Свет летит с конечной скоростью, а возраст Вселенной — около 13,8 миллиарда лет. Кажется, дальше 13,8 миллиарда световых лет мы видеть не можем. Но современный радиус наблюдаемого космоса оценивается примерно в 46 миллиардов световых лет — и это не арифметическая ошибка.
2. Свет шёл, пока расстояние росло
Представим далёкую область, испустившую свет в молодой Вселенной. Фотон начал путь к будущему Млечному Пути, но пространство между его источником и нами всё это время расширялось. Луч проходил через меняющуюся геометрию, а не через неподвижную линейку.
Поэтому время полёта света и нынешнее расстояние до источника — разные величины. Свет мог путешествовать около 13,8 миллиарда лет, а область, из которой он вышел, сегодня находится намного дальше. В стандартной модели её современная сопутствующая дистанция приближается к 46 миллиардам световых лет.
Сопутствующей называют координату, которая учитывает расширение и позволяет сравнивать положения объектов в один космологический момент. Это удобный способ ответить на вопрос «как далеко источник сейчас», хотя в общей теории относительности само понятие одновременного расстояния на таких масштабах требует выбранной модели.
3. Что именно мы называем наблюдаемой Вселенной
Наблюдаемая Вселенная — область, из которой сигнал успел повлиять на нас за космическую историю. Её радиус составляет примерно 46 миллиардов световых лет, а диаметр — около 92–93 миллиардов. NASA приводит округлённую оценку порядка 92 миллиардов световых лет в поперечнике.
Самый далёкий свет, который мы видим непосредственно, — реликтовое излучение. Оно освободилось, когда Вселенной было около 380 тысяч лет. До этого горячая плазма непрерывно рассеивала фотоны, словно плотный туман скрывает всё за собой.
Граница реликтового излучения не является стеной или краем пространства. Это поверхность последнего рассеяния: в каждом направлении мы смотрим на область, откуда древние фотоны пришли именно к нам. Наблюдатель в другой галактике имел бы собственную такую сферу и не оказался бы «ближе к центру».
4. Почему расширение не нарушает скорость света
Теория относительности запрещает материальному объекту локально обогнать свет. Но она не требует, чтобы расстояние между очень далёкими областями пространства росло медленнее света. Космологическое расширение — изменение масштаба пространства, а не полёт галактик через неподвижную пустоту.
На ранних этапах некоторые области, свет которых мы видим сегодня, удалялись так быстро, что фотону сначала было трудно уменьшать расстояние до нас. По мере изменения темпа расширения луч оказался внутри области, откуда мог продвигаться в нашу сторону. Так древний свет всё же достиг телескопов.
Из этого следует полезное предостережение: фраза «галактика в 13 миллиардах световых лет» может означать время пути света, нынешнюю дистанцию или дистанцию в момент излучения. В популярном тексте эти величины часто смешивают, и космос будто начинает противоречить сам себе.
5. А насколько велика вся Вселенная
Здесь честный ответ гораздо короче: неизвестно. Наблюдения говорят, что геометрия пространства на больших масштабах очень близка к плоской. Плоская Вселенная может быть бесконечной, но также может иметь сложную конечную топологию без края, подобно тому как поверхность сферы конечна и не имеет границы — только в большем числе измерений.
Если весь космос конечен, он должен быть заметно больше наблюдаемой части, иначе мы могли бы увидеть повторяющиеся узоры на небе. Убедительных повторов не найдено. Однако из этого нельзя получить надёжный общий диаметр.
Инфляционные модели часто предполагают, что вся Вселенная несравнимо больше нашего горизонта. Но области за горизонтом недоступны прямому наблюдению. Числа для их размеров зависят от гипотез и не должны выдаваться за измеренные расстояния.
6. Что говорит наука
Подтверждено: возраст Вселенной близок к 13,8 миллиарда лет, а её расширение измеряется по красным смещениям и другим наблюдениям. В рамках согласованной космологической модели радиус наблюдаемой части сегодня составляет около 46 миллиардов световых лет.
Наиболее вероятное объяснение разницы — расширение пространства во время полёта света. Расчёт опирается на историю темпа расширения, которую восстанавливают по реликтовому излучению, сверхновым, барионным акустическим колебаниям и другим данным.
Неизвестно, конечна ли вся Вселенная и каков её полный размер. Наблюдения ограничены горизонтом, а близкая к нулю кривизна не выбирает однозначно между бесконечным и очень большим конечным пространством.
7. Итог
Насколько же велика Вселенная при возрасте 13,8 миллиарда лет? Наблюдаемая часть имеет около 92 миллиардов световых лет в поперечнике, потому что пространство расширялось, пока свет был в пути. Вся Вселенная может быть намного больше — возможно, бесконечной.
Подписывайтесь: космология особенно хороша тем, что простой вопрос о размере быстро превращается в вопрос о смысле расстояния.
