Вселенная представляется отлаженным механизмом, который всегда находится в движении. Луны вращаются вокруг своих планет, планеты вращаются вокруг своих звезд, а звезды, в свою очередь, вращаются вокруг центра своей галактики. Это скоординированное движение предопределено фундаментальными законами природы. Но есть ли какой-то особый смысл во всем этом движении? Есть ли у Вселенной центр?
Прежде чем мы начнем, мы должны решить, что именно мы ищем. Что можно назвать центром Вселенной? Центральная точка Солнечной системы-это общий центр масс всех объектов, из которых она состоит, который, по сути, находится почти в центре Солнца. Аналогичная центральная точка существует для Млечного Пути и для сверхскопления Девы, частью которого является наша галактика. Можем ли мы продолжать в том же духе и в конечном итоге определить точку опоры всей Вселенной?
Если мы посмотрим на крупномасштабную структуру Вселенной, то заметим следующее: звезды образуют галактики трех основных типов – спиральные, эллиптические и неправильные. В первых двух довольно легко найти центральную точку, в то время как во втором типе это сделать значительно сложнее.
Двигаясь дальше, галактики группируются вместе, образуя скопления и сверхскопления. Они, в свою очередь, образуют галактические нити. Эти нити, распределенные по всей Вселенной, перемежаются таинственными областями почти полной пустоты – пустот.
Пустоты-это области настолько огромные, что в них легко поместились бы тысячи галактик. Крупномасштабная структура Вселенной состоит из этих двух глобальных компонентов. Теперь, если смотреть в масштабе сотен мегапарсеков, Вселенная оказывается вполне однородной. Его макияж напоминает губку. Само собой разумеется, что существуют массивные потоки материи и точки притяжения материи, такие как темный поток и Великий Аттрактор, но их влияние недостаточно глобально, чтобы сделать их подходящими кандидатами на роль центра Вселенной.
На сегодняшний день в видимой вселенной не было обнаружено ни одного объекта, который мог бы считаться общим центром тяжести. На самом деле, если бы он действительно существовал, его влияние было бы слишком всепроникающим, чтобы его не заметили. На самом деле, согласно фундаментальному космологическому принципу, Вселенная однородна и изотропна. Это означает, что Вселенная будет выглядеть одинаково независимо от местонахождения наблюдателя или направления, в котором мы выбираем смотреть. Космологический принцип был сформулирован на основе обильных наблюдений за удаленными областями Вселенной и применим в масштабах сотен миллионов световых лет.
Если бы потенциальный наблюдатель на Земле вопросительно посмотрел на Вселенную со всех сторон, она выглядела бы сферой радиусом 46 миллиардов световых лет, центр которой находится в Солнечной системе. Это фактическое расстояние до самого удаленного видимого объекта, хотя его свету потребовалось примерно 13,8 миллиарда лет, чтобы достичь нашей Земли. Сфера известна как наблюдаемая вселенная, или Метагалактика. Однако было бы ошибочно считать наше местоположение центром Вселенной.
Это в значительной степени похоже на утверждение, что вы находитесь в центре планеты, когда на самом деле вы просто находитесь в центре круга, нарисованного горизонтом на поверхности планеты вокруг вас.
Метагалактика имеет равные шансы быть либо небольшой частью Вселенной, либо составлять ее целиком. На данный момент совершенно невозможно выяснить это наверняка. Давайте предположим, что сегодня во Вселенной нет точки опоры, которую мы могли бы точно определить. Может быть, тогда нам стоит попробовать другой подход?
Согласно современным научным взглядам, Вселенная родилась примерно 13,8 миллиарда лет назад в результате события, обычно называемого Большим взрывом. До этого времени и пространства, какими мы их знаем, практически не существовало. Поэтому представляется логичным предположить, что если произошел взрыв, то у него должен был быть центр. Другими словами, отправная точка всего.
Давайте украдкой заглянем в прошлое.
Последствия ранних стадий эволюции Вселенной все еще широко проявляются. Те, которые выделяются, - это космологическое расширение пространства и космическое микроволновое фоновое излучение, или CMB-излучение. Принесет ли наблюдение за этими явлениями плоды? Можно ли было бы найти центральную точку и существовала ли она вообще?
Космологическое расширение Вселенной-это изотропное и однородное расширение пространства от точки к точке. Может показаться, что было бы достаточно просто измерить скорость и направление этого расширения, а затем как бы отмотать время назад, таким образом прослеживая движение обратно к его истокам в центре. Но все не так просто, как кажется. Простые расчеты показали бы, что центр расширения Вселенной находится в действительно непосредственной близости от Солнечной системы. При более точном наблюдении окажется, что предполагаемый центр Большого взрыва находится прямо над наблюдателем.
Однако сложность заключается в том, что даже если бы мы отправились в любую другую точку пространства, например, на расстояние в несколько световых лет, именно эта точка казалась бы центром, от которого удаляются космические объекты. Как ни странно, результат будет одинаковым в любой точке Вселенной... Представьте себе воздушный шар, наполненный воздухом, с несколькими точками, отмеченными на нем.
Они неподвижны относительно друг друга, но если мы закачаем в воздушный шар больше воздуха, расстояния между точками увеличатся. В то же время очевидно, что ни один из них не может считаться центром расширения воздушного шара. Точки удаляются друг от друга с постоянной скоростью, и скорость этого процесса зависит от расстояний между ними. Понятие горизонта событий выводится из концепции расширения Вселенной. Поскольку скорость, с которой удаляются объекты, зависит от расстояний между ними, в определенный момент наблюдаемый объект неизбежно будет удаляться от нас со скоростью, превышающей скорость света.
Согласно специальной теории относительности, это означает, что любое взаимодействие с этим объектом будет невозможным. Объекты за горизонтом событий также исчезли для наблюдателя. Мы никогда не узнаем, что с ними будет дальше. В этом отношении Вселенная представляет собой сферу с сознательно назначенным центром в точке наблюдения, и ее предел отмечен горизонтом событий. Различные значения его радиуса могут быть получены в разных моделях Вселенной, но он определенно измеряет более 14 миллиардов световых лет.
Однако любая другая точка во Вселенной будет иметь свой собственный горизонт событий, поэтому было бы несправедливо отдавать предпочтение позиции наблюдателя и рассматривать ее как центр Вселенной. Вряд ли нужно указывать, что число таких " центров’ было бы бесконечным. Таким образом, похоже, что мы никак не можем найти центр Вселенной с помощью ее космологического расширения.
Тогда как насчет реликтового излучения? Реликтовое излучение, или CMB-излучение, - это высокочастотное фоновое излучение, которое пронизывает Вселенную во всех направлениях.
Его температура, которая составляет примерно 2,7 К, медленно падает из - за расширения Вселенной. CMB-излучение является важным источником информации, поскольку оно возникло на ранних стадиях эволюции Вселенной в результате массивной рекомбинации протонов. Реликтовое излучение долгое время считалось однородным и изотропным. Это означает, что детектор в любой точке Вселенной и направленный в любом направлении должен показывать одинаковую плотность излучения.
Однако в последние годы было обнаружено довольно много областей, не соответствующих этому правилу. Так обстоит дело, например, с пустотами. Температура CMB в этих темных областях на ничтожные доли Кельвина ниже, чем температура CMB в остальной части пространства. Во Вселенной есть и другие области, где космический микроволновый фон совсем не изотропен. Например, фотоны могут быть поглощены облаком горячего газа или могут оказаться в мощном гравитационном поле.
Кроме того, поскольку Солнце вместе со всеми своими планетами вращается вокруг центра Млечного Пути, это движение заставляет спектр CMB смещаться в зависимости от направления измерения.
Проще говоря, Земля удаляется от потока излучения CMB, направленного ей в спину, как бы встречая поток излучения CMB, направленный ей спереди. Это создает эффект Доплера, который заставляет наблюдаемое излучение смещаться в красную или синюю полосу соответственно. Тем не менее, все случаи проявленной анизотропии CMB являются вторичными. Они являются последствиями взаимодействия между излучением CMB и тяжелыми объектами – или, альтернативно, пустотами.
Согласно современной науке, вполне возможно, что первичные отклонения имели место на самых ранних стадиях расширения Вселенной. Если бы их удалось обнаружить, они стали бы отличным источником ценной информации о событиях, происходящих в первые секунды после рождения пространства и времени, какими мы их более или менее знаем. К сожалению, первичная анизотропия излучения CMB еще не была обнаружена экспериментально.
Подводя итог, можно сказать, что в целом ни одна точка в пространстве не должна считаться его центром. Расширение Вселенной происходит одновременно по всей ее бесконечности, и никакая особая область не может быть реалистично и точно выделена.
На конечном глобальном уровне нет ни одного центра масс, который мог бы играть роль оси, а все остальное пространство вращается вокруг него. Однако это таинственное место вполне может существовать, но слишком далеко от нас… Размеры Вселенной до сих пор не были измерены с достаточной степенью точности, поскольку даже новейшее передовое измерительное оборудование, созданное человеческой цивилизацией, не способно выйти за пределы горизонта событий. Та часть пространства, которую мы можем наблюдать, вполне может оказаться крошечной капелькой по сравнению с богатым океаном Вселенной. И вряд ли возможно, что мы когда-нибудь сможем оценить это во всей полноте..
.
