Конец всего. 5 сценариев гибели Вселенной с точки зрения астрофизики - Кэти Мак

Ближе всего к этому «краю» мы можем подобраться, наблюдая космическое микроволновое фоновое излучение, пришедшее к нам практически от самого горизонта частиц. Мы также можем увидеть древние галактики, которые сейчас находятся на расстоянии более 30 миллиардов световых лет. Однако дошедший до нас свет этих галактик начал путешествовать по Вселенной задолго до того, как они удалились от нас на такие невероятные расстояния. В противном случае мы вообще не смогли бы их увидеть, поскольку свет, испускаемый ими сейчас[40], уже никогда не сможет нас достигнуть. Оказывается, что в равномерно расширяющейся Вселенной, где более отдаленные объекты удаляются быстрее расположенных вблизи, существует некий предел, за которым скорость удаления превышает скорость света, поэтому свет от удаляющегося объекта уже не может до нас добраться.

Здесь вы можете сказать: «Минуточку! Ничто не может путешествовать быстрее света!» Это справедливо, однако на самом деле никакого противоречия здесь нет. Хотя ничто не может двигаться сквозь пространство быстрее, чем свет, нет никакого правила, которое ограничивало бы скорость удаления друг от друга неподвижных объектов вследствие расширения самого пространства.

Галактики, которые в настоящее время удаляются от нас со скоростью, превышающей скорость света, находятся на удивление близко, учитывая то, насколько далеко мы можем заглянуть. Это расстояние ограничено так называемым радиусом Хаббла и составляет около 14 миллиардов световых лет. В главе 3 говорилось о том, что для описания расстояния до объектов можно использовать значение их красного смещения – величину, на которую их свет сместился в сторону красной (низкочастотной/длинноволновой) части спектра вследствие расширения Вселенной. Объект, находящийся на границе сферы Хаббла, будет иметь красное смещение около 1,5. Это означает, что с момента испускания света световая волна и пространство самой Вселенной растянулись в два с половиной раза[41]. Однако даже такие невообразимые расстояния незначительны по космологическим меркам. Мы наблюдали сверхновые со значением красного смещения около 4. Самые отдаленные из виденных нами галактик имеют значения красного смещения порядка 11, а красное смещение космического микроволнового фонового излучения составляет примерно 1100.

Так как же мы можем увидеть объекты, которые удаляются и фактически всегда удалялись от нас со сверхсветовой скоростью? Если объект движется со скоростью, превышающей скорость света, то излучаемый им световой луч не может достичь нас. Хитрость в том, что свет, который мы наблюдаем, покинул источник еще тогда, когда Вселенная была меньше, а расширение пространства фактически замедлялось. Поэтому луч света, который поначалу удалялся от нас за счет расширения пространства (хотя и был испущен в нашем направлении), в конце концов, «догнал» нас, когда расширение замедлилось, благодаря чему свету удалось достичь ближайшей к нам части Вселенной, где скорость удаления не превышает скорость света. То есть этот свет попал в нашу сферу Хаббла снаружи.

Представьте, что вы стоите в середине очень длинной беговой дорожки, которая движется быстрее, чем вы бежите. Даже если вы будете бежать на максимальной скорости, вы будете смещаться назад. Однако если вас не снесет слишком далеко и беговая дорожка достаточно замедлится, вы сможете избежать падения с заднего конца дорожки, наверстать упущенное и даже немного продвинуться вперед. Таким образом, если вы находитесь во Вселенной, процесс расширения которой замедляется, с течением времени вы сможете наблюдать все больше и больше удаленных объектов по мере того, как их свет будет наверстывать упущенное вследствие расширения пространства. «Безопасная зона», в которой скорость расширения пространства не превышает скорости света, ограниченная радиусом Хаббла, со временем увеличивается, захватывая объекты, ранее находившиеся за ее пределами. Можно сказать, что наши горизонты[42] расширяются.

Однако темная энергия все портит. Из-за нее процесс расширения пространства больше не замедляется, а наоборот, ускоряется на протяжении последних пяти миллиардов лет. И, несмотря на то что сфера Хаббла по-прежнему увеличивается, это происходит настолько медленно, что расширение пространства заставляет ранее видимые объекты покидать ее пределы. Мы можем увидеть чрезвычайно далекие объекты, свет которых сумел проникнуть в сферу Хаббла до начала ускорения, но объекты, чей свет находится за пределами безопасной зоны в настоящий момент, навсегда останутся невидимыми. (Подробнее об этом чуть позже.)

Однако даже без сложностей, связанных с темной энергией, концепция расширяющейся Вселенной с трудом укладывается в голове.

Тот факт, что Вселенная расширяется, означает, что в прошлом она была меньше: хорошо.

Тот факт, что в прошлом она была меньше, говорит о том, что объекты, в настоящее время находящиеся далеко, в прошлом находились ближе: допустим.

Это, в свою очередь, означает, что одна из далеких видимых в настоящее время галактик миллиарды лет назад находилась поблизости: ладно.

И давным-давно эта галактика испустила луч света, который поначалу удалялся от нас, хотя и был направлен в нашу сторону, но потом как бы остановился, развернулся и достиг нас только сейчас: ну, с определенной точки зрения, это имеет смысл.

ОДНАКО НА ЭТОМ СТРАННОСТИ НЕ ЗАКАНЧИВАЮТСЯ.

Прошу прощения за крик. Я действительно кричу и совершенно не собираюсь ничего приукрашивать. Вселенная – очень странная штука, и во многом ее странность обусловлена этой историей с радиусом Хаббла, с которым связаны очень необычные явления. И сейчас я расскажу вам об одной из самых потрясающих космологических странностей, о которых мне известно. Вы ведь знаете, что вдали объекты кажутся более компактными, чем вблизи? Это абсолютно нормально. Чем дальше находится объект, тем меньше его видимый размер. С самолета люди кажутся крошечными. Отдаленные здания можно закрыть большим пальцем. Все это знают.

В случае Вселенной все не так однозначно.