Где находится край Вселенной?

Насколько мы можем судить, у Вселенной нет края. Пространство бесконечно простирается во всех направлениях. Более того, галактики заполняют все пространство на протяжении всей бесконечной вселенной. К такому выводу можно прийти, логически объединив два наблюдения.

Во-первых, та часть Вселенной, которую мы можем видеть, является однородной и плоской в космическом масштабе. Однородность Вселенной означает, что группы галактик распределены более или менее равномерно в космическом масштабе. Плоскостность Вселенной означает, что геометрия пространства-времени не искривлена в космическом масштабе. Это означает, что вселенная не оборачивается вокруг себя и не соединяется с собой, как поверхность сферы, что привело бы к конечной Вселенной.

Плоскостность Вселенной на самом деле является результатом однородности Вселенной, поскольку сосредоточенные скопления массы приводят к искривлению пространства-времени. Спутники, планеты, звезды и галактики являются примерами концентрированных скоплений массы, и поэтому они действительно деформируют пространство-время в области вокруг них.

Однако эти объекты настолько малы по сравнению с космическим масштабом, что искривление пространства-времени, которое они вызывают, ничтожно мало в космическом масштабе. Если вы усредните все спутники, планеты, звезды и галактики во Вселенной, чтобы получить крупномасштабное выражение для распределения массы Вселенной, вы обнаружите, что оно постоянно.

Второе наблюдение состоит в том, что наш уголок вселенной не является особенным или каким-то другим. Поскольку та часть вселенной, которую мы можем видеть, плоская и однородная, и поскольку наш уголок вселенной не является особенным, все части вселенной должны быть плоскими и однородными.

Единственный способ для вселенной быть плоской и однородной буквально везде — это чтобы вселенная была бесконечной и не имела края. Этот вывод трудно понять нашим человеческим умам, но это самый логичный вывод, учитывая научные наблюдения. Если бы вы вечно летели на космическом корабле по прямой линии через пространство, вы никогда не достигли бы стены, границы, края или даже области вселенной без групп галактик.

Но как вселенная может не иметь края, если она была создана в результате Большого взрыва? Если вселенная начиналась как конечная по размеру, разве она все еще не должна быть конечной и край вселенной где-то должен быть?

Ответ заключается в том, что Вселенная изначально не была конечной по размеру. Большой взрыв не был похож на бомбу, лежащую на столе, взрывающуюся и расширяющуюся, чтобы заполнить комнату обломками. Большой взрыв произошел не в какой-то одной точке Вселенной. Это произошло одновременно во всей вселенной. По этой причине остаток Большого взрыва, космическое микроволновое фоновое излучение, существует повсюду в космосе.

Даже сегодня мы можем заглянуть в любой уголок Вселенной и увидеть космическое микроволновое фоновое излучение. Взрывное расширение Вселенной не было случаем расширения физического объекта в пространство. Скорее, это был случай расширения самого пространства. Вселенная начиналась как бесконечно большой объект и превратилась в еще больший бесконечно большой объект. Хотя людям трудно понять бесконечность, это вполне обоснованная математическая и научная концепция. Действительно, это совершенно разумная концепция в науке, когда сущность с бесконечным размером увеличивается в размерах.

Обратите внимание, что люди могут видеть только часть всей вселенной. Мы называем эту часть «наблюдаемой вселенной». Поскольку свет движется с конечной скоростью, ему требуется определенное количество времени, чтобы пройти определенное расстояние.

Многие точки во Вселенной просто находятся так далеко, что свету из этих точек еще не хватило времени с начала Вселенной, чтобы достичь Земли. А поскольку свет движется с максимально возможной скоростью, это означает, что ни один тип информации или сигнала не успел достичь земли из этих отдаленных точек. В настоящее время такие места находятся принципиально за пределами нашей сферы наблюдения, то есть за пределами нашей наблюдаемой вселенной.

Каждое место во Вселенной имеет свою собственную сферу наблюдения, за пределами которой ничего нельзя увидеть. Поскольку наша наблюдаемая вселенная не бесконечна, у нее есть край. Это не означает, что на краю нашей наблюдаемой вселенной существует стена энергии или гигантская пропасть. Край вселенной просто отмечает разделительную линию между местами, которые земляне в настоящее время могут видеть, и местами, которые мы в настоящее время видеть не можем. И хотя наша наблюдаемая вселенная имеет край, вселенная в целом бесконечна и не имеет края.

С течением времени свет достигает нас от все большего количества точек в пространстве. Поэтому наша наблюдаемая Вселенная постоянно увеличивается в размерах. Поэтому вы можете подумать, что по прошествии вечности вся вселенная будет видна людям. Однако есть осложнение, которое мешает этому.

Сама вселенная все еще расширяется. Хотя нынешнее расширение Вселенной не так быстро, как во время Большого взрыва, оно столь же реально и важно. В результате расширения Вселенной все группы галактик постоянно удаляются друг от друга. Многие галактики находятся так далеко от земли, что расширение Вселенной заставляет их удаляться от земли со скоростью, превышающей скорость света.

Хотя специальная теория относительности не позволяет двум локальным объектам когда-либо перемещаться быстрее скорости света относительно друг друга, она не мешает двум удаленным объектам удаляться друг от друга быстрее скорости света в результате расширения Вселенной. Поскольку эти далекие галактики удаляются от земли со скоростью, превышающей скорость света, свет от этих галактик никогда не достигнет нас, как бы долго мы ни ждали.

Поэтому эти галактики всегда будут находиться за пределами нашей наблюдаемой вселенной. Другой способ сказать это состоит в том, что, хотя размер наблюдаемой вселенной увеличивается, размер реальной вселенной также увеличивается. Край наблюдаемой вселенной не может идти в ногу с расширением вселенной, так что многие галактики вечно находятся за пределами нашего наблюдения. Несмотря на это ограничение наблюдательных способностей, сама вселенная все еще не имеет края.