Наш світ, який народився в процесі Великого вибуху, і понині розширюється, а обсяг розділяє галактики простору стрімко збільшується. Скупчення галактик, віддаляючись одна від одної, проте залишаються стійкими утвореннями з певними розмірами і стабільною структурою. Та й атоми зовсім не набухають в процесі розширення Всесвіту, на відміну від вільно літаючих фотонів, що збільшують свою довжину хвилі в процесі переміщення по расширяющемуся простору. Куди ж пішла енергія реліктових фотонів? Чому ми можемо бачити квазари, що віддаляються від нас з надсвітовою швидкістю? Що таке темна енергія? Чому доступна нам частину Всесвіту постійно зменшується? Це лише частина питань, над якими думають сьогодні космологи, намагаючись узгодити загальну теорію відносності з картиною Миру, спостерігається астрономами.
Сфера Хаббла
Відповідно до закону Хаббла, що описує розширення Всесвіту, радіальні швидкості галактик пропорційні відстані до них з коефіцієнтом Н0. який сьогодні називається постійної Хаббла.
Значення Н0 визначається за спостереженнями галактичних об'єктів, відстані до яких виміряні, головним чином, по найяскравішим зіркам або цефеидам.
Більшість незалежних оцінок Н0 дають для цього параметра в даний час значення приблизно близько 70 км / с на мегапарсек.
Це означає, що галактики, що перебувають на відстані 100 мегапарсек, віддаляються від нас зі швидкістю приблизно 7000 км / с.
У моделях Всесвіту постійна Хаббла змінюється з часом, але термін «постійна» виправданий тим, що в кожен даний момент часу у всіх точках Всесвіту постійна Хаббла однакова.
Величина, зворотна постійної Хаббла, має сенс характерного часу розширення Всесвіту на поточний момент. Для сучасного значення постійної Хаббла, вік Всесвіту оцінюється приблизно в 13,8 млрд років.
Щодо центру сфери Хаббла швидкість розширення простору всередині неї менше світловий, а поза нею - більше. На самій сфері Хаббла світлові кванти як би вморожени в простір, яке розширюється там зі світловою швидкістю, і тому вона стає ще одним горизонтом - горизонтом фотонів.
Якщо розширення всесвіту сповільнюється, то радіус сфери Хаббла зростає, оскільки він обернено пропорційний зменшуваного Хаббловском параметру. В такому випадку у міру старіння всесвіту ця сфера охоплює все нові і нові області простору і впускає все нові і нові світлові кванти. З плином часу спостерігач побачить галактики і внутрігалактіческой події, які раніше перебували поза ним фотонного горизонту. Якщо ж розширення всесвіту прискорюється, то радіус Хаббловском сфери, навпаки, скорочується.
У космології говорять про три важливі поверхнях: горизонті подій, горизонті частинок і сфері Хаббла. Дві останні є поверхнями в просторі, а перша - в просторі - часу. Зі сферою Хаббла ми вже познайомилися, поговоримо тепер про горизонтах.
горизонт частинок
Горизонт частинок відокремлює спостерігаються в даний момент об'єкти від спостережених.
Через кінцівки швидкості світла спостерігач бачить небесні об'єкти такими, якими вони були в більш-менш віддаленому минулому. За межами горизонту частинок лежать галактики, які в даний момент не спостерігаються ні на єдиному етапі їх попередньої еволюції. Це означає, що їх світові лінії в просторі-часі ніде не перетинають поверхню, по якій поширюється світло, що приходить до спостерігача з моменту народження Всесвіту. Усередині горизонту частинок розташовані галактики, чиї світові лінії в минулому перетнулися з цією поверхнею. Саме ці галактики і становлять важливу частину Всесвіту, в принципі доступну спостереженню в даний момент часу.
Для нерозширювана Всесвіту розмір горизонту частинок зростає з віком, і рано чи пізно все області Всесвіту виявляться доступними для вивчення. Але у Всесвіті це не так. Більш того, в залежності від швидкості розширення розмір горизонту частинок може залежати від часу, що пройшов з моменту початку розширення, по більш складному закону, ніж проста пропорційність. Зокрема, в прискорено розширення Всесвіту розмір горизонту частинок може прагнути до постійної величини. Це означає, що є області принципово неспостережувані, є процеси принципово непізнавані.
Крім того, розмір горизонту частинок обмежує розмір причинно-пов'язаних областей. Дійсно, дві просторові точки, розділені відстанню більше розміру горизонту, ніколи не взаємодіяли в минулому. Оскільки найшвидше взаємодія (обмін променями світла) ще не відбулося, то і будь-яке інше взаємодія виключено. Тому ніяке подія в одній точці не може мати в якості своєї причини подія, що відбулася в іншій точці. У разі, коли розмір горизонту частинок прагне до постійної величини, Всесвіт розбивається на причинно-незв'язані області, еволюція в яких протікає незалежно.
Таким чином, нам не дано знати, яка Всесвіт за межами нинішнього горизонту частинок. Деякі теорії раннього Всесвіту стверджують, що дуже далеко за цим горизонтом вона зовсім не схожа на те, що ми бачимо. Цю тезу цілком навчена, оскільки він випливає з цілком розумних обчислень, однак його не можна ні спростувати, ні підтвердити за допомогою астрономічних спостережень, доступних в наш час, Більш того, якщо простір і далі буде розширюватися з прискоренням, його не можна буде перевірити і в скільки завгодно віддаленому майбутньому.
Джерела на горизонті частинок мають нескінченне червоний зсув. Це найдавніші фотони, які хоча б теоретично можна зараз «побачити». Вони були випроменені практично в момент Великого вибуху. Тоді розмір видимої сьогодні частини Всесвіту був украй малий, а значить, з тих пір все відстані дуже сильно виросли. Звідси і виникає нескінченне червоний зсув. Звичайно, насправді ми не можемо побачити фотони з самого горизонту частинок. Всесвіт в роки своєї молодості була непрозорою для випромінювання. Тому фотони з червоним зміщенням понад 1 000 не спостерігаються. Якщо в майбутньому астрономи навчаться реєструвати реліктові нейтрино, то це дозволить заглянути в перші хвилини життя Всесвіту, відповідні червоному зсуву - Зх10 7. Ще більшого прогресу можна буде досягти при детектуванні реліктових гравітаційних хвиль, діставшись до «планківських часів» (10 -43 секунд з початку вибуху). З їх допомогою можна буде заглянути в минуле настільки далеко, наскільки це в принципі можливо за допомогою відомих на сьогодні законів природи. Поблизу початкового моменту великого вибуху загальна теорія відносності вже непридатна.
Горизонт подій
Горизонт подій - це поверхня в просторі-часі. Такий горизонт виникає не у всякій космологічної моделі. Наприклад, в сповільнення Всесвіту горизонту подій немає - будь-яка подія з життя віддалених галактик можна побачити, якщо досить довго почекати. Сенс введення цього горизонту в тому, що він відокремлює події, які можуть вплинути на нас хоча б в майбутньому, від тих, які ніяк вплинути на нас не зможуть. Якщо навіть світловий сигнал про подію не доходить до нас, то і сама подія не може надати на нас вплив. Чому таке можливо? Причин може бути декілька. Найпростіша - модель з «кінцем світу». Якщо майбутнє обмежена в часі, то ясно, що світло від якихось далеких галактик дійти до нас просто не зможе. Більшість сучасних моделей такої можливості не передбачають. Є, правда, версія майбутнього Великого розриву (Big Rip), але вона не дуже популярна в наукових колах. Зате є інший варіант - розширення з прискоренням.
Нещодавнє відкриття того факту, що Всесвіт зараз розширюється з прискоренням, буквально розбурхало космологов. Причин такого незвичайного поведінки нашого світу може бути дві: або основним «наповнювачем» нашого Всесвіту є не звичайна речовина, а невідома матерія з незвичайними властивостями (так звана темна енергія), або (ще страшніше подумати!) Потрібно змінювати рівняння загальної теорії відносності. Та ще чомусь людству довелося жити в той короткий по космологічним масштабами період, коли уповільнене розширення тільки-тільки змінилося прискореним. Всі ці питання ще дуже далекі від свого вирішення, але вже сьогодні можна обговорити те, як прискорене розширення (якщо воно буде тривати вічно) змінить наш Всесвіт і створить горизонт подій. Виявляється, що життя далеких галактик, починаючи з того моменту, як вони наберуть достатньо велику швидкість втечі, для нас зупиниться і їх майбутнє стане нам невідомо - світло від цілого ряду подій просто ніколи до нас не дійде. Згодом, в досить далекому майбутньому, все галактики, що не входять в наше локальне надскупчення розміром 100 мегапарсек, сховаються за горизонтом подій.
Минуле і майбутнє
За словами професора Ріндлера, існує дуже зрозуміла інтерпретація обох горизонтів нашого світу: «Горизонт подій утворений світловим фронтом, який в межі зійдеться на нашій Галактиці, коли вік Всесвіту зросте до нескінченності. Навпаки, горизонт частинок відповідає світловому фронту, випущених в момент Великого вибуху. Фігурально висловлюючись, горизонт подій окреслюється найостаннішим з світлових фронтів, що досягають нашої Галактики, а горизонт частинок - найпершим. З такого визначення стає зрозумілим, що
горизонт частинок задає максимальну відстань, з якого в нашу нинішню епоху можна спостерігати те, що сталося в минулому. Горизонт подій, навпаки, фіксує максимальну дистанцію, звідки можна отримати інформацію про нескінченно віддаленому майбутньому.
Це дійсно два різних горизонту, які необхідні для повного опису еволюції світобудови ».
ЩЕ МАТЕРІАЛИ ПО ТЕМІ: