Что такое видимая Вселенная и видим ли мы всю Вселенную сразу?

Что такое видимая Вселенная и видим ли мы всю Вселенную сразу?

Бозон Хиггса

Если бы наша Вселенная не расширялась, и скорость света стремилась к бесконечности, вопросы «видим ли мы всю Вселенную?» или «как далеко мы можем видеть Вселенную?» не имели бы смысла. Мы бы «в прямом эфире» видели бы все, что происходит в любом уголке космического пространства.

Но, как известно, скорость света конечна, а наша Вселенная расширяется, причем делает это с ускорением. Если скорость расширения постоянно возрастает, то существуют области, убегающие от нас со сверхсветовой скоростью, которые, согласно логике, видеть мы не можем. Но как такое возможно? Неужели это не противоречит Теории Относительности? В данном случае нет: ведь расширяется само пространство, а у объектов внутри него остаются досветовые скорости. Для наглядности можно представить себе нашу Вселенную в виде воздушного шарика, а пуговица, приклеенная к шарику, будет играть роль галактики. Попробуйте надуть шарик: галактика-пуговица начнет удаляться от вас вместе с расширением пространства шарика-Вселенной, хотя собственная скорость галактики-пуговицы останется нулевой.

Получается, должна существовать область, внутри которой находятся объекты, убегающие от нас со скоростью меньшей скорости света, и излучение которых мы можем фиксировать в свои телескопы. Эта область называется Сферой Хаббла. Она заканчивается границей, где скорость удаления далеких галактик будет совпадать со скоростью движения их фотонов, которые летят в нашем направлении (т.е. скоростью света). Эта граница получила название Горизонт Частиц. Очевидно, что объекты, находящиеся за Горизонтом Частиц, будут иметь скорость выше скорости света и их излучение не может нас достигнуть. Или все-таки может?


Давайте представим, что галактика Х находилась в Сфере Хаббла и испускала свет, который без проблем доходил до Земли. Но из-за ускоряющегося расширения Вселенной, галактика Х вышла за Горизонт Частиц, и уже удаляется от нас со скоростью выше скорости света. Но её фотоны, испущенные в момент нахождения в Сфере Хаббла, все ещё летят в направлении нашей планеты, и мы продолжаем их фиксировать, т.е. наблюдаем объект, который в данный момент удаляется от нас со скоростью, превышающей скорость света.

Но что, если галактика Y никогда не находилась в Сфере Хаббла и в момент начала излучения сразу же имела сверхсветовую скорость? Получается, ни один её фотон за все время существования не побывал в нашей части Вселенной. Но это не означает, что этого не произойдет в будущем! Нельзя забывать, что Сфера Хаббла тоже расширяется (вместе со всей Вселенной), и её расширение больше скорости, с которой от нас удаляется фотон галактики Y (мы нашли скорость удаления фотона галактики Y, вычтя из скорости убегания галактики Y скорость света). При выполнении данного условия когда-нибудь Сфера Хаббла догонит данные фотоны, и мы сможем засечь галактику Y. Наглядно данный процесс продемонстрирован на схеме внизу.

Пространство, включающее в себя Сферу Хаббла и Горизонт частиц, называется Метагалактикой или Видимой Вселенной.

Но есть ли что-нибудь, находящееся за Метагалактикой? Некоторые космические теории предполагают наличие так называемого Горизонта Событий. Возможно, вы уже слышали это название из описания черных дыр. Принцип его действия остается таким же: мы никогда не увидим то, что находится за пределами Горизонта Событий, так как находящиеся за Горизонтом Событий объекты будут иметь скорость убегания фотонов большую, чем скорость расширения Сферы Хаббла, поэтому их свет будет всегда убегать от нас.

Но чтобы Горизонт Событий существовал, Вселенная должна расширяться с ускорением (что согласуется с современными представлениями о мироустройстве). В конце концов, за Горизонт Событий уйдут все окружающие нас галактики. Это будет выглядеть так, будто время в них остановилось. Мы увидим, как они бесконечно уходят за пределы видимости, но так никогда и не увидим их полностью скрывшимися.

Если бы вместо галактик мы наблюдали в телескоп большие часы с циферблатом, а уход за Горизонт Событий обозначал бы положение стрелок на 12:00, то они бы бесконечно долго замедлялись на 11:59:59, а изображение становилось бы более нечетким, т.к. до нас долетало бы всё меньше фотонов. 

Но если ученые ошибаются, и в будущем расширение Вселенной начнет замедляться, то это сразу же отменяет существование Горизонта Событий, так как излучение любого объекта рано или поздно превысит скорость его убегания. Нужно будет только подождать сотни миллиардов лет…


Источник