اسأل إيثان رقم 12: المسافات في الكون

صورة
هذه القطعة من السماء هي كوكبة الحوت. هنا نلاحظ مجموعة من المجرات التي تم استخدامها لمراقبة إدمان المجرات الصغيرة أثناء نموها. كل نقطة من النقاط الصغيرة عبارة عن مجرة ​​، حيث كانت من ثلاثة إلى خمسة مليارات سنة بعد الانفجار العظيم. تمت دراستهم باستخدام أدوات VLT و SINFONI. تظهر خرائط الألوان حركة الغاز في المجرات. يتحرك الغاز الأزرق نحونا بالنسبة إلى المجرة ككل ، ويتم إزالة الغاز الأحمر. تتيح هذه الألوان لعلماء الفلك معرفة ما إذا كانت المجرات تدور مثل الأقراص أو تتحرك بطريقة مختلفة.
يعتقد النور أنه يتحرك أسرع من أي شيء آخر ، لكنه مخطئ. بغض النظر عن مدى سرعة تحرك الضوء ، يكتشف دائمًا أن الظلام قد ظهر هناك من قبل ، وينتظره.
- تيري براتشيت

يسأل القارئ:
عندما يقولون عن شيء ما أنه يبعد 13.8 مليار سنة ضوئية ، فهل يعني ذلك المسافة الحالية إلى الجسم ، أو كم كانت المسافة عندما ذهب الضوء من الجسم في اتجاهنا ، أو المسافة التي قطعها الضوء؟
في الواقع ، بسبب توسع الكون ، يجب أن تكون هذه الخيارات الثلاثة مختلفة تمامًا.

أتمنى أن يلتزم الجميع بنفس التعريف. لسوء الحظ ، هذه المسافات الثلاثة مختلفة حقًا ، ولا يستخدم الجميع نفس المسافة ، حيث يصفون المسافة إلى الجسم. خذ تشبيهًا بسيطًا.

صورة

تخيل مجموعتين من السلالم جنبًا إلى جنب. أنت واقف على أحد ، صديقك على الآخر. يقف إلى أسفل ويحمل كرة في يديه. يرميك صديقك كرة بسرعة معينة ، ويستغرق وقتًا معينًا للسفر إليك في الكرة ، وإذا كنت تعرف هاتين القيمتين ، يمكنك حساب المسافة إلى صديق. لنفترض أن الكرة طارت بسرعة 10 أمتار في الثانية ، وحلقت ثانية واحدة ، وأنت على بعد 10 أمتار من صديقك. (افترض ، من أجل البساطة ، أن الجاذبية لا تعمل على الكرة). [تقريبا. العابرة: ومقاومة الهواء ؛ لكن من الأفضل أن تتخيل أنك تقف على متن مسافرين ، ومن ثم لن تزعجك الجاذبية].

صورة

الآن نقوم بتعقيد المهمة ونضعك أنت وصديقك على السلالم المتحركة تتحرك في اتجاهين متعاكسين - أنت تصعد ، وكل واحد ينزل. لنفترض أن سرعة كل منهما 2.5 م / ث.

وكل شيء ليس بهذه البساطة.

صورة

إذا قام صديقك بإلقاء الكرة بسرعة 10 م / ث ، وبدأت من مسافة 10 أمتار ، فستستغرق الكرة أكثر من ثانية واحدة للذهاب ، وعند وصولها لن تكون على بعد 10 أمتار من بعضها البعض. في الكرة سوف يستغرق 1.3 ثانية ، وعندها ستكون على مسافة 17 متر.

إذا كنت على مسافة 10 أمتار من بعضها البعض في اللحظة التي تطير فيها الكرة إليك ، فهذا يعني أنك بدأت من مسافة 6 أمتار ، واستغرقت الكرة 0.8 ثانية.

ولكن إذا استغرقت الكرة ثانية واحدة بالضبط في المسار ، فهذا يعني أنه عند رميك كنت على مسافة 8 أمتار ، وأنت الآن على مسافة 13 مترًا.

من أجل البساطة ، قمت بتقريب جميع القيم.

صورة

النقطة الأساسية هي أنه إذا كنت على مسافة ما وتتحرك بالنسبة لبعضها البعض ، فلن يكون من السهل تحديد المسافات - فلها ثلاث قيم مختلفة:

  1. المسافة التي كان فيها جسمان عندما أرسل الجسم المنبعث إشارة تلقاها المراقب
  2. المسافة التي يقع عندها شيئان عندما يتلقى المراقب إشارة مرسلة من المرسل.
  3. المسافة التي يجب أن تنتقلها الإشارة من المرسل إلى جهاز الاستقبال.


بالنسبة للأجسام غير المتحركة ، فإن القيم الثلاث متساوية ، وبالنسبة للأجسام المتحركة ، فهي مختلفة. والكون يتحرك فقط.

صورة

يمكن اعتبار الأجسام المتصلة بالجاذبية ، مثل الكواكب في النظام الشمسي ، والنجوم في المجرة ، والمجرات في الكتلة ، غير متحركة بالنسبة لبعضها البعض ، تتم إزالة معظم المجرات من بعضها البعض. عندما ننظر إلى الحواف البعيدة للكون ، ننظر إلى الماضي ونرى الضوء من الوقت الذي كانت فيه الأشياء أقرب إلى بعضها البعض ، عندما توسع الكون بشكل أسرع ، من العصور القديمة. وعلى عكس المثال مع السلالم المتحركة ، يتغير معدل تمدد الكون أيضًا بمرور الوقت.

صورة

يبلغ عالمنا اليوم 13.8 مليار زائد / ناقص عدة عشرات الملايين من السنين. ماذا يعني هذا للكائنات البعيدة؟

صورة

خذ بعين الاعتبار حامل الرقم القياسي الحالي ، أبعد المجرات المعروفة ، UDFj-39546284. عندما نقول أنها تبعد 13.42 مليار سنة ضوئية ، ماذا نعني؟

المسافة التي يغطيها الضوء القادم. بالنسبة لي ، على الأقل ، هذه طريقة معقولة للإشارة إلى المسافة. في الكون الآخذ في التمدد ، كانت المسافات بين الأجسام في وقت سابق أقل. مع انتقال الضوء من الجسم المشع إلى أعيننا ، يستمر الكون في التمدد.



ماذا يعني هذا لصاحب التسجيل لدينا؟

  1. كانت هذه المجرة على بعد 1.1 مليار سنة ضوئية منا عندما ينبعث منها الضوء الذي يصل إلينا اليوم.
  2. الضوء الذي يأتي إلينا اليوم ينبعث عندما كان عمر الكون 380 مليون سنة فقط ، أي 2.7٪ من العمر الحالي.
  3. 13,4 , , 13,4 .
  4. 33 .


وعلى الرغم من أنك لا تعرف أبدًا المسافات التي يكتب عنها الصحفي أو الكاتب ، فقد أدرجت جميع الخيارات الممكنة.

صورة

عادة ما يتم استخدام الخيارين الأخيرين - إما المسافة التي يقطعها الضوء ، أو المسافة الحالية. يمكننا أن نفترض أنه إذا كانت المسافة في السنوات الضوئية أقل من عمر الكون ، فإنهم يتحدثون عن الوقت الذي سافر فيه الضوء ، وإذا كان أكثر ، عندها عن المسافة الفعلية الحالية.

صورة

بالنسبة للأجسام القريبة ، والأجسام المتصلة بالجاذبية ، يكون الفرق بين هذه الخيارات أصغر كثيرًا ، لكني ما زلت أرغب في أن يكون الناس أكثر حذراً في الكلمات. إذا كان الجميع يقصدون المسافة التي كان يفكر فيها - المسافة التي انبعث منها الضوء ، أو مسار الضوء ، أو المسافة الحالية إلى الجسم ، فإن الخلط سيكون أقل بكثير.

صورة

هذه هي الطريقة التي تعمل بها المسافات في الكون الآخذ في الاتساع.

Source: https://habr.com/ru/post/ar381419/


All Articles