Когда хочешь узнать, что находится за краем вселенной - логичным действием выглядит сначала добраться до этого края, а потом посмотреть, что там. Ну что ж, давайте попробуем...
Первое, что нам нужно будет сделать - это построить подходящий космический корабль, который доставит нас к самому краю Вселенной. Для этого нам потребуется решить ряд проблем:
ПРОБЛЕМА 1 - скорость. Современные космические ракеты не подходят, так как они не способны вытолкнуть нас даже за пределы Солнечной системы. Напомню, что аппараты, покинувшие нашу систему, использовали не собственную энергию, а гравитационное поле планет-гигантов, чтобы разогнаться достаточно быстро (минимум 16,65км/с), более того, с такими маленькими скоростями мы даже до ближайшей звезды Альфы Центавра будем лететь 70-80 тысяч лет. Покинуть Солнечную систему нам мало, мы хотим покинуть галактику Млечный Путь, а для неё первая космическая скорость составляет около 550км/с. И далее необходимо преодолеть притяжение местного сверхскопления галактик, и т.д.
ПРОБЛЕМА 2 - источник энергии. Путешествия с околосветовыми скоростями выглядят привлекательнее, чем медленные путешествия на химических ракетах, но даже если мы изобретём такой корабль - потребуется бесконечное количество энергии, чтобы его разогнать до скорости света. Уже в окружающем нас мире мы сталкиваемся с подобными проблемами, например, корабли имеют предельную скорость движения в среде, после которой прибавка мощности почти не будет давать прибавку к скорости. В случае с кораблями - это происходит потому, что сопротивление среды растёт пропорционально квадрату скорости. Если рассматривать движение космического корабля - то зависимость там похожая даже без сопротивления среды. Чтобы разогнаться с 0,9 до 0,91 скорости света - нам потребуется несоизмеримо больше энергии, чем чтобы разогнаться от 0 до 0,01 скорости света. Казалось бы, во всех случаях нужно разогнаться всего на 0,01 скорости света, и нужно для этого одинаковое количество энергии, но нет - там действует экспоненциальная зависимость, и в итоге для разгона с 0,98 0.99 скорости света мы потратим несоизмеримо больше эгергии, чем при разгоне с 0.9 до 0.91. Допустим, мы решили эту проблему и создали необходимую тягу, но...
ПРОБЛЕМА 3 - встречное движение. Космический мусор, пыль, молекулы вещества - могут разбить наш корабль на молекулы уже на скорости около 1/10 скорости света. А если мы найдём способ от этого мусора увернуться - остаётся излучение, которого на таких скоростях мы хапнем столько, что наш корабль расплавится (мы летим навстречу излучению), даже если он построен из бесконечно тугоплавкого материала. Допустим, и эту проблему мы решили, создав вокруг корабля некое мощное поле, которое будет расталкивать встречные частицы и встречное излучение, допустим мы и источник питания нашли для этого поля. Тогда...
ПРОБЛЕМА 4 - скорости света будет недостаточно. Допустим, мы создали корабль, на борту которого есть бесконечное количество энергии, необходимые защитные поля и всё прочее, что нам понадобится. Скорости света мы всё равно никогда не достигнем, нам для этого потребуется бесконечное количество времени (так как на таких скоростях время сильно замедляется по экспоненте, мы бесконечно можем тратить энергию на разгон, но никогда не достигнем скорости света. При движении со скоростью 0,999 скорости света - мы обнаружим, что этой скорости недостаточно для достижения края Вселенной. Потому что пространство, в котором находятся все галактики - расширяется быстрее скорости света (для ткани пространства нет ограничения расширения). Вывод - нам нужен варп-двигатель, который будет разрежать само пространство перед кораблём и сжимать пространство за кораблём. Это позволит нам путешествовать со сверхсветовыми скоростями относительно Земли.
ПРОБЛЕМА 5 - потеря связи. Как только мы превысим скорость света относительно Земли с помощью варп-двигателя - мы навсегда потеряем связь с Землёй. Радиосигнал от нашего корабля уже никогда не сможет добраться до Земли, а варп-связь не разработали даже фантасты. Даже если мы будем двигаться с меньшей скоростью (досветовой, околосветовой) - мы потеряем связь с Землёй навсегда на расстоянии примерно 46 млрд световых лет. Вдумайтесь - до границы видимой Вселенной наш корабль со скоростью света будет лететь 46 млрд световых лет! А далее мы всё равно попадаем в область, где относительно Земли пространство расширяется со сверхсветовой скоростью, поэтому в любом случае связь с Землёй будет потеряна навсегда. Оставшиеся на Земле никогда не узнают, что находится за границей Вселенной. Хотя, это не проблема для космонавтов, которые летят на нашем чудо-корабле.
ПРОБЛЕМА 6 - потеря наблюдения вообще. В движущемся с околосветовыми скоростями корабле - время идёт быстрее, так что космонавт скорее будет наблюдать смерть и распад всей Вселенной, чем долетит до её края. В случае с варп-двигателем шанс увидеть край появляется, но гарантированно будет утеряна связь с уже любым внешним объектом (не только с Землёй), а с любым наблюдаемым, остающимся позади корабля - объект просто перестанет быть наблюдаемым, так как свет от него просто не сможет до нас добраться. Зато мы сможем наблюдать то, что впереди нас - скажете вы. Но нет, из-за эффекта аберрации поле нашего наблюдения из 180° будет смещаться к 0° уже при приближении к скорости света, а при её превышении с помощью варп-двигателя исчезнет совсем.
Да, мы потеряем связь ВООБЩЕ С ЛЮБЫМ ОБЪЕКТОМ. Потому что при превышении скорости света с помощью варп-двигателя мы выпадаем из всех возможных замкнутых инерциальных систем, в которых можем хоть что-то наблюдать. Но нас это уже тоже не волнует, мы летим, летим, летим...
ПРОБЛЕМА 7. А края всё нет и нет, мы наблюдаем ничто (связь с объектами потеряна) и вдруг мы возвращаемся в точку, из которой вылетели. Чтобы что-то пронаблюдать в этой точке - нам потребуется сбросить скорость и двигаться медленнее скорости света. Причём, не совсем понятно, как нам измерять наше движение в варпе со сверхсветовыми скоростями и как определять точку выхода из варпа, но это нюансы. Допустим, мы смогли. Это будет то место, где когда-то была Земля, но без какой-либо связи с той Землёй, с которой мы вылетели - для землян пройдут миллиарды, триллионы, гуголы лет, сама Земля и Солнечная система к тому времени могут прекратить существование по естественным причинам, даже все звёзды во Вселенной к тому времени могут сгореть, но мы таки можем вернуться именно в ту точку пространства, из которой мы вылетели. Почему так может произойти? Потому что мы не можем выскочить из 3+1 мерности нашего пространства, мы привязаны к нему. Чтобы понять, каким образом мы вернёмся в ту же точку - можно посмотреть на объект с меньшим количеством измерений - например, на ленту Мёбиуса, у которой есть только одна сторона. Пространство скорее всего, как и лента Мёбиуса, замыкается само на себя, только не в двух измерениях, как лента, а в трёх пространственных и одном временном, а попытки достичь края вселенной будут напоминать попытки древних мореплавателей доплыть до края шарообразной земли или до линии горизонта. Пока выскочить из нашей мерности смогли только математики, создав пространства с 10, 11, 12 измерениями - и там вроде бы всё получается, но... только на бумаге.
ПРОБЛЕМА 8 - жизнь в сингулярностях. Получается, чтобы выйти за границы Вселенной, нам нужно повысить мерность пространства (тогда мы сможем наблюдать наше пространство со стороны), или сломать его. И есть одно место, где пространство, возможно, ломается - это сингулярности. Когда мы гипотетически превышаем скорость света с помощью варп-двигателя - мы полностью теряем возможность наблюдения и связи, в некотором роде мы находимся в сингулярности бесконечной скорости, которая так же сломает нам любые возможности и любую причинность, как и сингулярности внутри чёрных дыр. Если эйнштейновские ограничения на скорость просто не дают сломать нам причинность, то обход ограничений через сворачивание пространства варп-двигателем - просто не требует наличия вообще какой-либо причинности. Наше движение будет похоже на нахождение в сингулярности. Сможем ли мы вообще выжить в таком странном месте? Ну, допустим, даже сможем. Тогда...
ПРОБЛЕМА 9 - проблема наблюдения и причинности. Выходит, что граница Вселенной - это не место в трехмерном пространстве, это то место, где самого пространства не существует. Место, где не существует также и времени, потому что время с пространством неразрывно связано. Что мы можем в таком месте наблюдать? Казалось бы, ничего - ведь для наблюдения нам необходимо время. Для того, чтобы работала причинность и могли быть следствия - необходимо находиться именно в нашем пространстве и в наших размерностях, а при отсутствии времени... события не происходят, и причинность не нужна. Однако, мы можем воспользоваться математикой и выстроить гипотезы - что будет там, где нет времени, что будет там, где пространство стремится к нулю, а плотность энергии - к бесконечности. И скорее всего, это место и будет являться границей Вселенной. Что там может быть? Ничего, кроме некоторого вероятностного состояния энергии. Как оно будет выглядеть - можно только предполагать.
ВЕРОЯТНОСТНАЯ КВАНТОВАЯ ПЕНА - это скорее всего то, что находится за границей вселенной. В том месте, где ломается само пространство, где уже не работают наши законы физики, а скорее всего, правит балом теория квантовой гравитации. Иллюстрация к этой части статьи тоже носит вероятностный характер, и не факт что вероятностная квантовая пена будет выглядеть именно так - на картинке одно её состояние из бесконечного количества возможных. И это только теория. Наблюдать эту пену мы всё равно не сможем, так как она существует вне возможности наблюдения. И это состояние энергии, по мнению некоторых физиков - скорее всего и было до Большого Взрыва. "До" - здесь тоже условное, просто для возможности понимания нашим мозгом, который привык к понятиям "до" и "после", и не в состоянии себе представить, как выглядит мир без времени, в котором никаких "до" и "после" - не существует.
В целом вывод неутешителен - мы скорее всего, никогда не сможем проверить, что творится за пределами того пространственно-временного пузыря, в котором существует наша Вселенная (не только наблюдаемая, но и вообще вся). Мы можем тоько предположить, выстроить теории, подкрепить их расчётами, но уже не сможем их ни доказать, ни опровергнуть. Граница вселенной - это не только то место, где ломается пространство, время, причинность и следствие. Это место, где ломается вообще всё, даже наука.
Читай ещё:
Как выглядят атомы на самом деле
Энергия - что это такое?
Что, если времени не существует?
