Хотя она очень, очень, очень большая, но вселенная, вероятно, не может быть бесконечно большой. Но это и не означает, что она имеет край.
Мы все знаем, что Вселенная расширяется, не так ли? Ну, если вы не знали, то не благодарите за информацию. Мы живем в расширяющейся Вселенной: каждая галактика летит прочь от любой другой галактики. Это, естественно, приводит к общему вопросу: «Если Вселенная расширяется, то во что она расширяется? В большую Вселенную? В ничего? Во что-то похожее на неопределенный туман? Где край нашего космического мыльного пузыря?
Что ж, наша Вселенная имеет край – то есть, если под «нашей Вселенной» мы имеем в виду наблюдаемую Вселенную. Скорость света – это всего лишь скорость – и Вселенная существует долго (около 13770000000 лет). Но для нас это означает лишь столько Вселенной было открыто нам через свет, который путешествовал сквозь огромное космическое расстояния. И что же за пределами нашего наблюдаемого предела? Это легко: просто еще больше вещей таких, как галактики и черные дыры и новые, фантастические сорта сыра. Эти вещи для нас недостижимы, но они все-таки там есть.
С нашей точки зрения, кажется, что мы находимся в центре всего, а каждая галактика летит прочь от нас. Так что это, естественно, приводит к линии рассуждения: «Там должен быть край». Но, допустим, вы допрыгнули к Андромеде, нашему ближайшему соседу по Галактике. С этой новой точки зрения все по-прежнему выглядит так, что вы в центре Вселенной, и все летит далеко от вас. Теперь давайте действительно сойдем с ума и сделаем вид, что мы можем телепортировать вас к самой отдаленной наблюдаемой галактике, на дальнем краю нашей наблюдательной досягаемости. Угадайте, что? Да, с вашей позиции это выглядит так, что вы в центре Вселенной, а каждая галактика (в том числе и далекий Млечный Путь) мчатся далеко от вас.
Это то, что мы имеем в виду, когда мы говорим: «Вселенная расширяется». Каждая галактика удаляется от любой другой галактики (с некоторыми незначительными исключениями из местных слияний, но это тема другой статьи).
Но там должен быть предел, не так ли? Вселенная же не может быть бесконечной, так ведь? Правильно?
Ну, наверное, нет. Хотя это очень, очень, очень большая Вселенная, но, вероятно, она не бесконечно большая.
Но она по-прежнему не нуждается в краях.
Подумайте еще раз о перепрыгивании от галактики к галактике. Со стороны Млечного Пути Вселенная выглядит как огромный мыльный пузырь, увеличивающийся в размерах от нашего центра. Но из другой галактики этот универсальный пузырь выглядит по-другому, потому что эта другая галактика в «центре» пузыря... И соблазн называть подобные понятия словами вроде «внутри» или «край» в нашей Вселенной не имеет смысла с точки зрения новой перспективы. И это верно для каждой галактики.
Я скажу это снова: «расширяющаяся Вселенная» просто означает, что каждая галактика движется дальше от любой другой галактики. Вот оно! Нет края. Нет пузыря. Не во что расширяться. Математика проста: Вселенная становится больше со временем. Вот и все.
Давайте сделаем шаг назад. Всем известны эти общие аналогии, используемые для описания расширяющейся Вселенной: галактики похожи на муравьев, ползающих вокруг пляжного мяча. Мы все лишь изюм в буханке хлеба. И - ах! Мячик надувают! Да! Буханка хлеба растет в духовке! Пространство расширяется, а галактики переносятся вместе с ним! Видите? Легко!
Эти аналогии, конечно, дают нам важный момент: галактики не летают и не вальсируют на расстоянии друг от друга. Это пространство под ними, которое выполняет всю работу расширения; галактики только лежат на космическом ковре.
Но эти аналогии также несут в себе фатальный недостаток. Мы все можем легко представить себе раздувания пляжного мячика или восходящую буханку хлеба, и мы сразу же думаем о них как о расширении во что-то: пустой воздух. Пляжный мяч имеет кожу. Буханка имеет вкусную, хрустящую корочку. Они имеют края, и они двигаются во что-то.
Наш разум подшутил над нами, и это обманывает нас и скрывает то, что происходит на самом деле.
Когда мы используем аналогию муравьи-на-пляже-шар, первое, что люди говорят: «Почему муравьи?». Я не знаю; просто смеритесь с этим. И второе, что люди говорят: «О, центр Вселенной находится прямо там, в середине шара». В этот момент я должен прыгать с ограничениями по аналогии: вся наша Вселенная – это поверхность надувного мяча. А поверхность шара не имеет центра. Так же, как поверхность Земли не имеет центра. Мы могли бы сделать полюса, где бы нам заблагорассудилось.
В модели мячик-пляж вся наша Вселенная представляет собой двумерную поверхность, полную идиотских муравьев, пытающихся ползти навстречу друг другу, но не умеющих, потому что некоторые рывком продолжает надувать его. Окей, хорошо, как угодно. Эта модель Вселенной является двумерной, но в глазах нашего ума мы сразу же думаем о ее расширении в третье измерение – измерение, где муравьи не могут получить доступ, потому что они не могут прыгать. Но это дополнительное измерение обеспечивает «место», чтобы шар расширялся во что-то.
Но наша реальная Вселенная трехмерная. В то время как теория струн предполагает, что могут быть дополнительные измерения, они все сверхминиатюрные, так что они не учитываются. Так есть ли четвертое дополнительное измерение, которое обеспечивает «материал» для расширения нашей Вселенной во что-то?
Может быть да, может и нет. Вот что: математика может создать четвертое измерение для нашего 3D расширения вселенной во что-то. И мы бы, безусловно, имели «край» в этом дополнительном измерении, так же вы можете указать на «ребро» из 2D-пляжной поверхности шара.
Но это не обязательно.
Нам не нужно четвертое измерение, чтобы охватить нашу Вселенную. Мы имеем полное и последовательное математическое описание расширения Вселенной, используя только нормальные, будничные три измерения, которые мы знаем и любим. Таким образом, это означает, что мы можем иметь расширяющуюся Вселенную, не нуждаясь в крае или чем-то для того, чтобы она расширялась во что-то.
Я признаю, что у меня есть проблемы с объяснением этой концепции. Но в этом красота использования математики, чтобы понять Вселенную: мы можем создавать и манипулировать понятиями, так как наш мозг просто не может справиться самостоятельно!