Нашей Вселенной около 13,8 миллиарда лет, а наблюдаемый пузырь этого космоса имеет диаметр около 93 миллиардов световых лет. И все мы знаем знаменитую максиму из специальной теории относительности Альберта Эйнштейна: ничто не может двигаться быстрее света.
Все это вместе взятое ставит перед нами загадку о природе самого космоса: Как Вселенная может стать такой умопомрачительно большой за такой короткий промежуток времени?
Что означает "быстрее света"?
На этот вопрос можно ответить двумя способами. Математически эти два способа абсолютно эквивалентны, но один из них может иметь для вас больше смысла.
Специальная теория относительности Эйнштейна
Первый способ заключается в том, чтобы указать, что специальная теория относительности Эйнштейна - это локальная теория физики. Она говорит вам, что если перед вашим носом взлетит ракета, вы никогда, никогда не зафиксируете ее скорость как скорость света.
Само понятие "скорость" - это только то, что вы можете измерить вблизи вашего текущего положения. Специальная относительность абсолютно ничего не говорит о поведении объектов на дальнем краю Вселенной - такие понятия, как предельная скорость света, просто не применимы к ним, потому что они слишком далеко, и специальная относительность больше не применима.
Общая теория относительности Эйнштейна
Чтобы справиться с удаленными объектами, необходимо использовать более широкую, более общую теорию, например, общую теорию относительности Эйнштейна, которая описывает, как гравитация влияет на ткань пространства-времени.
Другими словами, самые отдаленные галактики могут двигаться быстрее скорости света, потому что, по сути, Вселенная не должна заботиться о скорости света.
Расширяющаяся Вселенная
И именно в общей теории относительности мы получаем второй способ решения загадки. Согласно этой модели, которая является тем, как мы сейчас понимаем космос, мы живем в расширяющейся Вселенной. Каждый день наш космос становится все больше и больше, а среднее расстояние между галактиками постоянно увеличивается.
Пока все хорошо, верно? Но это расширение вызвано не движением галактик во Вселенной, а скорее расширением пространства между галактиками. Если бы вы прикрепили акселерометр к каждой галактике, они бы зарегистрировали нулевое движение (за исключением небольших, локальных движений здесь и там).
Локально ни одна галактика не движется. Но пространство между ними движется. Поэтому здесь нет ограничений, основанных на скорости света, потому что они буквально не движутся. Нет предела тому, как быстро пространство может расширяться (потому что "расширение" не является движением, если говорить об относительности), и поэтому Вселенная может расти так быстро, как ей заблагорассудится.
Насколько велика наблюдаемая Вселенная?
По сути, Вселенная настолько велика, потому что она может расширяться быстрее света. Фактически, она делает это уже сегодня. Современную скорость расширения Вселенной мы измеряем с помощью так называемой постоянной Хаббла, которая составляет около 68 километров в секунду на мегапарсек.
Это означает, что с каждым мегапарсеком, удаляющимся от Млечного Пути, скорость расширения Вселенной увеличивается на 68 км/с. Галактика, удаленная на два мегапарсека, удаляется со скоростью 136 км/с, галактика, удаленная на десять мегапарсеков, удаляется со скоростью 680 км/с, и так далее.
Постоянная Хаббла гарантирует, что по достижении определенного расстояния - около 13 миллиардов световых лет (расстояние, известное как радиус Хаббла) - галактики будут удаляться от нас быстрее света.
То же самое было бы верно, если бы мы с вами стояли на противоположных концах растянутой резинки. До тех пор, пока резинка не порвется, пока растяжение будет сохранять постоянную скорость, в какой-то момент будет казаться, что мы удаляемся друг от друга быстрее света. (И все же, еще раз подчеркнем этот момент, если бы мы нарисовали букву "X" у наших ног, мы бы не удалились от этих точек).
Далекие галактики
Свет от галактик за пределами радиуса Хаббла был испущен миллиарды лет назад и только сейчас достигает Земли. Мы вычисляем, где эти галактики находятся сейчас, основываясь на нашем понимании космологии, и таким образом можем оценить размер Вселенной. Тот факт, что они двигались быстрее света, означает, что любой свет, который они посылают сейчас, никогда не достигнет нас - потому что этот свет не сможет преодолеть расширение Вселенной.
Поскольку большая часть Вселенной находится за пределами радиуса Хаббла, все эти галактики навсегда остаются недосягаемыми. Со временем эти галактики, одна за другой, полностью исчезнут из поля зрения. Не из-за обмана законов физики, а в результате простого (и неизбежного) растяжения.
