Где находится край Вселенной?
Человеческие знания постоянно пополняются, естественно увеличиваются и возможности людей по изучению Вселенной. И вот, настал момент, когда наука, кажется, уткнулась в предел возможностей изучения видимой части Вселенной. Однако ученые все еще мечтают заглянуть за ее край. Осуществимо ли это?
Возможно, мы никогда это не узнаем.
Когда Галилео Галилей в 1610 году направил в небеса свой первый телескоп, он обнаружил «скопления бесчисленных звезд», спрятавшиеся в полосе света под названием Млечный Путь. В тот день космическое пространство увеличилось многократно. Спустя примерно три столетия пределы космоса снова раздвинулись, когда астрономы построили достаточно мощные телескопы, показавшие, что Млечный Путь — это всего одна из многих «островных вселенных». Вскоре они узнали, что Вселенная тоже расширяется, а галактики отдаляются друг от друга с постоянно увеличивающейся скоростью.
Потом появились еще более крупные телескопы, показавшие, что видимая Вселенная простирается в поперечнике на невероятное расстояние в 92 миллиарда световых лет, и что в ней имеется примерно два триллиона галактик. Тем не менее, ученые до сих пор хотят узнать, каковы размеры Вселенной за пределами видимости.
«Вселенная всегда была немного больше того, что мы можем видеть», — говорит астроном и специалист по истории астрономии Вирджиния Тримбл (Virginia Trimble), работающая в Калифорнийском университете в Ирвайне.
Если построить более крупные телескопы, это уже не поможет заглянуть дальше в космос. «Телескопы наблюдают только наблюдаемое. Нельзя вернуться во времени дальше возраста Вселенной, — объясняет лауреат Нобелевской премии космолог Джон Матер (John Mather) из Центра космических полетов им. Годдарда, также являющийся главным научным сотрудником космического телескопа „Джеймс Уэбб". — Поэтому у нас есть жесткие ограничения. Мы уже заглянули на максимально возможное расстояние». На краю мы увидели остаточное свечение от Большого взрыва — так называемое реликтовое микроволновое фоновое излучение. Но и это не какой-то там магический край Вселенной. Космос тянется дальше. И мы можем никогда не узнать, насколько далеко.
В последние десятилетия космологи для разрешения этой загадки сначала пытаются определить форму Вселенной, как в свое время древнегреческий математик Эратосфен вычислил размеры Земли при помощи простой тригонометрии. Теоретически наша Вселенная может иметь одну из трех возможных форм, каждая из которых зависит от кривизны космического пространства. Это седловидная форма (отрицательная кривизна), сферическая форма (положительная кривизна) и плоская форма (без какой-либо кривизны).
Мало кто поддерживает гипотезу о седловидной форме, а вот сферическое космическое пространство кажется вполне логичным нам, землянам. Земля круглая, как Солнце и планеты. Сферическая Вселенная позволяет лететь в космос в любом направлении, а в итоге вы все равно окажетесь на линии старта подобно Магеллану, совершившему кругосветное плавание. Эйнштейн называл такую модель «конечной, но неограниченной Вселенной».
Но с конца 1980-х годов началось строительство орбитальных обсерваторий для изучения реликтового излучения, и эти обсерватории стали выполнять все более точные измерения. Они показали, что у космоса вообще нет никакой кривизны. Он плоский в тех пределах, в которых астрономы могут производить свои измерения. Если это сфера, то сфера настолько огромная, что даже во всей наблюдаемой Вселенной невозможно зафиксировать никакую кривизну.
«Вселенная плоская, как бесконечный лист бумаги, — говорит Матер. — Соответственно, мы можем лететь бесконечно далеко в любом направлении, а Вселенная все равно будет более или менее неизменной». Добраться до края такой бесконечной Вселенной невозможно. Мы будем просто открывать все новые и новые галактики.
Большую часть астрономов это вполне устраивает. Плоская Вселенная согласуется и с наблюдениями, и с теорией. Поэтому данная идея находится сейчас в самом центре современной космологии.
Проблема в том, что в отличие от сферической Вселенной, плоская Вселенная может быть бесконечной. А может и не быть, и установить разницу невозможно. «Что надо искать, если вы хотите понять, бесконечна ли Вселенная?— говорит Тримбл. — Никто этого не знает».
Поэтому ученые надеются, что ответ даст теория. Речь идет о модели, способной представить косвенные доказательства первого или второго. Например, Стандартная модель в физике помогла предсказать существование многочисленных частиц, таких как бозон Хиггса, причем задолго до того, как они были открыты. Физики исходили из того, что такие частицы существуют.
«Если у вас есть хорошее описание всего того, что вы наблюдали, и оно предсказывает нечто, тогда вы начинаете рассчитывать на то, что так оно и есть, — говорит Тримбл. — Большинство ученых считает, что наука работает именно так».
