Vedere panoramică a Căii Lactee

Universul are o vârstă de aproximativ 14 miliarde de ani, dar cele mai îndepărtate galaxii se află la o distanţă mult mai mare decât 14 miliarde de ani-lumină. Cum se poate asta?

Cum putem măsura mărimea universului? Această întrebare este în legătură directă cu ceea ce a remarcat un cititor, care afirmă următoarele: „Pe măsură ce observăm obiecte cosmice aflate la o distanţă, în spaţiu, tot mai mare, noi de fapt privim tot mai adânc în trecut. Cei mai îndepărtaţi quasari se află la o distanţă mai mare de 30 miliarde de ani-lumină, dar vârsta universului este de numai 13,8 miliarde ani. Se pare că aici există o contradicţie între cele două afirmaţii".

A vorbi despre distanţe într-un univers aflat în expansiune este o sarcină dificilă. Problema este că solul (sau cel puţin spaţiul-timp) se deplasează literalmente sub picioarele tale atunci când încerci să efectuezi măsurătoarea.


Nu te îngrijora. Nimic nu se deplasează mai repede ca lumina


Referindu-mă la un articol anterior, am vorbit despre expansiunea universului şi am punctat o serie de idei greşite ce apar, foarte frecvent, în legătură cu acest concept. Cea mai importantă dintre acestea (cel puţin în ceea ce priveşte subiectul temei de azi) este că cele mai multe dintre galaxii se află, mai mult sau mai puţin, nemişcate, în timp ce textura spaţiului se extinde sub ele.

Atunci când auziţi afirmaţii de genul „Galaxia X se îndepărtează de noi cu o viteză egală cu jumătate din viteza luminii", ceea ce trebuie să înţelegeţi, cu adevărat, este că „distanţa dintre noi şi galaxia X se măreşte direct proporțional cu jumătate din viteza luminii, într-un timp dat". În acelaşi timp, pe măsură ce lumina călătoreşte prin univers, lungimea sa de undă se măreşte. Acest lucru înseamnă că deplasarea cosmologică spre roşu este, într-adevăr, o măsură a cât de mult s-a extins universul, din momentul în care lumina a părăsit sursa sa. Aceasta este o diferenţă subtilă, probabil enervantă, dar importantă. De altfel, eu am vorbit mult mai mult despre ce înseamnă ea, într-un univers în expansiune, într-un articol anterior şi, în special, în cartea scrisă de mine.

Dacă galaxiile s-ar îndepărta, cu adevărat, de noi „mai repede ca lumina", atunci toată lumea ar scrie cu îngrijorare despre universul aflat în expansiune şi crede-mă că am auzit multe afirmaţii că ar fi într-adevăr un motiv de îngrijorare. Pe de altă parte, pentru ca „mai repede ca lumina" să aibă un sens real, ar trebui să puteţi prinde din urmă un foton într-o cursă cinstită, dar universul, aflat în expansiune, pur şi simplu nu vă permite să puteţi face asta.

Vă puteţi gândi la acest lucru considerând o bandă rulantă de acces dintr-un aeroport. Aproape imediat ce aceasta se pune în mişcare tu te simţi precum ai fi marele campion al universului, deoarece te deplasezi atât de repede în comparaţie cu cei din jur. Ai putea chiar crede, în mod prostesc, că tu ai fi în stare să depăşeşti pe oricine. Dar ce se întâmplă atunci când un câine care caută droguri se urcă şi el pe bandă rulantă? El se va putea deplasa chiar mai repede pentru că şi el este transportat de banda rulantă.

Acelaşi principiu se aplică şi în cazul universului. Dacă am lansa o rază de lumină, ce provine de la cel mai puternic laser, către o galaxie îndepărtată, nu contează că acea galaxie pare a se îndepărta de noi mai repede decât lumina, atâta timp cât galaxia se află la o anumită distanţă (despre care voi vorbi ulterior), în cele din urmă raza laser va face un mic punct pe un perete aflat într-o galaxie îndepărtată, în aşa fel încât să încânte şi să uimească pisicile extraterestre (cu excepţia pisicuţelor care ar purta ochelari de protecţie în infraroşu). Chiar dacă lumina călătoreşte întotdeauna, la nivel local, cu viteza luminii, se pare că ea se poate deplasa chiar mai repede dacă este transportată de către o bandă rulantă la nivelul universului.


La ce distanţă te referi?


Cea mai mare dificultate ce apare într-un univers în expansiune provine de la faptul că nu se poate afirma că există o distanță de cinci miliarde de ani-lumină până la o galaxie anume. Trebuie să indici cu exactitate ceea ce vrei să spui.

Te-ai putea întreba, de exemplu: „Aş putea afla cât de departe ar fi acea galaxie dacă aş putea opri timpul, chiar acum, aş porni către acea galaxie şi mi-aş verifica odometrul (n.t. aparat de măsurat distanţa)?". Această distanţă este numită „distanţa indicată".

De asemenea, ai putea întreba dacă distanţa indicată reprezintă „cât de mult ar trebui să conduc maşina pentru a ajunge acolo, în cazul în care am început chiar acum să mă deplasez?". Distanţa indicată nu este aceasta. Din moment ce universul se extinde, ar trebuie să conduci ceva în plus. În mod normal, atunci când citeşti articole de aici sau din altă parte, autorii acelor articole, pur şi simplu, îţi comunică valoarea distanţei indicate, dar se pare că în acest mod se creează o mulţime de confuzii. Că veni vorba, menţionez informaţia, de care toată lumea vorbeşte, cum că „cele mai mai vechi" galaxii se află la 32 miliarde ani-lumină depărtare.

Dar tu ai putea întreba: „cât de departe se află galaxia chiar acum?", în cazul în care „chiar acum" reprezintă acest moment special, mai degrabă decât un miliard de ani de aici înainte. În viitor, atunci când universul va fi de două ori mai mare decât este în prezent, distanţa indicată dintre noi şi galaxia X va fi dublă, dar aşa-numita distanţă „comoving" va fi la fel. (n.t. Distanţa „comoving" reprezintă distanţa din univers care ţine cont de expansiunea universului).

Există distanţe cosmice care sunt chiar şi mai abstracte (dar pe care le puteţi ignora şi le puteţi spune prietenilor voştri că le-aţi înţeles), cum ar fi „distanţa diametrală unghiulară" care este, pur şi simplu, o consecinţă a faptului că obiectele par mai mici atunci când ele se află mai departe şi „distanţa luminoasă", care este doar o consecinţă a faptului că obiectele îşi reduc luminozitatea pe măsură ce se îndepărtează de observator. Distanţa luminoasă este deosebit de importantă, deoarece ea reprezintă valoarea distanţei pe care astronomii o folosesc atunci când măsoară distanţa până la quasari (explozii de supernovă), cu ajutorul căreia verifică valoarea vitezei de expansiune a universului. Chiar dacă analizăm aceeaşi galaxie, fiecare din aceste definiţii ale distanţei furnizează o valoare numerică foarte diferită faţă de a celorlalte.

Concluzia este că puteţi considera toţi parametrii ce definesc universul: cantitatea de materie întunecată, valoarea energiei întunecate, cât de mult s-a extins universul pentru ca lumina corpurilor îndepărtate să aibă valoarea măsurată a deplasării spre roşu şi iată, putem calcula toate aceste valori diferite ale distanţei. Toate valorile sunt posibile. De exemplu, un univers cu o valoare mare a energiei întunecate este mai mare şi mai vechi decât un univers cu o mare cantitate de materie întunecată.


În concluzie, cât de mare este universul?


Pe baza datelor din prezent, cele mai îndepărtate galaxii se pot afla la o distanţă de 13,8 miliarde de ani-lumină de noi. Lumina care a ajuns acum la noi a străbătut, în prima parte a călătoriei ei, un univers mult mai dens decât este în prezent. Cu trecerea timpului, spaţiul s-a extins şi distanţa dintre un foton şi locul din care acesta a plecat a crescut până la o valoare ce corespunde unei deplasări cu o viteză mai mare decât cea a luminii. Repet, acest lucru nu înseamnă că fotonul se deplasează mai repede decât lumina. Oricine ar măsura viteza razei de lumină ar obţine o valoare de 3x108 m/s, valoarea limită obişnuită a vitezei cosmice.

Chiar şi aşa, există o distanţă maximă pe care lumina a putut să o străbată de la începutul timpului. Această distanţă este cunoscută sub numele de „orizont" cosmologic şi, pe baza celor mai bune măsurători cosmologice pe care le avem, ea este de aproximativ 48 miliarde de ani-lumină. Lumina pe care o observăm din cadrul radiaţiei cosmice de fond a ajuns la noi dintr-un punct aflat foarte aproape de orizont.

Ce se află dincolo de orizont? Nimeni nu ştie. Se presupune că universul de acolo arată similar celui din apropierea noastră, cel puţin din punct de vedere statistic, dar nu putem fi siguri. Ar putea exista roboţi cu pălării de cowboy.

Desigur, dacă avem răbdare am putea aştepta să vedem ceea ce se află dincolo de orizont (n.t. până lumina ajunge la noi). Mâine orizontul se va afla mai departe decât astăzi. Dar aici este momentul să punctăm o caracteristică importantă a expansiunii universului. Acesta se extinde accelerat şi, prin urmare, într-un anumit moment din viitor nu va mai fi posibil să vedem mai departe, indiferent cât timp am aştepta. Acest lucru înseamnă că timp de aproximativ o sută de miliarde de ani (cu condiţia să fim suficient de răbdători), vom fi capabili de a observa ceea ce ne dorim.

În cazul în care sunteţi curioşi, orizontul final pentru noi pare a se afla la aproximativ 63 de miliarde de ani-lumină (distanţă „comoving"). Şi ce se află dincolo de această distanţă, nu vom putea afla niciodată.

David Goldberg este autor, împreună cu Jeff Blomquist, a cărţii „A User's Guide to the Universe: Surviving the Perils of Black Holes, Time Paradoxes, and Quantum Uncertainty". De asemenea, el este profesor de fizică în cadrul Drexel University.



Traducere de Cristian-George Podariu după how-can-we-measure-the-size-of-the-universe cu acordul editorului

Write comments...
symbols left.
You are a guest ( Sign Up ? )
or post as a guest
Loading comment... The comment will be refreshed after 00:00.
  • This commment is unpublished.
    radiolocatie · 1 months ago
    Legat de expresia cu galaxiile care se deplaseaza, in primul rand ca ce vad acum oamenii s-a intamplat cu mult timp in urma. Referitor la univers nici nu are rost sa ne gandim, cat de mare si pana unde. Este un non sens, pt. ca ar insemna(sau poate isi inchipuie cineva) ca la un moment dat vor da cu nasul de un perete de sticla si gata universul. Poate sa fie orice si....infinit. Poate suntem cu tot universul vizibil in burta unei fiinte imense, la care timpul curge altfel, adica pana se scarpina la ureche pt. noi trec milioane de ani. Orice este posibil, dar oricum spatiul nu are cum sa se termine, deoarece si daca nu ar mai fi planete sau galaxii si acel asa zis nimic tot spatiu este. 
    Va multumesc pt. articole , le citesc cu mare placere.

Dacă găsești site-ul util, ne poți ajuta cu o DONAȚIE