Hi-Tech

Что находится на краю Вселенной?

Но что будет ждать вас на этой космологической границе? В 2019 году это обычная эмоция — желать по четыре-пять раз на дню отправиться не то, чтобы в космос, но на самый край света, как можно дальше, чтобы избавиться от дурного наваждения или плохой погоды, задерживающегося поезда или тесных брюк, таких заурядных на Земле вещей. Это граница или бесконечность вообще? Что это вообще такое — край света, край Вселенной — что мы там увидим?

Давайте спросим у ученых.

На краю света

Шон Кэрролл, профессор физики Калифорнийского технологического института

У наблюдаемой Вселенной есть край — предел того, что мы можем увидеть. «Насколько мы знаем, у Вселенной нет границ. В самом конце мы видим, что происходило почти 14 миллиардов лет, остаточное излучение Большого Взрыва. Это связано с тем, что свет движется с конечной скоростью (один световой год в год), поэтому, когда мы смотрим на далекие вещи, мы вглядываемся назад во времени. Но это не физическая «граница», если уж так посудить. Это космический микроволновый фон, который окружает нас со всех стороны.

Та вселенная, которую мы видим, довольно однородна в больших масштабах и, возможно, так будет продолжаться буквально всегда. Поскольку мы можем видеть лишь настолько далеко, мы не знаем, на что похожи вещи за пределами нашей наблюдаемой Вселенной. Если это так, вселенная будет ограничена по общему размеру, но все равно не будет иметь границы, точно так же, как круг не имеет начала или конца. В качестве альтернативы вселенная могла бы свернуться в сферу или тор.

Эту возможность представляет космологическая мультивселенная. Также возможно, что вселенная неоднородна за пределами того, что мы можем видеть, и что условия сильно отличаются от места к месту. Мы не знаем, существует ли мультивселенная в принципе, но поскольку не видим ни то, ни другое, разумно было бы сохранять непредвзятость».

Джо Данкли, профессор физики и астрофизических наук в Принстонском университете

«Да все то же самое!

Мы думаем, что она либо продолжается бесконечно во всех направлениях, либо оборачивается вокруг себя, так что она не является бесконечно большой, но все равно не имеет краев. Окей, на самом деле мы не считаем, что у вселенной есть граница или край. Может быть, вся вселенная такая (но в трех измерениях — у поверхности пончика всего два измерения). Представьте поверхность пончика: у нее нет границ. Нет края. Это значит, что вы можете отправиться на космическом корабле в любом направлении, и если будете путешествовать достаточно долго, вернетесь туда, откуда начали.

Край этого места находится там, откуда свету не хватило времени, чтобы добраться до нас с начала существования вселенной. Но есть также то, что мы называем наблюдаемой вселенной, которая является частью пространства, которую мы можем реально видеть. Мы можем увидеть только такой край, а за ним, вероятно, будет все то же самое, что мы видим вокруг: сверхскопления галактик, в каждой из которых миллиарды звезд и планет».

Поверхность последнего рассеяния

Джесси Шелтон, доцент кафедры физики и астрономии Университета Иллинойса в Урбана-Шампейн

Поскольку скорость света ограничена, чем дальше и дальше в космос мы смотрим, тем дальше и дальше назад во времени мы заглядываем — даже когда смотрим на соседнюю галактику Андромеду, мы видим не то, что происходит сейчас, а что происходило два с половиной миллиона лет назад, когда звезды Андромеды излучали свет, попавший в наши телескопы только сейчас. «Все зависит от того, что вы подразумеваете под краем вселенной. В нашей вселенной это космический микроволновый фон — едва заметное, продолжительное послесвечение Большого Взрыва, которое отмечает момент, когда Вселенная остыла достаточно, чтобы позволить сформироваться атомам. Самый старый свет, который мы можем увидеть, пришел из самых дальних глубин, поэтому, в некотором смысле, край вселенной — это самый древний свет, который нас достиг. Таким образом, можно сказать, что край вселенной — это поверхность последнего рассеяния. Это называется поверхностью последнего рассеяния, поскольку отмечает место, где фотоны перестали прыгать между электронами в горячей, ионизированной плазме и начали вытекать через прозрачное пространство, на миллиарды световых лет в нашу сторону.

Ну, мы не знаем — и не можем узнать, нам пришлось бы ждать, пока свет, испущенный там сейчас и идущий к нам, пролетит много миллиардов лет в будущем, но поскольку вселенная расширяется все быстрее и быстрее, мы вряд ли увидим новый край вселенной. Что находится на краю вселенной прямо сейчас? На крупных масштабах наша вселенная выглядит по большей части одинаковой, куда ни глянь. Можем лишь догадываться. Я думаю, что край вселенной сейчас это попросту еще больше вселенной: больше галактик, больше планет, больше живых существ, задающихся таким же вопросом». Велики шансы, что если бы вы оказались на краю наблюдаемой вселенной сегодня, вы увидели бы вселенную, которая плюс-минус похожа на нашу собственную: галактики, больше и малые, во всех направлениях.

Майкл Троксель, доцент физики в Университете Дьюка

«Несмотря на то, что Вселенная, вероятно, бесконечна в размерах, на самом деле существует не один практический «край».

Если бы Вселенная была «плоской» (как лист бумаги), как показали наши тесты с точностью до процента, или «открытой» (как седло), то она действительно бесконечна. Мы думаем, что Вселенная на самом деле бесконечно — и у нее нет границ. Однако, если вы зайдете достаточно далеко в одном направлении, вы в конечном итоге окажетесь там, откуда начали: представьте, что вы движетесь на поверхности шара. Если она «закрыта», как баскетбольный мяч, то она не бесконечна. Снова и снова. Как однажды сказал хоббит по имени Бильбо: «Убегает дорога вперед и вперед…».

Это связано с частью общей теории относительности, которая гласит, что все вещи (включая свет) во Вселенной имеют ограничение скорости — 299 792 458 м/с — и этот предел скорости сохраняется всюду. У Вселенной есть «край» для нас — даже два. Это значит, что когда мы наблюдаем объект, который очень далеко от нас, свету от этого объекта нужно время, чтобы добраться до нас (расстояние, деленное на скорость света). Наши измерения также говорят нам, что Вселенная расширяется во всех направлениях, причем расширяется все быстрее и быстрее. Хитрость заключается в том, что поскольку пространство расширяется, пока свет идет к нам, расстояние, которое должен пройти свет, также увеличивается с течением времени на пути к нам.

Оказывается, это расстояние — 47 миллиардов световых лет (световой год примерно в 63 241 раз больше расстояния между Землей и Солнцем), и называется космологическим горизонтом. Итак, первое, что вы могли бы спросить: на каком самом дальнем расстоянии мы могли бы наблюдать свет от объекта, если бы он был испущен в самом начале существования Вселенной (которой около 13,7 миллиарда лет). Если бы мы отправили сообщение со скоростью света, на каком расстоянии мы могли бы его получить? Можно поставить вопрос несколько иначе. Это еще интереснее, потому что скорость расширения Вселенной в будущем возрастает.

Это называется «горизонт космических событий». Оказывается, что даже если это послание будет лететь вечно, оно сможет добраться только до тех, кто находится сейчас на расстоянии 16 миллиардов световых лет от нас. А вот самое дальнее расстояние, на котором наши нынешние телескопы могли бы различить галактику, составляет около 13,3 миллиарда световых лет, поэтому мы не видим, что находится на краю вселенной. Однако самая дальняя планета, которую мы могли наблюдать, находится в 25 тысячах световых лет, поэтому мы все равно могли бы поприветствовать всех, кто живет в этой Вселенной на сегодняшний момент. Никто не знает, что находится на обоих краях».

Кавила при Чикагском университете Эбигейл Вирегг, доцент Института космологической физики им.

Чем дальше находится источник света, тем больше времени требуется, чтобы этот свет попал сюда. «Используя телескопы на Земле, мы смотрим на свет, исходящий из отдаленных мест Вселенной. Вы можете продолжать смотреть дальше и дальше, что будет соответствовать продвижению дальше и дальше назад во времени, пока не увидите нечто, что существовало спустя несколько тысячелетий после Большого Взрыва. Поэтому, когда вы смотрите на отдаленные места, вы смотрите на то, на что были похожи эти места, когда был рожден увиденный вами свет — а не на то, как эти места выглядят сегодня. Это и есть край «наблюдаемой вселенной» — горизонт — потому что за ним ничего не разглядеть. До этого вселенная была настолько горячей и плотной (задолго до того, как появились звезды и галактики!), что любой свет во вселенной ни за что не мог зацепиться, его нельзя увидеть современными телескопами. Если бы вы могли посмотреть на Вселенную с другой планеты, вы вероятно увидели бы то же самое, что видим мы на Земле: ваш собственный горизонт, ограниченный временем, которое прошло с момента Большого Взрыва, скоростью света и расширением вселенной. Время идет, этот горизонт меняется.

Мы не знаем, потому что можем увидеть это место таким, каким оно было сразу после Большого Взрыва, а не каким оно стало сегодня. Как выглядит то место, которое соответствует земному горизонту? Но все измерения показывают, что вся видимая вселенная, включая край наблюдаемой вселенной, выглядит примерно одинаково, так же, как и наша локальная вселенная сегодня: со звездами, галактиками, скоплениями галактик и огромным пустым пространством.

Это просто расширяющееся пространство-время». Мы также думаем, что вселенная намного больше той части вселенной, которую мы сегодня можем увидеть с Земли, и что у самой вселенной нет «края» как такового.

У вселенной нет границ

Артур Косовский, профессор физики Питтсбургского университета

Поскольку мы также знаем, что свет распространяется с постоянной скоростью, это означает, что луч света, который появился в ранние времени, прошел к сегодняшнему дню определенное расстояние (назовем это «расстоянием до горизонта» или «расстоянием Хаббла»). «Одним из самых фундаментальных свойств вселенной является ее возраст, который, согласно различным измерениям, мы сегодня определяем как 13,7 миллиарда лет. Поскольку ничто не может двигаться быстрее скорости света, расстояние Хаббла будет самым дальним расстоянием, которое мы когда-либо сможем наблюдать в принципе (если не обнаружим какой-либо способ обойти теорию относительности).

Мы знаем, что у вселенной не существует «края» на расстоянии до источника микроволнового излучения, которое находится почти на целой дистанции Хаббла от нас. У нас есть источник света, идущий к нам почти с расстояния Хаббла: космическое микроволновое фоновое излучение. Возможно, это неверно: возможно, край вселенной находится сразу за дистанцией Хаббла от нас, а за ним — морские чудища. Поэтому мы обычно предполагаем, что вселенная намного больше, чем нам собственный наблюдаемый объем Хаббла, и что настоящий край, который может существовать, находится намного дальше, чем мы когда-либо могли наблюдать. Но поскольку вся наблюдаемая нами вселенная везде относительно одинакова и однородна, такой поворот был бы очень странным.

У Вселенной может вообще не быть края, а если он и есть, то будет достаточно далеко, чтобы мы его никогда не увидели. Боюсь, у нас никогда не будет хорошего ответа на этот вопрос. Нам остается постигать лишь ту часть Вселенной, которую мы действительно можем наблюдать».

Расскажите в нашем чате в Телеграме. А у вас есть предположения, что находится на краю Вселенной?

Теги
Показать больше

Похожие статьи

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Кнопка «Наверх»
Закрыть