des Universums völlig unsichtbar ist.

Schließlich wurde 1998 bei einer Untersuchung der Entfernung zu entdeckt, dass sich das Universum immer schneller ausdehnt. Dieser jüngste Wendepunkt in der Wissenschaft brachte unser modernes Verständnis der Natur des Universums hervor. Der von Einstein eingeführte und von Friedman widerlegte kosmologische Koeffizient fand erneut seinen Platz im Modell des Universums. Das Vorhandensein eines kosmologischen Koeffizienten (kosmologische Konstante) erklärt seine beschleunigte Expansion. Um das Vorhandensein einer kosmologischen Konstante zu erklären, wurde das Konzept eines hypothetischen Feldes eingeführt, das den größten Teil der Masse des Universums enthält.

Modernes Verständnis der Größe des beobachtbaren Universums

Das moderne Modell des Universums wird auch ΛCDM-Modell genannt. Der Buchstabe „Λ“ bedeutet das Vorhandensein einer kosmologischen Konstante, die die beschleunigte Expansion des Universums erklärt. „CDM“ bedeutet, dass das Universum mit kalter dunkler Materie gefüllt ist. Aktuelle Studien zeigen, dass die Hubble-Konstante etwa 71 (km/s)/Mpc beträgt, was dem Alter des Universums von 13,75 Milliarden Jahren entspricht. Wenn wir das Alter des Universums kennen, können wir die Größe seiner beobachtbaren Region abschätzen.

Gemäß der Relativitätstheorie können Informationen über ein Objekt einen Beobachter nicht mit einer Geschwindigkeit erreichen, die größer als die Lichtgeschwindigkeit (299.792.458 m/s) ist. Es stellt sich heraus, dass der Beobachter nicht nur ein Objekt sieht, sondern seine Vergangenheit. Je weiter ein Objekt von ihm entfernt ist, desto ferner blickt es in die Vergangenheit. Wenn wir zum Beispiel den Mond betrachten, sehen wir, wie er vor etwas mehr als einer Sekunde war, die Sonne – vor mehr als acht Minuten, die nächsten Sterne – vor Jahren, Galaxien – vor Millionen von Jahren usw. In Einsteins stationärem Modell hat das Universum keine Altersgrenze, was bedeutet, dass sein beobachtbarer Bereich auch durch nichts begrenzt ist. Der mit immer ausgefeilteren astronomischen Instrumenten ausgerüstete Beobachter wird immer weiter entfernte und antike Objekte beobachten.

Mit dem modernen Modell des Universums haben wir ein anderes Bild. Demnach hat das Universum ein Alter und damit eine Beobachtungsgrenze. Das heißt, seit der Geburt des Universums konnte kein Photon eine Distanz von mehr als 13,75 Milliarden Lichtjahren zurückgelegt haben. Es stellt sich heraus, dass wir sagen können, dass das beobachtbare Universum vom Beobachter auf eine kugelförmige Region mit einem Radius von 13,75 Milliarden Lichtjahren beschränkt ist. Dies ist jedoch nicht ganz richtig. Wir sollten die Ausdehnung des Weltraums nicht vergessen. Wenn das Photon den Beobachter erreicht, ist das Objekt, das es emittiert hat, bereits 45,7 Milliarden Lichtjahre von uns entfernt. Jahre. Diese Größe ist der Horizont der Teilchen, sie ist die Grenze des beobachtbaren Universums.

Über dem Horizont

Die Größe des beobachtbaren Universums wird also in zwei Typen unterteilt. Scheinbare Größe, auch Hubble-Radius genannt (13,75 Milliarden Lichtjahre). Und die tatsächliche Größe, genannt Teilchenhorizont (45,7 Milliarden Lichtjahre). Wichtig ist, dass diese beiden Horizonte überhaupt nicht die tatsächliche Größe des Universums charakterisieren. Sie hängen zum einen von der Position des Beobachters im Raum ab. Zweitens verändern sie sich im Laufe der Zeit. Im Fall des ΛCDM-Modells dehnt sich der Teilchenhorizont mit einer Geschwindigkeit aus, die größer ist als der Hubble-Horizont. Die Frage, ob sich dieser Trend in Zukunft ändern wird, beantwortet die moderne Wissenschaft nicht. Wenn wir jedoch davon ausgehen, dass sich das Universum mit Beschleunigung weiter ausdehnt, werden alle Objekte, die wir jetzt sehen, früher oder später aus unserem „Sichtfeld“ verschwinden.

Derzeit ist das am weitesten entfernte Licht, das von Astronomen beobachtet wird, die kosmische Mikrowellen-Hintergrundstrahlung. Beim Blick hinein sehen Wissenschaftler das Universum so, wie es 380.000 Jahre nach dem Urknall aussah. In diesem Moment kühlte sich das Universum so weit ab, dass es freie Photonen aussenden konnte, die heute mit Hilfe von Radioteleskopen nachgewiesen werden. Zu dieser Zeit gab es im Universum weder Sterne noch Galaxien, sondern nur eine kontinuierliche Wolke aus Wasserstoff, Helium und einer unbedeutenden Menge anderer Elemente. Aus den in dieser Wolke beobachteten Inhomogenitäten werden sich anschließend Galaxienhaufen bilden. Es zeigt sich, dass genau die Objekte, die aus Inhomogenitäten der kosmischen Mikrowellen-Hintergrundstrahlung entstehen, am nächsten zum Teilchenhorizont liegen.

Wahre Grenzen

Ob das Universum wahre, nicht beobachtbare Grenzen hat, ist immer noch Gegenstand pseudowissenschaftlicher Spekulationen. Auf die eine oder andere Weise sind sich alle über die Unendlichkeit des Universums einig, interpretieren diese Unendlichkeit jedoch auf völlig unterschiedliche Weise. Manche betrachten das Universum als mehrdimensional, wobei unser „lokales“ dreidimensionales Universum nur eine seiner Schichten darstellt. Andere sagen, das Universum sei fraktal – was bedeutet, dass unser lokales Universum ein Teilchen eines anderen sein könnte. Wir sollten die verschiedenen Modelle des Multiversums mit seinen geschlossenen, offenen, parallelen Universen und Wurmlöchern nicht vergessen. Und es gibt viele, viele verschiedene Versionen, deren Anzahl nur durch die menschliche Vorstellungskraft begrenzt ist.

Wenn wir uns jedoch dem kalten Realismus zuwenden oder einfach von all diesen Hypothesen abweichen, können wir davon ausgehen, dass unser Universum ein unendlicher homogener Behälter aller Sterne und Galaxien ist. Darüber hinaus werden an jedem sehr weit entfernten Punkt, seien es Milliarden Gigaparsec von uns entfernt, alle Bedingungen genau die gleichen sein. An diesem Punkt werden der Teilchenhorizont und die Hubble-Kugel genau gleich sein, mit der gleichen Reliktstrahlung an ihrem Rand. Es wird die gleichen Sterne und Galaxien geben. Interessanterweise steht dies nicht im Widerspruch zur Expansion des Universums. Schließlich dehnt sich nicht nur das Universum aus, sondern auch sein Raum selbst. Die Tatsache, dass das Universum im Moment des Urknalls aus einem Punkt entstand, bedeutet nur, dass sich die damals unendlich kleinen (praktisch Null) Dimensionen nun in unvorstellbar große verwandelt haben. In Zukunft werden wir genau diese Hypothese verwenden, um das Ausmaß des beobachtbaren Universums klar zu verstehen.

Visuelle Darstellung

Verschiedene Quellen bieten alle möglichen visuellen Modelle, die es den Menschen ermöglichen, das Ausmaß des Universums zu verstehen. Allerdings reicht es nicht aus, dass wir erkennen, wie groß der Kosmos ist. Es ist wichtig, sich vorzustellen, wie sich Konzepte wie der Hubble-Horizont und der Teilchenhorizont tatsächlich manifestieren. Stellen wir uns dazu unser Modell Schritt für Schritt vor.

Vergessen wir, dass die moderne Wissenschaft nichts über die „fremde“ Region des Universums weiß. Lassen wir die Versionen der Multiversen, des fraktalen Universums und seiner anderen „Varietäten“ beiseite und stellen wir uns vor, dass es einfach unendlich ist. Wie bereits erwähnt, steht dies nicht im Widerspruch zur Erweiterung seines Raums. Natürlich berücksichtigen wir, dass seine Hubble-Sphäre und seine Teilchensphäre 13,75 bzw. 45,7 Milliarden Lichtjahre groß sind.

Maßstab des Universums

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Versuchen wir zunächst zu verstehen, wie groß die universelle Skala ist. Wenn Sie unseren Planeten bereist haben, können Sie sich gut vorstellen, wie groß die Erde für uns ist. Stellen Sie sich nun unseren Planeten als ein Buchweizenkorn vor, das sich in einer Umlaufbahn um eine Wassermelonensonne von der Größe eines halben Fußballfeldes bewegt. In diesem Fall entspricht die Umlaufbahn von Neptun der Größe einer kleinen Stadt, die Fläche entspricht der des Mondes und die Fläche der Grenze des Einflusses der Sonne entspricht der des Mars. Es stellt sich heraus, dass unser Sonnensystem so viel größer ist als die Erde, wie der Mars größer als Buchweizen ist! Aber das ist erst der Anfang.

Stellen wir uns nun vor, dass dieser Buchweizen unser System sein wird, dessen Größe ungefähr einem Parsec entspricht. Dann wird die Milchstraße die Größe von zwei Fußballstadien haben. Dies wird uns jedoch nicht ausreichen. Auch die Milchstraße muss auf Zentimetergröße verkleinert werden. Es wird ein wenig wie Kaffeeschaum aussehen, der in einen Strudel inmitten des kaffeeschwarzen intergalaktischen Raums gewickelt ist. Zwanzig Zentimeter davon entfernt befindet sich derselbe spiralförmige „Krümel“ – der Andromedanebel. Um sie herum wird es einen Schwarm kleiner Galaxien unseres lokalen Clusters geben. Die scheinbare Größe unseres Universums wird 9,2 Kilometer betragen. Wir sind zu einem Verständnis der universellen Dimensionen gekommen.

In der universellen Blase

Es reicht jedoch nicht aus, die Skala selbst zu verstehen. Es ist wichtig, das Universum in Dynamik zu erkennen. Stellen wir uns vor, wir seien Riesen, für die die Milchstraße einen Durchmesser von einem Zentimeter hat. Wie bereits erwähnt, befinden wir uns in einer Kugel mit einem Radius von 4,57 und einem Durchmesser von 9,24 Kilometern. Stellen wir uns vor, wir wären in der Lage, in diesem Ball zu schweben, uns fortzubewegen und in einer Sekunde ganze Megaparsecs zurückzulegen. Was werden wir sehen, wenn unser Universum unendlich ist?

Natürlich werden vor uns unzählige Galaxien aller Art auftauchen. Elliptisch, spiralförmig, unregelmäßig. In manchen Gegenden wimmelt es davon, in anderen wird es leer sein. Das Hauptmerkmal wird sein, dass sie optisch alle bewegungslos sind, während wir bewegungslos sind. Aber sobald wir einen Schritt machen, beginnen sich die Galaxien selbst zu bewegen. Wenn es uns beispielsweise gelingt, in der zentimeterlangen Milchstraße ein mikroskopisch kleines Sonnensystem zu erkennen, können wir dessen Entwicklung beobachten. Wenn wir uns 600 Meter von unserer Galaxie entfernen, werden wir den Protostern Sonne und die protoplanetare Scheibe im Moment ihrer Entstehung sehen. Wenn wir uns ihm nähern, werden wir sehen, wie die Erde erscheint, wie Leben entsteht und wie der Mensch erscheint. Auf die gleiche Weise werden wir sehen, wie sich Galaxien verändern und bewegen, wenn wir uns von ihnen entfernen oder uns ihnen nähern.

Je weiter entfernte Galaxien wir betrachten, desto älter werden sie für uns sein. Die am weitesten entfernten Galaxien werden also weiter als 1300 Meter von uns entfernt sein, und bei der Wende von 1380 Metern werden wir bereits Reliktstrahlung sehen. Es stimmt, diese Entfernung wird für uns imaginär sein. Wenn wir uns jedoch der kosmischen Mikrowellen-Hintergrundstrahlung nähern, werden wir ein interessantes Bild sehen. Natürlich werden wir beobachten, wie sich aus der anfänglichen Wasserstoffwolke Galaxien bilden und entwickeln. Wenn wir eine dieser entstandenen Galaxien erreichen, werden wir verstehen, dass wir gar nicht 1,375 Kilometer zurückgelegt haben, sondern ganze 4,57.

Herauszoomen

Dadurch werden wir noch größer. Jetzt können wir ganze Hohlräume und Wände in die Faust legen. Wir befinden uns also in einer eher kleinen Blase, aus der es unmöglich ist, herauszukommen. Mit zunehmender Annäherung vergrößert sich nicht nur der Abstand zu Objekten am Rand der Blase, sondern auch der Rand selbst verschiebt sich auf unbestimmte Zeit. Das ist der springende Punkt bei der Größe des beobachtbaren Universums.

Egal wie groß das Universum ist, für einen Beobachter bleibt es immer eine begrenzte Blase. Der Beobachter wird immer im Zentrum dieser Blase sein, tatsächlich ist er ihr Zentrum. Beim Versuch, zu einem beliebigen Objekt am Rand der Blase zu gelangen, verschiebt der Beobachter dessen Mittelpunkt. Wenn Sie sich einem Objekt nähern, entfernt sich dieses Objekt immer weiter vom Rand der Blase und verändert sich gleichzeitig. Beispielsweise wird aus einer formlosen Wasserstoffwolke eine vollwertige Galaxie oder, weiter gesagt, ein Galaxienhaufen. Darüber hinaus vergrößert sich der Weg zu diesem Objekt, wenn Sie sich ihm nähern, da sich der umgebende Raum selbst verändert. Nachdem wir dieses Objekt erreicht haben, bewegen wir es nur noch vom Rand der Blase in ihre Mitte. Am Rande des Universums wird die Reliktstrahlung immer noch flackern.

Wenn wir davon ausgehen, dass sich das Universum weiterhin beschleunigt ausdehnt, dann werden wir ein noch interessanteres Bild sehen, wenn wir uns im Zentrum der Blase befinden und die Zeit um Milliarden, Billionen und noch höhere Größenordnungen vorwärts verschieben. Obwohl auch unsere Blase größer wird, werden sich ihre sich verändernden Bestandteile noch schneller von uns entfernen und den Rand dieser Blase verlassen, bis jedes Teilchen des Universums einzeln in seiner einsamen Blase umherwandert, ohne die Möglichkeit, mit anderen Teilchen zu interagieren.

Die moderne Wissenschaft verfügt also nicht über Informationen über die tatsächliche Größe des Universums und darüber, ob es Grenzen hat. Aber wir wissen mit Sicherheit, dass das beobachtbare Universum eine sichtbare und wahre Grenze hat, die als Hubble-Radius (13,75 Milliarden Lichtjahre) bzw. Teilchenradius (45,7 Milliarden Lichtjahre) bezeichnet wird. Diese Grenzen hängen vollständig von der Position des Beobachters im Raum ab und dehnen sich mit der Zeit aus. Wenn sich der Hubble-Radius streng mit Lichtgeschwindigkeit ausdehnt, dann wird die Ausdehnung des Teilchenhorizonts beschleunigt. Offen bleibt die Frage, ob die Beschleunigung des Teilchenhorizonts weiter anhält und durch Kompression ersetzt wird.

Universum... Was für ein schreckliches Wort. Das Ausmaß dessen, was mit diesem Wort gemeint ist, entzieht sich jedem Verständnis. Für uns sind 1000 km schon eine Distanz, aber was bedeuten sie im Vergleich zu der gigantischen Zahl, die den aus Sicht der Wissenschaftler minimal möglichen Durchmesser unseres Universums angibt?


Diese Zahl ist nicht nur kolossal – sie ist unwirklich. 93 Milliarden Lichtjahre! In Kilometern wird dies mit 879.847.933.950.014.400.000.000 ausgedrückt.

Was ist das Universum?

Was ist das Universum? Wie Sie diese Unermesslichkeit mit Ihrem Verstand erfassen können, denn wie Kozma Prutkov schrieb, ist sie niemandem gegeben. Verlassen wir uns auf alles, was uns vertraut ist, auf einfache Dinge, die uns durch Analogien zum gewünschten Verständnis führen können.

Woraus besteht unser Universum?

Um dieses Problem zu verstehen, gehen Sie sofort in die Küche und nehmen Sie den Schaumstoffschwamm, den Sie zum Geschirrspülen verwenden. Hat genommen? Sie halten also ein Modell des Universums in Ihren Händen. Schaut man sich die Struktur des Schwamms durch die Lupe genauer an, erkennt man, dass er aus vielen offenen Poren besteht, die nicht einmal durch Wände, sondern durch Brücken begrenzt sind.

Das Universum ist etwas Ähnliches, aber das Material, das für Brücken verwendet wird, ist kein Schaumgummi, sondern... ... Keine Planeten, keine Sternensysteme, sondern Galaxien! Jede dieser Galaxien besteht aus Hunderten Milliarden Sternen, die einen zentralen Kern umkreisen, und jede kann bis zu Hunderttausende Lichtjahre groß sein. Der Abstand zwischen Galaxien beträgt normalerweise etwa eine Million Lichtjahre.

Expansion des Universums

Das Universum ist nicht nur groß, es dehnt sich auch ständig aus. Diese durch die Beobachtung der Rotverschiebung festgestellte Tatsache bildete die Grundlage der Urknalltheorie.


Nach Angaben der NASA beträgt das Alter des Universums seit dem Urknall, der es begann, etwa 13,7 Milliarden Jahre.

Was bedeutet das Wort „Universum“?

Das Wort „Universum“ hat altslawische Wurzeln und ist tatsächlich ein Pauspapier aus dem Griechischen oikomenta (οἰκουμένη), kommt vom Verb οἰκέω „Ich wohne, ich wohne“. Ursprünglich bezeichnete dieses Wort den gesamten bewohnten Teil der Welt. In der Kirchensprache hat sich eine ähnliche Bedeutung bis heute erhalten: So führt beispielsweise der Patriarch von Konstantinopel das Wort „ökumenisch“ in seinem Titel.

Der Begriff kommt vom Wort „Bewohnung“ und stimmt nur mit dem Wort „alles“ überein.

Was befindet sich im Zentrum des Universums?

Die Frage nach dem Zentrum des Universums ist äußerst verwirrend und definitiv noch nicht geklärt. Das Problem besteht darin, dass nicht klar ist, ob es überhaupt existiert oder nicht. Es ist logisch anzunehmen, dass es, da es einen Urknall gab, von dessen Epizentrum aus unzählige Galaxien auseinanderzufliegen begannen, bedeutet, dass man durch die Verfolgung der Flugbahn jeder von ihnen das Zentrum des Universums am Schnittpunkt finden kann dieser Flugbahnen. Tatsache ist jedoch, dass sich alle Galaxien ungefähr mit der gleichen Geschwindigkeit voneinander entfernen und von jedem Punkt im Universum aus praktisch das gleiche Bild beobachtet wird.


Hier wird so viel theoretisiert, dass jeder Akademiker verrückt werden würde. Sogar die vierte Dimension wurde mehr als einmal ins Spiel gebracht, wenn auch falsch, aber bis heute ist die Frage nicht besonders klar.

Wenn es keine klare Definition des Zentrums des Universums gibt, halten wir es für eine leere Übung, darüber zu sprechen, was sich in diesem Zentrum befindet.

Was liegt jenseits des Universums?

Oh, das ist eine sehr interessante Frage, aber genauso vage wie die vorherige. Es ist im Allgemeinen unbekannt, ob das Universum Grenzen hat. Vielleicht gibt es keine. Vielleicht existieren sie. Vielleicht gibt es neben unserem Universum noch andere mit anderen Eigenschaften der Materie, mit anderen Naturgesetzen und Weltkonstanten als unseres. Auf eine solche Frage kann niemand eine gesicherte Antwort geben.

Das Problem ist, dass wir das Universum nur aus einer Entfernung von 13,3 Milliarden Lichtjahren beobachten können. Warum? Es ist ganz einfach: Wir erinnern uns, dass das Alter des Universums 13,7 Milliarden Jahre beträgt. Wenn man bedenkt, dass unsere Beobachtung mit einer Verzögerung erfolgt, die der Zeit entspricht, die das Licht benötigt, um die entsprechende Distanz zurückzulegen, können wir das Universum nicht vor dem Moment beobachten, in dem es tatsächlich entstanden ist. Aus dieser Entfernung sehen wir das Universum der Kleinkinder ...

Was wissen wir sonst noch über das Universum?

Viel und nichts! Wir wissen über das Reliktglühen, über kosmische Strings, über Quasare, Schwarze Löcher und vieles mehr. Einige dieser Erkenntnisse lassen sich belegen und beweisen; Manche Dinge sind nur theoretische Berechnungen, die nicht durch Beweise bestätigt werden können, und andere sind nur die Frucht der reichen Fantasie von Pseudowissenschaftlern.


Aber eines wissen wir ganz sicher: Es wird nie einen Moment geben, in dem wir uns erleichtert den Schweiß von der Stirn wischen und sagen können: „Ugh! Das Problem wurde endlich vollständig untersucht. Hier gibt es nichts mehr zu fangen!“

Hallo zusammen! Heute möchte ich meine Eindrücke vom Universum mit Ihnen teilen. Stellen Sie sich vor, es gibt kein Ende, es war immer interessant, aber könnte das passieren? In diesem Artikel erfahren Sie mehr über Sterne, ihre Arten und ihr Leben, über den Urknall, über Schwarze Löcher, über Pulsare und einige andere wichtige Dinge.

- das ist alles, was existiert: Raum, Materie, Zeit, Energie. Es umfasst alle Planeten, Sterne und andere kosmische Körper.

- das ist die gesamte existierende materielle Welt, sie ist räumlich und zeitlich grenzenlos und vielfältig in den Formen, die die Materie im Prozess ihrer Entwicklung annimmt.

Das von der Astronomie untersuchte Universum- Dies ist ein Teil der materiellen Welt, der der Erforschung mit astronomischen Methoden zugänglich ist, die dem erreichten Stand der Wissenschaft entsprechen (dieser Teil des Universums wird manchmal Metagalaxie genannt).

Die Metagalaxie ist ein Teil des Universums, der modernen Forschungsmethoden zugänglich ist. Die Metagalaxie enthält mehrere Milliarden.

Das Universum ist so riesig, dass es unmöglich ist, seine Größe zu begreifen. Reden wir über das Universum: Der für uns sichtbare Teil davon erstreckt sich über 1,6 Millionen Millionen Millionen Millionen Kilometer – und niemand weiß, wie groß er jenseits des Sichtbaren ist.

Viele Theorien versuchen zu erklären, wie das Universum seine heutige Form erlangte und woher es kam. Der gängigsten Theorie zufolge entstand es vor 13 Milliarden Jahren durch eine riesige Explosion. Zeit, Raum, Energie, Materie – all das entstand als Ergebnis dieser phänomenalen Explosion. Es ist sinnlos zu sagen, was vor dem sogenannten „Urknall“ geschah; davor gab es nichts.

– Nach modernen Vorstellungen ist dies der Zustand des Universums in der Vergangenheit (vor etwa 13 Milliarden Jahren), als seine durchschnittliche Dichte um ein Vielfaches höher war als heute. Mit der Zeit nimmt die Dichte des Universums aufgrund seiner Expansion ab.

Dementsprechend nimmt die Dichte zu, je tiefer wir in die Vergangenheit eintauchen, bis hin zu dem Moment, in dem klassische Vorstellungen von Zeit und Raum ihre Gültigkeit verlieren. Dieser Moment kann als Beginn des Countdowns angesehen werden. Das Zeitintervall von 0 bis zu mehreren Sekunden wird üblicherweise als Periode des Urknalls bezeichnet.

Die Materie des Universums erreichte zu Beginn dieser Periode kolossale relative Geschwindigkeiten („explodierte“ und daher der Name).

In unserer Zeit beobachtete Beweise für den Urknall sind die Konzentration von Helium, Wasserstoff und einigen anderen leichten Elementen, Reliktstrahlung und die Verteilung von Inhomogenitäten im Universum (z. B. Galaxien).

Astronomen gehen davon aus, dass das Universum nach dem Urknall unglaublich heiß und voller Strahlung war.

Atomare Teilchen – Protonen, Elektronen und Neutronen – entstanden in etwa 10 Sekunden.

Die Atome selbst – Helium- und Wasserstoffatome – entstanden erst einige hunderttausend Jahre später, als das Universum abkühlte und sich deutlich vergrößerte.

Echos des Urknalls.

Hätte der Urknall vor 13 Milliarden Jahren stattgefunden, wäre das Universum inzwischen auf eine Temperatur von etwa 3 Grad Kelvin, also 3 Grad über dem absoluten Nullpunkt, abgekühlt.

Wissenschaftler zeichneten Hintergrundfunkgeräusche mit Teleskopen auf. Diese Radiogeräusche im gesamten Sternenhimmel entsprechen dieser Temperatur und gelten als Echos des Urknalls, der uns noch erreicht.

Einer der populärsten wissenschaftlichen Legenden zufolge sah Isaac Newton einen Apfel zu Boden fallen und erkannte, dass dies unter dem Einfluss der von der Erde selbst ausgehenden Schwerkraft geschah. Die Größe dieser Kraft hängt vom Körpergewicht ab.

Die Schwerkraft eines Apfels, der eine kleine Masse hat, hat keinen Einfluss auf die Bewegung unseres Planeten; die Erde hat eine große Masse und zieht den Apfel zu sich hin.

Auf kosmischen Umlaufbahnen werden alle Himmelskörper von Gravitationskräften gehalten. Der Mond bewegt sich entlang der Erdumlaufbahn und entfernt sich nicht von dieser; in zirkumsolaren Umlaufbahnen hält die Gravitationskraft der Sonne die Planeten und die Sonne wird im Verhältnis zu anderen Sternen in ihrer Position gehalten, eine Kraft, die viel größer ist als die Gravitation Gewalt.

Unsere Sonne ist ein Stern, und zwar ein ziemlich gewöhnlicher Stern mittlerer Größe. Die Sonne ist wie alle anderen Sterne eine Kugel aus leuchtendem Gas und gleicht einem riesigen Ofen, der Wärme, Licht und andere Energieformen erzeugt. Das Sonnensystem besteht aus Planeten in der Sonnenumlaufbahn und natürlich der Sonne selbst.

Andere Sterne erscheinen am Himmel winzig, weil sie sehr weit von uns entfernt sind, aber tatsächlich haben einige von ihnen einen hunderte Male größeren Durchmesser als unsere Sonne.

Sterne und Galaxien.

Astronomen bestimmen den Standort von Sternen, indem sie sie in Sternbildern oder in Bezug zu ihnen platzieren. Konstellation – Hierbei handelt es sich um eine Gruppe von Sternen, die in einem bestimmten Bereich des Nachthimmels sichtbar sind, sich aber in Wirklichkeit nicht immer in der Nähe befinden.

Sterne in den riesigen Weiten des Weltraums sind in Sternarchipelen, sogenannten Galaxien, gruppiert. Unsere Galaxie, die Milchstraße genannt wird, umfasst die Sonne mit all ihren Planeten. Unsere Galaxie ist bei weitem nicht die größte, aber sie ist riesig genug, um sie sich vorzustellen.

Entfernungen im Universum werden in Relation zur Lichtgeschwindigkeit gemessen; die Menschheit kennt nichts, was schneller ist als diese. Die Lichtgeschwindigkeit beträgt 300.000 km/s. Als Lichtjahr verwenden Astronomen eine solche Einheit – das ist die Entfernung, die ein Lichtstrahl in einem Jahr zurücklegen würde, also 9,46 Millionen Millionen km.

Proxima im Sternbild Zentaur ist der uns am nächsten gelegene Stern. Es liegt 4,3 Lichtjahre entfernt. Wir sehen sie nicht mehr so, wie wir sie vor mehr als vier Jahren gesehen haben. Und das Licht der Sonne erreicht uns in 8 Minuten und 20 Sekunden.

Die Milchstraße mit Hunderttausenden Millionen Sternen hat die Form eines riesigen rotierenden Rades mit einer hervorstehenden Achse – der Nabe. Die Sonne befindet sich 250.000 Lichtjahre von ihrer Achse entfernt, näher am Rand dieses Rades. Die Sonne dreht sich auf ihrer Umlaufbahn alle 250 Millionen Jahre um das Zentrum der Galaxis.

Unsere Galaxie ist eine von vielen, und niemand weiß, wie viele es insgesamt gibt. Mehr als eine Milliarde Galaxien wurden bereits entdeckt und jede von ihnen enthält viele Millionen Sterne. Hunderte Millionen Lichtjahre von Erdlingen entfernt sind die am weitesten entfernten der bereits bekannten Galaxien.

Indem wir sie studieren, blicken wir in die entfernteste Vergangenheit des Universums. Alle Galaxien entfernen sich von uns und voneinander. Es scheint, dass sich das Universum immer noch ausdehnt und der Urknall seinen Ursprung hat.

Welche Arten von Sternen gibt es?

Sterne sind Kugeln aus leichtem Gas (Plasma), ähnlich der Sonne. Sie entstehen aufgrund der Gravitationsinstabilität aus einer staubigen Gasumgebung (hauptsächlich aus Helium und Wasserstoff).

Sterne sind unterschiedlich, aber sobald sie alle entstanden sind, werden sie nach Millionen von Jahren verschwinden. Unsere Sonne ist fast 5 Milliarden Jahre alt und den Astronomen zufolge wird sie genauso lange existieren und dann zu sterben beginnen.

Sonne - Dies ist ein einzelner Stern, viele andere Sterne sind binär, das heißt, sie bestehen tatsächlich aus zwei Sternen, die sich umeinander drehen. Astronomen kennen auch Dreifach- und sogenannte Mehrfachsterne, die aus vielen Sternkörpern bestehen.

Überriesen sind die größten Sterne.

Antares, dessen Durchmesser 350-mal so groß ist wie der Durchmesser der Sonne, ist einer dieser Sterne. Allerdings haben alle Überriesen eine sehr geringe Dichte. Riesen sind kleinere Sterne mit einem Durchmesser, der 10 bis 100 Mal größer als der der Sonne ist.

Ihre Dichte ist ebenfalls gering, aber größer als die der Überriesen. Die meisten sichtbaren Sterne, einschließlich der Sonne, werden als Hauptreihensterne oder Zwischensterne klassifiziert. Ihr Durchmesser kann entweder zehnmal kleiner oder zehnmal größer sein als der Durchmesser der Sonne.

Rote Zwerge werden gerufen kleinste Hauptreihensterne und Weiße Zwerge - nennt man noch kleinere Körper, die nicht mehr zu den Hauptreihensternen gehören.

Weiße Zwerge (ungefähr so ​​groß wie unser Planet) sind extrem dicht, aber sehr dunkel. Ihre Dichte ist viele Millionen Mal größer als die Dichte von Wasser. Allein in der Milchstraße gibt es möglicherweise bis zu 5 Milliarden Weiße Zwerge, obwohl Wissenschaftler bisher nur einige Hundert solcher Körper entdeckt haben.

Schauen wir uns als Beispiel ein Video an, in dem die Größen von Sternen verglichen werden.

Leben eines Stars.

Wie bereits erwähnt, entsteht jeder Stern aus einer Wolke aus Staub und Wasserstoff. Das Universum ist voller solcher Wolken.

Die Entstehung eines Sterns beginnt, wenn unter dem Einfluss einer anderen (niemand versteht) Kraft und unter dem Einfluss der Schwerkraft, wie Astronomen sagen, der Zusammenbruch oder „Zusammenbruch“ eines Himmelskörpers eintritt: Die Wolke beginnt sich zu drehen und sein Zentrum erwärmt sich. Sie können die Entwicklung der Sterne beobachten.

Kernreaktionen beginnen, wenn die Temperatur im Inneren einer Sternwolke eine Million Grad erreicht.

Bei diesen Reaktionen verbinden sich die Kerne von Wasserstoffatomen zu Helium. Die durch die Reaktionen entstehende Energie wird in Form von Licht und Wärme freigesetzt und ein neuer Stern leuchtet auf.

Sternenstaub und Restgase werden um neue Sterne herum beobachtet. Aus dieser Materie entstanden die Planeten um unsere Sonne. Sicherlich haben sich ähnliche Planeten um andere Sterne gebildet, und es ist wahrscheinlich, dass es auf vielen Planeten einige Lebensformen gibt, deren Entdeckung die Menschheit nicht kennt.

Sternenexplosionen.

Das Schicksal eines Sterns hängt maßgeblich von seiner Masse ab. Wenn ein Stern wie unsere Sonne seinen „Brennstoff“ Wasserstoff nutzt, zieht sich die Heliumhülle zusammen und die äußeren Schichten dehnen sich aus.

In diesem Stadium seines Lebens wird der Stern zu einem Roten Riesen. Dann entfernen sich seine äußeren Schichten im Laufe der Zeit abrupt und hinterlassen nur einen kleinen hellen Kern des Sterns – weißer Zwerg. Schwarzer Zwerg(eine riesige Kohlenstoffmasse) wird der Stern und kühlt allmählich ab.

Ein dramatischeres Schicksal erwartet Sterne mit einer Masse, die um ein Vielfaches größer ist als die Masse der Erde.

Sie werden zu Überriesen, viel größer als Rote Riesen, da ihr Kernbrennstoff erschöpft ist und sie sich zu riesigen Riesen ausdehnen.

Anschließend kommt es unter dem Einfluss der Schwerkraft zu einem starken Zusammenbruch ihrer Kerne. Der Stern wird durch eine unvorstellbare Explosion freigesetzter Energie in Stücke gerissen.

Astronomen bezeichnen eine solche Explosion als Supernova. Eine Supernova ist millionenfach heller als die Sonne und leuchtet einige Zeit. Zum ersten Mal seit 383 Jahren war im Februar 1987 eine Supernova aus einer benachbarten Galaxie von der Erde aus mit bloßem Auge sichtbar.

Abhängig von der Anfangsmasse des Sterns kann nach einer Supernova ein kleiner Körper namens Neutronenstern zurückbleiben. Mit einem Durchmesser von nur wenigen Dutzend Kilometern besteht ein solcher Stern aus festen Neutronen, wodurch seine Dichte um ein Vielfaches größer ist als die enorme Dichte Weißer Zwerge.

Schwarze Löcher.

Die Kraft des Kernkollapses ist bei manchen Supernovae so groß, dass die Kompression der Materie praktisch nicht zu ihrem Verschwinden führt. Anstelle von Materie bleibt ein Abschnitt des Weltraums mit unglaublich hoher Schwerkraft zurück. Ein solches Gebiet wird Schwarzes Loch genannt; seine Kraft ist so stark, dass es alles in sich hineinzieht.

Schwarze Löcher sind aufgrund ihrer Natur nicht sichtbar. Astronomen glauben jedoch, sie geortet zu haben.

Astronomen suchen nach Doppelsternsystemen mit starker Strahlung und glauben, dass diese durch das Entweichen von Materie in das Schwarze Loch entstehen, begleitet von Erwärmungstemperaturen von mehreren Millionen Grad.

Eine solche Strahlungsquelle wurde im Sternbild Schwan (das sogenannte Schwarze Loch Cygnus X-1) entdeckt. Einige Wissenschaftler glauben, dass es neben Schwarzen Löchern auch Weiße gibt. Diese weißen Löcher erscheinen an der Stelle, an der sich die angesammelte Materie auf die Bildung neuer Sternkörper vorbereitet.

Das Universum ist auch voller mysteriöser Formationen, die Quasare genannt werden. Dies sind wahrscheinlich die Kerne entfernter Galaxien, die hell leuchten, und jenseits davon sehen wir nichts im Universum.

Schon bald nach der Entstehung des Universums begann sich ihr Licht in unsere Richtung zu bewegen. Wissenschaftler glauben, dass die Energie, die der von Quasaren entspricht, nur aus kosmischen Löchern stammen kann.

Pulsare sind nicht weniger mysteriös. Pulsare sind Formationen, die regelmäßig Energiestrahlen aussenden. Laut Wissenschaftlern handelt es sich um Sterne, die sich schnell drehen und von denen Lichtstrahlen wie kosmische Leuchtfeuer ausgehen.

Die Zukunft des Universums.

Niemand weiß, was das Schicksal unseres Universums ist. Es scheint, dass es nach der ersten Explosion immer noch expandiert. In sehr ferner Zukunft gibt es zwei mögliche Szenarien.

Laut dem ersten von ihnen Nach der Open-Space-Theorie wird sich das Universum ausdehnen, bis die gesamte Energie für alle Sterne verbraucht ist und die Galaxien aufhören zu existieren.

Zweite - die Theorie des geschlossenen Raums, wonach die Expansion des Universums eines Tages aufhören wird, es wieder zu schrumpfen beginnt und weiter schrumpft, bis es dabei verschwindet.

Wissenschaftler nannten diesen Vorgang in Analogie zum Urknall die große Kompression. Infolgedessen könnte es zu einem weiteren Urknall kommen und ein neues Universum entstehen.

Alles hatte also einen Anfang und es wird ein Ende geben, aber niemand weiß, wie es sein wird ...

Wenn man nachts in den Sternenhimmel schaut, fragt man sich unwillkürlich: Wie viele Sterne gibt es am Himmel? Gibt es irgendwo noch Leben, wie ist alles entstanden und gibt es ein Ende?

Die meisten Astronomen sind davon überzeugt, dass das Universum durch eine gewaltige Explosion vor etwa 15 Milliarden Jahren entstanden ist. Diese gewaltige Explosion, die üblicherweise als „Urknall“ oder „Big Impact“ bezeichnet wird, entstand durch eine starke Kompression von Materie, verteilte heiße Gase in verschiedene Richtungen und ließ Galaxien, Sterne und Planeten entstehen. Selbst die modernsten und neuesten astronomischen Geräte sind nicht in der Lage, den gesamten Raum abzudecken. Aber moderne Technologie kann Licht von Sternen einfangen, die 15 Milliarden Lichtjahre von der Erde entfernt sind! Vielleicht sind diese Sterne schon lange verschwunden, sie wurden geboren, sind alt geworden und gestorben, aber das Licht von ihnen reiste 15 Milliarden Jahre lang zur Erde und das Teleskop sieht es immer noch.

Wissenschaftler vieler Generationen und Länder versuchen, die Größe unseres Universums zu erraten, zu berechnen und sein Zentrum zu bestimmen. Früher glaubte man, dass der Mittelpunkt des Universums unser Planet Erde sei. Kopernikus hat bewiesen, dass dies die Sonne ist, aber mit der Entwicklung des Wissens und der Entdeckung unserer Milchstraße wurde klar, dass weder unser Planet noch nicht einmal die Sonne das Zentrum des Universums sind. Lange dachte man, dass es außer der Milchstraße keine weiteren Galaxien gäbe, doch auch dies wurde dementiert.

Eine bekannte wissenschaftliche Tatsache besagt, dass sich das Universum ständig ausdehnt und der Sternenhimmel, den wir beobachten, die Struktur der Planeten, die wir heute sehen, völlig anders ist als vor Millionen von Jahren. Wenn das Universum wächst, bedeutet das, dass es Kanten gibt. Eine andere Theorie besagt, dass es jenseits der Grenzen unseres Raumes andere Universen und Welten gibt.

Der erste, der beschloss, die Unendlichkeit des Universums zu beweisen, war Isaac Newton. Nachdem er das Gesetz der universellen Gravitation entdeckt hatte, glaubte er, dass, wenn der Raum endlich wäre, alle seine Körper sich früher oder später anziehen und zu einem einzigen Ganzen verschmelzen würden. Und da dies nicht geschieht, bedeutet dies, dass das Universum keine Grenzen hat.

Es scheint, dass dies alles logisch und offensichtlich ist, aber dennoch gelang es Albert Einstein, diese Stereotypen zu durchbrechen. Er erstellte sein Modell des Universums auf der Grundlage seiner Relativitätstheorie, nach der das Universum zeitlich unendlich, aber räumlich endlich ist. Er verglich es mit einer dreidimensionalen Kugel oder, vereinfacht gesagt, mit unserem Globus. Egal wie viel ein Reisender über die Erde reist, er wird niemals ihren Rand erreichen. Dies bedeutet jedoch nicht, dass die Erde unendlich ist. Der Reisende kehrt einfach an den Ort zurück, von dem aus er seine Reise begonnen hat.

Auf die gleiche Weise kann ein Weltraumwanderer, der von unserem Planeten aus startet und mit einem Raumschiff das Universum durchquert, zur Erde zurückkehren. Nur bewegt sich der Wanderer dieses Mal nicht entlang der zweidimensionalen Oberfläche einer Kugel, sondern entlang der dreidimensionalen Oberfläche einer Hypersphäre. Das bedeutet, dass das Universum ein endliches Volumen und damit eine endliche Anzahl an Sternen und eine endliche Masse hat. Das Universum hat jedoch weder Grenzen noch ein Zentrum. Einstein glaubte, dass das Universum statisch ist und sich seine Größe nie ändert.

Die größten Köpfe sind jedoch nicht über Wahnvorstellungen erhaben. 1927 erweiterte unser sowjetischer Physiker Alexander Friedman dieses Modell erheblich. Seinen Berechnungen zufolge ist das Universum überhaupt nicht statisch. Es kann sich im Laufe der Zeit ausdehnen oder zusammenziehen. Einstein akzeptierte diese Änderung nicht sofort, aber mit der Entdeckung des Hubble-Teleskops wurde die Tatsache der Expansion des Universums bewiesen, denn Galaxien zerstreut, d.h. entfernten sich voneinander.

Es wurde nun bewiesen, dass sich das Universum immer schneller ausdehnt, dass es mit kalter dunkler Materie gefüllt ist und 13,75 Milliarden Jahre alt ist. Wenn wir das Alter des Universums kennen, können wir die Größe seiner beobachtbaren Region bestimmen. Aber vergessen Sie nicht die ständige Expansion.

Die Größe des beobachtbaren Universums wird also in zwei Typen unterteilt. Die scheinbare Größe, auch Hubble-Radius genannt (13,75 Milliarden Lichtjahre), die wir oben besprochen haben. Und die tatsächliche Größe, genannt Teilchenhorizont (45,7 Milliarden Lichtjahre). Jetzt erkläre ich es: Sie haben wahrscheinlich gehört, dass wir beim Blick in den Himmel die Vergangenheit anderer Sterne und Planeten sehen und nicht das, was jetzt passiert. Wenn wir zum Beispiel den Mond betrachten, sehen wir, wie er vor etwas mehr als einer Sekunde war, die Sonne – vor mehr als acht Minuten, die nächsten Sterne – vor Jahren, Galaxien – vor Millionen von Jahren usw. Das heißt, seit der Geburt des Universums gibt es kein Photon, d.h. Licht hätte keine Zeit, mehr als 13,75 Milliarden Lichtjahre zurückzulegen. Aber! Wir sollten die Tatsache der Expansion des Universums nicht vergessen. Wenn es also den Beobachter erreicht, wird das Objekt des entstehenden Universums, das dieses Licht aussendet, bereits 45,7 Milliarden Lichtjahre von uns entfernt sein. Jahre. Diese Größe ist der Horizont der Teilchen, sie ist die Grenze des beobachtbaren Universums.

Allerdings charakterisieren diese beiden Horizonte überhaupt nicht die tatsächliche Größe des Universums. Es dehnt sich aus und wenn dieser Trend anhält, werden alle Objekte, die wir jetzt beobachten können, früher oder später aus unserem Blickfeld verschwinden.

Derzeit ist das am weitesten entfernte Licht, das von Astronomen beobachtet wird, die kosmische Mikrowellen-Hintergrundstrahlung. Dabei handelt es sich um uralte elektromagnetische Wellen, die bei der Geburt des Universums entstanden sind. Diese Wellen werden mit hochempfindlichen Antennen direkt im Weltraum erfasst. Durch den Blick in die kosmische Mikrowellen-Hintergrundstrahlung können Wissenschaftler das Universum so sehen, wie es 380.000 Jahre nach dem Urknall aussah. In diesem Moment kühlte sich das Universum so weit ab, dass es freie Photonen aussenden konnte, die heute mit Hilfe von Radioteleskopen nachgewiesen werden. Zu dieser Zeit gab es im Universum weder Sterne noch Galaxien, sondern nur eine kontinuierliche Wolke aus Wasserstoff, Helium und einer unbedeutenden Menge anderer Elemente. Aus den in dieser Wolke beobachteten Inhomogenitäten werden sich anschließend Galaxienhaufen bilden.

Wissenschaftler diskutieren immer noch darüber, ob es echte, nicht beobachtbare Grenzen des Universums gibt. Auf die eine oder andere Weise sind sich alle über die Unendlichkeit des Universums einig, interpretieren diese Unendlichkeit jedoch auf völlig unterschiedliche Weise. Manche betrachten das Universum als mehrdimensional, wobei unser „lokales“ dreidimensionales Universum nur eine seiner Schichten darstellt. Andere sagen, das Universum sei fraktal – was bedeutet, dass unser lokales Universum ein Teilchen eines anderen sein könnte. Wir sollten die verschiedenen Modelle des Multiversums nicht vergessen, d.h. die Existenz einer unendlichen Anzahl anderer Universen jenseits unseres. Und es gibt viele, viele verschiedene Versionen, deren Anzahl nur durch die menschliche Vorstellungskraft begrenzt ist.