Млечный Путь, 21 век, номер 4 (49), 2024 - Кирилл Николаевич Берендеев
Людям не потребовалось много времени, чтобы сложить эти части головоломки воедино. Хотя Хабблу традиционно приписывают открытие расширяющейся Вселенной - и действительно, его наблюдения сыграли решающую роль в принятии этого решения - он не был первым, кто это сделал. Еще в 1927 году Жорж Леметр сложил воедино предварительные данные исследований Хаббла и Хьюмасона; затем в 1928 году Говард Робертсон независимо пришел к той же идее и пришел к тому же выводу: Вселенная расширяется. Первая статья Хаббла, связывающая эти идеи, появилась только в 1929 году, и только в 1930-х годах он, Эйнштейн и большинство астрофизического сообщества пришли к неизбежному выводу: Вселенная расширяется. За прошедшее с тех пор время, конечно, мы узнали гораздо больше о расширяющейся Вселенной, которая является лишь одним из четырех "краеугольных камней" современной космологии, которые появились с 1960-х годов. Остальные три: открытие космического микроволнового фона, которое указывает на ранний период времени в нашей космической истории, когда было так жарко, что нейтральные атомы не могли стабильно образовываться, измерение изначального содержания легких элементов и их изотопов, указывающее на еще более ранний, более жаркий период, когда протоны и нейтроны были объединены в ядерных реакциях, и эволюционирующее формирование структуры в нашей Вселенной, которое переносит нас из раннего однородного состояния в позднее состояние, богатое звездами, галактиками, скоплениями галактик и в конечном итоге к полноценной космической паутине структуры. Если сложить все четыре этих краеугольных камня вместе, возникает ясная картина: горячий Большой взрыв. Расширяющаяся Вселенная, полная галактик и сложная структура, которую мы наблюдаем сегодня, возникла из меньшего, более горячего, более плотного, более однородного состояния.
Хотя сегодня наблюдаемая Вселенная простирается примерно на 46 миллиардов световых лет во всех направлениях, в далеком космическом прошлом все в космосе было гораздо более компактным, расположенным ближе друг к другу и занимавшим гораздо меньший объем, что наводит на вопрос: что движет расширением Вселенной, как изначально, в начале горячего Большого взрыва, так и сегодня, в поздние космические времена, когда расширение ускоряется?
Горячий Большой взрыв в прошлом имел много названий. Жорж Леметр назвал его "космическим яйцом", когда впервые обсуждал раннее состояние, из которого расширялась Вселенная, какой мы ее знаем. Джордж Гамов, который конкретизировал многие из этих краеугольных камней в 1940-х годах, назвал его "первичным атомом", и поэтому первоначальное название космического микроволнового фона было "первичным огненным шаром", поскольку было признано, что остаточная тепловая ванна излучения изначально была очень горячей в ранней Вселенной. Но на самом деле именно величайший критик Большого взрыва, Фред Хойл, придумал термин Большой взрыв уничижительно в 1949 году. Но как только космический микроволновый фон был открыт примерно 15 лет спустя, правду больше нельзя было игнорировать; Большой взрыв описал наше космическое происхождение - и соответствовал полному набору данных - тогда как ни одна из альтернатив в то время не могла сравниться с его успехами. Даже сегодня, примерно через 60 лет после открытия космического микроволнового фона, горячий Большой взрыв безоговорочно правит как наша лучшая идея относительно нашего космического происхождения, хотя теперь он содержит ингредиенты, которые были неизвестны космологам и астрофизикам в то время: темная материя, темная энергия и эпоха, которая предшествует и создает сам горячий Большой взрыв, космическая инфляция. Эта картина, известная как наша конкордантная модель космологии, является удивительно сильной и надежной.
Протяженность видимой Вселенной теперь простирается на 46,1 миллиарда световых лет: расстояние, на котором свет, испущенный в момент Большого взрыва, будет находиться от нас сегодня, после путешествия в 13,8 миллиарда лет. С течением времени свет, который находится еще дальше, который все еще на пути к нам, в конечном итоге прибудет: с немного больших расстояний и с немного большими красными смещениями. Мы видим прошлое, когда смотрим на большие расстояния, потому что свет, испускаемый далекими объектами, должен пересекать эти большие межгалактические расстояния с конечной скоростью: скоростью света. (Автор: Пабло Карлос Будасси)
Так почему же тогда, когда мы оглядываемся назад во времени, мы видим меньшую, более примитивную Вселенную, независимо от того, куда мы смотрим? Почему мы видим, что Вселенная кажется меньше и примитивнее в равной степени, когда мы смотрим на все большие расстояния в каждом направлении? Это не потому, что Земля является центром Вселенной. Наоборот, это потому, что у Вселенной есть граница: граница не в пространстве, а во времени, которая соответствует моменту, когда структура горячего Большого взрыва начала описывать нашу Вселенную. Здесь, где мы сейчас находимся во Вселенной, с начала горячего Большого взрыва прошло в общей сложности 13,8 миллиарда лет. Это не является чем-то особенным для нас отсюда, с нашей точки зрения; если бы мы могли мгновенно "телепортироваться" в любое другое место в пространстве - но потребовали бы, чтобы мы не путешествовали во времени, чтобы сделать это - мы бы обнаружили, что то же самое было верно: с начала горячего Большого взрыва прошло 13,8 миллиарда лет. Это верно там, где мы находимся, и это также верно везде. Это потому, что Большой взрыв не был событием, которое произошло в точке или в одном месте в пространстве. Вместо этого это было событие, которое произошло в момент времени, но которое произошло везде (по крайней мере, везде в той части Вселенной, которую мы можем наблюдать) одновременно.
Наблюдаемая Вселенная может простираться на 46 миллиардов световых лет во всех направлениях с нашей точки зрения, но это не уникально для нашей точки наблюдения; все наблюдатели во всех местах испытали бы одно и то же. Конечно, есть еще больше ненаблюдаемой Вселенной, такой как наша, за пределами того, что мы можем видеть. Несправедливо связывать какую-либо конкретную точку с центром, поскольку то, что мы воспринимаем, определяется количеством времени, прошедшим с момента испускания наблюдаемого сегодня света, а не геометрией Вселенной.
Это означает, что есть небольшая оговорка в представлении о том, что Вселенная однородна: она однородна - т. е. одинакова во всех местах - в пространстве, но не во времени! Другими словами, нам нужно скорректировать нашу концепцию однородности для течения космического времени и, следовательно, для расширения Вселенной за
