Можливо, обмеження того, що ми можемо спостерігати, просто штучні; можливо, немає межі того, що знаходиться по ту сторону спостережуваного.
13,8 мільярдів років тому Всесвіт почалася з Великого Вибуху. З тих пір вона розширюється і охолоджується, так було вчора, сьогодні і буде завтра. З нашої точки зору, ми можемо спостерігати її в 46 мільярдів світлових років у всіх напрямках, завдяки швидкості світла і розширення простору. Хоча це велика відстань, воно звичайно. Але ж це лише частина того, що пропонує нам Всесвіт. Що знаходиться за цією частиною? Може Всесвіт бути нескінченною?
Як можна було б довести це емпірично?
По-перше, те, що ми бачимо, розповідає нам більше, ніж 46 мільярдів світлових років.
Чим далі ми дивимося в будь-якому напрямку, тим далі назад в часі ми дивимося. Найближча галактика, в 2,5 мільйони світлових років від нас, бачиться нам такою, якою була 2,5 мільйона років тому, оскільки світла потрібно саме це час, щоб потрапити в наші очі з того місця, де він був іспущен. Самі далекі галактики ми бачимо такими, якими вони були мільйони, сотні мільйонів або навіть мільярди років тому. Ми бачимо світло молодий Всесвіту. Тому якщо ми будемо шукати світло, який був іспущен 13,8 мільярда років тому, залишений Великим Вибухом, ми знайдемо і його: космічний мікрохвильовий фон.
Його картина флуктуацій неймовірно складна, при різних кутових масштабах наявності різні різниці в середніх температурах. Також у ньому закодовано неймовірну кількість інформації про Всесвіту, в тому числі і вражаючий факт: кривизна простору, наскільки ми можемо судити, абсолютно плоска. Якби простір було позитивно викривлено, якщо б ми жили на поверхні чотиривимірний сфери, ми побачили б, як сходяться ці далекі промені світла. Якби простір було викривлено негативно, як якщо б ми жили на чотиривимірному сідлі, ми побачили б, як далекі промені світла розходяться. Але ні, промені світла, що приходять здалеку, продовжують рухатися в первісному напрямку, а флуктуації говорять про ідеальну площині.
Космічний мікрохвильовий фон і великомасштабна структура Всесвіту в поєднанні дозволяють нам зробити висновок, що якщо Всесвіт скінченна і замикається сама в собі, вона повинна бути принаймні в 250 разів більше того, що ми спостерігаємо. І оскільки ми живемо в трьох вимірах, ми отримуємо (250)3 у вигляді обсягу, або множимо простір в 15 мільйонів разів. Яким би більшим це число не було, воно не нескінченно. За найскромнішою оцінкою, Всесвіт повинна бути щонайменше 11 трильйона світлових років у всіх напрямках. І це багато, але… звичайно.
Втім, є підстави вважати, що вона більше. Великий Вибух міг ознаменувати початок спостерігається Всесвіту, якою ми її знаємо, але він не знаменує народження часу і простору як таких. До Великого Вибуху Всесвіт переживала період космічної інфляції. Вона не була наповнена матерією і випромінюванням і не була гарячою. Вона:
- була наповнена енергією, властивою самому простору;
- розширювалася в постійному науковому порядку;
- створювала новий простір так швидко, що найменша фізична довжина, довжина Планка, розтягувалася до розмірів спостерігається сьогодні Всесвіту кожні 10-32 секунд.
Вірно, в нашому регіоні Всесвіту інфляція завершилася. Але є кілька питань, на які ми поки не знаємо відповіді, які можуть визначити дійсний розмір Всесвіту, а також і те, нескінченна вона чи ні.
Наскільки великою була область Всесвіту після інфляції, в якій народився наш Великий Вибух?
Дивлячись на нашу Всесвіт сьогодні, на рівномірний післясвічення Великого Вибуху і на площину Всесвіту, ми можемо отримати не так багато. Ми можемо визначити вищий межа енергетичного масштабу, при якому відбувалася інфляція; ми можемо визначити, яка частина Всесвіту пройшла через інфляцію; ми можемо визначити нижня межа того, скільки повинна була тривати інфляція. Але кишеньку інфляційного Всесвіту, в якій народилася наша власна, може бути набагато більше нижньої межі. Він може бути в сотні, мільйони чи гуголы разів більше, ніж ми можемо спостерігати… або воістину нескінченним. Але поки ми не зможемо спостерігати більше Всесвіту, ніж доступно нам у даний час, ми не отримаємо достатньо інформації, щоб відповісти на це питання.
Слушна ідея «вічної інфляції»?
Якщо ви вважаєте, що інфляція повинна бути квантовим полем, то в будь-який момент в ході цієї фази експоненціального розширення існує ймовірність, що інфляція закінчиться Великим Вибухом, і ймовірність, що інфляція буде продовжуватися, створюючи все більше і більше простору. Ці розрахунки ми цілком можемо зробити (при кількох припущеннях) і вони приведуть до неминучого висновку: якщо вам потрібна інфляція, яка виробляє спостережувану нами Всесвіт, тоді інфляція завжди буде створювати більше простору, яке продовжує розширюватися, порівняно з регіонами, які вже закінчилися Великими Вибухами. І якщо наша спостережуваний Всесвіт могла з’явитися в результаті закінчення інфляції в нашому регіоні простору близько 13,8 мільярда років тому, існують області, в яких інфляція триває — створюючи все більше і більше простору і народжуючи Великі Вибуху — і по сей день. Ця ідея носить назву «вічного інфляції» і в цілому приймається співтовариством фізиків-теоретиків. І тоді наскільки велика вся ненаблюдаемая Всесвіт?
Як довго протікала інфляція до свого кінця і Великого Вибуху?
Ми можемо бачити лише спостережувану Всесвіт, створену наприкінці інфляції і нашим Великим Вибухом. Ми знаємо, що ця інфляція повинна була тривати щонайменше 10-32секунд або близько, але цілком могла і довше. Але наскільки довше? На секунди? Роки? Мільярди років? Або нескінченно? Завжди протікала інфляція Всесвіту? Було у неї початок? Виникла вона з попереднього стану, яке було вічно? Або, можливо, весь простір і час виникло з «нічого» якийсь час назад? Можливостей багато, але всі вони перевірити й довести до теперішнього часу.
У відповідності з найкращими нашими спостереженнями, ми знаємо, що Всесвіт набагато, набагато більше тієї частини, яку ми маємо щастя спостерігати. За межами того, що ми бачимо, є багато більше Всесвіту, з тими самими законами фізики, з тими ж структурами (зірками, галактиками, скупченнями, нитками, порожнечами і т. п.) і з тими ж шансами на розвиток складної життя. Також повинні бути кінцеві розміри «бульбашок», в яких закінчується інфляція, і гігантська кількість таких бульбашок, укладених в гігантському, раздувающемся в процесі інфляції просторі-часі. Але будь великих чисел є межа, вони не безконечні. І тільки якщо інфляція не тривала протягом нескінченно протяжного часу, Всесвіт повинна бути кінцевою.
Проблема у цьому всьому те, що ми знаємо тільки, як отримати доступ до інформації, доступної в нашій спостережуваного Всесвіту: до цих 46 мільярдів світлових років у всіх напрямках. Відповідь на найбільший з усіх питань, будь Всесвіт кінцевою або нескінченною, може бути закодований в самій цій Всесвіту, але ми дуже пов’язані по руках, щоб дізнатися про це. На жаль, фізика, яка у нас є, не дає нам інших варіантів.
