Представьте, что вы живете в озере. Вы рыба с глазами по обе стороны головы, и все, что вы знаете, это подводный мир растительности и других рыб, плавающих вокруг вас. Солнечный свет проникает, рассеивается и преломляется через воду. Вы в своей жизни убеждены, что этот подводный мир всё, что есть, потому что это всё, что вы можете видеть и ощуать. Тем не менее, существует совершенно новая среда за пределами вашей видимости — та, где животным не нужна вода, чтобы дышать, а цветы расцветают в гораздо более засушливом мире.
Это физическая ситуация, в которой и мы находимся. Мы такие же рыбы, и эти все измерения более трехмерного,— это новые среды, которые мы не можем воспринимать. На самом деле Теория струн, которая пытается примирить относительность с квантовой механикой (законы очень большого с очень малым), работает только в том случае, если предположить, что существует гораздо больше, чем четыре измерения, к которым мы привыкли. Физики верят, но пока не могут доказать, что в Мультивселенной существует до 11 измерений. Да, Мультивселенная, это где вселенные — пузыри, которые иногда объединяются вместе или расходятся. Это разделение пузырей вселенных — одна из возможностей того, что могло бы вызвать Большой взрыв.
Итак, упрощенное изложение 10 измерений Теории струн.
Первое измерение
Линия, соединяющая две точки. Нет ни глубины, ни высоты, только ширина. Это можно назвать осью X.
Второе измерение
Теперь мы добавили высоту или ось Y. Представьте любую плоскую фигуру, например треугольник.
Третье измерение
Теперь мы добавили глубину или ось Z. Это измерение, в котором мы ощущаем окружающий нас мир. Оно включает в себя объем и способность получать поперечные сечения от объектов. Вы можете думать об этом измерении как о пространстве без времени.
Четвертое измерение
Четвертое измерение не является пространственным, а состоит из времени. Время помогает построить местоположение объекта во Вселенной, а также добавляет способ изменения третьего измерения. Помните, мы назвали третье измерение пространством без времени? Ну, теперь у нас официально появилось космическое время.
«Время относительно, ясно? Оно может растягиваться, и оно может сжиматься, но… оно не может бежать назад. Просто не может. Единственное, что может перемещаться по измерениям, например времени, — это гравитация». – Кристофер Нолан (Christopher Nolan), режиссер ильма Interstellar
Пятое измерение
С этого момента появляются более высокие измерения. Они незаметны для нас, считают ученые, потому что они существуют на субатомном уровне. Эти размеры скручиваются сами по себе в процессе, известном как компактификация. Размеры здесь на самом деле имеют дело с возможностями.
В пятом измерении будет новый мир, который позволит нам увидеть сходства и различия между нашим миром и этим новым, существующим в том же положении и имеющим то же начало, что и наша планета, т. е. в результате Большого взрыва.
Шестое измерение
Шестое измерение — это целая плоскость новых миров, которая позволит вам увидеть все возможные будущие, настоящие и прошлые события с тем же началом, что и наша Вселенная.
Седьмое измерение
В седьмом измерении вплоть до девятого, у нас теперь появляется возможность новых вселенных с новыми физическими силами природы и различными законами гравитации и света. Седьмое измерение — это начало этого, где мы сталкиваемся с новыми вселенными, которые имеют иное начало, чем наше. То есть они появились не в результате Большого взрыва.
Восьмое измерение
Это измерение — плоскость всех возможных прошлых и будущих времен для каждой Вселенной, простирающаяся бесконечно.
Девятое измерение
Девятое измерение раскрывает все универсальные законы физики и условия каждой отдельной Вселенной.
Десятое или одиннадцатое измерение
Некоторые ученые считают, что мультивселенная имеет только 10 измерений, в то время как другие говорят об 11-ти. Однако Мультивселенная не может иметь более 11 измерений из-за собственной консистенции — они становятся неустойчивыми и сворачиваются обратно в 10 или 11 измерений. На данный момент, всё возможно. Есть всё будущее и всё прошлое, все начала и все концы, бесконечно расширенное, измерение всего, что вы можете себе представить. Всё складывается вместе.
В то время как идея мультивселенной забавна с точки зрения научной фантастики и мечтаний, она также математически обоснована и обеспечит основу для Теории всего, что и является попыткой Теории струн. Это было бы прекрасное сочетание науки, математики и мистики.
Почему расстояния в космосе измеряются не в километрах, а в световых годах и парсеках?
Любители понаблюдать за звездами и почитать упоительные истории о далеких планетах, наверняка обращали внимание на расстояние до них, выраженное либо в парсеках, либо в световых годах.
Сколько это в километрах? Зачем появились такие единицы измерения и как их высчитывают?
Расстояние от нашей планеты до Луны составляет 384 тысячи км, до Солнца – 150 млн. км, до Нептуна – 4.6 млрд. км.
В пределах нашей Солнечной системы такие цифры относительно понятны и читаемы. Однако, что если заглянуть подальше?
Расстояние от Земли до Бетельгейзе – яркой звезды в созвездии Ориона, которая намеревается взорваться, достигает 8 квадриллионов км. Это цифра с 15-ю нулями.
Самая далекая галактика от нас – UDFj. Её обнаружили в 2011 году. Расстояние до неё невозможно вообразить. Она дальше Бетельгейзе в 13 млрд. раз. Записать такую цифру на бумаге и попробовать провести математические вычисления практически не реально.
Поэтому ученые придумали 3 величины – астрономическую единицу, световой год и парсек. Они нагляднее выражают космические расстояния и удобнее в вычислениях.
Астрономическая единица (а.е.)
Величина равна радиусу орбиты Земли вокруг Солнца.
Учитывая, что орбита у нас эллиптическая, а не идеально круглая, то берется среднее расстояние от поверхности планеты до поверхности светила. Это те самые 150 млн. км. Более точное значение – 149,597,870,700 метров.
Такая единица используется при рассмотрении относительно малых астрономических расстояний.
Это расстояние, которое преодолел луч света за год.
В секунду свет преодолевает 300 тысяч км (точно 299 792 км). Это абсолютная величина. Быстрее двигаться никто и ничто не способно.
В километрах световой год равен 9,460,730,472,580. В астрономических единицах – 63241.
Для сравнения, расстояние до ближайшей звезды Проксимы Центавры 4.2 световых года – 39,735,067,984,836 км.
Чем дальше расстояние до звезды, тем она для нас старше. Каждую звездочку на ночном небе мы видим в таком виде, в котором она была многие тысячи лет назад.
Расстояние до объекта, равное годовому тригонометрическому параллаксу (смещению объекта) на одну угловую секунду.
Если представить прямоугольный треугольник, где один катет равен одной астрономической единице, а противолежащий угол равен одной угловой секунде (1° разделить на 3600), то второй катет как раз будет равняться одному парсеку.
Один парсек равен примерно 3.2 световым годам, 206 тысячам а.е. или 30,274,337,512,256 км.
Расстояния в космосе настолько огромны, что нам очень трудно понять: а насколько это далеко? Например, мы можем представить легко расстояния до соседних населённых пунктов, гораздо труднее нам вообразить расстояние до другой страны, а мысленно проложить путь на иной континент, пожалуй, под силу лишь путешественникам. А теперь попробуйте представить путь, к примеру, на край Солнечной системы! В километрах их уже не запишешь (ибо получаются слишком громоздкие цифры), и у астрономов есть для этого особые единицы измерения – астрономическая единица, парсек, световой год. В этой статье мне бы и хотелось рассказать о них!
Километр
Если учёным необходимо описать расстояние между относительно близкими объектами, например, между соседними планетами и их спутниками, то удобнее это сделать в километрах. Например, расстояние от Солнца до Меркурия – 58 млн км, от Земли до Луны 380 000 км, ближайшее от Земли до Марса – 55, 76 млн км.
Астрономическая единица
В масштабах Солнечной системы ещё актуальны привычные нам километры и метры, но всё же они довольно неудобны. Чтобы не писать слишком длинные цифры, учёные часто используют астрономические единицы. Одна астрономическая единица (сокращённо а. е.) соответствует среднему расстоянию от Солнца до Земли – 150 миллионов км. Ну а если вам хочется узнать наиболее конкретное число, то астрономическая единица считается равной в точности 149 597 870 700 метрам. Например, если мы будем описывать расстояние от Земли до Сатурна в км, то кратчайший путь составит 1195 млн км, или 8 астрономических единиц. Среднее расстояние от Земли до Нептуна = 4, 35 млрд км, или 29 а. е. Как видим, проще записывать в а. е.
Чтобы хотя бы немного представить, насколько это далеко, то скажем, что одну а. е. пешеход со скоростью 5 км/ч преодолел бы за 3424 года! Если ехать на машине со скоростью в 100 км/ч, то на этот же путь у вас бы ушли долгих 170 лет.
Астрономическая единица в пределах «домашних» масштабов – величина, конечно же, большая. Но всё-таки за пределами Солнечной системы она будет всего лишь крохотным отрезком на очень длинной «линейке», поэтому переходим к следующей величине – световому году.
Расстояние от Солнца до других планет в а.е.
Световой год
Парсек
Это ещё одна единица измерения расстояний в космосе, которая довольно часто встречается в разных источниках. Парсек больше светового года примерно в 3 раза. 1 парсек = 3, 2616 светового года, или 1 парсек = 30, 9 трлн км! С их помощью определяют очень большие расстояния, в основном между звёздами, галактиками и их скоплениями, причём, не просто в парсеках, а даже в кило- и мегапарсеках.
Само слово «парсек» образовано от двух слов: «параллакс» и «секунда», поскольку его определяют, как расстояние до объекта, годичный параллакс которого будет равен одной угловой секунде.
Чтобы понять это определение, рассмотрим движение Земли вокруг Солнца. Каждые полгода наша планета оказывается на противоположных по отношению друг к другу точках орбиты. Если смотреть с Земли на достаточно близкую звезду, нам будет казаться, что она колеблется «туда-сюда» на фоне Вселенной.
Тот же эффект возникнет, если поднять вверх большой палец, вытянуть вперёд руку и поочерёдно закрывать один глаз. Попробуйте это сделать прямо сейчас 🙂 Что заметили? Создаётся ощущение, будто вы двигаете рукой – это и есть параллакс – мнимое смещение ближнего объекта относительно дальнего фона (пусть это даже будет стена).
Проследив, как меняются углы от наблюдателя до звезды или до какой-нибудь далёкой галактики, можно вычислить расстояние. Как это сделать? Представьте прямоугольный треугольник, основание которого – это расстояние от Земли до Солнца (напомним, что оно равняется одной а. е.). Катет треугольника – это расстояние до звезды, а угол определяет, насколько с нашей точки зрения будет меняться положение объекта на небе.
Оценка угловых расстояний на пальцах)
Небо делится на 360 градусов. В каждом градусе 60 угловых минут, а в каждой угловой минуте 60 угловых секунд. Получается, что небосвод поделён на 3600 угловых секунд. Так, параллакс ближайшей к нам звезды Проксима Центавра составляет примерно 0, 77 угловой секунды. Именно настолько она смещается за то время, пока наша планета совершает половину оборота вокруг Солнца. С помощью этих данных учёные вычислили, что от Проксимы Центавра нас отделяет расстояние в 1,3 парсека или 4 световых года.
Наша Вселенная постоянно находится в состоянии динамического развития, и в настоящее время в ней происходят процессы, которые приведут к появлению так называемого «четвертого измерения». Если оно уже не появилось… К такому выводу пришли физик Дейян Стойкович из Университета в Буффало и его коллеги из Университета Лойола Мэримаунт (США).
Как утверждают ученые, изначально Вселенная была одномерной. После Большого взрыва у нее возникло второе измерение, а позднее и третье. Именно трехмерная Вселенная привычна для нас.
Термин «четвертое измерение» довольно распространен. Но чаще под ним понимают некую сверхъестественную или потустороннюю реальность, и его склонны употреблять в своем обиходе скорее оккультисты и парапсихологи, чем представители официальной науки.
Если считать составляющими трехмерной системы координат длину, ширину и высоту, то что же будет представлять собой условное четвертое измерение?
Вот наглядное пояснение. Примером одномерного пространства может служить обыкновенная линейка. В нем существуют только двоичные понятия «да-нет», «0-1», «плюс-минус» и т.п.
Аналогом двухмерного пространства является плоскость координат XY. Именно по этому принципу построены естественные и искусственные биполярные полимеры, в том числе молекулы воды.
Привычное для нас трехмерное пространство можно описать координатами ХYZ. К таким структурам относятся, например, молекулы ДНК.
В четырехмерном пространстве к трем постоянным добавляется координата времени. Пример такой структуры — наше физическое тело, подвергнутое динамическим изменениям.
Вот что говорит об этом член-корреспондент РАН, сотрудник Института физики высоких энергий Сергей Петрович Денисов: «Четвертое измерение в современной физике — это время. В релятивистской (эйнштейновской) физике координаты «x, y, z», определяющие пространственное положение тела, и его временное положение «t» не являются независимыми, как в теории Ньютона, а рассматриваются и преобразуются совместно, представляя собой четыре координаты. Или, как говорят физики, «x, y, z» и «t» являются компонентами единого вектора, определяющего положение тела в пространстве-времени».
Сейчас историю Вселенной астрономы изучают при помощи телескопов. Так как свету от звезд, расположенных в дальнем космосе, требуются миллионы лет, чтобы достичь нашей Земли, то наблюдение за определенными участками звездного неба позволяет исследовать законы космической эволюции. И результаты этих исследований порой озадачивают. К примеру, видно, что Вселенная расширяется, но куда именно?
Гипотеза о «растущем» четвертом измерении высказывалась Стойковичем и его группой еще в прошлом году. Однако тогда научный мир воспринял ее довольно сдержанно. Теперь авторы идеи решили поискать весомые доказательства своей теории.
Одно из них связанно с наличием гравитационных волн, которые никак не вписываются в трехмерную систему координат. К 2016 году NASA и Европейское космическое агентство намерены построить на орбите Земли специальную лазерную лабораторию Laser Interferometer Space Antenna (LISA) для поиска этих волн. Между тем, Стойкович считает, что обнаружить гравитационные волны не удастся, так как поиск будет проходить в привычной системе координат. Это станет лучшим аргументом в пользу существования дополнительного измерения.
Не исключено также, что четвертое измерение — отнюдь не последняя стадия. Неоднократно выдвигались теории, по которым Вселенная имеет гораздо большее число измерений. Согласно им, за пределами четырех измерений лежит Поле Событий, в котором все явления происходят одновременно и независимо от физических координат, таких как время, расстояние, скорость или масса.
Немецкий математик Герман Минковский предложил концепцию, согласно которой пространственно-временной континуум состоит из множества миров, следующих один за другим. Каждый отдельно взятый момент времени — это самостоятельная реальность. Она никуда не исчезает, и прошлое, настоящее и будущее существуют одновременно. Следовательно, если в прошлом что-то меняется, то изменяется и будущее.
Физические доказательства в пользу теории «множественных измерений» можно получить, исследуя микромир. Может быть, рано или поздно мы прорвемся и в макромир — глубины Вселенной.
По словам Дейяна Стойковича, если его идея окажется верной, это поможет ученым объяснить многие противоречия — в частности, каким образом наша Вселенная способна расширяться.
Читайте самое интересное в рубрике«Наука и техника»
Добавьте «Правду.Ру» в свои источники в Яндекс.Новости или News.Google, либо Яндекс.Дзен
Быстрые новости в Telegram-канале Правды.Ру. Не забудьте подписаться, чтоб быть в курсе событий.
Когда люди смотрят на ночное небо, они задаются простым вопросом: как далеко находится эта планета? Или эта звезда? Или эта галактика? Расстояние — одно из самых фундаментальных измерений, которое проводят астрономы. Но оно также является и одним из самых сложных. К счастью, у астрономов есть инструмент, который помогает им ответить на главный вопрос: как далеко находится тот или иной космический объект? Этот инструмент называется космическая шкала (лестница) расстояний.
Эта лестница имеет определенные «ступеньки». В их качестве выступают объекты с определенными свойствами, которые позволяют астрономам уверенно измерять расстояние до них. Переход к каждой последующей ступени основан на методах измерения объектов, которые находятся еще дальше. А следующий шаг часто совмещается с предыдущим. Например, когда астрономы измеряют расстояние до галактики, они используют одну ступеньку. А затем могут измерить расстояние, используя следующую ступеньку. А потом сопоставить полученные значения. Это позволяет им двигаться все дальше. И измерять все большие и большие расстояния.
Параллакс
Этот метод измерения расстояний позволяет вычислить удаленность ближайших звезд. Это способ, которым когда-то спутник Hipparcos, а теперь и космический аппарат Gaia, измеряют расстояния до звезд Млечного пути. Технология основана на анализе движения близлежащих звезд, когда те перемещаются на фоне более далеких звезд, которые выглядят фиксированными. Сравнивая фактическое видимое положение звезды с ее видимым положением шесть месяцев назад, астрономы могут рассчитать расстояние до нее. Но проблема заключается в том, что это работает только для звезд, которые находятся достаточно близко к нам. Только в этом случае мы сможем отследить их движение на отдаленном фоне. С использованием современных технологий с помощью параллакса можно измерять расстояния до звезд, находящихся на удалении от нас в десятки тысяч световых лет.
Звездные маяки
Используя параллакс, мы не можем измерить расстояния до всех звезд даже нашего Млечного Пути. Ведь его диаметр составляет не менее 100 тысяч световых лет. Поэтому следующая ступень измерения расстояний опирается на свойства переменных звезд. Их еще называют цефеидами или переменными типа RR Лиры. Эти звезды со временем меняют свою яркость. Как это работает? Физика говорит, что все звезды, например, типа RR Лиры имеют одинаковую яркость. Потому что они имеют определенный и известный возраст и массу. Однако реальные цефеиды такого же класса имеют разную яркость. По соотношению яркостей между эталонной цефеидой, расстояние до которой определено, и звездой того же класса астрономы могут измерить расстояние до последней. Но как же астрономы узнают, что эталонная цефеида, и та, до которой вычисляется расстояние, относятся к одному классу? Все просто. Период их мерцания говорит об их массе и возрасте.
Подобные переменные звезды есть не только в нашей галактике. Астрономы обнаружили их и в ближайшей к нам галактике — Галактике Андромеды. Она находится на расстоянии около 2,5 миллиона световых лет. А так же подобные объекты есть в скоплении Дева, удаленной от нас на расстояние около 50 миллионов световых лет.
В далекой галактике…
Но по мере увеличения расстояния до галактик телескопы уже не могут различить отдельные звезды. Точно так же, как буквы на плакате у окулиста становятся нечеткими по мере их уменьшения. В конце концов, звезды больше не могут быть использованы в качестве следующей ступени на лестнице расстояний. Поэтому, чтобы измерить расстояния до самых далеких галактик, астрономы полагаются на чрезвычайно яркие объекты. Они способны сиять на огромные расстояния.
Красное смещение
И, наконец, самая высокая ступенька космологической лестницы расстояний. Красное смещение. Астрономы измеряют его значение, анализируя спектр космических объектов. Каждый элемент или молекула оставляет разные следы в этом спектре. Они проявляются лишь на определенных длинах волн. Но если галактика удаляется от нас, все частоты ее спектра смещаются в сторону увеличения. Длины волн спектров химических элементов меняются. И величина, на которую они сместились, называется красным смещением. Этот сдвиг связан с расстоянием до галактики по закону Хаббла. Он гласит, что чем дальше галактика находится от Земли, тем быстрее она удаляется от нас. Это происходит из-за расширения Вселенной. Измерение красного смещения позволило астрономам обнаружить некоторые из самых ранних известных галактик. Они находятся на расстоянии более 13 миллиардов световых лет от Земли.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
