Даже со скоростью света вы никогда не доберетесь до этих галактик.
“Теперь я понимаю, что хотел исчезнуть. Заблудиться так, чтобы меня никто никогда не нашел. Уйти так далеко, что я никогда не смогу вернуться домой. Но я понятия не имею, почему». - Джессика Уорман
Когда вы ложитесь на спину ясной, темной, безлунной ночью, что вы видите? Если у вас прекрасное зрение и условия наблюдения подходящие, вы, скорее всего, увидите не только несколько планет и тысячи звезд, но и звездные скопления, несколько тусклых туманностей, плоскость Млечного Пути и, возможно, даже далекую галактику. или два.
Но когда вы начинаете смотреть более глубоко - за пределы того, что вы можете увидеть невооруженным глазом - вы начинаете обнаруживать, что есть удивительная Вселенная за пределами нашей собственной галактики, за звездами, скоплениями и туманностями Млечный Путь там. То, что когда-то казалось слабым, нечетким, несущественным пятном, с тех пор оказалось далекими галактиками или островными вселенными, не так уж отличающимися от нашей, состоящими из сотен миллионов и многих триллионов звезд.
И Вселенная полна ими, причем галактик в той части, которую мы можем наблюдать, примерно столько же, сколько звезд во всей галактике, в которой мы живем.
Что, возможно, удивительно в этих галактиках, так это то, что чем дальше мы их находим, тем быстрее они удаляются от нас. Это было одно из самых загадочных открытий начала 20-го века, и оно было наконец приведено в порядок Эдвином Хабблом (и, независимо, Жоржем Леметром), которые поняли, что это было следствием жизни в расширяющейся Вселенной.
Результирующее соотношение - что чем дальше от нас находится галактика, тем быстрее кажется, что она удаляется - известно как закон Хаббла. Единственные исключения из этого правила случаются, когда галактика подвергается интенсивному локальному гравитационному взаимодействию, придающему ей то, что известно как значительная пекулярная скорость. Но в самых больших масштабах закон Хаббла, или соотношение скорость/красное смещение, проявляется невероятно ясно.
Вы можете инстинктивно задаться вопросом, особенно если вы знаете о структуре Большого Взрыва, будет ли это продолжаться вечно или нет? Знаменитый закон Хаббла был сформулирован еще в 1929 году, и большую часть ХХ века ученые искали ответ именно на этот вопрос.
Видите ли, Вселенная возникла из горячего, плотного, очень быстро расширяющегося состояния. Он был полон материи и излучения, и со временем он расширился, остыл, и скорость расширения стала замедляться. Кроме того, гравитационные несовершенства выросли в галактики и скопления галактик или сжались в огромные космические пустоты.
Миллиарды лет назад, когда Вселенная была почти идеально однородной, в ней не было жизни, планет, звезд или галактик, теперь у нас - в среднем - сотни миллиардов звезд в каждой из сотни миллиардов галактик, населяющих наблюдаемую Вселенную диаметром около 92 миллиардов световых лет. И выглядит это примерно так.
Конечно, Вселенная начала расширяться очень быстро, но она также начала с огромным количеством материи и энергии в ней. Со временем гравитация замедлила скорость расширения. И все еще расширяется… пока.
Но это наша прошлая история. Что насчет будущего?
Вы можете представить - как и большинство ученых на протяжении большей части 20-го века - три возможных сценария:
- Гравитация побеждает Если материи и энергии достаточно, то гравитация в конечном итоге может преодолеть начальное расширение. Вселенная достигнет максимального размера, когда скорость расширения упадет до нуля, а затем начнется фаза сжатия. Через некоторое время Вселенная вернется в горячее и плотное состояние, и это закончится огненной судьбой, известной как Большое сжатие.
- Расширение побеждает Если материи и энергии недостаточно, гравитация не может достаточно замедлить первоначальное расширение. Далекие галактики будут продолжать удаляться, и хотя скорость расширения упадет, она никогда не достигнет нуля и никогда не обратится вспять. В конце концов, все будет так далеко друг от друга, что закончится состоянием, когда вся его материя сколь угодно близка к абсолютному нулю: Большое Замораживание.
- Случай «Златовласки» Если бы во Вселенной был еще хотя бы один протон, она бы снова сжалась и закончилась Большим схлопыванием. Если бы в ней было всего на один протон меньше, она бы разлетелась навсегда. Но в критической Вселенной скорость расширения и гравитация лежат прямо на этом краю. Скорость расширения асимптотируется до нуля, но останавливается на минимально возможной скорости без повторного коллапса.
Долгое время мы пытались измерить, какой из этих трех вариантов описывает нашу Вселенную. Будет ли он снова коллапсировать, будет ли он «качать» навсегда, или это будет критический случай?
Представьте наше удивление, когда пришли данные - как раз за 1998 год - указывающие на то, что ни один из этих вариантов не был! Вместо этого скорость расширения не будет продолжать падать, а будет асимптотироваться до конечного, отличного от нуля значения.
Это означает, что каждая галактика, удаляясь от нас, будет удаляться все быстрее и быстреес течением времени, появляясь ускорься!
В каком-то смысле это просто природа Вселенной, делать то, что она делает, подчиняясь законам физики. Но в другом, более вдумчивом смысле, это невероятно угнетает.
Видите ли, в трех сценариях, которые мы представили ранее, если вы покидаете Землю на ракетном корабле, который может двигаться с произвольной скоростью, вы всегда можете добраться до любой галактики в наблюдаемой Вселенной, имея достаточно времени. Конечно, чем дальше была галактика, тем дольше вам нужно было путешествовать, чтобы добраться до нее, но в принципе все было досягаемо, независимо от того, насколько оно было тусклым, тусклым или далеким. Поскольку гравитация замедляла бы скорость расширения с течением времени, если бы вы были достаточно преданы своему делу и путешествовали с достаточно высокой скоростью в течение достаточно долгого времени, вы неизбежно могли бы разрушить что-либо во Вселенной.
Но не в том случае, если наша Вселенная ускоряется. Если что-то удаляется от нас прямо сейчас со скоростью более 299 792,458 км/с - быстрее скорости света - и ускоряется, то как что-то может достичь этого? Даже фотон, движущийся со скоростью света, не смог бы достичь такой галактики. Вместо этого все, что выходит за пределы этой точки, будет делать то, что космологи называют красным излучением, что означает, что они достаточно сдвинуты в красную сторону, и все, что мы делаем сегодня, никогда не сможет их достичь, и только свет, который они излучали в прошлом, когда-либо достигнет нас. Мы уже причинно отсоединены от них.
И одна невероятно пугающая вещь заключается в том, что любая галактика с красным смещением более 1,5 (что не так уж и велико) уже исчезла.
Рассмотрите вот такое изображение: 10 000 самых тусклых и самых далеких галактик, которые мы когда-либо обнаруживали. Измеряя их красное смещение, мы можем точно определить (исходя из закона Хаббла), насколько далеко находятся эти галактики.
И, как выясняется, около 40% галактик на этом изображении уже недостижимы, даже для луча света, ушел сегодня. Если мы увеличим масштаб этой области пространства и представим, как выглядят эти галактики с точки зрения «глубины», как на видео ниже, мы обнаружим, что все, что остается на изображении примерно после отметки 0:38 секунды, уже покраснел.
И по мере того, как Вселенная движется во времени, все больше и больше галактик исчезают, поскольку Вселенная продолжает ускоряться. С каждой проходящей секундой (в среднем) тысячи звезд и их планетные системы навсегда пересекают этот горизонт и оставляют нам возможность добраться до них на всю вечность. Из сотен миллиардов галактик (возможно, даже триллиона) в нашей Вселенной сегодня только около 3% все еще доступны. И каждый раз, когда проходит всего три года, еще один исчезает из нашей нынешней досягаемости.
Мы всегда можем надеяться, что какой-то тип управляемой червоточины или искривляющее пространство-время путешествие со скоростью, превышающей скорость света, может спасти нас, но нет никаких доказательств того, что такое новшество несмотря на наши лучшие научно-фантастические мечты может когда-либо будет реализовано на практике. До тех пор нам лучше планировать начать наше путешествие раньше, чем позже.
Потому что расширение продолжается.
Есть что сказать? Комментарий на форуме Starts With A Bang в Scienceblogs!