Miért van olyan sok tárgy az univerzum körében?

A szappanbuborékok alakjáról és maga a megfigyelhető világegyetem

Ez a NASA kék márvány képe megmutatja, mennyire tökéletes a gömb a Föld valójában. Forgása miatt azonban a Föld egyenlítőjénél kissé 26 mérföldre (41 km) fekszik, elakadva gömb alakúvá válik.

Az éjszakai égbolt egyik legszebb kivitelén a Vincent Van Gogh a csillagokat nem pusztán fénycsapdákként ábrázolja az üres tér rugalmas, sötét hátterén, hanem turbulens és lírai festékkörökként, minden meleg középpontját a szerető, kinyíló szín. A csillagok azonban nem csak a gömb alakúak - így van a félhold a jobb felső sarokban és a ragyogóan megvilágított Vénusz a gazdag és olajos ciprusfa jobb oldalán. Bár ez a kép nem látható, még az előtérben lévő Föld is kerek. Úgy tűnik, hogy a természetben lévő tárgyak vonzzák ezt a kerek formát. Még a megfigyelhető világegyetemről alkotott képünk is kerek. De miért?

A Starry Night, Vincent Van Gogh, 1889.

Ennek köze a fizika néhány alapvető törvényéhez. A gömb olyan alakú, amely lehetővé teszi a legnagyobb mennyiségű térfogatot a legkevesebb felülettel. Ez egy nagyon hatékony módszer a tárgyak bezárására, és lehetővé teszi, hogy a felület bármely pontja ugyanolyan távol legyen a középponttól, mint bármely más pont. Ez nem olyan kocka, mint ahol a sarkok közelebb vannak a középpontjához, és felületének egyes területei gyengébbek, mint mások. A természet erői, mint az alacsony energiájú állapotok, és szeretik a tárgyak felületét a lehető legnagyobb mértékben minimalizálni. Ez igaz, amikor megfigyel valami olyan kicsit, mint egy esőcsepp vagy folyékony fém, vagy amikor megfigyel valamit holdak és csillagok skáláján.

A gravitáció az egyik legnagyobb hatással van a tárgyak gömb alakjára. A gravitáció mellett van egy központ, amely felé minden tárgy húzódik. Ez az oka annak, hogy a földön a morzsoló hegy teteje terméskőből származik, amely leesik, és kitölti a völgyeket, és messzire merül. A gravitáció elsimítja a bolygót, és ezzel csökkenti a bolygó által kifejezett energiamennyiséget. A bolygó a lehető legalacsonyabb energiaállapotot akarja elérni. Nekünk, a Föld felfedezőinek, úgy tűnik, hogy nem más, mint sima. Itt van az óceán és a föld alatti barlangok zuhanó mélysége, a járható hegység és a fák nyomó teteje. De ha sokkal nagyobbok lennénk - ha a bolygó tenyerünkbe férne -, soha nem tudnánk elmondani. Ha az ujjainkat a föld fölött mozgatnánk, kifogástalanul sima és nedves lesz. A legmagasabb és a legmélyebb pontjai (Everest és a Mariana árok) között csak 13 mérföld (20 km) különbség van. 13 mérföldes különbség egy 8000 mérföld átmérőjű bolygón.

De az, hogy egy gravitáció milyen nagy szerepet játszik egy objektum alakjában, az objektum méretétől függ. Ezért észlelhetünk körülöttünk olyan dolgokat, amelyek nem gömb alakúak: virágok, hal, cukornád, emberek. Bármelyiknél, amely átmérője kb. 1600 mérföld (2574 km), a gravitáció nem mindig eléggé befolyásos ahhoz, hogy körbeforduljon. Erre tökéletes példa az aszteroidák páratlan és rossz formájú teste, összehasonlítva a 3180 km átmérőjű hold gömbjével.

Amikor olyan tárgyakat észlelünk, amelyek nem körbefutnak, az utalhat arra, hogy mi történik az objektum környezetében. A gyakori zavarok között szerepelnek az árapály erők, például az óceánokon a Hold által kifejtett erő, a kozmikus hatások és a forgási sebesség. Lehet, hogy a Tejút-galaxis lapos és ködös, de forgó gázgömbként kezdődött. Ahogy összeomlott és gyorsabban elindult, a centripetalus erők balra és jobbra terjesztették a galaxist, miközben fentről lefelé a Tejút papery síkké vált. Ennek oka a szögmozgás megőrzése, amely arra ösztönzi a nagy tárgyakat, hogy gyorsítsák fel őket, amikor kisebbek lesznek, hogy kompenzálják a méretcsökkenést. De vannak csillagok a Tejút szerkezetén kívül is, emlékeztetőként hagyva, hogy a galaxis teljes és felhős gömbként kezdődött.

A NASA által készített kép a napról.

A napunk még kevésbé kerek, mint a Föld. Ennek köszönhetően a forró gázok sminkjei vannak, amelyekkel a gravitáció jobban kezelhető, mint a bolygónk sziklás felületén. De az univerzum legkevésbé természetes tárgya egy másik csillag, a KIC 11145123 nevű csillag. A nap kétszer akkora, mint a nap, és háromszor lassabban forog, lehetővé téve alakjának megőrzését, és forgása közben nem laposan. A tudósok úgy vélik, hogy ennek oka a csillag belső és külső rétegei közötti leválasztás, amely lehetővé teszi annak megjelenését, hogy sokkal gyorsabban forog, mint amilyen valójában van. A leválasztás oka még nem ismert, de annak oka lehet az objektumot körülvevő mágneses mező.

Az olyan kozmikus testekben, mint a Gyűrű köd, az alacsony nyomás a gravitáció ellen hat, és így a köd megkülönböztető formáját adja meg. Ahogy a csillagok szépen formálódni kezdnek és szétszóródnak, mindegyik vonzza őket a gázhoz és a porhoz, és a körülöttük lévő térben folyamatos versenyt hoz létre, amely kiterjed és befolyásolja az egész ködöt. De bizonyos esetekben a nagyobb sűrűségű régiók elindíthatják a láncolatot, ahol a gravitációs erők ismét uralkodnak. Ezek a sűrű területek egyesülnek és bolygók méretévé válhatnak, így több gravitációs teret adnak nekik, és ismét megismerik a gömb meglehetősen felismerhető alakját.

A gyűrűs köd. Kép: AURA / STScI / NASA.

Az egész megfigyelhető világegyetem közepén tartózkodunk, amely 13 milliárd fényévvel nyílik minden irányba. Ez az összes olyan fény, amelynek elegendő ideje volt a naprendszerünk eléréséhez. Még nincs technológiánk annak felismerésére, hogy mi fekszik ezen az élön, de láthatunk márványt, egy olyan gömböt, amely magában foglalja mindazt, amiről tudjuk, hogy létezik. A gömb akkor olyan, mint a pontok egy pointillizmus festményben. Kezdetben nem feltételezve, majd összeállítva egy képet, amely tele van részletekkel és élettel, első pillantásra egyetlen színgömböt képvisel, és valójában tökéletes példája a sima, elegáns alakú fizikai törvényeknek.