Что находится за границей Вселенной?

Физик Дмитрий Горбунов о размере Вселенной, реликтовом излучении и кривизне пространства

Говоря о пространственном размере Вселенной, следует разделять два понятия. Первое — это размер видимой части Вселенной, или размер современного горизонта. Название говорит само за себя — прямой аналог горизонта, как мы определяем его на Земле: «воображаемая граница видимой части Земли», а в данном случае Вселенной. То, что лежит за этой границей, мы не видим. Не обязательно потому, что там «ничего нет». Как и в случае с земным горизонтом, мы не видим «того, что дальше», потому, что свет оттуда к нам не доходит. В случае с земным горизонтом он не доходит, потому что ему мешает земная поверхность. В случае с космическим горизонтом у света, фотонов (а именно их регистрируют астрономы своими телескопами) просто не хватает времени, чтобы долететь до нас.

Особенность наблюдений за удаленными объектами в космосе состоит в том, что регистрируемый сегодня от таких объектов свет долго путешествовал по Вселенной и был испущен на самом деле очень давно. Таким образом, удаленные на космологически большие расстояния объекты — это объекты, существовавшие очень давно и испустившие регистрируемый нами свет очень-очень рано. Самый ранний сигнал, который мы знаем и хорошо изучили, — знаменитое микроволновое реликтовое излучение — был испущен в эпоху образования водорода, когда не было никаких галактик и звезд, Вселенная была в миллиард раз более плотной, а фотоны в тысячу раз более «горячими», чем сегодня. Пока эти фотоны распространялись по Вселенной, она расширялась. Изучая микроволновое изучение, можно получить информацию об особенностях расширения Вселенной, ее составе и внутренней структуре.

Анализ современных космологических данных соотносится с представлением, что наше пространство плоское и бесконечное. В этом случае «за горизонтом» лежит бесконечный мир, однако «увидеть» его или его части нам не суждено. Если представить, что пространство все-таки «немножко» кривое, то современные наблюдения говорят, что радиус пространственной кривизны не менее чем в десять раз превышает размер видимой части Вселенной.

Последнее утверждение можно проиллюстрировать на примере муравья на поверхности воздушного шарика: размер видимой им части поверхности шарика в десять раз меньше радиуса шарика. Ясно, что для всех практических приложений поверхность шарика можно считать плоской.

Возвращаясь к нашей Вселенной, отметим, что если в самой ранней Вселенной реализовалась инфляционная стадия (почти экспоненциальное раздувание Вселенной), то, даже если пространство искривлено, радиус кривизны экспоненциально большой, а «за горизонтом» все «в среднем» выглядит так же, как и у нас: то же микроволновое излучение, те же звезды и галактики.