Согласно теории относительности, универсальной системы отсчета не существует. Но Большой Взрыв все равно дал нам один.
“Философия медленности не заключается в том, чтобы делать все в черепашьем режиме. Дело не столько в скорости, сколько в том, чтобы вложить нужное количество времени и внимания в проблему, чтобы вы ее решили». - Карл Оноре
Скорее всего, читая это прямо сейчас, вы сидите, ощущая себя неподвижным. Тем не менее, мы знаем, что на космическом уровне мы не так уж и неподвижны. Во-первых, Земля вращается вокруг своей оси, унося нас в космос со скоростью почти 1700 км/ч для кого-то на экваторе.
На самом деле это не так уж и быстро, если мы вместо этого переключимся на представление о километрах в секунду. Земля, вращающаяся вокруг своей оси, дает нам скорость всего 0,5 км/с, что едва заметно на нашем радаре, если сравнивать это со всеми другими нашими движениями.
Земля, как и все планеты в нашей Солнечной системе, вращается вокруг Солнца с гораздо большей скоростью. Чтобы удержаться на нашей стабильной орбите, где мы находимся, нам нужно двигаться со скоростью около 30 км/с. Внутренние планеты - Меркурий и Венера - двигаются быстрее, в то время как внешние миры, такие как Марс (и не только), движутся медленнее.
Но даже само Солнце не стоит на месте. Наша галактика Млечный Путь огромна, массивна и, что самое главное, находится в движении. Все звезды, планеты, газовые облака, частицы пыли, черные дыры, темная материя и многое другое движутся внутри него, внося свой вклад в его суммарную гравитацию и подвергаясь ее влиянию.
С нашей точки зрения, примерно в 25 000 световых лет от галактического центра, Солнце вращается по эллипсу, совершая полный оборот примерно раз в 220-250 миллионов лет. Подсчитано, что скорость нашего Солнца на этом пути составляет около 200-220 км/с, что довольно много по сравнению не только с нашей скоростью вращения Земли, но и со скоростью вращения нашей планеты вокруг Солнца.
Тем не менее, мы можем сложить все эти движения вместе и выяснить, каково наше движение по галактике.
Но неподвижна ли сама галактика? Наверняка нет! Видите ли, в космосе есть гравитация любого другого массивного (и энергичного) объекта, с которым приходится бороться, и гравитация заставляет любые массы вокруг ускоряться.
Дайте нашей Вселенной достаточно времени - а у нас было около 13,8 миллиардов лет - и все будет двигаться, дрейфовать и течь в направлении наибольшего гравитационного притяжения. Вот как мы переходим от в основном однородной Вселенной к комковатой, сгруппированной, богатой галактиками Вселенной за относительно короткий промежуток времени.
Так что это значит рядом с нами?
Это означает, что наш Млечный Путь притягивается всеми другими галактиками, группами и скоплениями в нашем районе. Это означает, что самые близкие, самые массивные объекты вокруг будут теми, которые будут доминировать в нашем движении. А это значит, что не только наша галактика, но и все близлежащие галактики будут испытывать «объемный поток» из-за этой гравитационной силы. Недавно это было нанесено на карту с величайшей точностью, и мы постоянно приближаемся к пониманию нашего космического движения в пространстве.
Но пока мы полностью не поймем все во Вселенной, что влияет на нас, в том числе:
- полный набор начальных условий, при которых родилась Вселенная,
- как каждая отдельная масса двигалась и развивалась с течением времени,
- как формировался Млечный Путь и все связанные с ним галактики, группы и скопления, и
- как это происходило в каждый момент космической истории вплоть до настоящего,
мы не сможем по-настоящему понять наше космическое движение.
По крайней мере, не без этой хитрости.
Видите ли, куда бы мы ни посмотрели в космос, мы видим вот это: радиационный фон в 2,725 К, оставшийся от Большого взрыва. В различных регионах есть крошечные, крошечные несовершенства - порядка всего в сто микрокельвинов или около того - но куда бы мы ни посмотрели (кроме загрязненной плоскости галактики), мы видим одну и ту же температуру: 2,725 К.
Это происходит из-за того, что Большой Взрыв произошел одновременно везде в космосе, 13,8 миллиарда лет назад, и с тех пор Вселенная расширяется и охлаждается.
Это означает, что во всех направлениях, куда мы смотрим в пространстве, мы должны видеть то самое «остаточное излучение», где впервые образовались нейтральные атомы. До этого времени, примерно через 380 000 лет после Большого взрыва, было слишком жарко для их образования, так как столкновения фотонов сразу же разрывали их на части, ионизируя их компоненты. Но по мере того, как Вселенная расширялась, а свет смещался в красную сторону (и терял энергию), он в конце концов стал достаточно холодным, чтобы в конце концов образовались эти атомы.
И когда это происходило, эти фотоны просто беспрепятственно двигались по прямой линии, пока, наконец, не столкнулись с чем-то. На сегодняшний день их осталось так много - чуть более 400 на кубический сантиметр , - что мы можем легко измерить: даже ваши старые «заячьи уши» на ваших телевизорах с антеннами улавливают космический микроволновый фон. Около 1% «снега» на канале 3 - это оставшееся после Большого Взрыва свечение.
Но дело в том, что на самом деле мы не видим полностью однородный фон 2,725 К, куда бы мы ни посмотрели. Есть небольшие различия от одной области неба к другой, которые на самом деле очень, очень плавные. Одна «сторона» выглядит горячее, а другая «сторона» холоднее.
На самом деле тоже изрядно: самая «горячая» сторона около 2,728 К, а самая «холодная» около 2,722 К. из 100, и поэтому это может вас озадачить. Почему флуктуации в этом масштабе такие огромные по сравнению со всеми остальными?
Ответ, конечно же, заключается в том, что это не флуктуация реликтового излучения.
Знаете, что еще может привести к тому, что свет - а микроволновый фон всего лишь свет - будет более горячим (или более энергичным) в одном направлении и более холодным (или менее энергичным) в другом? Движение.
Когда вы двигаетесь к источнику света (или он движется к вам), свет смещается в синий цвет в сторону более высоких энергий; когда вы удаляетесь от источника света (или он удаляется от вас), он смещается в красную сторону в сторону более низких энергий.
Что происходит с реликтовым излучением, так это не то, что одна сторона по своей природе более или менее энергична, чем другая, а скорее то, что мы движемся в пространствеИз этого эффекта в остаточном сиянии Большого взрыва мы можем обнаружить, что Солнечная система движется относительно реликтового излучения со скоростью 368 ± 2 км/с, и что если добавить движение местной группы, то получится, что все из него - Солнце, Млечный Путь, Андромеда и все остальные - двигаются со скоростью 627 ± 22 км/с относительно реликтового излучения.
Может, и не существует универсальной системы отсчета, но есть система отсчета, которую полезно измерить: остальная система реликтового излучения, которая также совпадает с остальной системой хаббловского расширения Вселенная. Каждая галактика, которую мы видим, имеет то, что мы называем «особой скоростью» (или скоростью на вершине хаббловского расширения) от нескольких сотен до нескольких тысяч км/с, и то, что мы видим сами, в точности соответствует этому.
Оставляйте свои комментарии на нашем форуме и поддержите Starts With A Bang на Patreon!