Несмотря на то, что человечество сумело описать физические законы, управляющие Вселенной, понять и в полной мере осознать их мы не в силах. Большой взрыв, произошедший около 13,8 миллиардов лет назад, положил начало всему что мы знаем. Но если у Вселенной было начало, будет ли у нее конец? Примерно через пять миллиардов лет Солнце погибнет, захватив с собой нашу планету. Примерно в это же время (плюс минус миллиард лет) Млечный Путь столкнется со своим ближайшим соседом – галактикой Андромеды. Но что дальше? Прошло немало лет с тех пор, как ученые выдвинули предположение о расширении Вселенной: чем дальше от нас находятся другие галактики, тем быстрее они, по-видимому, удаляются от нас. Этот процесс длится около шести миллиардов лет и происходит не потому, что галактики физически удаляются от Земли, а скорее потому, что Вселенная полна гравитационно связанных объектов. Со временем эти галактики станут полностью недостижимыми для наблюдений, даже если мы будем двигаться к ним со скоростью света.

Исследователи полагают, что за расширение Вселенной ответственна таинственная темная энергия (обнаружить которую пока не удалось)

Если проследить за Вселенной с момента ее рождения, то продвигаясь вперед во времени, мы придем к единому, последовательному выводу – наша Вселенная существует уже 13,8 млрд лет и на 68% состоит из темной энергии. 27% приходятся на темную материю и 4,9% на обычную материю.

Наблюдения за Вселенной

В конце 1920-х годов американский астроном Эдвин Хаббл обнаружил, что Вселенная расширяется. К такому выводу он пришел, наблюдая за галактиками и измеряя расстояние до ближайших к нам. Спустя 70 лет ученые пришли к выводу, что Вселенная не просто расширяется – отдаленные галактики удаляются от нас на большие расстояния со все возрастающей скоростью. Так, в пределах наблюдаемой Вселенной насчитывается около 2 триллионов галактик. 97% из них находятся за пределами нашей досягаемости. Но есть кое-что интересное – с течением времени нашему взору будут открываться новые, ранее не виданные галактики.

Согласно Общей теории относительности (ОТО), наша Вселенная не может оставаться статичной. Причина проста: Вселенная заполнена равным количеством материи и энергии повсюду и во всех направлениях и зависит от трех факторов: начальной скорости расширения, количества всего вещества и энергии, а также соотношения различных типов энергии (материи, темной материи, нейтрино, излучения, темной энергии и проч). Все эти условия, учтенные в расчетах, показывают как прошлое, так и будущее Вселенной.

Благодаря темной энергии далекие галактики уже ускоряются в своей кажущейся скорости удаления от нас.

Млечный Путь представляет собой потрясающее, внушающее благоговейный трепет зрелище для любого человека и предлагает захватывающий вид на огромное количество звезд в нашей галактике. Однако за ее пределами находятся триллионы других галактик и почти все они удаляются от нас.

За последние несколько десятилетий астрономы смогли определить, как выглядит Вселенная во внегалактических масштабах. То, как галактики собираются в группы, скопления и нити, позволило исследователям понять крупномасштабную структуру Вселенной. А учитывая наблюдения за реликтовым излучением (космическое микроволновое фоновое излучение), мы наблюдаем убедительную картину того, как Вселенная стала такой, какой мы ее знаем.

Гравитация и расширение Вселенной

Продолжающееся ускорение гарантирует, что каждая галактика, не связанная гравитационно с нашей собственной, в конечном итоге будет удаляться и станет не только недосягаемой, но и недоступной для наблюдения после определенного момента времени. Но стоит свету покинуть отдаленный космический источник, расширяющаяся Вселенная растягивает длину волны этого света.

Красное смещение – явление, связанное с удалением от нас наблюдаемых объектов из-за расширения Вселенной. Удаляясь, свет «краснеет», а при приближении «сдвигается» в фиолетовую сторону.

Красное смещение в спектрах галактик объясняется эффектом Доплера, который научно обосновывает идею расширяющейся Вселенной.

Но что бы мы увидели, если бы посмотрели на галактику, свет которой еще не достиг наших глаз? Самый удаленный объект, доступный для наблюдений, находится на расстоянии 46 миллиардов световых лет от Земли. При этом любой объект, что расположился в пределах 61 млрд световых лет, когда-нибудь станет наблюдаемым – свет от этих объектов уже направляется к нам. И несмотря на то, что Вселенная расширяется, этот свет когда-нибудь достигнет Земли.

Необходимо также учесть, что скорость света конечна: чем больше времени требуется фотонам, чтобы добраться от далекой галактики до Земли, тем большую роль играет расширение Вселенной. Подробнее о том, какие тайны скрывает темная энергия, мы рассказывали здесь, не пропустите.

Будущее Вселенной

Согласно новой модели Вселенной, ее наблюдаемое расширение может остановиться через 100 миллионов лет. Когда это произойдет, конец Вселенной ознаменует так называемое Большое сжатие – один из возможных сценариев будущего Вселенной, в котором расширение со временем меняется на сжатие. Это приведет к тому, что Вселенная коллапсирует в сингулярность –точку, из которой она родилась почти 14 млрд лет назад.

Когда мы глядим на Вселенную, то чем дальше смотрим, тем в более глубокое прошлое заглядываем.

Измеряя источники света на множестве расстояний, обнаруживая их красное смещение, а затем измеряя их реальный размер по сравнению с видимым, астрономы восстанавливают всю историю расширения Вселенной. Но поскольку оно определяется различными типами материи и энергии, присутствующих в ней, ученым придется досконально изучить все ее содержимое. А это, как известно, непростая задача.

Как только это произойдет, астрофизики смогут применить полученные данные к законам гравитации согласно ОТО. Это означает, что все галактики, не связанные с нами гравитационно, в конечном итоге исчезнут из нашего поля зрения, удаляясь со все возрастающей скоростью из-за постоянного расширения пространства. В результате космос, наблюдаемый с помощью телескопов, будет выглядеть намного меньше, чем сегодня.

Так как через несколько сотен миллиардов или, возможно, триллионов лет все галактики, кроме локальной группы, окажутся далеко и навсегда исчезнут из виду. По словам астрофизика и популяризатора науки Лоуренса Краусса, пространство будет расширяться быстрее скорости света.

Тайны темной энергии

Важнейшим звеном космологической загадки является темная энергия, без которой наблюдаемая Вселенная не имеет смысла. Грубо говоря, темная энергия – это растущая тенденция пустого пространства, которая самопроизвольно создает еще больше пустого пространства, тем самым отдаляя все, что не связано гравитацией.

Когда-нибудь наша Вселенная исчезнет. К счастью, произойдет это не скоро, так что волноваться не стоит

Так, к 3 000 000 000 000 году астрономы смогут наблюдать только гравитационно связанную «локальную группу» галактик: Млечный Путь и Андромеду, Большое и Малое Магеллановы Облака и несколько других крошечных галактик, – отмечает астрофизик и популяризатор науки Лоуренс Краусс.

По словам Краусса, наблюдаемая Вселенная будет казаться не расширяющейся и не сжимающейся, а относительно маленькой и статичной. Более того, в ранней вселенной могло произойти некое событие, которое невозможно обнаружить. К тому же сама темная энергия в будущем может измениться, а значит расширение Вселенной, вероятно, замедлится.