Маркус дю Сотой - О том, чего мы не можем знать. Путешествие к рубежам знаний

Когда эти первые фотоны, которые мы видим сегодня в реликтовом излучении, начинали свое путешествие, они находились всего в 42 миллионах световых лет от Земли. К настоящему времени расстояние между такой исходной точкой и Землей растянулось, по существующим оценкам, до 45,7 миллиарда световых лет. Это и есть край нашей видимой Вселенной, «космический горизонт» видимости. Но свет – это еще не все.

Хотя свет не мог пробраться сквозь космическую плазму, существовавшую во Вселенной в течение 378 000 лет после Большого взрыва, это могли сделать нейтрино. Эти частицы, по-видимому, не может остановить ничто (ну, или почти ничто – время от времени они сталкиваются с другими объектами, что и позволяет нам обнаружить их существование). Каждую секунду сквозь ваше тело пролетают триллионы никем не замеченных нейтрино. Поэтому, возможно, мы могли бы «заглянуть» чуть дальше в пространство, если бы смогли детектировать нейтрино, разделившиеся через две секунды после Большого взрыва. Может быть, мы смогли бы выделить космический нейтринный фон, хотя обнаружить его, по-видимому, очень трудно.

Как бы то ни было, Землю окружает сфера, представляющая тот горизонт, заглянуть за который нам не позволят даже самые совершенные и хитроумные телескопы, потому что свет и нейтрино – да и любая информация – из-за него еще не успели до нас дойти.

Этот космический горизонт расширяется с течением времени, позволяя нам смотреть все дальше и дальше в космос. Однако сделанное в 1998 г. открытие выявило тот тревожный факт, что на самом деле наши космические горизонты не расширяются все далее в пространство, а сжимаются. Хотя радиус космического горизонта растет с постоянной скоростью, материя космоса не просто расширяется, но, по-видимому, расширяется с возрастающей скоростью. И это расширение выталкивает объекты за пределы нашего горизонта, самым разрушительным образом влияя на объем того, что смогут знать будущие поколения.

Некоторые звезды заканчивают свое существование катастрофическим взрывом, который называют сверхновой. Светимость такого события так высока, что сверхновые можно видеть с огромного расстояния. Все взрывающиеся сверхновые класса Ia имеют одинаковую яркость независимо от того, в какой точке Вселенной они находятся. Сравнив это значение с их видимой яркостью, мы можем определить, на каком расстоянии от нас расположена такая сверхновая.

Если Вселенная расширяется с постоянной скоростью, то, зная расстояние от сверхновой до Земли, можно предсказать ожидаемую величину красного смещения с учетом такого постоянного расширения. Но, когда такое теоретическое красное смещение сравнили со значениями, измеренными для удаленных сверхновых, астрономы были поражены. Значения красного смещения не совпадали. При постоянной скорости расширения Вселенной красное смещение должно было быть гораздо большим. Скорость изменения красного смещения далеких галактик, свет которых позволяет нам заглянуть в прошлое, оказалась меньшей, чем та же скорость, измеренная для более близких галактик. Единственное возможное объяснение состоит в том, что расширение пространства было значительно более медленным в ранней Вселенной, а потом начало ускоряться, разрывая космос на части.

Судя по всему, около 7 миллиардов лет назад случилось нечто драматическое. Вплоть до этого момента расширение, по-видимому, замедлялось, как и следовало ожидать, с учетом тормозящего эффекта гравитационного воздействия содержащейся во Вселенной материи. Но затем, примерно в середине прошедшего на данный момент периода существования Вселенной, характер расширения изменился, и его скорость начала возрастать, как будто кто-то резко нажал на педаль газа. Ученые называют топливо, питающее это ускорение, темной энергией.

Насколько мы можем судить, в течение первой половины периода существования Вселенной плотность материи была достаточной для создания замедляющего гравитационного притяжения. Однако по мере расширения Вселенной эта плотность уменьшилась до такого уровня, на котором смогла вступить в игру скрытая до тех пор темная энергия. Считается, что плотность темной энергии не уменьшается с расширением. Согласно этой точке зрения, она является свойством самого пространства.

Если такое ускорение продолжится, это может иметь самые удивительные последствия. Сфера, заключающая в себе видимую Вселенную, увеличивается с течением времени, в результате чего мы должны видеть все большую и большую часть пространства. К сожалению, само это пространство расширяется так быстро, что звезды, находившиеся раньше внутри сферы видимой Вселенной, оказываются вытолкнуты за край этой сферы. Так что в будущем все галактики кроме нашей собственной должны исчезнуть из виду и навечно остаться за пределами сферы нашей видимой Вселенной. Хотя эта сфера и расширяется, скорость ее расширения никогда не будет достаточной, чтобы догнать галактики, уносимые от нас ускоряющимся расширением пространства.

Представим себе, что развитие жизни заняло больше времени и люди начали заниматься астрономией лишь после того, как все интересные объекты уже были вытеснены за горизонт. Наше представление об эволюции Вселенной было бы совершенно иным. Она выглядела бы как та статичная Вселенная, которую мы представляли себе до того, как наши телескопы смогли разглядеть другие галактики. Поэтому то, что мы можем знать, зависит от времени появления человека во Вселенной. Наши занятия астрономией стали возможны потому, что мы живем в особое время.

Астрономы отдаленного будущего не будут забираться на высокие горы и смотреть в телескопы, подобные тому, что стоит в обсерватории «Сфинкс». Вместо этого им придется обращаться к книгам и журналам, хранящим данные, собранные предыдущими поколениями астрономов прежде, чем то, что они наблюдали, было вытолкнуто за наши космические горизонты. Может быть, астрономия будущего будет лучше подходить подобным мне жителям долины Темзы, которые предпочитают высокогорным обсерваториям низинные библиотеки.

Стоит отметить, что звезд нашей Галактики мы не лишимся. Нашу Галактику скрепляет локальное гравитационное притяжение, воздействующее на близлежащие звезды. Расширения пространства недостаточно, чтобы растащить эти звезды в разные стороны, но оно заставляет задуматься о том, что уже успело исчезнуть из нашего поля зрения, которое могло бы быть совершенно иным.

Когда вы едете в автомобиле и хотите увеличить скорость, вы нажимаете на педаль газа: при сгорании топлива выделяется необходимая для ускорения энергия. Откуда же берется топливо, или энергия, обеспечивающая ускорение Вселенной, и может ли она в конце концов закончиться, как топливо в баке машины?