Jakie rozmiary ma wszechświat? Zapnijcie pasy, ta podróż potrwa wiele miliardów lat

Patrząc w bezchmurne, bezksiężycowe, czarne nocne niebo, najlepiej zimą, przy mrozie i z dala od miejskich zabudowań można odnieść wrażenie, że spoglądamy w otchłań przestrzeni kosmicznej. Na niebie widzimy - zdawać by się mogło - miliony gwiazd, tych bliższych i tych dalszych. Co więcej, jeżeli wiemy, gdzie szukać, z łatwością znajdziemy także gromady kuliste, gromady otwarte i w końcu pobliską Galaktykę Andromedy, która - co niewiele osób wie - widoczna jest gołym okiem, bez lornetki czy teleskopu.

Wrażenie to jedno, a rzeczywistość, drugie. Gołym okiem na nocnym niebie w idealnych warunkach atmosferycznych możemy dostrzec co najwyżej kilka tysięcy gwiazd. Owszem, wydaje się, że jest ich więcej, ale widzimy tylko te względnie jasne i leżące w naszym bezpośrednim otoczeniu.

Najodleglejszą gwiazdą widoczną gołym okiem jest V762 Cas w gwiazdozbiorze Kasjopei. Znajduje się ona 16 308 lat świetlnych od Ziemi. Jeżeli porównamy ją do najbliższej nam Proximy Centauri, która znajduje się zaledwie 4,26 roku świetlnego od Ziemi (i której nie widać gołym okiem, bo za słabo świeci), to może się wydawać, że jest ona daleko od nas.

Kiedy tę odległość nałożymy na wizualizację naszej galaktyki Drogi Mlecznej, której średnica to ok. 100 000 lat świetlnych, to okaże się, że naprawdę gołym okiem widzimy jedynie nasze bezpośrednie otoczenie i zasadniczo nic więcej.

Jeżeli to za mało to dobije nas jeszcze jeden fakt. W naszej galaktyce znajduje się około 200-400 miliardów gwiazd. No tak, my widzimy ok. 5000 w idealnych warunkach, a w naszej galaktyce, na naszym lokalnym kosmicznym podwórku znajduje się jeszcze dodatkowe 199 999 995 000 innych gwiazd, których już gołym okiem nie dostrzeżemy. Można zatem dojść do wniosku, że tak naprawdę nic nie widzimy.

Czytaj także: Pięć największych wpadek w historii podboju kosmosu

Na początku trzeba znacząco powiększyć skalę. Droga Mleczna należy do grupy około pięćdziesięciu galaktyk zwanej Grupą Lokalną Galaktyk. Do niej, rozciągającej sią na około 10 000 000 lat świetlnych, należy mnóstwo galaktyk karłowatych, które krążą wokół trzech prawdziwych olbrzymów - Galaktyki Andromedy, Drogi Mlecznej i Galaktyki Trójkąta. Największa z nich - Galaktyka Andromedy - ma średnicę dwa razy większą od Drogi Mlecznej. Galaktyka Trójkąta z kolei jest dwa razy mniejsza od Drogi Mlecznej.

Dopiero 8 lat temu, w 2014 roku naukowcy odkryli, że nasza Gromada Lokalna jest częścią jeszcze jednej, znacznie większej struktury nazwanej Supergromadą Laniakea. Struktura ta ma rozmiary rzędu ok. 500 mln lat świetlnych. W jej wnętrzu znajduje się około 100 000 galaktyk zgrupowanych w czterech podgrupach. Jedną z nich jest Supegromada Lokalna, na której obrzeżach znajduje się opisana wyżej Gromada Lokalna z Drogą Mleczną. W Laniakei znajduje się co najmniej piećset takich gromad jak nasza. Uff. Między gromadami znajduje się także m.in Pustka Lokalna oraz liczne inne powiązane ze sobą pustki.

Warto jednak tutaj zwrócić uwagę na to, że supergromady są skupiskami grup galaktyk niezwiązanymi ze sobą grawitacyjnie, więc z czasem ich elementy składowe mogą rozpierzchnąć się po wszechświecie.

Siłą rzeczy, skoro nasze doświadczenie jest ograniczone przez granice - zarówno czasowe jak i przestrzenne. Kiedy przesuwamy się w czasie do Wielkiego Wybuchu, ułamek sekundy przed punktem początkowym załamują się wszelkie prawa fizyki.

Nauka doskonale radzi sobie ze wszystkimi procesami, które zachodzą we wszechświecie od ułamka sekundy po Wielkim Wybuchu. Co było wcześniej? Skąd się wziął Wielki Wybuch, a nawet czy coś przed nim istniało? Odpowiedź na te pytania pozostają poza naszym zasięgiem.

Nie lepiej jest w wymiarze przestrzennym. Od momentu Wielkiego Wybuchu wszechświat bezustannie się rozszerza. Dzięki oddziaływaniu wciąż niepoznanej ciemnej energii proces rozszerzania się wszechświata bezustannie przyspiesza.

Tutaj naszym podstawowym ograniczeniem jest prędkość światła. Światło porusza się w próżni z prędkością 299 792 458 m/s. Skoro do Wielkiego Wybuchu doszło około 13,8 mld lat temu, to zaglądając w najdalsze rejony wszechświata jesteśmy w stanie dojrzeć te fotony, które potrzebowały 13,8 mld lat, aby do nas dotrzeć.

Warto zauważyć, że obiekty, które wyemitowały te fotony, przez ten cały czas się od nas oddalały wraz z rozszerzaniem wszechświata. W efekcie, najodleglejsze obiekty jakie jesteśmy w stanie dostrzec we wszechświecie powinny być oddalone od nas o ok. 46,6 mld lat świetlnych. Promień ten wyznacza sferę określaną mianem wszechświata obserwowalnego.

Nazwa ta wskazuje zatem, że wszystko to co znajduje się poza tą sferą, pozostaje dla nas niemożliwe do zaobserwowania. Co więcej, ze względu na coraz szybsze rozszerzanie się wszechświata, kolejne obiekty, które obecnie znajdują się wewnątrz wszechświata obserwowalnego, będą wykraczały poza jego granice.

Tutaj warto zauważyć, że wszechświat jest dużo większy od wszechświata obserwowalnego, a część naukowców dopuszcza możliwość, że jest on nieskończony. Tego jednak co leży poza wszechświatem obserwowalnym nigdy nie będziemy w stanie dojrzeć, bowiem obiekty znajdujące się w odpowiednio dużych odległościach oddalają się od nas (na skutek rozszerzania wszechświata) szybciej niż z prędkością światła.

Wyemitowane przez nie światło będzie zatem leciało w naszym kierunku z prędkością światła, natomiast odległość między nimi a nami będzie rosła jeszcze szybciej, przez co owo światło nigdy nie będzie w stanie do nas dotrzeć.

Czytaj także: Naprawili sondę znajdującą się 23 mld kilometrów od Ziemi. Voyager I znowu nadaje z sensem

Wyobraźmy sobie, że za pomocą silnego teleskopu (najlepiej kosmicznego) spoglądamy w dowolnym kierunku i dostrzegamy odległą o powiedzmy 10 mld lat świetlnych galaktykę X. Następnie spoglądamy w przeciwnym kierunku i znajdujemy inną równie odległą galaktykę Y. Obie galaktyki widzimy niemalże na granicy naszego wszechświata obserwowalnego. W tym momencie możemy sobie uświadomić, że hipotetyczni mieszkańcy galaktyki X, jeżeli osiągną nasz poziom technologii, będą w stanie dostrzec Drogę Mleczną, jednak nigdy nie będą w stanie dostrzec galaktyki Y, bowiem będzie się ona znajdowała poza ich wszechświatem obserwowalnym.

Dokładnie to samo dotyczy mieszkańców galaktyki Y. Także i oni mogliby zobaczyć nas, ale galaktyka X po prostu dla nich nie istnieje i ze względu na rozszerzanie wszechświata nigdy nie będzie istniała. To daje też do myślenia.

Załóżmy przez chwilę, że wszechświat jest nie jest nieskończony, ale ma dziesięciokrotnie większe rozmiary od naszego wszechświata obserwowalnego. Oznaczałoby to, że dla 99,9 proc. wszechświata leżymy poza jego wszechświatem obserwowalnym, czyli po prostu dla niego nie istniejemy i pozostajemy poza jego poznaniem. Musicie przyznać, że taka myśl wymusza pokorę. Nagle nasza wyjątkowość zamienia się w pył.

W sferze widzialnego dla nas wszechświata znajduje się nawet kilkaset miliardów galaktyk. Cała reszta znajdująca się dalej od nas znajduje się za naszym tzw. horyzontem cząstek. Ów horyzont wyznacza największą odległość, z której cząstki, w tym także fotony, mogłyby dotrzeć do nas w ciągu wieku całego wszechświata.

Powinniśmy być zadowoleni, że żyjemy wtedy kiedy żyjemy. Przez pierwsze dziewięć miliardów lat historii wszechświata nie istniała ani Ziemia, ani ludzkość. Jakimś zrządzeniem losu, 4,6 mld lat temu doszło do eksplozji starzejącej się gwiazdy, która rozpychając otaczający ją gaz i pył doprowadziła do kolapsu grawitacyjnego wielu lokalnych zagęszczeń zimnego gazu i pyłu.

Z tego jednego zagęszczenia powstało Słońce, a wokół niego planety i księżyce tworzące Układ Słoneczny. Po kilku kolejnych miliardów lat na powierzchni jednej z planet powstało wielokomórkowe życie, które w toku ewolucji doprowadziło do powstania człowieka, który z mozołem stworzył cywilizację zdolną poznawać wszechświat.

W efekcie, 13,8 mld lat po powstaniu wszechświata z małej niebieskiej planety krążącej wokół przeciętnej gwiazdy ktoś obserwuje otaczający nas wszechświat. Póki co możemy obserwować setki miliardów galaktyk.

Powinniśmy korzystać z tej okazji, bowiem jeżeli taki sam długotrwały proces zajdzie w innym miejscu we wszechświecie ponownie za kilka miliardów lat, to nawet jeżeli powstała tam cywilizacja będzie dysponowała lepszymi instrumentami obserwacyjnymi, nie będzie w stanie dojrzeć już tak wielu galaktyk jak my.

Ekspansja wszechświata z każdym miliardem lat będzie usuwała z nieba kolejne galaktyki, które będą przechodziły za horyzont cząstek. Także i ludzie znajdujący się na Ziemi za 5-6 miliardów lat nie będą w stanie już zobaczyć większości obiektów znajdujących się poza naszą supergromadą galaktyk. Możemy im teraz zrobić zdjęcia pamiątkowe, żeby choć na nich mogli zobaczyć co stracili pojawiając się tak późno.