Исследователи океана поняли, что мир не заканчивается на горизонте. Они открыли новые континенты, которые не были видны из точки их отправления.
Точно так же мы не ожидаем, что наша Вселенная заканчивается на космическом горизонте, наблюдаемом нашими телескопами. Должны существовать галактики, похожие на Млечный Путь, за пределами нашего текущего космического горизонта, которые мы не можем увидеть, потому что свет, излучаемый ими, требует больше времени, чтобы достичь нас, чем 13,8 миллиардов лет, прошедших с момента Большого взрыва. Существует ли способ узнать, что находится за пределами нашего космического горизонта света?
Доказательства на сверхгоризонтальных масштабах земного океана были предоставлены обломками, переносимыми океанскими течениями, задолго до того, как исследователи решились отправиться в неизвестность. Существует ли космический аналог этому? Например, если за пределами нашего космического горизонта есть «обрыв», тогда гравитационный прилив, который он вызывает, мог оставить заметный след в той области, которую мы наблюдаем.
В 1978 году Леонид Грищук и Яков Зельдович опубликовали статью, в которой показали, что анизотропии реликтового излучения, оставшиеся после Большого взрыва, накладывают строгие ограничения на однородность и изотропность Вселенной на масштабах, значительно превышающих космический горизонт. Современные измерения этих анизотропий реликтового излучения исключают существование «обрыва», связанного с большой вариацией средней космической плотности, на расстояниях, по крайней мере, в 4000 раз дальше от нас, чем космический горизонт. Это означает, что за пределами наблюдаемой нами области находится по меньшей мере 64 миллиарда (4000 в кубе) галактик, помимо триллионов галактик, видимых в самых глубоких снимках телескопа Джеймса Уэбба.
Можно было бы наивно предположить, что если мы подождем некоторое время, мы сможем увидеть за пределами текущего горизонта, поскольку свет, излучаемый галактиками за горизонтом, успеет достигнуть нас. К сожалению, это не так, потому что космическое расширение в настоящее время ускоряется. Сейчас космическое вещество и излучение настолько разрежены, что их плотность энергии упала ниже плотности энергии вакуума. Согласно теории общей относительности Альберта Эйнштейна, постоянная плотность вакуума — известная как «космологическая постоянная» — создает отталкивающую гравитационную силу, которая отдаляет галактики друг от друга с нарастающей скоростью.
В результате источники света за нашим горизонтом удаляются от нас быстрее, чем скорость света. Иными словами, расстояние между нами и этими объектами увеличивается со скоростью, которую свет не может преодолеть. Так как ничто не может двигаться быстрее света, это означает, что никакие «корабли» не смогут преодолеть наш космический горизонт. Как это можно понять?
Представьте себе божьих коровок, идущих по поверхности расширяющегося шара. Если шар расширяется быстрее, чем скорость движения божьих коровок, они никогда не смогут посетить новые области поверхности шара. Таким образом, их горизонт никогда не расширится. Божьи коровки в этой метафоре аналогичны фотонам, частицам света, а расширяющийся шар — аналогичен расширяющемуся пространству. В теории гравитации Эйнштейна ткань пространства может расширяться быстрее скорости света, хотя частицы не могут двигаться локально быстрее света.
В 2001 году я написал статью под названием «Долгосрочное будущее внегалактической астрономии», в которой показал, что мы никогда не увидим свет от галактик, которые сейчас нам не видны. Более того, если бы у нас была общая учетная запись в Instagram с друзьями из дальних галактик, мы бы перестали получать от них обновления, когда их скорость удаления достигнет скорости света, что подразумевает, что с этого момента они будут уходить от нас быстрее, чем свет, и выйдут за пределы нашего горизонта.
Ситуация аналогична друзьям, которые занимаются теорией струн и решают проверить теорию, смело устремившись внутрь горизонта черной дыры. Мы потеряли бы связь с этими друзьями после их пересечения горизонта черной дыры, откуда невозможно отправить сигнал. Приближаясь к горизонту, их изображение будет замедляться и исчезать, как ковбои, уезжающие за горизонт в конце вестерна. Пересечение космического горизонта в ускоряющейся Вселенной выглядит точно так же.
Если ускоренное расширение Вселенной продолжится и она станет в 10 раз старше, тогда все галактики за пределами нашей собственной исчезнут за нашим горизонтом, как я показал в статье 2002 года с моим бывшим постдоком Кеном Нагамином. К тому времени Млечный Путь и его «сестра», галактика Андромеда, уже объединятся, как описано в статье 2008 года, написанной с моим бывшим постдоком Т. Дж. Коксом. Хотя Солнце погаснет, большинство звезд — таких, как ближайшая, Проксима Центавра — все еще будут сжигать свой ядерный топливный запас. Будущие поколения астрономов смогут продолжать наблюдать космическое расширение, живя на обитаемых планетах вокруг карликовых звезд, таких как Проксима Центавра.
В это время реликтовое излучение ослабнет до недетектируемого уровня, и расширение Хаббла станет необозримым из-за отсутствия видимых галактик за пределами нашей. Однако в статье 2011 года я показал, что карликовые звезды, выброшенные из Млечного Пути, могут служить «фонарями», уносимыми космическим расширением, что позволит будущим наблюдателям отслеживать динамику космоса. Таким образом, у космологии есть будущее даже в темноте, которая нас ждет. В конце туннеля все же останется немного света.
Если вам нравится читать статьи на нашем канале и вы хотите помочь в его развитии, вы можете поддержать канал донатом: