Материал представляет собой перевод видеоролика, подготовленный в рамках работы студенческого переводческого бюро Тольяттинского государственного университета.

Бесконечна ли Вселенная? Есть ли у нее край? И если он всё-таки есть, что можно увидеть, если туда отправиться?

Источник: freepik.com

На сегодняшний день нам известно, что Вселенная образовалась 14 миллиардов лет назад и с тех пор постоянно расширяется. То, что расширяется, должно иметь края, не правда ли? Что ж, в каком-то смысле так и есть.

Информация не может передвигаться быстрее света. Это значит, что мы видим только те части Вселенной, свет которых достиг нас за последние 14 миллиардов лет.

Всё, что мы видим с Земли, заключено в воображаемую сферу, а в её центре находимся мы. Это так называемая наблюдаемая Вселенная. Немного усложним картину: поскольку Вселенная расширяется, самые далёкие видные нам объекты на самом деле находятся на расстоянии 45 миллиардов световых лет от нас.

Таким образом, наблюдаемая Вселенная – это сфера радиусом 45 миллиардов световых лет. Она состоит из 200 миллиардов галактик, и в каждой из них – сотни миллиардов звёзд. Получается, для нас край Вселенной и в самом деле существует: мы сможем видеть прошлое, пока оно не уйдёт в небытие. Этот край – скорее край во времени, а не в пространстве.

В действительности Вселенная однозначно больше, чем то, что мы видим с Земли. Но насколько? Существует две версии: либо Вселенная очень велика, но конечна, либо она по-настоящему безгранична.

Конечную Вселенную при желании можно заполнить, например, мороженым. Для этого нам потребуется хоть и большое, но всё-таки конечное количество мороженого. Однако тут мы сталкиваемся с необычным вопросом. Такая Вселенная должна иметь край, своеобразную «стену», которой заканчивается космос. Если существует край, то за его пределами должно быть что-то ещё. Но Вселенная по определению заключает в себе «всё» – а разве за пределами «всего» может располагаться что-то ещё? Имеет ли вообще смысл такая идея? Впрочем, у физиков имеется своя лазейка: Вселенная может не иметь границ, но её всё равно возможно заполнить конечным количеством мороженого.

Представьте себе апельсин и очень маленького муравья. Муравей видит только небольшую часть кожуры апельсина – точно так же, как и мы можем наблюдать лишь ограниченную область Вселенной. Но если муравей поползёт по кожуре, в результате он обойдет весь апельсин и вернётся к начальной точке своего пути. Получается, кожура апельсина не бесконечна... Но это вовсе не значит, что у неё есть границы.

Конечно, Вселенная не кожура апельсина, но кое в чём они могут быть схожи. Помимо сфер, существуют и гиперсферы, в которых само на себя замыкается не двухмерное, а трёхмерное пространство. Наш мозг, к сожалению, не способен это представить – но суть в том, что у гиперсферы нет границ, за пределы которых мы можем выйти. В этом плане наше трёхмерное пространство похоже на кожуру апельсина – если бы вы очутились на борту космического корабля, летящего сквозь пространство по прямой, то в какой-то момент вернулись бы в исходную точку, на Землю.

Как это вообще возможно? Ответы, которые предоставляет нам физика, настолько трудно понять, что нам придётся немного их упростить и даже чуть-чуть соврать. В двух словах, всё сводится к гравитации. Масса создаёт гравитацию, искривляя пространство-время. Наиболее сильное искривление возникает в точке, где находится масса, но кривизна пространства простирается бесконечно далеко и при этом как бы легонько натягивает ткань самого пространства-времени. Можно предположить, что в результате этого натяжения Вселенная искривлялась до тех пор, пока не превратилась в гиперсферу. Сложно представить? Неудивительно.

Однако, если Вселенная является гиперсферой, как мы сможем узнать, насколько она велика?

Находясь на Земле, мы замечаем, как объекты исчезают за горизонтом, и это помогает нам вычислить размеры Земли. Учёные пытались найти нечто вроде «горизонта Вселенной», который бы определил масштаб космической сферы, но ничего не обнаружили. Это значит, что если Вселенная является гиперсферой, то она должна быть большой настолько, чтобы нам казалось, будто мы живём на плоской поверхности. Такая Вселенная должна быть как минимум в тысячу раз больше её наблюдаемой части – а насколько известно, она больше в триллион раз.

Впрочем, нашлись учёные, которые посчитали, что это объяснение слишком упрощено, и предложили более оригинальный вариант: Вселенная скорее похожа на глазурь на пончике. «Гиперпончик» мы, к слову, тоже не способны вообразить. Согласно этой теории, если двигаться по прямой, то вернёшься туда, откуда начал свой путь. Но с некоторыми нюансами.

В «гиперпончиковой» Вселенной нет направлений с одинаковым расстоянием. Если два космических корабля полетят в разных направлениях, то один из них вернётся на стартовую позицию гораздо раньше другого. В такой Вселенной свет от далёких галактик творит удивительные вещи, создавая эффект космического «кривого зеркала». Можно увидеть далёкие объекты сразу в двух местах, да ещё и в разные моменты времени, потому что свету требуется гораздо больше времени, чтобы пройти в одном направлении, чем в другом. Можно стать свидетелем рождения новой звёзды, и в это же самое время наблюдать на противоположной стороне неба за тем, как она же погибает.

Насколько велика «гиперпончиковая» Вселенная? По причине её странной геометрии это фактически самая маленькая Вселенная из возможных – она может быть всего лишь в несколько раз больше наблюдаемой Вселенной. А может, и намного, намного больше... Нам это неизвестно.

Ну, довольно о конечной Вселенной. Что если космос и впрямь не имеет границ? Как бы это могло выглядеть? Вдруг Вселенная действительно бесконечна?

На самом деле космологическая модель, признанная большинством учёных, описывает Вселенную как бесконечную. Эту модель обычно используют, чтобы объяснять происходящее внутри наблюдаемой части Вселенной, но, если принять её за истину, Вселенная не имеет края. Вообразить такую Вселенную не представляется возможным. Можно всматриваться в глубины космоса сколько угодно: со всех сторон в поле зрения будет появляться всё больше и больше новых объектов – и никаких границ.

Это не укладывается в голове по двум причинам: во-первых, если Вселенная бесконечна, значит ли это, что она также вечна и существовала всегда? Точно мы этого не знаем. Впрочем, существует множество доказательств Большого взрыва, так что, вероятно, наша Вселенная всё-таки образовалась в какой-то конкретный момент в прошлом.

Во-вторых – со времён Большого взрыва Вселенная расширяется. Как нечто бесконечное, существующее повсюду, может становиться ещё больше? Космическое расширение означает, что расстояние между галактиками со временем увеличивается. Получается, даже бесконечное пространство может расти? Добро пожаловать в мир парадоксов бесконечности.

Бесконечность хранит в себе ещё много загадок. Путешествуя на космическом корабле по прямой, можно обнаружить новые галактики, звёзды и планеты, новые чудеса, новые странные вещи и, возможно, новые формы жизни, куда более причудливые, чем можно себе вообразить. Но, преодолев длинный путь, можно столкнуться с самой особенной вещью во Вселенной: самим собой. Со своей точной копией.

Как такое возможно? Всё во Вселенной сделано из ограниченного количества частиц. Ограниченное число различных частиц можно соединить ограниченным количеством способов. Число это может быть столь огромным, что может казаться бесконечным, но на самом деле это не так. Если варианты создания объектов ограничены, а бесконечное пространство заполнено во всех направлениях, значит, где-то могут возникать повторы.

Однако если что-то вероятно, это ещё не значит, что оно на самом деле случится. Возможно, Вселенная и бесконечна, но бесконечно повторяются в ней только скучные вещи. Возможно, и каждый из нас существует только в одном экземпляре.

Но если законы физики везде одинаковы, это значит, что где-то далеко-далеко газ мог бы сотворить звёзды и планеты, а на этих планетах в ходе химических реакций могла бы возникнуть примитивная генетическая информация. Она могла бы превратиться в клетки, в примитивных животных, которые в ходе эволюции превратились бы в обезьян... Такое уже случалось, так что шансы не равны нулю.

Даже если вероятность того, что где-то в космосе существует ваша точная копия, почти нулевая (для бесконечной Вселенной это всё ещё очень большое значение), к сожалению, вы никогда не встретитесь. Поскольку «почти нулевой»‎ значит, что шанс всё же невероятно мал. Земля в том виде, в каком она существует сегодня, столь уникальна, что необходимо преодолеть невероятно большое расстояние, чтобы найти идентичную ей планету. Если точно – расстояние, превышающее размер наблюдаемой Вселенной примерно в 10 в 10 степени в 29 степени (единица с сотней октиллионов нулей) раз. Это настолько далеко, что, можно сказать, недостижимо.

И всё же в действительно бесконечной Вселенной каждая комбинация частиц могла бы просто... Нет, пожалуй, лучше не задумываться над этим. Хотя подобные события теоретически возможны, они относятся скорее к области научной философии. В настоящий момент эти идеи нельзя проверить или доказать. Мы никогда не узнаем, действительно ли Вселенная бесконечна.

Для нас Вселенная конечна и у неё есть край. И мы можем увидеть этот край. Край во времени. Всё, с чем мы можем взаимодействовать, находится в пределах наблюдаемой Вселенной. Так, скорее всего, будет всегда.

И всё-таки, даже если конечная Вселенная кажется маленькой, её более чем достаточно, чтобы воплотить все наши мечты и мечты наших потомков в реальность. Её бесконечности достаточно для всех нас.

Оригинальное видео

Переводчики: Никита Береснев, Полина Габова, Ольга Гильманова, Зоя Казанкова

Редакторы: Александра Москалюк, Никита Береснев, Ольга Гильманова