Неизбежная пропасть: каждый год мы теряем еще одну часть Вселенной

Каждый год во внешних пределах известной нам Вселенной исчезают целые галактики вместе со всеми звездами и планетными системами, которые они могут содержать, и уходящий год не стал исключением.

Конечно, эти объекты не просто испаряются. Непреодолимая сила выталкивает их из известной вселенной, помещая в таинственное пространство, которое называется «Ненаблюдаемая Вселенная».

Вековой вопрос

В течение многих лет люди задавались вопросом о размере и возрасте Вселенной. Космос продолжается вечно, или у него есть какой-то край? Всегда ли Вселенная существовала или какое-то событие стало причиной ее возникновения?

В 1687 году Исаак Ньютон предложил новый способ понимания космоса в своей книге «Принципы», в которой был изложен революционный универсальный закон гравитации.

В своей самой основной формулировке закон объяснил, что каждая масса во Вселенной притягивается к любой другой массе во Вселенной. Хотя идея кажется достаточно простой, в то время последствия были ошеломляющими.

Работа Ньютона показала, что, если бы наша Вселенная была конечной, силы притяжения всех объектов в космосе должны были бы привести к тому, что все разрушится само по себе. Поскольку этого не произошло, логически это означало, что Вселенная должна быть бесконечной.

Но из-за фотометрического парадокса, известного как парадокс Ольберса, ученые знали, что не все так просто.  Сформулированный Вильгельмом Ольберсом в начале 19-го века, этот парадокс утверждает, что темнота, обнаруженная в ночном небе, противоречит выводу о том, что космос бесконечен, а яркость неба (в том числе ночного) должна быть примерно равна яркости солнечного диска.

Мы знаем, что видимый размер звезды уменьшается с увеличением расстояния до нее. Но даже если отдаленные звезды меньше и тусклее, мы бы увидели их больше — в бесконечном небе без ограничений мы все равно не должны видеть ничего, кроме звездного света.

Таким образом, идеи Ньютона и Ольберса не могли быть согласованы. Но в 1913 году американский астроном Весто Слайфер проанализировал спектральные линии далеких галактик и обнаружил, что излучаемый ими свет сместился к красному концу светового спектра — и все стало меняться.

Слайфер воспринял это красное смещение как свидетельство того, что галактики удаляются от нас, так как свет простирается к красному концу спектра, когда объекты отдаляются.

Опираясь на работу Слайфера, Эдвин Хаббл измерил красные смещения галактик, а затем сравнил их с их относительным расстоянием, и сделал монументальное открытие: Вселенная расширяется.

Зная это, можно сделать вывод, что Вселенная должна была быть меньше в прошлом, и впоследствии, если  зайти достаточно далеко назад во времени, вся Вселенная была бы объединена в одну точку сингулярности. Эта точка стала началом Вселенной после Большого Взрыва.

Используя различные модели и оценки скорости расширения, такие как постоянная Хаббла, ученые оценили возраст Вселенной. Сегодня эта цифра составляет 13,799 миллиарда лет. Итак, спустя почти 9 000 лет после того, как начали формироваться первые цивилизации, мы наконец-то хорошо понимаем возраст Вселенной. К сожалению, это расширение означает, что мы продолжаем терять ее.

Наблюдаемая Вселенная содержит около 2 триллионов галактик и в целом около 10²⁴ звезд – больше звезд (и планет земного типа), чем все количество песчинок на планете Земля. По оценкам, общее количество атомов водорода составляет около 10⁸⁰, что также известно как число Эддингтона.

Расширяющиеся горизонты

В последние десятилетия 20-го века две группы ученых решили измерить космическое замедление (насколько замедляется расширение Вселенной).

Для своей работы они искали сверхновые типа 1а, измеряли расстояния и вычисляли скорость, с которой они удаляются от нас. Примечательно, но было обнаружено, что, вопреки предположениям, расширение не замедляется.

Скорее, самые отдаленные галактики, кажется, удаляются от нас все быстрее и быстрее, поскольку их расстояние от Земли все больше увеличивается. Это привело к еще одному неопровержимому выводу: расширение Вселенной ускоряется.

Примечательно, что края Вселенной не разлетаются друг от друга. Каждая часть пространства растягивается. В то время как свет и материя имеют максимальную скорость, сама ткань пространства-времени ее не имеет. Объемы Вселенной могут расширяться быстрее, чем перемещается сам свет; предметы, самые отдаленные от нас, удаляются от нас быстрее, так как между нами больше пространства, которое растягивается.

Новые расчеты, в которых учитывается ускоренное расширение Вселенной, впоследствии позволили определить, что наблюдаемая Вселенная на самом деле имеет радиус не менее 46 миллиардов световых лет.

Фраза «наблюдаемая Вселенная» здесь очень важна, так как наблюдаемая Вселенная является лишь частью всей Вселенной. И вот тут появляется ненаблюдаемая Вселенная.

Темный космос

Наблюдаемая Вселенная — это сферическая область, которая охватывает все, что в настоящее время может быть обнаружено с Земли. Говорят, что все, что существует за пределами обнаружения, находится в ненаблюдаемой Вселенной — ее свет еще не прибыл на Землю из-за огромного расстояния, которое ему необходимо преодолеть.

Поскольку свет имеет максимальную скорость в природе, свет от объектов, находящихся на достаточном расстоянии, теоретически все еще может быть в пути, и его еще предстоит увидеть.

Логично предположить, что если бы расширение Вселенной не ускорялось, и если бы у нас было достаточно времени, мы в конечном итоге смогли бы увидеть все в космосе. Но это не так.

Из-за ускоренного расширения области пространства, достаточно отдаленные от Земли, улетают от нас быстрее скорости света. Это не звучит слишком тревожно, пока вы не остановитесь и не поймете, что свет из этих областей космоса вообще никогда не сможет достичь нас.

В настоящий момент, если фотон покинет нашу планету и полетит в космос, он никогда не сможет достичь какой-либо области пространства, которая находится на расстоянии более 15 миллиардов световых лет, поскольку пространство за этой точкой расширяется быстрее, чем скорость света.

В конечном итоге это означает, что даже если бы мы полетели сегодня и путешествовали бы со скоростью света, мы бы смогли достичь только 3 процентов от общего числа галактик в нашей наблюдаемой Вселенной. Остальные 97 процентов навсегда окажутся за пределами нашей досягаемости.

И поскольку расширение Вселенной непрерывно ускоряется, с каждым годом все больше и больше областей пространства выходят за пределы нашего космического горизонта и входят в ненаблюдаемую Вселенную.

Следует отметить, что такое расширение имеет довольно мрачные последствия для окончательной судьбы Вселенной. Предполагая, что расширение продолжается бесконечно, горизонт видимой Вселенной будет постепенно уменьшаться.

И со временем все галактики, которые не связаны с нами гравитационным способом — небольшая группа из примерно 70 галактик — исчезнут в черной пропасти ненаблюдаемой Вселенной. Мы ничего не можем с этим поделать.

Предыдущая версия этой статьи была опубликована в декабре 2019 года.