«Если вы ищете истину, вы можете в конце концов найти успокоение; если вы ищете успокоение, вы не найдёте ни успокоение, ни истины – вы лишь начнёте с мягкого мыла и выдачи желаемого за действительное, а закончите отчаянием».
Клайв Стейплз Льюис
И тем не менее, иногда ответы, которые вы находите, сталкиваются с вашими представлениями, ощущениями и даже вашим здравым смыслом. Например, в том случае, о котором меня спросил читатель:
Этот вопрос беспокоил меня почти всю жизнь. Я читал и перечитывал объяснения по поводу того, что не существует центра вселенной. Но я хорошо помню геометрию, и не могу себе представить объём, у которого бы не было центральной точки. Даже при постоянном расширении в любой момент у вселенной должен быть центр. С тех пор, как я услышал про эту аналогию с раздувающимся шаром, я не могу принять отсутствие центра.
Так какая же у вселенной геометрия, и есть ли у неё центр?
Для начала разделим понятия «нашей Вселенной»,– то есть, наблюдаемой Вселенной,- и «вообще Вселенной», включающей всё, что с нами связано с момента Большого взрыва и много чего ещё. Когда мы всматриваемся в ночное небо, то за Солнечной системой, звёздами, газом и пылью в нашей галактике, за пределами наших галактических соседей и дальше, почти в бесконечность – мы смотрим в наблюдаемую Вселенную.
Можно взглянуть за пределы самой дальней из наблюдаемых галактик, до того, как зажглись первые звёзды, в тёмные годы Вселенной. До этого, около 13,8 млрд лет назад, когда Вселенная была меньше, горячее и плотнее, было слишком жарко для того, чтобы сформировались отдельные атомы – именно это мы и видим, наблюдая космическое микроволновое фоновое излучение (КМФИ). А ещё за 380000 лет до того был Большой взрыв – создание горячей, плотной, расширяющейся и остывающей Вселенной.
Это та часть Вселенной, что мы можем наблюдать со своего места. То, что мы видим – это примерно сфера, порядка 46 млрд световых лет радиусом, с центром у нас.
Но мы не находимся в центре Вселенной. Наоборот, говоря про неё, мы говорим в контексте физической теории, описывающей её на больших масштабах – ОТО. А относительность говорит, что пространство – не плоское, как трёхмерная решётка, а искривлено при наличии материи и энергии.
На больших масштабах у Вселенной также может быть кривизна, в зависимости от различного вида материи, энергии и скорости расширения. Она может иметь отрицательную кривизну, когда углы треугольника составляют менее 180 градусов; положительную – когда углы составляют более 180 градусов; или быть плоской, как бумага, где сумма трёх углов равна 180 градусам.
Кроме этого, кривизна влияет на то, что случится с двумя лучами, исходящими из одной точки – они разойдутся дальше, пересекутся или сохранят угол.
На основании сегодняшних наблюдений и физических законов мы знаем, что Вселенная плоская (с точностью 1%), и что размер ненаблюдаемой Вселенной по меньшей мере в 150 раз больше, чем наблюдаемой. И лучше всего это подтверждает наблюдаемое нами КМФИ.
Если наши заключения верны, то наблюдаемая нами Вселенная не отличается от тех наблюдений, что может сделать любой другой наблюдатель в любой другой её части. Конечно, на локальных масштабах могут быть отличия – плотность распределения галактик и местное распределение материи. В некоторых направлениях существуют огромные кластеры галактик, в других – пустоты. Некоторые части КМФИ горячее или холоднее.
Но на больших масштабах Вселенная будет выглядеть примерно так, как на карте ниже. Хотя у любого наблюдателя наблюдаемая часть будет сферической (её радиус определяется путём, который прошёл свет со времён Большого взрыва) с центром в наблюдателе, но космос во всех трёх измерениях вроде бы продолжается и продолжается дальше, насколько это возможно.
Так что насчёт центра? Это зависит от того, как сильно вы хотите уйти в область гипотез. С одной стороны, у структуры пространства есть форма на больших масштабах, зависящая от кривизны. Если кривизна положительная, то она имеет форму сферы, и замыкается на себя. Если плоская – она может иметь форму тора или цилиндра, который опять замыкается на себя. Если отрицательная – она может иметь форму седла на мелких масштабах, но всё равно замыкаться на себя.
В общем, в зависимости от кривизны, Вселенная может быть конечной или бесконечной. Если она конечная, то можно говорить о центре. Если пространство-время имеют форму сферы, то центр сферы должен быть. Если пространство-время имеет форму пончика – то центр будет в центры дыры.
Но с этим рассуждением есть проблема.
Вы мыслите в трёх измерениях. Это неудивительно. Но все описанные поверхности – поверхность сферы, поверхность пончика или седла, они двумерные. А вы ищете центр в третьем измерении.
Но пространство имеет три измерения. Вселенная расширяется не как поверхность резинового шарика, который раздувается, а как поверхность батона хлеба (в печке с нулевой гравитацией), расширяющийся во всех трёх измерениях. Поэтому, если Вселенная будет конечной и будет иметь центр, то он будет расположен в пространстве с большим количеством измерений.
Слева поверхность круга – одномерная линия. Её центр расположен на двумерной плоскости. Но если вы ходите только по линии, и спрашиваете «где же центр», ваш вопрос не имеет смысла.
Поверхность сферы справа – двумерная. У неё есть центр в трёх измерениях, но если вы ходите по поверхности, то вопрос о центре также не имеет смысла.
А вот, что мы знаем о нашем пространстве, трёхмерном пространстве.
Вполне правдоподобно, что оно является поверхностью некоей структуры из многомерного пространства, и что у неё есть центр. Но мы этот центр найти не сможем. Вопрос о центре не имеет смысла – так же, как вопрос о центре окружности с точки зрения точек на этой окружности.
Поэтому у Вселенной нет центра.
Автор: SLY_G
