Що знаходиться за межами Всесвіту? Це питання занадто складна для людського розуміння. Це пов’язано з тим, що в першу чергу необхідно визначити її межі, а це далеко не просто.
Загальноприйнятий відповідь враховує лише спостережувану Всесвіт. Згідно йому розміри визначаються швидкістю світла, тому що можливо бачити тільки світло, яке випромінюють або відбивають об’єкти в космосі. Неможливо заглянути далі, ніж найбільш віддалений світ, який подорожує весь час існування Всесвіту.
Простір продовжує збільшуватися, але все ще звичайно. Його розмір іноді згадується як обсяг або сфера Хаббла. Людина у Всесвіті, ймовірно, ніколи не зможе дізнатися, що за межами її кордонів. Так що для всіх досліджень це єдиний простір, з яким коли-небудь доведеться взаємодіяти. Принаймні, найближчим часом.
Велич
Всім відомо, що Всесвіт велика. На скільки мільйонів світлових років вона тягнеться?
Астрономи ретельно вивчають космічне випромінювання мікрохвильового фону – післясвічення Великого вибуху. Вони шукають зв’язок між тим, що відбувається на одній стороні неба, і тим, що на інший. І поки немає ніяких доказів, що там є щось спільне. Це означає, що протягом 13,8 мільярдів років у будь-якому напрямку Всесвіт не повторюється. Стільки потрібно часу світла, щоб він досяг хоча б видимого краю цього простору.
Нас все ще хвилює питання, що знаходиться за межею Всесвіту, яку можна спостерігати. Астрономи припускають, що космос безкінечний. «Речовина» в ньому (енергія, галактики тощо) розподілено точно таким же чином, як і в спостережуваної Всесвіту. Якщо це дійсно так, тоді з’являються різні аномалії того, що знаходиться на краю.
За межами обсягу Хаббла розташоване не просто більше різних планет. Там можна знайти все, що тільки може існувати. Якщо просунутися досить далеко, можна навіть знайти іншу сонячну систему з Землею, ідентичною у всіх відносинах, за винятком того, що у вас була на сніданок каша замість яєчні. Або сніданок відсутній зовсім. Або, припустимо, ви встали раніше і пограбували банк.
Насправді космологи вважають, що, якщо пройти досить далеко, то можна знайти ще одну сферу Хаббла, яка абсолютно ідентична нашій. Більшість вчених вважають, що відома нам Всесвіт має межі. Що за їх межами, залишається найбільшою загадкою.
Космологічний принцип
Це поняття означає, що незалежно від місця та напрямку спостерігача, кожен бачить одну і ту ж картину Всесвіту. Зрозуміло, це не відноситься до досліджень меншого масштабу. Така однорідність простору викликана рівноправністю всіх його точок. Виявити це явище можна лише в масштабах скупчення галактик.
Щось, на кшталт цього поняття було вперше запропоновано сером Ісааком Ньютоном в 1687 році. І згодом, у 20 столітті, це ж було підтверджено спостереженнями інших вчених. Логічно, якщо все виникло з однієї точки Великого вибуху, а потім розширилося до Всесвіту, то буде залишатися досить однорідним.
Відстань, на якому можна спостерігати за космологічного принципу, щоб знайти це очевидне рівномірний розподіл матерії, займає приблизно 300 мільйонів світлових років від Землі.
Проте все змінилося в 1973 році. Тоді була виявлена аномалія, яка порушує космологічний принцип.
Великий атрактор
Величезна концентрація маси виявилася на відстані 250 мільйонів світлових років, поблизу сузір’я Гідри і Центавра. Її вага настільки великий, що його можна було б порівняти з десятком тисяч мас Молочних Шляхів. Ця аномалія вважається галактичним сверхскоплением.
Цей об’єкт отримав назву Великий атрактор. Його гравітаційна сила настільки сильна, що впливає на інші галактики і їх скупчення протягом кількох сотень світлових років. Він довгий час залишався однією з найбільших таємниць космосу.
У 1990 р. було виявлено, що рух величезних скупчень галактик, що називаються Великим аттрактором, прагне до іншої галузі космосу – за край Всесвіту. Поки що за цим процесом можна спостерігати, хоча сама аномалія знаходиться в «зоні уникнення».
Темна енергія
Згідно із Законом Хаббла, всі галактики повинні рухатися рівномірно один від одного, зберігаючи космологічний принцип. Однак у 2008 р. з’явилося нове відкриття.
Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) виявив велику групу кластерів, які рухалися в одному напрямку зі швидкістю до 600 миль на секунду. Всі вони тримали шлях до невеликої області неба між сузір’ями Центавра і Вітрила.
Цьому немає ніякої очевидної причини, і, оскільки це було незрозуміле явище, його назвали «темною енергією». Вона викликана чимось поза меж спостережуваного Всесвіту. В даний час є тільки здогадки про її природу.
Якщо скупчення галактик тягнуться до колосальної чорної діри, то їх рух має прискорюватися. Темна енергія вказує на постійну швидкість космічних тіл в мільярди світлових років.
Одна з можливих причин цього процесу – масивні структури, що знаходяться за межами Всесвіту. Вони роблять величезний гравітаційний вплив. В межах спостерігається Всесвіту немає гігантських структур з достатньою гравітаційної вагою, щоб викликати це явище. Але це не означає, що вони не могли існувати за межами спостережуваної області.
Це означало б, що пристрій Всесвіту не є однорідним. Що стосується самих структур, вони можуть бути буквально будь-якими, від агрегатів матерії до енергії в масштабах, які тільки можна уявити. Можливо навіть, що це напрямні гравітаційні сили з інших Всесвітів.
Нескінченні бульбашки
Говорити про щось за межами сфери Хаббла не зовсім вірно, так як це має ідентичне пристрій Метагалактики. «Невідомість» має ті ж фізичні закони Всесвіту і константи. Є версія, що Великий вибух викликав появу міхурів в структурі простору.
Відразу після нього, до моменту початку інфляції Всесвіту, виникла свого роду «космічна піна», що існує як скупчення «бульбашок». Один з об’єктів цієї речовини раптово розширився, з часом ставши Всесвіту, відомої сьогодні.
Але що вийшло з інших бульбашок? Олександр Кашлинский – глава команди НАСА, організації, яка виявила «темну енергію», – заявив: «Якщо віддалитися на досить велику відстань, то можна побачити структуру, яка знаходиться поза міхура, за межами Всесвіту. Ці структури повинні викликати рух».
Таким чином, «темна енергія» сприймається як перше свідчення існування іншого Всесвіту, або навіть «Мультивселенной».
Кожен міхур – це область, яка перестала розтягуватися разом з іншою частиною простору. Вона сформувала свою власну Всесвіт зі своїми особливими законами.
У цьому сценарії простір нескінченно, і кожен бульбашка також не має меж. Навіть якщо можна порушити кордон одного з них, простір між ними все ще розширюється. З часом буде неможливо дістатися до наступного міхура. Таке явище досі залишається однією з найбільших таємниць космосу.
Чорна діра
Теорія, запропонована фізиком Чи Смолином, передбачає, що кожен подібний космічний об’єкт у пристрої Метагалактики викликає утворення нового. Варто тільки уявити скільки чорних дір у Всесвіті. Всередині кожної діють фізичні закони, відмінні від тих, що були у попередника. Подібна гіпотеза була вперше викладена в 1992 році в книзі «Життя Космосу».
Зірки у всьому світі, які потрапляють у чорні діри, стискаються до неймовірно екстремальної щільності. В таких умовах це простір вибухає і розширюється до власної нової Всесвіту, відмінною від оригіналу. Точка, де час зупиняється всередині чорної діри – це початок Великого вибуху нової Метагалактики.
Екстремальні умови всередині зруйнованої чорної діри приводять до невеликих випадкових змін основних фізичних сил і параметрів у дочірньої Всесвіту. У кожного з них є відмінні від батьківського характеристики та показники.
Існування зірок є передумовою для формування життя. Це пов’язано з тим, що вуглець та інші складні молекули, що забезпечують життя, створюються саме в них. Тому для формування істот і Всесвіту потрібні одні і ті ж умови.
Критика космічного природного відбору як наукової гіпотези полягає у відсутності прямих доказів на даному етапі. Але слід мати на увазі, що з точки зору переконань він не гірше, ніж пропоновані наукові альтернативи. Немає підтверджень того, що знаходиться за межами Всесвіту, будь це Мультивсесвіт, теорія струн або циклічне простір.
Безліч паралельних Всесвітів
Ця ідея здається чимось, що мало відноситься до сучасної теоретичної фізики. Але думка про існування Мультиверса вже давно вважається наукової можливістю, хоча все ще викликає активні дискусії і деструктивні суперечки серед фізиків. Цей варіант повністю руйнує уявлення про те, скільки Всесвітів в космосі.
Важливо мати на увазі, що Мультиверс не теорія, а швидше наслідок сучасного розуміння теоретичної фізики. Ця відмінність має вирішальне значення. Ніхто не махнув рукою і сказав: «Нехай буде Мультивсесвіт!». Ця ідея була отримана з поточних навчань, таких як квантова механіка та теорія струн.
Мультиверс і квантова фізика
Багатьом відомий уявний експеримент «Кіт Шредінгера». Його суть полягає в тому, що Ервін Шредінгер, австрійський фізик-теоретик, вказував на недосконалість квантової механіки.
Вчений пропонує уявити тварину, яку помістили в закриту коробку. Якщо відкрити її, можна дізнатися одне з двох станів кота. Але поки коробка закрита, тварина або живий, або мертвий. Це доводить те, що не існує стану, що поєднує життя і смерть.
Все це здається неможливим, просто тому, що людське сприйняття не може цього усвідомити.
Але це цілком реально у відповідності з дивними правилами квантової механіки. Простір всіх можливостей у ній величезна. Математично квантовомеханическое стан являє собою суму (або суперпозицію) всіх можливих станів. У випадку «Кота Шредінгера», експеримент являє собою суперпозицію «мертвих» і «живих» положень.
Але як це інтерпретувати, щоб воно мало якийсь практичний сенс? Популярний спосіб полягає в тому, щоб думати про всі ці можливості так, що єдиним «об’єктивно істинним» станом кота є – спостережуваний. Проте можна також погодитися з тим, що ці можливості вірні і всі вони існують у різних Всесвітів.
Теорія струн
Це найбільш перспективна можливість об’єднати квантову механіку і гравітацію. Це важко, тому що сила тяжіння так само невимовна в невеликих масштабах, як і атоми і субатомні частинки в рамках квантової механіки.
Але теорія струн, в якій говориться, що всі фундаментальні частинки складаються з мономерних елементів, описує відразу всі відомі сили природи. До них відносять гравітацію, електромагнетизм і ядерні сили.
Однак для математичної теорії струн потрібно не менше десяти фізичних вимірювань. Ми можемо спостерігати лише чотири виміри: висоту, ширину, глибину і час. Тому додаткові вимірювання від нас приховано.
Щоб мати можливість використовувати теорію для пояснення фізичних явищ, ці додаткові дослідження «ущільнені» і дуже малі в невеликих масштабах.
Проблема або особливість теорії струн полягає в тому, що існує багато способів зробити компактификацию. Кожна з них призводить до створення Всесвіту з різними фізичними законами, такими як відмінні маси електронів і константи сили тяжіння. Однак є також серйозні заперечення проти методології компактификации. Тому проблема не зовсім вирішено.
Але постає питання: якою з цих можливостей ми живемо? Теорія струн не забезпечує механізм визначення цього. Вона робить її непотрібною, оскільки не представляється можливим її досконально протестувати. Але дослідження краю Всесвіту перетворило цю помилку особливість.
Наслідки Великого вибуху
Під час самого раннього устрою Всесвіту був період прискореного розширення, званий інфляцією. Спочатку вона пояснювала, чому сфера Хаббла майже однорідна по температурі. Однак інфляція також передбачила спектр флуктуацій температури навколо цієї рівноваги, який пізніше був підтверджений кількома космічними апаратами.
Хоча точні деталі теорії все ще гаряче обговорюються, інфляція широко приймається фізиками. Проте наслідок цієї теорії полягає в тому, що повинні бути інші об’єкти у Всесвіті, які все ще прискорюються. З-за квантових флуктуацій простору-часу деякі її частини ніколи не досягнуто кінцевого стану. Це означає, що простір буде розширюватися вічно.
Цей механізм генерує безліч Всесвітів. Комбінуючи цей сценарій з теорією струн, є ймовірність, що кожна з них має інший компактификацией додаткових розмірів і, отже, має різні фізичні закони Всесвіту.
Згідно з вченням Мультиверс, передбаченого теорією струн та інфляцією, всі Всесвіти живуть в одному й тому ж фізичному просторі і можуть перетинатися. Вони неминуче повинні стикатися, залишаючи сліди в космічному небі. Їх характер має широкий спектр – від холодних або гарячих точок на космічному мікрохвильовому фоні до аномальних пустот в розподіл галактик.
Оскільки зіткнення з іншими Всесвітами повинно відбуватися в певному напрямку, очікується, що будь-які втручання порушують однорідність.
Деякі вчені шукають їх через аномалії в космічному мікрохвильовому фоні, послесвечении Великого Вибуху. Інші в гравітаційних хвилях, які рябят в просторі-часу у міру проходження масивних об’єктів. Ці хвилі можуть безпосередньо доводити існування інфляції, яка в кінцевому підсумку посилює підтримку теорії Мультивселенной.
