Чи існують межі Всесвіту?

До недавнього часу роздуми про кордони спостережуваного світу були монополією теоретиків-космологів. І ось з’явилося повідомлення двох астрономів, радіотелескоп яких протягом п’яти років обстежив широкий круговий пояс зоряного неба, охопивши близько 80 відсотків «території» зоряної сфери.

Доктора Б. Дж. Гарріс і Дж. Д. Краус з університетської радіообсерваторії в Делавері, США, виконали солідну роботу. На одній і тій же хвилі (1450 мегагерц) вони визначили радіояскравості і склали каталог понад 8100 астрономічних об’єктів. Свою задачу вони охарактеризували як «найбільш глибинне і широке обстеження видимого Всесвіту на частоті вище 408 мегагерц», а результат роботи — як «найбільший за кількістю об’єктів каталог з складених за вимірюваннями на одній частоті».

Настільки широкі програми спостережень зазвичай робляться для того, щоб забезпечити матеріалом вчених, що займаються зоряною статистикою. Саме зоряна статистика, тобто усереднення даних по великому числу окремих спостережень, дозволяє, позбувшись від індивідуальних відхилень, виявити загальну тенденцію, а від неї — прийти до можливої закономірності… Яку ж тенденцію помітили обережні астрономи?

Відстань до спостережуваного джерела випромінювання в астрономії визначають по його яскравості. Можна, звичайно, помилитися, прийнявши навіть близьке, але дуже слабке джерело за далеке джерело середньої або великої світності. Але роль такої помилки буде тим менше, чим більше число окремих спостережень у нашому розпорядженні — помилки як би взаємно знищуються.

Отже, чим менш яскравим бачимо ми об’єкт, тим, в середньому, далі він від земного спостерігача. І тут радіоастрономія незамінна: вона дозволяє “побачити” найдальші космічні об’єкти, недоступні звичайним телескопам.

Так ось, Гарріс і Краус помітили, що відсоток все більш слабких джерел у восьмитисячному каталозі неухильно падає. Іншими словами: чим далі в глибини космосу, тим менше «зірок».

Найменше число радіоджерел – серед найслабших, таких, відстань до яких здається величезною навіть звиклим до космічних масштабів астрономам – до 10 мільярдів світлових років. Коли ж астрономи викреслили криву залежності числа помічених об’єктів від відстані до Землі, вони виявили щось досить знайоме: залежність нагадувала теоретичні передбачення так званих “сингулярних моделей викривленого Всесвіту”, побудованих космологами на базі загальної теорії відносності.

Кілька слів про цю модель: припустимо, наш Всесвіт виник в результаті гігантського вибуху з деякого надсжатого «ядра». Теоретично потрібно уявити собі простір-час стягнутим в одну точку, а всю матерію — стислу до нескінченної густини в цьому «нульовому» обсязі. Цей момент і називається особливою точкою в «програмі» еволюції — «істинною сингулярністю». Звичний нам час, як секундомір на початку матчу, «пущено» в момент вибуху. А до цього моменту і самі поняття «простір», «час», можливо, не мають сенсу в звичному для нас розумінні.

Отже, вибух: матерія розлітається на всьому просторі ізотропним чином, подібно до того, як надувається повітряна кулька, і на ньому розростається складний малюнок галактик, зоряних скупчень і все, що ми можемо знайти в нашому, «готовому» Всесвіті.

Вибух випустив на волю речовину (і вона стала доступною спостереженню), простір (і він набув властивості тяжіння) і час (і він набув властивості тривалості). У такій, прийнятій зараз картині є гранично ранній момент, коли новонароджене зоряне тіло може послати в сторону ще не виниклої Землі промінь-сигнал.

І тут ми помічаємо дивовижну обставину. Справа в тому, що світло (або радіохвилі) поширюються в просторі з величезною, але все ж кінцевою швидкістю. Спостерігаючи далекі об’єкти, випромінювання яких витратило мільярди років, щоб досягти Землі, ми побачимо їх у тому віці, коли вони відправили до нас свої сигнали. Самі далекі — в самому юному віці. А це означає, що якщо наш Всесвіт “народився”, наприклад, 10 мільярдів років тому, то радіоджерело, побачене нами сьогодні з відстані в 10 мільярдів світлових років, повинно було послати до нас промінь вже в момент народження Всесвіту.

Ну, а як спостерігати зірку, відстань до якої більше 10 мільярдів років світлового бігу? Не могла ж вона послати до нас свій промінь заздалегідь, до моменту виникнення нашого Всесвіту?

Звичайно, не могла. Вона знаходиться «за горизонтом принципової спостережуваності». Ми могли б сказати, що «горизонт спостережуваності» — це сфера, на кшталт «краю світу» древніх, що відокремлює доступну спостереженнями частина Всесвіту від решти безмежної, але, на жаль; надто величезної навіть для самих ранніх світлових променів її частини.

Тепер ми можемо більш точно говорити про «межі Всесвіту»: у загальних релятивістських моделях нашого Всесвіту, що містять справжню сингулярність (момент народження), існує горизонт спостережуваності, що в принципі обмежує можливість далеких спостережень (хоча це, зрозуміло, не означає, що космос в цілому кінцевий).

Але ж існують моделі Всесвіту, в яких горизонту немає («несингулярні моделі»)? Саме тому доктор Краус не захотів передбачати відповідь на питання про конкретний вибір моделі. «Це я залишаю теоретикам. Творці моделей — винахідливі люди», — сказав він.