История Вселенной началась в результате Большого взрыва примерно 14 миллиардов лет назад. С тех пор она постоянно расширяется.
Но куда она расширяется?
Это достаточно сложный вопрос. И вот почему: уравнения общей теории относительности Эйнштейна описывают пространство и время как своего рода взаимосвязанную материю Вселенной. Это означает, что то, что мы знаем как пространство и время, на самом деле существуют только внутри Вселенной, как часть её, но не существуют за её пределами.
В нашей повседневной жизни, когда предметы расширяются, они начинают занимать дополнительное пространство. Но что, если такого понятия, как «пространство», куда можно расширяться, за пределами Вселенной вообще не существует? И как тогда Вселенная «расширяется»?
В 1929 году, благодаря своим астрономических наблюдениям, Эдвин Хаббл дал нам вполне конкретный ответ. Исследуя ночное небо, он обнаружил, что все далекие галактики удаляются от Земли. Причем чем дальше галактика находится от нас, тем быстрее она отдаляется.
Как мы можем интерпретировать это открытие?
Представьте, что у вас в духовке поднимается пирог с изюмом. Пока тесто поднимается, между изюминками образуется одинаковое расстояние. Если мы представим вместо изюминок галактики, а вместо теста - пространство между ними, мы можем представить, что расширение межгалактического пространства заставляет галактики удаляться друг от друга, причем для любой галактики дальние соседи будут отдаляться на большее расстояние, чем ближайшие к ней соседи за то же время.
Разумеется, в уравнениях общей теории относительности предсказывается такое «перетягивание каната» между гравитацией и расширением. Расширение происходит в темном межгалактическом вакууме, и пространство расширяется. Вот и ответ на вопрос.
Вселенная расширяется сама по себе.
Несостыковки в теории Большого взрыва
Тем не менее, космологи с помощью математических моделей пытаются понять, что же может существовать за пределами нашего пространства-времени. Причем это не догадки из разряда «пальцем в небо», а научные гипотезы, призванные устранить несостыковки в теории Большого взрыва.
Теории Большого взрыва предполагает, что материя должна была равномерно распределиться по всей Вселенной в виде разреженного газа. Но как тогда возникли галактики и звезды?
Инфляционная модель Вселенной объединяет идеи из квантовой физики и физики частиц для исследования раннего этапа Вселенной сразу после Большого взрыва. Согласно этой модели, Вселенная образовалась в крайне нестабильном состоянии, что спровоцировало невероятно быстрое расширение в первые секунды существования Вселенной. В результате квантовых колебаний энергии на этой стадии Вселенной сформировались скопления газа, из которых впоследствии возникли звезды и галатики.
Если мы принимаем эту парадигму, то это означает, что наша Вселенная в космических масштабах представляет собой единое целое, которое подвергается бесконечному хаотичному расширению.
Теория Мультивселенной
Мы ничего не знаем о гипотетической расширяющейся реальности, за исключением математической модели, которая говорит нам, что этим бесконечным расширением движет нестабильное квантовое состояние энергии.
Однако, в некоторых областях энергия может непроизвольно переходить в стабильное состояние, при этом инфляционное расширение прекращается с формированием вселенных-пузырей. В каждой такой вселенной-пузыре действуют свои законы физики и Большого взрыва. Наша Вселенная - не исключение: она входит в состав большой Мультивселенной, где фантастическая скорость расширения не дает нам ни малейшего шанса обнаружить соседние вселенные.
Согласно теории Большого взрыва, в ранней горячей Вселенной все фундаментальные силы скорее всего слились в одну суперсилу. Теория струн подтверждает это «сложение сил», применительно к начальной структуре субатомных кварков и электронов. Обе теории говорят нам о том, что материя представляет собой колеблющиеся струны, из которых состоит Вселенная.
Как вы наверно знаете, сущестует несколько классификаций струнных теорий. Но совсем недавно удалось объединить эти противоречивые теории струн и разработать единое понимание о взаимодействии этих структур с массивными, многомерными поверхностями, которые назвали браны.
Наша Вселенная может находится в такой бране и дрефовать в неизведанном многомерном пространстве под названием гиперпространство. Другие браны с другими типами вселенных, также могут находится в гиперпространстве, а в соседних бранах могут действовать одинаковые фундаментальные силы, такие как гравитация.
И хаотичное расширение, и браны подтверждают теорию Мультивселенной. При этом брановские вселенные могут сталкиваться между собой в гиперпространстве. Эхо таких столкновений, вероятно, проявляется в виде микроволн в космическом пространстве, образуя поток излучения в нашей Вселенной, который существует еще со времен Большого взрыва.
Но пока нам не удалось обнаружить это космическое эхо. На сегодняшний день многочисленные теории о Мультивселенной - лишь гипотезы, основанные на математических моделях. И некоторые ученые предполагают, что это множество теорий о Мультивселенной можно будет когда-нибудь свести к одному общему описанию (как когда-то теорию струн), или вообще заменить новой теорией
Несмотря на то, что эти математические модели были предложены в результате большого количества различных научных экспериментов, пока существует очень мало именно практичеких экспериментов для непосредственной проверки гипотез.
Остается только ждать, пока не появиться следующий Эдвин Хаббл.
А пока ученые могут только спорить о том, чья теория элегантней, и строить очередные предположения, что же может существовать за пределами нашей Вселенной.
Original: Sajan Saini: "What is the universe expanding into"
Читайте также:
Может ли Землю поглотить черная дыра?
Наши тела были выкованы в недрах звёзд