← Laboratorium
Kosmos · Skala

Laboratorium · Kosmos

Skalaod długości Plancka, przez kwark, do granic kosmosu

Sześćdziesiąt dwa rzędy wielkości w jednym przewijaniu. Zobacz, jak mały jest proton, jak wielka jest Laniakea, dlaczego Wszechświat w wieku 13,8 mld lat ma 93 mld lat świetlnych średnicy — i czemu astronomowie za ok. 150 mld lat zobaczą na niebie tylko własną galaktykę.

Wyzwania

0 / 7

    Czy wiesz, że…?

    Gdyby proton miał 1 cm, atom wodoru miałby ok. 600 m średnicy. Prawie cały atom to pusta przestrzeń.

    Średnia geometryczna długości Plancka i średnicy obserwowalnego Wszechświata to ok. 0,1 mm — mniej więcej grubość włosa. W skali logarytmicznej ludzie są niedaleko środka tej drabiny.

    Najdalsze widziane galaktyki (JWST, np. MoM-z14) świeciły ok. 300 mln lat po Wielkim Wybuchu, a ich światło zostało rozciągnięte ok. 15 razy.

    Jak to działa?

    Skala logarytmiczna

    Każdy krok suwaka o 1 to mnożenie przez 10. Położenie obiektu to wykładnik potęgi dziesięciu:

    n = log10d1d2

    Jeśli d1/d2 = k, to w rzędzie zmieści się k mniejszych obiektów, a objętościowo ok. k3 (dla podobnych kształtów, bez przerw między nimi).

    Jednostki Plancka

    Zbudowane tylko ze stałych ħ, G i c:

    ℓP = √ ħG/c3 ≈ 1,616·10−35 m

    tP = √(ħG/c5) ≈ 5,39·10−44 s, mP = √(ħc/G) ≈ 2,18·10−8 kg, TP = mPc2/kB ≈ 1,42·1032 K.

    To skala, na której efekty grawitacji kwantowej stają się ważne i obecne teorie przestają działać. Argument heurystyczny: żeby zbadać tak małą odległość, trzeba skupić tyle energii, że powstałaby czarna dziura. Nie udowodniono, że to „piksel przestrzeni” ani najmniejsza możliwa długość; minimalną długość sugerują tylko niektóre hipotezy (np. pętlowa grawitacja kwantowa).

    Równanie Friedmanna

    H(a) = H0√ Ωra−4 + Ωma−3 + ΩΛ

    Czynnik skali a mówi, ile razy rozciągnęła się przestrzeń (dziś a = 1). Strona całkuje numerycznie t = ∫ da/(aH) oraz czas konforemny η = ∫ c da/(a2H). Horyzont cząstek to η(dziś), horyzont zdarzeń to η(∞) − η(dziś). Przyspieszanie zaczyna się, gdy Ωma−3/2 = ΩΛ.

    Przedrostki SI

    aatto10−18kkilo103
    ffemto10−15Mmega106
    ppiko10−12Ggiga109
    nnano10−9Ttera1012
    µmikro10−6Ppeta1015
    mmili10−3Eeksa1018

    1 rok świetlny = c · 1 rok ≈ 9,461·1015 m; 1 j.a. = 149 597 870 700 m.

    Uproszczenia

    Rozmiary są typowe i zaokrąglone, a kształty — stylizowane. Obiekty stoją obok siebie jak w gablocie, nie w prawdziwych miejscach. Kwark i elektron mają tylko górną granicę rozmiaru. Heliosfera nie jest kulą. Galaktyki w Grupie Lokalnej i Laniakei rozmieszczono schematycznie. Model ΛCDM pomija neutrina z masą i ewolucję ciemnej energii; liczba widocznych galaktyk w przyszłości to model poglądowy (próg jasności teleskopu klasy JWST), a nie dokładna prognoza.