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

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] Радиус Хаббла не является горизонтом в физическом смысле этого слова. Горизонт частиц – другое дело; это предел, дальше которого мы в принципе не способны заглянуть. Радиус Хаббла – это просто расстояние, на котором текущая скорость расширения пространства равна скорости света. Однако это расстояние со временем меняется, позволяя объектам пересекать границу сферы. Иногда люди называют ее горизонтом, но многие космологи этого не одобряют. 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.

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.

В ближайшей части космоса более удаленные объекты действительно кажутся более мелкими. Солнце и Луна на первый взгляд имеют одинаковые размеры, поскольку Солнце, несмотря на значительно превосходящий размер, удалено от нас гораздо сильнее, чем Луна. И на протяжении многих миллиардов световых лет данная закономерность сохраняется, – чем дальше галактика, тем меньше ее кажущийся размер. Как и следовало ожидать. Однако где-то у границы сферы Хаббла начинает работать противоположная закономерность: чем дальше объект, тем более крупным он кажется! Это, конечно, очень удобно для нас, астрономов, поскольку позволяет рассмотреть структуру и детали очень далеких галактик, которые по идее должны были бы казаться бесконечно малыми точками. Однако, если подумать, это явление все равно выглядит очень странно.

Такое происходит по той же причине, по какой мы можем видеть объекты, которые в настоящее время удаляются от нас со сверхсветовой скоростью. В то время, когда они испустили свой свет, они были гораздо ближе и занимали на небе больше места. Несмотря на то что сейчас они находятся намного дальше, «снимок», который они нам послали, путешествовал все это время и лишь сейчас достиг нас, показав призрачное изображение гораздо более близкого объекта. И чем дальше в прошлое мы заглядываем, тем более компактную Вселенную наблюдаем. Таким образом, после достижения некоторого предела сочетание фактов «в прошлом Вселенная была меньше» и «свету требуется время, чтобы добраться до нас» заставляет нас допустить мысль о том, что галактика, которая в данный момент находится дальше, чем другая галактика, в момент испускания света могла находиться ближе.

Я предупреждала, что будет странно.

Во всяком случае, если описанное выше ошеломляет и сбивает вас с толку, это совершенно нормально. Попробуйте нарисовать несколько набросков на салфетках, а затем растяните эти салфетки во всех направлениях, одновременно бегая по бесконечной беговой дорожке с предельной скоростью на протяжении миллиардов лет. Возможно, тогда вам станет более понятно. Теперь нам следует поговорить о последствиях всего этого для будущего Вселенной, которые, надо признать, не очень хороши.