Каждую секунду десятки тысяч звезд исчезают из нашей досягаемости. И становится все хуже.
Прошло почти столетие с тех пор, как ученые впервые предположили, что Вселенная расширяется, и что чем дальше от нас находится галактика, тем быстрее она удаляется. Это происходит не потому, что галактики физически удаляются от нас, а скорее потому, что Вселенная полна гравитационно-связанных объектов, и ткань пространства, в которой находятся эти объекты, расширяется.
Но эта картина, господствовавшая с 1920-х годов, недавно была пересмотрена. Прошло всего 20 лет с тех пор, как мы впервые осознали, что это расширение ускоряется, и что со временем отдельные галактики будут удаляться от нас все быстрее и быстрее. Со временем они станут недоступными, даже если мы отправимся к ним со скоростью света. Вселенная исчезает, и мы ничего не можем с этим поделать.
Когда вы смотрите на звезду, свет которой приближается к вам после 100-летнего путешествия к вам, вы видите звезду, которая находится на расстоянии 100 световых лет из-за того, что скорость света конечна. Но когда вы смотрите на галактику, свет которой приходит к вам после путешествия в 100 миллионов лет, вы не смотрите на галактику, которая находится на расстоянии 100 миллионов световых лет. Скорее, вы видите галактику, которая значительно дальше!
Причина этого в том, что в самых больших масштабах - те, которые гравитационно не связаны вместе в галактики, группы или скопления - Вселенная расширяется. Чем больше времени требуется фотону, чтобы добраться от далекой галактики до ваших глаз, тем большую роль играет расширение Вселенной, а это означает, что самые отдаленные галактики находятся еще дальше, чем время, которое свет от них путешествовал.
Это проявляется как космическое красное смещение. Поскольку свет излучается с определенной энергией и, следовательно, с определенной длиной волны, мы полностью ожидаем, что он достигнет места назначения с определенной длиной волны. Если бы ткань Вселенной не расширялась и не сжималась, а была бы постоянной, длина волны была бы такой же. Но если Вселенная расширяется, ткань этого пространства растягивается, как показано на видео выше, и, следовательно, длина волны этого света становится длиннее. Большие красные смещения, которые мы наблюдали у самых далеких галактик, полностью подтвердили эту картину.
Но мы можем сделать гораздо больше, чем определить, что Вселенная расширилась и продолжает расширяться. Мы можем использовать всю информацию, которую мы собираем, чтобы сделать вывод о том, как Вселенная расширялась за свою историю, что, в свою очередь, говорит нам, из чего состоит Вселенная.
Как только свет покидает далекий космический источник, расширяющаяся Вселенная увеличивает длину волны этого света. Это приводит к красному смещению, когда более удаленные объекты будут иметь светлое красное смещение в течение более длительного времени, когда различные компоненты Вселенной (такие как темная энергия, материя или излучение/нейтрино) были более важны.
Измеряя источники на множестве расстояний, обнаруживая их красное смещение, а затем либо измеряя их собственный размер по сравнению с видимым, либо их собственную по сравнению с видимой яркостью, мы можем реконструировать всю историю расширения Вселенной.
Кроме того, поскольку расширение Вселенной определяется различными типами материи и энергии, присутствующими в ней, мы можем узнать, из чего состоит наша Вселенная:
- 68% темной энергии, что эквивалентно космологической постоянной,
- 27% темной материи,
- 4,9% нормального (протоны, нейтроны и электроны) вещества,
- 0,1% нейтрино и антинейтрино,
- около 0,008% фотонов и
- абсолютно ничего другого, включая отсутствие кривизны, отсутствие космических струн, отсутствие доменных стенок, отсутствие космических текстур и т.д.
Как только мы с такой точностью узнаем, из чего состоит Вселенная, мы можем просто применить это к законам гравитации (данным общей теорией относительности Эйнштейна) и определить, какова будущая судьба нашего Вселенная есть. То, что мы обнаружили, когда впервые применили это к открытию Вселенной с преобладанием темной энергии, было шокирующим.
Во-первых, это означало, что все галактики, которые еще не были связаны с нами гравитационно, в конечном итоге исчезнут из поля зрения. Они будут удаляться от нас со все возрастающей скоростью, поскольку Вселенная будет продолжать расширяться, расширяться и расширяться, не сдерживаемая гравитацией или какой-либо другой силой. Со временем галактика становилась все более отдаленной, а это означало, что между этой галактикой и нами увеличивалось пространство. Поскольку пространство продолжает расширяться, кажется, что галактика удаляется со все большей и большей скоростью из-за расширения пространства.
Но есть неизбежный вывод, что это приводит к еще более тревожным последствиям. Это означает, что на определенном ключевом расстоянии от нас расширение самой ткани пространства делает так, что фотон, либо вылетевший из нашей галактики в дальнюю, либо вылетевший из дальней галактики в сторону нашей, никогда не достигнет нас. Скорость расширения Вселенной настолько велика, что далекие галактики становятся недоступными для нас, даже если бы мы двигались со скоростью света!
В настоящее время это расстояние составляет «всего» около 15 миллиардов световых лет. Если учесть, что наша наблюдаемая Вселенная имеет радиус около 46 миллиардов световых лет и что все области космоса содержат (в среднем и в самых больших масштабах) одинаковое количество галактик, это означает, что только около 3% общее количество галактик в нашей Вселенной доступно нам в настоящее время, даже если мы уйдем сегодня и будем путешествовать со скоростью света.
Это также означает, что в среднем двадцать тысяч звезд каждую секунду переходят из состояния досягаемости в состояние недосягаемости. Свет, который они излучали секунду назад, когда-нибудь дойдет до нас, но свет, который они излучают в эту секунду, никогда не дойдет. Это тревожная, отрезвляющая мысль, но есть и более оптимистичный взгляд на нее: это Вселенная напоминает нам, как драгоценна каждая секунда. Это Вселенная говорит нам, что если мы когда-нибудь захотим выйти за пределы нашей локальной группы - за пределы гравитационно связанного набора объектов, состоящего из Андромеды, Млечного Пути и примерно 60 маленьких галактик-спутников - , что каждый момент нашего промедления - это еще одна возможность. потерянный.
Из примерно двух триллионов галактик в нашей Вселенной сегодня только около 3% все еще доступны с точки зрения Млечного Пути. Это также означает, что 97% галактик в нашей наблюдаемой Вселенной уже находятся вне досягаемости человечества из-за ускоренного расширения Вселенной, вызванного темной энергией. Каждой галактике за пределами нашей локальной группы с течением времени уготована та же участь.
Если мы не разовьем способность к межгалактическим путешествиям и не отправимся в другие галактические группы и скопления, человечество навсегда застрянет в нашей локальной группе. Со временем наша способность даже посылать или получать сигналы тому, что находится за пределами великого космического океана, исчезнет из поля зрения. Ускоренное расширение Вселенной неумолимо, и имеющейся у нас гравитации недостаточно, чтобы его преодолеть. Вселенная исчезает, и мы ничего не можем сделать, чтобы остановить это.