В XX веке космологи пришли к единому мнению — Вселенная расширяется. В связи с этим возникают закономерные вопросы: какова природа пространства, в котором существует и расширяется наша Вселенная? В какой среде это расширение происходит? Наука пока не дает окончательных ответов, но предлагает несколько гипотез и теорий, которые и рассмотрим.
Прежде чем говорить о природе пространства, необходимо сначала разобраться с тем, что подразумевается под этим термином. Важно отметить — это не физический объект в привычном нам смысле. В классической физике пространство представлялось как пустая трехмерная арена, в которой располагаются все предметы и происходят все события. С появлением теории относительности Эйнштейна это представление изменилось. Теперь пространство рассматривается не как обособленное явление, а как единое четырехмерное пространство-время, которое может искривляться под воздействием гравитации.
Но если пространство-время искривляется, может ли оно также иметь какую-то форму или структуру за пределами того, что мы можем измерить и наблюдать? Вопрос о том, что находится «за пределами» Вселенной, остается одним из самых сложных в современной космологии.
Как люди узнали, что Вселенная расширяется?
Идея расширяющейся Вселенной родилась не сразу. Долгое время считалось, что Вселенная статична и неизменна. Однако в начале XX века астрономы начали получать данные, которые бросали вызов этому представлению. Одним из ключевых открытий стало обнаружение явления, известного как красное смещение, у далеких галактик.
В 1912 году американский астроном Весто Слайфер начал наблюдать спектры некоторых галактик (тогда еще назывались «туманностями»). Он заметил, что спектры большинства этих объектов были смещены к красной части спектра. На тот момент не было четкого понимания, что это открытие могло значить в масштабах Вселенной, но его уже зафиксировали.
В это же время Альберт Эйнштейн разрабатывал свою Общую теорию относительности. В ее рамках он пытался создать математически статическую модель Вселенной, но его расчеты показывали, что в такой модели Вселенная должна либо сжиматься, либо расширяться. Чтобы избежать этой сложности, он ввел дополнительный параметр – космологическую постоянную, которая должна была «уравновесить» гравитационное притяжение и сделать Вселенную стабильной. Позже он назовет это «величайшей ошибкой своей жизни».
Наконец, в 1929 году астроном Эдвин Хаббл сделал решающее открытие. Он систематизировал данные о расстояниях до галактик и измерил их скорости удаления от Земли. Хаббл обнаружил, что чем дальше галактика находится от нас, тем быстрее она удаляется. Это открытие стало подтверждением гипотезы о расширении Вселенной, поскольку оно свидетельствовало, что все галактики «разлетаются» друг от друга. Он установил закономерность, которая получила название «закон Хаббла». Этот закон означал, что Вселенная не просто расширяется, но делает это с определенной скоростью, которая растет с увеличением расстояния между объектами (в 2022 году астрономы установили, что Вселенная расширяется со скоростью почти 260 тысяч километров в час на каждый мегапарсек).
Теория Большого взрыва
Теория Большого взрыва утверждает, что около 13,8 миллиардов лет назад наша Вселенная началась из состояния крайне высокой плотности и температуры. С тех пор она расширяется, и это расширение продолжается по сей день. Но куда и как она расширяется?
Согласно современным представлениям, Вселенная не расширяется в какое-то внешнее пространство, а скорее растягивается изнутри. Это означает, что пространство само по себе становится больше, увеличивая расстояние между объектами. Таким образом, расширение Вселенной — не движение в классическом смысле, где объекты перемещаются из одной точки в другую, а процесс увеличения самого пространства между ними.
Многомерные теории и концепция мультивселенной
Согласно этой концепции, наша Вселенная может быть лишь одной из многих вселенных, которые вместе образуют некое огромное «суперпространство». Это«пространство» может включать в себя бесконечное множество вселенных, каждая из которых обладает своими физическими законами и константами.
Многомерные теории, такие как теория струн, предлагают еще одну интерпретацию. В рамках этих теорий существуют дополнительные измерения, которые обычно недоступны для нашего восприятия и которые могут включать в себя нашу Вселенную в качестве одной из «мембран» в более широкоразмерном пространстве. Если это так, то Вселенная расширяется в пределах своего четырехмерного пространства-времени, заключенного в некое многомерное пространство, которое мы не можем наблюдать напрямую.
Псевдопространство и гипотеза «ничего»
Существует гипотеза о том, что наша Вселенная расширяется «в никуда». Согласно этой гипотезе, расширение Вселенной не требует существования какого-либо внешнего пространства, поскольку сама концепция «внешнего пространства» применима только к нашему ограниченному человеческому восприятию. Пространство-время создается и расширяется одновременно с самой Вселенной. В этом смысле Вселенная не нуждается в каком-либо «контейнере» или «вместилище» — пространство существует лишь внутри самой Вселенной.
Этот подход особенно интересен с философской точки зрения, так как он поднимает вопросы о том, что значит существовать и как мы определяем границы бытия. Идея «ничего», из которого возникает нечто, бросает вызов традиционным представлениям и заставляет переосмыслить значение самого термина «пространство».
Понятие «метапространства» и гипотеза о квантовом вакууме
Существует также понятие метапространства или гиперпространства, которое может служить своеобразной «матрицей» Вселенной. В некоторых квантовых теориях рассматривается возможность существования сверхструктуры, в которой возникла наша Вселенная. Эта структура, согласно физическим моделям, может представлять собой квантовый вакуум, из которого и появляется наше пространство-время.
Квантовый вакуум не пустотой в классическом смысле, а скорее представляет собой динамическую структуру с энергией и потенциалом для создания частиц. Согласно этой гипотезе, наша Вселенная может быть одной из флуктуаций квантового вакуума, которая расширяется, образуя знакомую нам структуру.
Четырехмерная сфера и модель пространства «без края»
Еще одним возможным ответом на вопрос о «вместилище» для расширяющейся Вселенной может быть представление о Вселенной как о трехмерной «оболочке» в четырехмерном пространстве. Если представить, что наша Вселенная имеет форму четырехмерной сферы (гиперсферы), то у нее нет «края» или «предела» в классическом смысле, хотя и имеется конечный объем. Как поверхность шара не имеет конца, так и четырехмерная гиперсфера не требует существования внешнего пространства, в которое могла бы расширяться.
В этой модели расширение Вселенной — всего лишь увеличение радиуса четырехмерной сферы. Таким образом, наша Вселенная расширяется «в себе самой», не требуя какого-либо дополнительного пространства за ее пределами. Хотя это сложно представить интуитивно, подобная модель математически возможна и согласуется с некоторыми аспектами общей теории относительности.
Вопрос о том, что вмещает в себя расширяющуюся Вселенную, пока остается без однозначного ответа. Современная наука предлагает различные гипотезы — от идеи многомерных пространств и квантового вакуума до модели расширяющегося пространства-времени, не нуждающегося в «контейнере». Каждая из этих гипотез имеет свои плюсы и минусы, но пока ни одна из них не подтверждена окончательно.
Физики и космологи продолжают изучать пространство и время, пытаясь найти ответы на вопросы, которые стояли перед человечеством на протяжении веков. Быть может, однажды мы сможем заглянуть за пределы привычных измерений и обнаружить то, что позволит нам понять, куда расширяется наша Вселенная — или же мы придем к выводу, что само понятие «внешнего пространства» — иллюзия, порожденная нашим восприятием.
---------
Смотрите нас на youtube. Еще больше интересных постов на научные темы в нашем Telegram.
Заходите на наш сайт, там мы публикуем новости и лонгриды на научные темы. Следите за новостями из мира науки и технологий на странице издания в Google Новости
