Усе, що існує, постійно рухається та змінюється: від найдрібніших частинок матерії, з яких складаються наші тіла, і хронологій подій, що визначають наші життя, до космічних «перипетій», які відбуваються за тисячі світлових років у далекому космосі. Цей грандіозний симбіотичний вальс матерії та енергії, інерції та сили формує все, що ми знаємо в найменших і найбільших масштабах Всесвіту. Рух та Зміна – головні рушії Існування.
Найчастіше на запитання «Яка планета найближча до Землі?» ви відразу почуєте впевнене – «Венера». І хоча ця відповідь є загальноприйнятою, вона може шокувати декого, оскільки є неточною та/або неправильною.
Найближчою планетою до Землі є Меркурій. Насправді Меркурій – найближча планета до всіх планет Сонячної системи, адже вони перебувають у постійному русі, обертаючись навколо Сонця. І якщо ближчі до нашого світила планети мають коротші або менші орбіти, то в тих, які розташовані від нього далі, – орбіти довші або більші. Й оскільки всі планети рухаються своїми орбітами, їхній «найближчий» сусід постійно змінюється. Тож Венера лише іноді є найближчою сусідкою Землі, у середньому найдовше цей титул належить Меркурію через його близькість до Сонця та, відповідно, коротшу орбіту.
І така закономірність руху та змін зберігається, коли ми поглянемо набагато далі – у найбільші глибини космосу. Подібно до того, як планети обертаються навколо Сонця в Сонячній системі, Сонце й, відповідно, Сонячна система, зі свого боку, обертаються навколо центру мас під назвою Стрілець А всередині нашої Галактики.
Напевно, усім відома зоряна система Альфа Центавра на відстані приблизно 4 світлових років від нас, що складається з трьох найближчих до Сонячної системи зір: Альфа Центавра A, Альфа Центавра B і Проксима Центавра (остання є найближчою з трьох, з лат. proxima – «найближча»). Проте вони не завжди будуть нашими найближчими небесними сусідами через постійний рух усього в космосі. Одного дня їхнє місце посяде інший об’єкт – змінна помаранчева карликова зоря в сузір’ї Змії Gliese-710, яка, за оцінками астрономів, на деякий час опиниться на відстані всього 90 світлових діб від Сонячної системи (приблизно 0,22 світлових роки або понад 15 тисяч астрономічних одиниць).
Якби Всесвіт і все в ньому було статичним, можливо, було б набагато легше його осягнути, а так як він завжди рухається та змінюється, отримання нових знань більше схоже на стрільбу по рухомій мішені. Якщо ми прагнемо влучити, ми повинні завжди бути готовими рухатися та змінюватися разом із нею.
Галактичний лабіринт
Спіральна галактика Чумацький Шлях, величезне скупчення газу, пилу та матерії, витає у Всесвіті серед понад 100 мільярдів інших зоряних систем, які обертаються та кружляють у гігантському галактичному лабіринті протяжністю 100 000 світлових років. Хоча наша Галактика – надзвичайно велика та неосяжна, вона становить лише крихітну частину видимого Всесвіту та є однією з щонайменше 100 мільярдів інших галактик.
Чумацький Шлях є частиною групи галактик, званою Місцевою групою, куди також належать галактика Андромеди, галактика Трикутника та 30-50 інших галактик різних розмірів. Усі вони розкинулися в діаметрі 10 мільйонів світлових років (близько 3,1 мегапарсек) і пов’язані гравітаційним центром, навколо якого обертаються.
Місцева група – це лише одна група галактик у Надскупченні Діви (або Місцевому надскупченні) разом із сусіднім Скупченням Діви, яке в ньому домінує та від якого й походить його назва, і сотнею інших груп і скупчень.
Зі свого боку, Надскупчення Діви входить до так званого Надскупчення Ланіакея (з гавайської – «неосяжні небеса») із центром поблизу Великого Атрактора та тисячами інших скупчень, що загалом налічують близько 100 000 галактик діаметром понад 500 мільйонів світлових років (близько 150 мегапарсек).
І звичайно Надскупчення Ланіакея – це лише одне з 10 мільйонів надскупчень, що існують у діаметрі 90 мільярдів світлових років, які науковці називають Видимим Всесвітом або Метагалактикою.
Здавалося б, чим більше ми розширюємо наші знання про об’єкти у Всесвіті, тим зрозумілішим усе стає. Зрештою, Сонцю потрібно 225 мільйонів земних років, щоб пройти Галактичний рік – один оберт навколо центру Чумацького Шляху. Це подія, що за всю історію Всесвіту відбулася лише 19 разів. А з часу появи сучасної людини, близько 200 000 років тому, Сонце не здійснило навіть 1% одного оберту.
З огляду на наше відносно незначне місце у Всесвіті та нашу відносно мізерну людську перспективу як розміру, так і часу, усі масштабні космічні події тривають набагато довше, ніж ми можемо це збагнути, або ж, інакше кажучи, змінюються набагато повільніше. І хоча це в певному сенсі допомагає нашому «розумінню» речей, в інших випадках – вводить нас в оману: щоб твердити щось напевне, потрібно бачити цілісну картину, а не лише її частину.
Розширення Всесвіту
Видимий Всесвіт має діаметр приблизно в 90 мільярдів світлових років (світловий рік – це відстань, яку світло долає за один земний рік) і, за оцінками, його вік становить 13,5 мільярдів років. Він не може бути молодшим за об’єкти, що існують в ньому, й обчисливши їхній вік, науковці змогли обмежити вік Всесвіту. Тоді виникає запитання: Якщо видимому Всесвіту всього 13,5 мільярдів років, як він може мати діаметр у 90 мільярдів світлових років?
Відповідь – розширення! Протягом останніх 13,5 мільярдів років Всесвіт розширюється з шаленою швидкістю.
Усім відомо про гравітацію, завдяки якій тіла з масою притягуються одне до одного. Вона стабілізує не тільки інерцію Сонячної системи, але й орбіти масивних небесних об’єктів, як-от галактик. І саме вона одного дня призведе до того, що Галактика Андромеди та Чумацький Шлях «зустрінуться» у зіткненні епічних масштабів і в процесі утворять абсолютно новий тип галактики.
Може здатися, що видимий Всесвіт повністю наповнений матерією: планети, зірки, сонячні системи, галактики, надскупчення тощо; усі чинять гравітаційний вплив одне на одного. Проте він також експоненціально масивний, і всі ці об’єкти значно розкидані з величезними областями порожнього простору між ними.
І саме тут у гру вступає розширення Всесвіту. Опишемо його як протилежну гравітації силу: під його дією тіла не притягуються, а відштовхуються, й виникає воно не через взаємодію об’єктів, а походить із порожнечі простору.
Стала Габбла – це коефіцієнт, за допомогою якого астрофізики вимірюють поточне розширення видимого Всесвіту (позначення – H). Вона дорівнює приблизно 74 км/с на мегапарсек, тобто на відстань у 3 мільйони світлових років, і позначає середню швидкість віддалення двох галактик, розділених відстанню 1 Мпк. Дещо складно для сприйняття, але, інакше кажучи, це означає, що розширення Всесвіту відбувається дуже й дуже швидко, і чим далі один об’єкт знаходиться від іншого, тим усе швидше вони віддаляються одне від одного – тобто розширення Всесвіту прискорюється.
Оскільки розширення триватиме й далі, воно створюватиме менші та більш концентровані гравітаційні скупчення об’єктів і матерії серед усе більших порожнеч глибокої темряви. Й оскільки воно продовжуватиме прискорюватися в цих дедалі ширших областях порожнього простору, що аж перевищуватиме швидкість світла, мільярди й мільярди зірок за межами Місцевої групи (інші частини Надскупчення Ланіакея та за його межами) повністю зникнуть із нашого поля зору. Вони будуть надто далеко й, отже, віддалятимуться з шаленою швидкістю, що навіть їхнє світло ніколи до нас не долетить. Зрештою, усе, що ми зможемо бачити з Землі, – це Місцева група, яка насправді стане нашим новим видимим Всесвітом.
Видимий Всесвіт
Це підводить нас до того, що насправді означає термін «видимий Всесвіт».
Видимий Всесвіт – це частина Всесвіту, яку ми, люди, наразі можемо спостерігати. Інакше кажучи, це всі небесні об’єкти у Всесвіті, які стали видимими для нас, тому що їхнє світло мало достатньо часу, щоб досягнути Землі.
Видимий Всесвіт не позначає край, кінець чи якусь межу Всесвіту – це обмеження нашого сприйняття та розуміння всього. Його параметри залежать від розташування спостерігача, оскільки це певною мірою сфера, що простягається у всіх напрямках від конкретної точки в просторі. Інакше кажучи, якби люди еволюціонували на іншій планеті, що знаходиться в декількох сотнях мільйонів світлових років від Землі, видимий Всесвіт для них, ймовірно, був би зовсім іншим. (Просто тому що розташування близьких та далеких об’єктів на небі для них було б іншим – відносні швидкості віддалення та притягування відрізнялися б від земних – прим. ред.).
Видимий Всесвіт щосекунди втрачає тисячі й тисячі зірок через розширення. Коли ми спостерігаємо інші зірки в далекому космосі, ми насправді дивимося назад у часі – скільки часу потрібно було світлу цих зірок, щоб дістатися наших очей. Це те, що називають «світловим конусом минулого» (англ. Past Light Cone), який можна візуалізувати так, що його кінчик починається з Землі та простягається в напрямку Великого вибуху на часовій діаграмі.
Тож коли ми бачимо зірку, скажімо, на відстані 10 світлових років від нас, ми спостерігаємо її такою, якою вона була 10 років тому. Проте коли ми дивимося на об’єкт, віддалений на 500 мільйонів світлових років, насправді він знаходиться набагато далі, тому що чим довше світло подорожує до нашого поля зору, тим сильнішим є ефект розширення Всесвіту. Це означає, що кожен віддалений об’єкт має переломний момент у часі, коли світло, що від нього вийшло секунду тому, зможе дістатися наших очей, але світло, яке він випромінює цієї секунди, уже ніколи нас не досягне (саме в цей момент об’єкт перетинає ліміт видимого Всесвіту – прим. ред.). Отже, багато найвіддаленіших зірок уже знаходяться за межами нашого видимого Всесвіту, але не пройшло ще достатньо часу, щоб ми перестали їх бачити. Інакше кажучи, багато об’єктів далекого космосу раніше були набагато ближчими до нас.
Оскільки «стріла часу» невпинно мчатиме вперед, Всесвіт продовжуватиме розширюватися, але параметри нашого «конусу минулого» залишатимуться незмінними.
Неспостережуваний Всесвіт
За межами поточного видимого Всесвіту – порожнеча темряви та невідомості, за яку ми ніколи не зможемо зазирнути. Проте за нею, з огляду на те, що наш видимий Всесвіт постійно зменшується, є неспостережуваний Всесвіт, деякі області якого колись навіть були частиною Видимого.
І тоді як видимий Всесвіт постійно зменшується, неспостережуваний – постійно зростає, що означає: увесь наш видимий Всесвіт є лише крихітною бульбашкою серед нескінченно всеохопного невидимого космічного океану.
На жаль, єдиний спосіб дізнатися про це напевне – уповільнити розширення за допомогою якоїсь вкрай малоймовірної та загадкової сили, що дозволило б швидкості світла досягти певної межі та зробити ці неспостережувані частини Всесвіту доступними для нашого зору.
Проте точно можна сказати те, що якщо розширення не зупиниться або не сповільниться, усе, що зараз перебуває у видимому Всесвіті, зрештою віддалиться від нас й розділиться на незліченну кількість менших скупчень галактик із достатньою масою, щоб триматися разом, як-от Місцева група. Усі вони будуть ізольованими, відрізаними одне від одного величезними та недосяжними областями порожнього й дедалі всеохопного простору, і ставатимуть схожими на маленькі поодинокі всесвіти.
