Простая сложная Вселенная

К настоящему моменту вы должны уже привыкнуть к тому, что, собирая свет звезд, светящих на расстоянии миллиардов световых лет от нас, вы видите, что они выглядят как много миллиардов лет тому назад. Вы смотрите на прошлое. Таким образом, можно проверить, была ли Вселенная тогда меньше, или искать намеки на этот эффект по пути следования достигшего нас света.

Однако не всегда легко понять, что именно видно в отдаленных уголках Вселенной. До сих пор лучшим способом было получить точную картину ожидаемого, а затем проверить, соответствует ли она действительности. Это именно то, чем занимаются физики-теоретики (по крайней мере то, что они должны делать – иногда).

Но теперь давайте посмотрим, какой вывод можно получить до разглядывания чего-либо в телескопе.

Вы снова на пляже тропического острова.

Глубокая ночь, но вместо разглядывания звезд вы, два раза убедившись, что кругом никого нет, начинаете беседовать вслух с самим собой, чтобы выстроить картину истории Вселенной в своем уме…

– Если Вселенная расширяется, то в прошлом она должна была быть меньше.

– ОК.

– Но если это так, то гравитация, или искривление пространства-времени, была бы тогда гораздо более выраженной, так как вся материя и энергия Вселенной заключались в меньшем объеме.

– Это как раз то, о чем так или иначе говорят уравнения Эйнштейна.

– Отлично.

– Затем пространство-время стало расти, потому что по некоторым причинам произошло расширение. Оно началось с маленького, очень плотно заполненного материей и энергией объема, превратившись спустя 13,8 миллиарда лет расширения в то, что имеется теперь, с подобными Земле планетами и звездами, похожими на те, что мы можем видеть над островом.

– Если картина, изображающая Вселенную маленькой, верна…

– Была ли Вселенная плотно заполнена массой или энергией, на самом деле, не имеет никакого значения, так как масса и энергия одинаково воздействуют на геометрию пространства-времени. Это тоже утверждал Эйнштейн.

– И на том спасибо.

– Теперь: если вся энергия содержалась в крошечном объеме, тогда, конечно, существовало сильное трение и происходила куча других вещей, так что в юной Вселенной, видимо, было очень жарко.

Звучит убедительно? Да, и вы не в первый раз приходите к такому выводу.

Но тогда возможно сделать и другие выводы.

Как вам такой: Вселенная могла быть настолько плотной, что ни один луч света извне в то время не мог пройти сквозь нее.

– Ни один луч света не мог пройти сквозь нее… Хм… Звучит так, как будто бы стена…

Точно, вы правы.

Отличная работа.

Такое место должно было существовать на каком-то этапе в прошлом Вселенной, если модель расширения верна от начала до конца, и оно действительно существует. Вы видели его поверхность. Это поверхность последнего рассеяния, поверхность, ограничивающая то, что можно увидеть в нашей Вселенной.

То, что вы только что проделали, довольно необычно.

Вы только что побывали в мечте физика: исходя из чистой логики, используя уравнения Эйнштейна и увиденное во Вселенной после того, как покинули свой пляж, вы выяснили, что где-то там в нашем прошлом должна существовать непроницаемая для света стена. Что ее поверхность должна быть до сих пор видна и… видна на самом деле. Эта поверхность была обнаружена в результате экспериментов и картографирована, как вы сейчас убедитесь.

Я понимаю, что, читая эти строки, вы не можете не почувствовать, как только что произвели революцию в нашем видении Вселенной, но это потому, что вам показали стену, прежде чем додуматься до нее. Вы не потратили двадцать с лишним лет жизни в попытках доказать ее существование задолго до обнаружения. Тем не менее открывшие стену ученые были невероятно поражены фактом ее наличия.

И как ее открыли?

Вновь задумчиво бродя по пляжу, вы понимаете, что есть проблема: поверхность, что вы узрели на краю сегодняшней видимой Вселенной, не совсем та, о которой вы только что думали, не правда ли? Настоящая, та, что мы можем наблюдать в телескопы, очень холодная, в то время как эта стена, всплывшая в вашем уме, была очень горячей.

Насколько горячей?

Используя уравнение Эйнштейна, некоторые ученые уже рассчитали ее предполагаемую температуру. В итоге появилась достаточно внушительная цифра: около 3000 °C. Они обнаружили, что, становясь прозрачной, вся Вселенная имела такую же температуру.

Стены, которую вы видели в небе, не было.

И это проблема.

Но разве вы о чем-то не забыли?

Разве, сделав вывод о самом существовании горячего прошлого, вы не допускаете, что пространство-время расширяется, что видимый объем Вселенной рос и со временем вырос до размеров, замеченных вашими друзьями на небе? И не могло ли это расширение оказать влияние на температуру Вселенной?

Ну да. Не только могло, но и должно было, что на самом деле меняет все.

Взять духовку на вашей кухне. Разогрейте ее так, чтобы воздух внутри стал приятно жарким. Затем выключите и представьте себе, что духовка начинает быстро расти, достигнув величины дома. Температура внутри нее мгновенно станет значительно ниже, чем при обычных размерах.