Где находится центр Вселенной?

Космос

Роб Койн - Разговор - 06/11/2025

Все началось с Эйнштейна

Около столетия назад ученые пытались разрешить, казалось бы, противоречие в общей теории относительности Альберта Эйнштейна.

Опубликованная в 1915 году и уже широко принятая физиками и математиками по всему миру, теория предполагала, что Вселенная статична — неизменна, неподвижна и неизменна. Короче говоря, Эйнштейн считал, что размер и форма нынешней Вселенной были более или менее такими же, какими они были всегда.

Но когда астрономы всматривались в мощные телескопы в далекие галактики в ночном небе, они увидели намеки на то, что Вселенная была чем угодно, но не такой. Эти новые наблюдения предполагали обратное — что она, напротив, расширялась.

Ученые вскоре поняли, что теория Эйнштейна на самом деле не утверждала, что Вселенная должна быть статичной; теория также могла поддерживать расширяющуюся Вселенную. Фактически, используя те же математические инструменты, предоставленные теорией Эйнштейна, ученые создали новые модели, которые показали, что Вселенная на самом деле динамична и развивается.

Я потратил десятилетия, пытаясь понять общую теорию относительности, в том числе и на своей нынешней работе профессора физики, преподавая курсы по этому предмету. Я знаю, что понимание идеи постоянно расширяющейся Вселенной может показаться сложным — и часть проблемы заключается в том, чтобы пересилить свою естественную интуицию о том, как все работает. Например, трудно представить что-то столь большое, как Вселенная, без центра, но физика говорит нам, что это реальность.

Пространство между галактиками

Сначала давайте определим, что означает «расширение». На Земле «расширение» означает, что что-то становится больше. И в терминах вселенной это верно, более или менее. Расширение также может означать «все удаляется от нас», что также верно для вселенной. Направьте телескоп на далекие галактики, и все они будут казаться удаляющимися от нас.

Более того, чем дальше они друг от друга, тем быстрее они кажутся движущимися. Эти галактики также кажутся удаляющимися друг от друга. Поэтому точнее будет сказать, что все во Вселенной удаляется от всего остального, и все это одновременно.

Эта идея тонка, но важна. Легко представить себе создание вселенной как фейерверк: все начинается с Большого взрыва, а затем все галактики во вселенной расходятся во всех направлениях от центральной точки.

Но эта аналогия неверна. Она не только ложно подразумевает, что расширение Вселенной началось в одной точке, чего не было, но и предполагает, что галактики — это то, что движется, что не совсем верно.

Не столько галактики удаляются друг от друга, сколько пространство между галактиками, сама ткань Вселенной, которая постоянно расширяется с течением времени. Другими словами, на самом деле это не сами галактики движутся через Вселенную; скорее, сама Вселенная отталкивает их друг от друга по мере своего расширения.

Распространенная аналогия — представить, как вы приклеиваете точки к поверхности воздушного шара. Когда вы вдуваете воздух в воздушный шар, он расширяется. Поскольку точки прилипли к поверхности воздушного шара, они раздвигаются. Хотя кажется, что они движутся, на самом деле они остаются именно там, куда вы их поместили, и расстояние между ними увеличивается просто из-за расширения воздушного шара.

Теперь представьте, что точки — это галактики, а воздушный шар — это структура Вселенной, и вы начнете понимать идею.

К сожалению, хотя эта аналогия и является хорошим началом, она не отражает должным образом детали.

^4-е измерение

Важно понимать ограничения любой аналогии. Некоторые недостатки очевидны: воздушный шар достаточно мал, чтобы поместиться в вашей руке, а Вселенная — нет. Другой недостаток более тонкий. Воздушный шар состоит из двух частей: его латексной поверхности и его заполненной воздухом внутренней части.

Эти две части шара описываются по-разному на языке математики. Поверхность шара двумерна. Если бы вы шли по нему, вы могли бы двигаться вперед, назад, влево или вправо, но вы не могли бы двигаться вверх или вниз, не покидая поверхность.

Сейчас может показаться, что мы называем здесь четыре направления — вперед, назад, влево и вправо — но это всего лишь движения по двум основным траекториям: из стороны в сторону и спереди назад. Это то, что делает поверхность двумерной — длина и ширина.

Внутренняя часть воздушного шара, с другой стороны, трехмерна, поэтому вы сможете свободно перемещаться в любом направлении, в том числе вверх или вниз — по длине, ширине и высоте.

Вот где кроется путаница. То, что мы считаем «центром» шара, — это точка где-то внутри шара, в заполненном воздухом пространстве под поверхностью.

Но в этой аналогии Вселенная больше похожа на латексную поверхность воздушного шара. Наполненная воздухом внутренняя часть воздушного шара не имеет эквивалента в нашей Вселенной, поэтому мы не можем использовать эту часть аналогии — имеет значение только поверхность [Вот почему теория утверждает, что Вселенная плоская ].

Поэтому спрашивать: «Где находится центр Вселенной?» — это то же самое, что спрашивать: «Где находится центр поверхности воздушного шара?» Его просто нет. Вы можете путешествовать по поверхности воздушного шара в любом направлении столько, сколько захотите, и вы никогда не достигнете места, которое можно было бы назвать центром, потому что вы никогда не покинете поверхность.

Аналогично, вы можете путешествовать в любом направлении во Вселенной, и вы никогда не найдете ее центр, потому что, как и поверхность воздушного шара, у нее его просто нет.

Из интуиции

Одной из причин, по которой это может быть так сложно понять, является способ описания вселенной на языке математики. Поверхность шара имеет два измерения, а внутренняя часть шара — три, но вселенная существует в четырех измерениях. Потому что речь идет не только о том, как вещи движутся в пространстве, но и о том, как они движутся во времени.

Наш мозг настроен думать о пространстве и времени как о чем-то отдельном. Но во Вселенной они переплетены в единую ткань под названием «пространство-время». Это объединение меняет способ работы Вселенной, который отличается от того, что ожидает наша интуиция.

И это объяснение даже близко не отвечает на вопрос, как что-то может расширяться бесконечно — ученые все еще пытаются выяснить, что движет этим расширением.

Итак, спрашивая о центре вселенной, мы сталкиваемся с ограничениями нашей интуиции. Ответ, который мы находим — все, расширяющееся повсюду, в одно и то же время — это проблеск того, насколько странна и прекрасна наша вселенная.

Роб Койн, автор этой статьи, — профессор физики в Университете Род-Айленда.

Эта статья переиздана из The Conversation по лицензии Creative Commons. Читайте оригинальную статью .

Другие новости о:

• 
• 
• 
• 

Больше тем