Два разных вопроса в одном
«Конечна ли Вселенная?» — на самом деле два вопроса. Один — про наблюдаемую часть, доступную нашим телескопам. Другой — про всю Вселенную, включая то, что мы в принципе не видим. Ответы у них разные.
Наблюдаемая Вселенная — конечна
Свет движется с конечной скоростью, а Вселенная существует конечное время — около 13,8 млрд лет. Значит, до нас успел дойти свет только от объектов в пределах некоторого горизонта. Дальше мы заглянуть не можем — свет оттуда ещё не долетел.
Из-за расширения пространства края этой области сейчас находятся примерно в 46 миллиардах световых лет от нас (а не 13,8 — пространство растянулось, пока свет летел). Это конечная сфера, и в ней около двух триллионов галактик. Но это лишь наша доступная для наблюдения часть, а не вся Вселенная.
Вся Вселенная — открытый вопрос
За горизонтом Вселенная наверняка продолжается. Вопрос — насколько. Тут возможны варианты:
- Бесконечная — пространство простирается без конца, галактик бесконечно много.
- Конечная, но без края — как поверхность шара (только в трёх измерениях): двигаясь прямо, можно вернуться в исходную точку. Края при этом нет.
Прямого способа узнать, что там за горизонтом, у нас нет. Поэтому говорить «Вселенная бесконечна» как о факте — неверно. Аналогия с поверхностью сферы помогает почувствовать «конечное без края»: муравей на глобусе может ползти в любую сторону бесконечно долго и нигде не упрётся в стену, хотя сама поверхность глобуса конечна. Наша Вселенная могла бы быть устроена похоже, только на одно измерение больше.
Что говорит кривизна пространства
Геометрия Вселенной определяется через её среднюю плотность и проверяется наблюдениями. Идея проста: в искривлённом пространстве сумма углов огромного треугольника отличалась бы от 180°, а видимые размеры далёких объектов искажались бы определённым образом. Космологи измеряют это по характерному масштабу пятен в реликтовом излучении — своего рода «эталонной линейке» ранней Вселенной. Если бы пространство было заметно искривлено, эти пятна выглядели бы крупнее или мельче ожидаемого. Измерения показывают: всё совпадает с плоской геометрией. Возможны три варианта:
- Положительная кривизна (как сфера) — Вселенная замкнута и конечна.
- Отрицательная (как седло) — открыта и бесконечна.
- Нулевая (плоская) — бесконечна (в простейшем случае).
Точные измерения реликтового излучения (спутники WMAP, Planck) показывают: кривизна Вселенной близка к нулю — пространство почти идеально плоское, в пределах погрешности около 0,4%. Это совместимо с бесконечной Вселенной, но не доказывает бесконечность: плоской может быть и очень большая конечная Вселенная.
Почему это так трудно решить окончательно
Даже идеально плоская геометрия не отвечает на вопрос о размере: плоское пространство бывает и бесконечным, и конечным, но «свёрнутым» (как поверхность бублика). Чтобы это различить, искали бы повторяющиеся узоры в реликтовом излучении — их не нашли, значит, если Вселенная конечна, она как минимум больше наблюдаемой части. Возможно, ответ навсегда останется за горизонтом наблюдений.
Расширяется — но во что?
Частый вопрос: если Вселенная расширяется, то во что? Ответ непривычен: расширяется само пространство между галактиками, а не разлёт галактик в какую-то пустоту снаружи. Внешнего «пустого зала», куда растёт Вселенная, нет — растягивается сама ткань пространства. Поэтому у расширения нет центра: с любой галактики кажется, что все остальные удаляются именно от тебя. Это снимает и наивный образ «края, за которым ничего нет».
Можем ли мы увидеть всю Вселенную в будущем
Казалось бы, со временем горизонт расширяется и мы увидим больше. Отчасти да, но из-за ускоренного расширения (тёмная энергия) далёкие галактики удаляются всё быстрее, и многие из них навсегда уйдут за горизонт — их свет уже никогда до нас не дойдёт. То есть наблюдаемая часть Вселенной в каком-то смысле даже сокращается относительно всего сущего. Это делает вопрос о размере всей Вселенной ещё более недоступным для прямой проверки.
Честный итог
Наблюдаемая Вселенная конечна и имеет размер. Вся Вселенная — точно больше неё, скорее всего огромна, возможно бесконечна, но достоверного ответа нет. Это один из тех случаев, где честная наука говорит: «мы пока не знаем — и, может быть, не узнаем».
