Сусвет выглядае прыблізна аднолькава ва ўсіх напрамках, але далёкія галактыкі выглядаюць маладзей і менш развіваюцца, чым бліжэйшыя. Крэдыт малюнка: NASA, ESA, R. Windhorst, S. Cohen, M. Mechtley, and M. Rutkowski (Arizona State University, Tempe), R. O'Connell (University of Virginia), P. McCarthy (Carnegie Observatories), Н. Хаці (Каліфарнійскі ўніверсітэт, Рыверсайд), Р. Райан (Каліфарнійскі ўніверсітэт, Дэвіс), Х. Ян (Універсітэт штата Агаё) і А. Какемуер (Інстытут касмічнага тэлескопа).

Спытайце ў Ітана: Ці ёсць цэнтр Сусвету?

Калі здарыўся Вялікі выбух і ўсё адыходзіць ад нас, дзе цэнтр?

"Я хачу стаяць як мага бліжэй да краю, не магу пераходзіць. На самым баку вы бачыце розныя рэчы, якія не бачыце ў цэнтры ". -Курт Ванегут

Наш Сусвет пачаўся з Вялікага выбуху, але гэта не значыць, што мы правільна яго ўяўляем. Большасць з нас успрымае гэта як выбух: там усё пачалося гарачым і шчыльным і адразу, а потым пашыралася і ахалоджвалася, калі розныя фрагменты адганяліся адзін ад аднаго. Але наколькі гэта малюнак павабны, ён зусім не правільны. Гэта прымусіла Джаспера Эверса задаць вельмі добры пытанне:

Мне цікава, як не існуе цэнтр Сусвету і як касмічнае выпраменьванне фону знаходзіцца [у роўнай ступені] далёка ўсюды, дзе мы глядзім. Мне здаецца, што калі Сусвет пашыраецца ... павінна быць месца, дзе яно пачало пашырацца.

Давайце на хвілінку падумаем пра фізіку выбуху і пра тое, якім будзе наш Сусвет, калі б ён пачаўся з яго.

Першыя этапы выбуху ядзернага выпрабавання Траецкага, усяго праз 16 мілісекунд пасля дэтанацыі. Верхняя частка шара - 200 метраў у вышыню. Імідж: Берлін Брыкснер, з 16 ліпеня 1945 года.

Выбух пачынаецца ў момант і хутка пашыраецца вонкі. Матэрыял, які найбольш хутка рухаецца, рухаецца вонкі найбольш хутка, і, такім чынам, распаўсюджваецца найбольш хутка. Чым далей вы знаходзіцеся ад цэнтра выбуху, тым менш матэрыялаў будзе даходзіць да вас. Шчыльнасць энергіі памяншаецца з цягам часу, але ўсё часцей ідзе ўніз ад выбуху, таму што на ўскраінах энергетычны матэрыял больш рэдкі. Дзе б вы ні знаходзіліся, вы заўсёды зможаце - пры ўмове, што вас не знішчыць - аднавіць цэнтр выбуху.

Маштабная структура Сусвету змяняецца з цягам часу, калі малюсенькія недасканаласці ўзрастаюць, утвараючы першыя зоркі і галактыкі, затым зліваюцца разам, утвараючы вялікія сучасныя галактыкі, якія мы бачым сёння. Гледзячы на ​​вялікія адлегласці, паказвае маладзейшая Сусвет, як наш мясцовы рэгіён быў у мінулым. Малюнак: Крыс Блэйк і Сэм Мурфілд.

Але гэта не Сусвет, які мы бачым. Сусвет выглядае аднолькава на вялікіх і кароткіх адлегласцях: аднолькавыя шчыльнасці, тыя ж энергіі, аднолькавыя галактыкі і г. д. Аб'екты далёка, аддаляючыся ад нас з большымі хуткасцямі, не падобныя да таго ж узросту, што і бліжэйшыя нам прадметы, якія рухаюцца з меншай хуткасцю; яны выглядаюць маладзейшымі. На вялікіх адлегласцях не менш аб'ектаў, але больш. І калі мы паглядзім, як усё рухаецца ў Сусвеце, мы выявім, што нягледзячы на ​​тое, што мы можам бачыць дзясяткі мільярдаў светлавых гадоў, рэканструяваны цэнтр прызямляецца менавіта на нас.

Суперкластар Laniakea, прычым становішча Млечнага Шляху паказана чырвоным колерам, складае толькі адзін мільярдны аб'ём назіральнай Сусвету. Калі б Сусвет пачаўся з выбуху, Млечны Шлях быў бы амаль у дакладным цэнтры. Малюнак: Tully, RB, Courtois, H., Hoffman, Y & Pomarède, D. Nature 513, 71–73 (2014).

Ці значыць гэта, што мы з усіх трыльёнаў галактык у Сусвеце апынуліся ў цэнтры Вялікага выбуху? І што першапачатковы «ўдар» быў наладжаны менавіта так - з няправільнай, неаднастайнай шчыльнасцю, энергіямі, «часамі запуску» і загадкавым 2,7-кілавым свячэннем - змова, каб мы апынуліся ў цэнтры? Якая б аднародная Сусвет была б, калі б гэта было так: наладзіць сябе гэтым неверагодна нерэальным спосабам на самым пачатку.

Выбух у космасе прымусіў бы самы хуткі матэрыял хутчэй адысці, а гэта азначае, што ён стане менш густым, хуткім чынам страціць бы энергію і праявіў бы розныя ўласцівасці далей, чым далей вы адправіліся ад цэнтра. Таксама трэба было б пашырыцца ў нешта, а не расцягваць само месца. Наша Сусвет не падтрымлівае гэтага. Малюнак: ESO.

Замест гэтага Агульная адноснасць прадказвае не выбух, а пашырэнне. Сусвет, які пачынаецца з гарачага, шчыльнага стану, мае сваю тканіну. Існуе памылковае меркаванне, што гэта пачалося б з адной кропкі; усё не так! Замест гэтага ёсць рэгіён, які валодае гэтымі ўласцівасцямі - напоўнены матэрыяй, энергіяй і г.д. - і тады Сусвет развіваецца па законах гравітацыі.

Ён валодае ўсюды падобнымі ўласцівасцямі, уключаючы шчыльнасць, тэмпературу, колькасць галактык і г. д. Калі б мы прыглядаліся, тое, што мы б бачылі, было б сведчаннем развіваецца Сусвету. Паколькі Вялікі выбух адбыўся ўсюды адразу абмежаваную колькасць часу таму ў касмічным рэгіёне, і гэты рэгіён - усё, што нам можна назіраць, калі мы глядзім з нашага пункту гледжання, мы бачым вобласць прасторы, якая не такая адрозніваецца ад нашай уласнай пазіцыі ў мінулым.

Азіраючыся на вялікія касмічныя адлегласці, гэта падобна на агляд часу. Мы праходзілі 13,8 мільярда гадоў з часу Вялікага выбуху, але мы знаходзімся, але Вялікі выбух адбыўся ўсюды, дзе мы яго бачым. Час падарожжа святла да гэтых галактык азначае, што мы бачым тыя далёкія рэгіёны, як былі ў мінулым. Крэдыт малюнкаў: NASA, ESA і A. Feild (STScI), праз http://www.spacetelescope.org/images/heic0805c/.

Галактыкі, святло якіх спатрэбілася мільярд гадоў, каб сюды з'явіліся, як і мільярд гадоў таму; Галяктыкі, святло якіх спатрэбілася дзесяць мільярдаў гадоў, каб сюды з'явіліся, як і дзесяць мільярдаў гадоў таму! 13,8 мільярда гадоў таму ў Сусвеце панавала выпраменьванне, незалежна ад таго, і калі Сусвет упершыню ўтварыў нейтральныя атамы, выпраменьванне ўсё яшчэ захоўваецца, астудзіўшыся і змяніўшыся з-за пашырэння Сусвету. Тое, што мы ўспрымаем як касмічны мікрахвалевы фон, - гэта не толькі рэшткі святла Вялікага выбуху, але і гэта выпраменьванне назіраецца ў любым месцы Сусвету.

Толькі некалькі сотняў мкК - некалькі частак на 100 000 - аддзяляюць самыя гарачыя рэгіёны ад самых халодных, калі мы азіраемся на фон касмічнага мікрахвалевага печы. Крэдыт малюнкаў: ESA і супрацоўніцтва з Планкам, праз http://crd-legacy.lbl.gov/~borrill/cmb/planck/217poster.html.

Там не абавязкова ёсць цэнтр Сусвету; тое, што мы называем "рэгіёнам" космасу, дзе адбыўся Вялікі выбух, можа быць бясконцым. Калі ёсць цэнтр, ён можа быць літаральна дзе заўгодна, і мы б не ведалі; тая частка Сусвету, якую мы можам назіраць, недастаткова для выяўлення гэтай інфармацыі. Нам трэба ўбачыць край, фундаментальную анізотропію (дзе розныя напрамкі выглядаюць рознымі) пры тэмпературах і галактыцы, а наша Сусвет на самых вялікіх маштабах сапраўды выглядае аднолькава ў любых напрамках.

Лагарыфмічная канцэпцыя мастака пра назіральную Сусвет. Крэдыт малюнка: карыстальнік Вікіпедыі Пабла Карлас Будасі.

Там, дзе Сусвет пачаўся, пашыраецца з-за Вялікага выбуху; прыйшоў час, калі Сусвет пачала пашырацца. Вось што такое Вялікі выбух: стан, якое ўплывае на ўвесь назіральны Сусвет у пэўны момант. Таму погляд на вялікую адлегласць ва ўсіх напрамках азначае азірнуцца назад у часе. Таму ўсе напрамкі маюць прыблізна аднолькавыя ўласцівасці. І таму наша гісторыя касмічнай эвалюцыі прасочваецца да тых часоў, наколькі бачаць нашы абсерваторыі.

Галактыкі падобныя на Млечны Шлях, як яны былі ў больш раннія часы - і на большай адлегласці - ва Сусвеце. Малюнак: НАСА, ЕКА, П. ван Докум (Ельскі ўніверсітэт), С. Патэль (Універсітэт Лейдэна) і каманда 3D-HST.

Магчыма, Сусвет мае канечную форму і абмежаваную велічыню, але калі так, то гэтая інфармацыя для нас недаступная. Назіраемая для нас частка Сусвету з'яўляецца канчатковай, і гэтая інфармацыя не змяшчаецца ў ёй. Калі вы думаеце пра Сусвет як паветраны шар, батон хлеба ці любую іншую аналогію, якая вам падабаецца, памятайце, што вы можаце атрымаць доступ толькі да малюсенькай часткі фактычнага Сусвету; тое, што для нас назіраецца, - толькі ніжняя мяжа таго, што там. Гэта можа быць канчаткова, можа быць бясконца, але ў чым мы ўпэўненыя, што ён пашыраецца, становіцца менш густым, і чым далей мы глядзім, тым далей назад мы можам убачыць. Як кажа астрафізік Кэці Мак:

Сусвет пашыраецца, як пашыраецца ваш розум. Гэта не пашыраецца ні ў што; вы проста становіцца менш шчыльным.

Дасылайце свае пытанні Ітана да startwithabang на gmail dot com!

Гэтая публікацыя ўпершыню з'явілася ў Forbes і прадастаўляецца вам прыхільнікамі Patreon без рэкламы. Каментуйце наш форум і купіце нашу першую кнігу: Beyond The Galaxy!