Таблица 6.2.

Приблизительное количество вещества, на использование которого будущая жизнь может надеяться.

Нас ограничивает скорость света: один световой год (то есть около десяти триллионов километров) за год. На рис. 6.6 показана та часть пространства, откуда свет смог дойти до нас за прошедшие 13,8 миллиардов лет со времени нашего Большого взрыва, — эта сферическая область известна под названием «наша наблюдаемая Вселенная», или просто «наша Вселенная». Даже если вообще пространство бесконечно, наша Вселенная — конечна, насчитывая «всего» 1078 атомов. Более того, 98 % этой Вселенной открыты нам по принципу «смотри, но не трогай», в том смысле, что, видя их, мы не доберемся туда к ним, даже потратив вечность на путешествие со скоростью света. Почему это так? В конце концов, тот факт, что мы не видим остальных частей Вселенной, есть следствие ее ограниченного возраста — она не бесконечно стара, и свету просто не хватило времени, чтобы добраться до нас! Так разве же мы не сможем достичь как угодно удаленной галактики, если нам просто не надо будет думать о том, сколько времени продлится наше путешествие?

Первое препятствие — наша Вселенная постоянно расширяется, из-за чего расселение по далеким галактикам будет напоминать игру в салки. Второе препятствие состоит в том, что это расширение постоянно ускоряется — в этом повинна загадочная темная энергия, на долю которой приходится 70 % всей материи во Вселенной. Чтобы понять, к каким проблемам это может приводить, представьте себе, что вы выходите на железнодорожную платформу и видите, как ваш поезд медленно набирает ход, но дверь нужного вам вагона пока еще заманчиво открыта. Если вы достаточно проворны и безрассудны, сможете ли вы его догнать? Поскольку поезд, очевидно, может двигаться значительно быстрее, чем вы можете бежать, то ответ на вопрос определяется тем, насколько далеко нужная вам дверь была в момент вашего появления на платформе. Если только дистанция между вами превышала некоторое критическое значение, догнать свой вагон вы никогда не сможете. Подобную ситуацию мы встречаем, пытаясь добраться до далекой галактики, удаляющейся от нас с ускорением: даже путешествуя со скоростью света, мы не сможем догнать те галактики, которые сейчас удалены от нас более чем на 17 миллиардов световых лет, — а это более 98 % галактик в нашей Вселенной.

Рис. 6.6

Наша Вселенная, то есть та часть пространства, ограниченная сферой, откуда свет мог добраться до нас за 13,8 миллиардов лет после Большого взрыва. Изображение, полученное с помощью орбитальной обсерватории Planck, показывает, какой она была в младенчестве, в возрасте всего 400 тысяч лет: тогда она состояла из плазмы, примерно такой же горячей, как поверхность Солнца. Пространство, по-видимому, простирается и за этими пределами, а новое вещество каждый год появляется в поле зрения.

Рис. 6.7

На пространственно-временной диаграмме всякое событие представляется точкой, вертикальные и горизонтальные координаты которой показывают, где и когда соответственно это событие происходит. Если пространство не расширяется (слева вверху), то две половинки конуса ограничивают ту часть пространства-времени, которая на нас на Земле (в вершине конуса) могла оказать определяющее влияние (нижняя половина), и ту, на которую мы можем повлиять сами (верхняя половина), потому что всякое взаимодействие может передаваться со скоростью не больше скорости света. Все становится намного интереснее, когда пространство расширяется (слева внизу и на этой странице вверху). В соответствии со стандартной космологической моделью перемещаться и даже видеть что-либо мы можем только внутри ограниченной области пространства, даже если само пространство и не ограничено. Слева внизу, где изображено нечто, напоминающее бокал для шампанского, мы пользуемся такими координатами, которые компенсируют расширение пространства, и мировые линии далеких галактик вертикальны. В нашу выделенную точку в 13,8 миллиардах световых лет от Большого взрыва свет мог прийти лишь из области, накрытой основанием бокала, и, даже двигаясь со скоростью света, мы никогда не сможем выбраться за пределы верхней части бокала, содержащей около 10 миллиардов галактик. На правом рисунке, где изображено нечто, напоминающее каплю под чашкой цветка, мы пользуемся обычными координатами и видим пространство расширяющимся. Из-за этого основание бокала деформируется, потому что все у его кромок, видимых нам сейчас, в начале времен и в самом деле было очень близко друг к другу.

Но погодите: разве специальная теория относительности Эйнштейна не запрещает чему бы то ни было двигаться быстрее света? Как же тогда могут галактики обгонять что-то, движущееся со скоростью света? Ответ заключается в том, что специальной теории относительности пришла на смену общая теория относительности, правила которой несколько мягче: ничто не может в своем движении в пространстве превысить скорость света, но само пространство может расширяться так быстро, как ему захочется. Эйнштейн также дал нам дивный способ визуализировать этот предел скорости, представляя время как четвертое измерение в пространстве (см. рис. 6.7, где я изобразил четырехмерное пространство трехмерным, отбросив одно из трех пространственных измерений). Если бы пространство не расширялось, световые лучи можно было бы представить как прямые линии, проведенные под углом в 45 градусов, так что все, открывающееся нашему взгляду здесь и сейчас, лежит внутри конусов. В то время как наш световой конус прошлого обрезается Большим взрывом на отметке в 13,8 миллиарда световых лет, наш конус будущего расширяется неограниченно, открывая перед нами бесконечные просторы нашего будущего материального обеспечения. Совсем другую картину мы находим на рисунке 6.7 слева внизу, где изображена расширяющаяся Вселенная с темной энергией (то есть, похоже, та самая Вселенная, где мы и живем), которая деформирует конусы во что-то напоминающее бокал для шампанского, навеки ограничивая долю доступных нам галактик примерно 10 миллиардами.

Если такие ограничения вызывают у вас приступы космической клаустрофобии, могу вас поздравить: у вас еще есть спасительная лазейка! В моих вычислениях предполагалось, что темная энергия не меняется со временем, что в общем-то соответствует имеющимся измерениям. Но, тем не менее, у нас пока еще нет никаких намеков, чем бы таким могла оказаться темная энергия на самом деле, и поэтому пока остается призрачная надежда, что она со временем может рассосаться (как должна была поступить подобная темной энергии субстанция, предположение о существовании которой нам необходимо, чтобы объяснить инфляцию), и когда это случится, ускорение должно будет уступить место замедлению, потенциально давая возможность будущим формам жизни расселяться по галактикам, не ограничивая себя.