Вселенная бесконечна?
Бип-бип, «Вояджер-1» на связи! Летал тут к Великой стене Геркулеса, чтобы посмотреть на марафон комет. Потрясающее зрелище: ледяные метеориты путешествуют вдоль стены уже 29 миллиардов лет, но еще даже не подошли к половине пути — конца и края не видно. И мне вот стало интересно: раз уж я тоже не смог разглядеть, где кончается Великая стена, то какого тогда размера вся наша Вселенная?
Где границы обозрения?
Сегодня многие ученые разделяют и строят свои теории в рамках космологической модели ΛCDM, в которой Λ — космологическая постоянная, описывающая поведение вакуума, а CDM — аббревиатура для «холодной темной материи». При этом модель ΛCDM утверждает, что Вселенная расширяется со скоростью, задаваемой параметром Хаббла. Сам параметр показывает зависимость скорости удаления объектов от расстояния между ними: чем дальше галактика, тем быстрее она от нас удаляется.
При этом постоянная Хаббла — это не совсем типичная константа, как, например, число Эйлера. Ее значение меняется на протяжении всей истории Вселенной, поэтому в научной практике под ней обычно понимают текущее значение скорости расширения. Постоянная Хаббла, в частности, помогает восстановить эволюцию Вселенной и оценить ее возраст. Так, согласно современным данным, Большой взрыв и расширение космического пространства началось 13,8 миллиарда лет назад.
Кажется логичным предположить, что тогда с Земли можно увидеть сферу радиусом 13,8 миллиарда световых лет — весь тот свет, который дошел до нас с момента Большого взрыва. Однако это не совсем так: расстояние до объектов меняется во время движения их света к нам. Так что наблюдаемая Вселенная оказывается значительно больше, чем произведение возраста на скорость света. В результате космические объекты, свет от которых начал путь 13,8 миллиарда лет назад, сейчас из-за расширения пространства удалены примерно на 46 миллиардов световых лет — это и есть радиус наблюдаемой Вселенной в настоящее время. При этом в будущем все больше галактик, которые ныне находятся за ее пределами, появятся в телескопах, поскольку свет от них еще не успел попросту до нас дойти.
Какой формы Вселенная?
За границами наблюдаемой Вселенной становится сложно описать, где находятся и существуют ли внешние пределы космического пространства. Более того, ученые до сих пор обсуждают геометрию всей Вселенной: ее форму нельзя напрямую измерить по аналогии с планетами или звездами.
В современной космологии считается, что геометрия Вселенной определяется средней плотностью вещества и энергии относительно критической плотности — значения, при котором расширение пространства со временем замедлилось бы до нуля в бесконечном будущем.
Если средняя плотность выше критической, пространство обладает положительной кривизной и описывается как замкнутое, то есть сферическое. Если плотность ниже критической, то представляется отрицательной кривизной, а геометрия — гиперболой, напоминающей форму седла. При этом, балансируя между высокой и низкой плотностью, пространство остается плоским и имеет нулевую кривизну.
Так, благодаря данным космического аппарата WMAP, который изучает реликтовое излучение, установили, что значения плотности наблюдаемой нами Вселенной близки к критическим, то есть она принимает плоскую форму. Однако делать на этом выводы относительно кривизны всего космического пространства не получится.
Что за пределами?
За границами наблюдаемой Вселенной начинается область, о которой мы не можем получать информацию, по крайней мере в рамках стандартной космологии. Конечно, телескопы не упираются в физическую «кирпичную стену», однако любые сигналы оттуда просто не успели дойти до нас из-за расширения Вселенной.
При этом наиболее распространенное предположение в рамках ΛCDM довольно простое: на больших масштабах за пределами наблюдаемой области Вселенная выглядит в среднем так же, как и внутри нее — с тем же распределением галактик, пустот и скоплений. Это следствие того, что в больших масштабах Вселенная однородна и изотропна.
Фото на обложке: unsplash.com
