№ 105. Почему Вселенная бесконечна?

Если честно, то пока мы не знаем, бесконечна ли Вселенная. И вполне возможно, что это никогда не будет нам известно на 100 %. Ведь чтобы проверить, бесконечна ли Вселенная, ее нужно было бы измерить, а для этого – если Вселенная действительно бесконечна – потребовалось бы бесконечно большое время. Однако мы точно знаем, что Вселенная намного больше той ее части, которую сегодня астрономы могут разглядеть в телескопы.

Науку, которая изучает Вселенную в больших масштабах, называют космологией. А тех ученых, которые этой наукой занимаются, называют космологами. На самом деле это астрономы и физики, которых интересует, как родилась наша Вселенная, как она устроена в целом и какая судьба ждет ее в будущем. Астрономы наблюдают Вселенную, изучают распределение и движение в ней звезд и галактик, а также загадочного темного вещества непонятной природы, которое иногда называют темной материей. А физики пытаются объяснить то, что видят астрономы, в рамках существующих теорий, которые постоянно приходится развивать и дополнять, поскольку астрономы открывают все новые и новые, неожиданные свойства Вселенной.

Одно из надежно установленных ее свойств состоит в том, что Вселенная расширяется: скопления галактик удаляются друг от друга, а значит, в прошлом они были ближе, и был момент, когда это расширение началось. Это произошло около 14 миллиардов лет назад, и мы называем это моментом рождения Вселенной. Сегодня мы можем увидеть в телескоп лишь область радиусом не более 14 миллиардов световых лет, поскольку из более далеких областей Вселенной свет еще не успел дойти до нас. Но размер этой области непрерывно растет, поскольку Вселенная расширяется и граница доступной для наблюдения области удаляется от нас со скоростью света. Поэтому в будущем мы будем видеть все большую и большую часть Вселенной.

Однако давайте уточним, что мы хотим узнать о Вселенной: она бесконечная или безграничная? Представьте муравья, живущего на поверхности шара. Летать он не умеет, прогрызть шар не может, так что поверхность шара и есть весь его мир. Как муравью узнать свойства его «вселенной»? Если он будет долго-долго бегать по шару, то границ нигде не встретит, поэтому верно заключит, что поверхность шара безгранична. Но вот бесконечно ли велика эта поверхность? Наш умный муравей берет краску и кисточку и начинает закрашивать те участки шара, по которым он пробежал, выискивая новые незакрашенные участки. Через некоторое время он убедится (если краски хватит), что незакрашенных участков больше нет. Значит, доступная муравью поверхность шара не бесконечна: она имеет вполне определенную, конечную площадь. Мир муравья оказался безграничен, но конечен.

Наш умный муравей живет на поверхности, а мы живем в объеме: у нас не два, а три пространственных измерения. Но суть проблемы от этого не меняется. Очевидно, что Вселенная безгранична: трудно представить себе какую-то стену, которая ограничивала бы пространство нашего мира.

Но бесконечна ли Вселенная – это вопрос открытый. Пока мы лишь убедились, что она очень велика. Муравей тоже мог бы это сделать, и без всякой краски, тем более где же ее столько взять! Он мог бы проверить геометрические свойства небольшого участка поверхности, нарисовав на нем треугольник. Если сумма углов треугольника равна 180°, то поверхность плоская, как поверхность стола. Но у треугольника на поверхности шара сумма углов всегда больше 180°. Этот простой опыт вы сами легко можете проделать, посмотрев на глобус. На нем уже есть треугольники из линии экватора и меридианов с вершинами на полюсах. Возьмите любой такой треугольник и посмотрите на прямые углы там, где экватор пересекается с меридианами. Это уже два угла по 90 градусов, а есть ведь еще вершина у полюса! Этот опыт сразу выявляет кривизну поверхности. Чем меньше размер шара, тем больше кривизна его поверхности и тем легче муравью понять, что поверхность шара не бесконечна. Но если муравей обнаруживает, что во всех направлениях поверхность практически плоская, то он понимает, что если под ним и шар, то гигантский, имеющий практически бесконечную площадь поверхности, на которую никакой краски не хватит.

В положении муравья находятся сегодня космологи. Только вместо площади поверхности шара они исследуют объем Вселенной и обнаруживают, что по своим геометрическим свойствам он практически плоский, а значит, он очень велик – практически бесконечен. Но космологи такие же упорные, как муравьи. Они изучают Вселенную все глубже и глубже, чтобы раскрыть все ее тайны и узнать в конце концов, действительно ли она бесконечна.

Владимир Сурдин, астроном