Куда расширяется Вселенная? Главный вопрос, который ломает мозг даже физикам
Представь, что ты сидишь в комнате и видишь, как стены медленно разъезжаются в стороны. Пол уходит из-под ног, потолок поднимается. Ты спрашиваешь: «Куда расширяется моя комната?» И тут выясняется, что за стенами — ничего. Вообще ничего. Ни улицы, ни соседей, ни пустоты. Просто полное отсутствие чего бы то ни было, включая само понятие «где-то».
Примерно так же выглядит вопрос о расширении Вселенной. Только масштаб — вся реальность целиком.
Как мы вообще об этом узнали
Долгое время человечество считало, что Вселенная статична. Звезды висят на небе, планеты кружатся, но в целом всё неподвижно. Даже Эйнштейн, создавая общую теорию относительности, был настолько уверен в стационарности мира, что ввел в уравнения специальную поправку — космологическую постоянную, чтобы они не предсказывали расширение .
И тут пришел Эдвин Хаббл.
В 1929 году, наблюдая за далекими галактиками, он обнаружил странность: свет от них смещен в красную сторону спектра. Эффект Доплера подсказывал — источники света удаляются от нас. Причем чем дальше галактика, тем быстрее она улетает. Зависимость оказалась линейной: v = H × R, где v — скорость удаления, R — расстояние, а H — постоянная Хаббла .
Сегодня, по данным телескопа Planck, эта постоянная равна примерно 67–68 километров в секунду на мегапарсек . Простыми словами: галактика на расстоянии 3,26 миллиона световых лет уносится от нас со скоростью почти 70 км/с. А если она в 10 раз дальше — скорость в 10 раз выше.
Но это не разбегание в привычном смысле
Здесь кроется главный подвох. Галактики не летят сквозь пространство, как пули. Они стоят на месте. Пространство между ними растягивается.
Самый популярный пример — воздушный шарик. Нарисуй на нем точки — это будут галактики. Теперь надувай шарик. Точки будут удаляться друг от друга, хотя каждая остаётся на своём месте на поверхности. Центра расширения на самой поверхности нет — он находится внутри, в другом измерении .
Другая аналогия — пирог с изюмом. Изюминки — галактики, тесто — пространство. Когда тесто поднимается, изюминки расходятся, оставаясь на месте в самом тесте .
И вот тут возникает самый трудный для восприятия момент: у этого «теста» нет границ. Оно не расширяется в какую-то внешнюю пустоту. Потому что пустоты снаружи просто не существует.
Так куда же?
Согласно общей теории относительности, пространство и время не существуют отдельно от Вселенной. Они — её неотъемлемые свойства. Когда мы говорим «Вселенная расширяется», мы имеем в виду, что расширяется сама ткань пространства-времени .
Нет никакого «вне». Вне Вселенной нет даже понятий «там» и «тогда». Это как спросить, что находится севернее Северного полюса. Вопрос теряет смысл — севернее просто не бывает.
Физики объясняют: Большой взрыв произошел не в какой-то точке пространства. Он произошел везде одновременно. В каждой точке, где сейчас находится любая галактика, когда-то была та самая сингулярность. Пространство рождалось сразу во всем своем объеме и с тех пор растягивается .
Но если нет границы, можно ли упасть с края?
Мы не можем достичь края Вселенной по другой причине. У неё нет физической границы, за которой кончается реальность. Но есть горизонт — предел того, что мы можем увидеть.
Свет от самых далеких объектов шел к нам 13,8 миллиарда лет. За это время Вселенная расширилась настолько, что те объекты сейчас находятся в 45 миллиардах световых лет от нас . Это и есть граница наблюдаемой Вселенной.
То, что за ней, мы не увидим никогда. Не потому, что телескопы слабы, а потому что оттуда к нам просто не может прийти свет — пространство расширяется быстрее скорости света. И это не нарушает теорию относительности: двигаться сквозь пространство быстрее света нельзя, но само пространство может растягиваться с любой скоростью .
А есть ли центр?
Если бы Большой взрыв был взрывом в обычном смысле, центр должен существовать. Но взрыв самого пространства центра не имеет. Наблюдатель в любой галактике видит одинаковую картину: все остальные галактики от него удаляются. Каждый может считать себя центром, и каждый будет прав в своей системе отсчета .
Это свойство называется космологическим принципом: Вселенная однородна и изотропна. В ней нет выделенных точек и направлений .
Что движет расширением
Долгое время считалось, что гравитация должна тормозить разбегание галактик. В конце концов, всё, что имеет массу, притягивается. Логично предположить, что рано или поздно расширение сменится сжатием, и Вселенная схлопнется в Большом хлопке.
Но в конце 1990-х астрономы, наблюдая за сверхновыми типа Ia, обнаружили нечто, перевернувшее космологию. Сверхновые на огромных расстояниях оказались тусклее, чем предсказывала модель замедляющегося расширения. Это значило, что они дальше, чем должны быть. Расширение не замедляется — оно ускоряется .
За это открытие Сол Перлмуттер, Брайан Шмидт и Адам Рисс получили Нобелевскую премию 2011 года. А причина ускорения получила название «темная энергия».
Что это такое — никто не знает. Это нечто с отрицательным давлением, которое «расталкивает» пространство. На его долю приходится около 68% всей массы-энергии Вселенной. Ещё 27% — темная материя, которую мы тоже не видим, но чувствуем по гравитации. И лишь жалкие 5% — всё то, из чего состоят звезды, планеты, газ и мы с вами .
Что дальше?
Дальнейшая судьба Вселенной зависит от свойств темной энергии. Если она останется постоянной — нас ждет вечное ускоренное расширение. Галактики будут уходить за горизонт одна за другой. Через триллионы лет наши потомки (если будут) увидят лишь пустое небо — все звезды, кроме ближайших, исчезнут .
Если темная энергия усилится — возможен «Большой разрыв». Расширение станет настолько быстрым, что разорвет сначала галактики, потом звезды, потом планеты, потом атомы. Пространство будет рождаться быстрее, чем успеют действовать силы, удерживающие материю.
Если же темная энергия со временем ослабнет или сменит знак, гравитация возьмет верх, и Вселенная начнет сжиматься обратно в точку .
Последние расчеты, опубликованные в 2025 году, дают Вселенной около 33 миллиардов лет жизни. Из них 13,8 уже прожито. Расширение будет продолжаться еще примерно 11 миллиардов лет, затем начнется сжатие, которое завершится Большим сжатием через 8 миллиардов лет после этого .
Но есть и гипотезы посмелее
Некоторые физики, пытаясь примирить квантовую механику с теорией относительности, приходят к модели мультивселенной. Согласно ей, наша Вселенная — лишь один из бесчисленных «пузырей» в бесконечно расширяющемся гиперпространстве. Эти пузыри-вселенные могут сталкиваться, порождая новые. И даже есть гипотеза, что характерный рисунок реликтового излучения — след такого столкновения в далеком прошлом .
Правда, проверить это пока невозможно. Соседние вселенные, если они существуют, находятся за пределами нашей причинно-связанной области, и никакой сигнал оттуда никогда к нам не придет.
Так что же ответить ребенку, который спросит «Куда расширяется Вселенная?»
Лучший ответ, который придумали физики: «Никуда. Она расширяется сама в себя». Или, как сказал один космолог, «Вселенная не расширяется во что-то. Она просто становится больше».
Это трудно принять, потому что наш мозг эволюционировал в мире, где у всего есть границы и всё находится внутри чего-то большего. Но на уровне фундаментальной реальности эти интуиции перестают работать.
Пространство не обязано иметь внешнюю сторону, как и время не обязано иметь начало. Мы — часть этого пространства. Мы не можем выйти за его пределы и посмотреть со стороны, потому что «снаружи» нет даже места, куда можно было бы выйти.
И в этом, пожалуй, главное величие вопроса. Он показывает, как далеко может зайти человеческая мысль, пытаясь осмыслить то, для осмысления чего у нас нет даже подходящих слов.
Канал Техносфера всегда рад вам рассказать об интересным. Поддержите нас своим вниманием и подпиской. Донаты на поддержку развития канала приветствуются.