Як розширюється Всесвіт

Всесвіт — весь матеріальний світ, різноманітний за формами, що їх набуває матерія та енергія, включаючи усі галактики, зорі, планети та інші космічні тіла.

Космічне життя Всесвіту почалося з Великого вибуху майже 14 мільярдів років тому.
І відтоді Всесвіт розширюється.
Але у чому, або у що він розширюється?
Це складне запитання, і ось чому.
Рівняння загальної теорії відносності Айнштайна описують простір і час як взаємно переплетені нитки тканини Всесвіту.
Це означає, що відомий нам простір і час існують лише як частина Всесвіту, а не окремо від нього.
У повсякденному житті, коли об’єкти розширюються, вони займають додатковий простір.
Однак, що, як не існує простору, куди можна розширюватися?
І що в такому випадку означатиме розширюватись?
У 1929 році спостереження, зроблені Едвіном Габблом, дали нам остаточну відповідь.
Досліджуючи нічне небо, він виявив, що всі далекі галактики віддаляються від Землі.
Ба більше, чим далі розташована галактика, тим швидше вона віддаляється.
Як ми можемо інтерпретувати це?
Розгляньмо пиріг з родзинками, який повільно зростає у печі.
Тісто підіймається і розширюється на одну і ту ж величину між будь-якими родзинками.
Якщо замість родзинок уявити галактики, а замість тіста — простір між ними, то ми зможемо побачити, що в міру розширення міжгалактичного простору, галактики віддалятимуться одна від одної.
І для будь-якої галактики її далекі сусіди відлітатимуть на більшу відстань, ніж найближчі за один і той же проміжок часу.
Безперечно, рівняння загальної теорії відносності передбачають своєрідне перетягування каната між гравітацією і розширенням.
Лише в темній космічній порожнечі між галактиками розширення перемагає і простір розтягується.
Ось і відповідь на запитання — Всесвіт розширюється сам по собі, сам у себе.
Втім космологи розсувають межі математичних моделей, розмірковуючи над тим, що може існувати поза нашим простором-часом.
Це не боязкі припущення, а наукові гіпотези, які усунуть слабкі місця в науковій теорії Великого вибуху.
Теорія Великого вибуху передбачає, що речовина повинна бути рівномірно розподіленою по Всесвіту у вигляді розрідженого газу.
Але як тоді утворилися галактики й зірки?
Інфляційна модель описує дуже короткий період надзвичайно швидкого розширення, який пов’язує квантові флуктуації в ранньому Всесвіті й утворення скупчень газу, з яких, в підсумку, сформувались галактики.
Якщо ми приймаємо цю парадигму, то це може означати, що Всесвіт являє собою один з регіонів космічної реальності, яка зазнає нескінченого вічного розширення, або інфляції.
Нам нічого не відомо про це абстрактне розширення, окрім математичного передбачення, що це нескінчене розширення могло б бути спричинене квантовими флуктуаціями.
Однак, у багатьох частинах Всесвіту енергія могла випадковим чином прийти в стабільний стан, зупинивши інфляцію, і сформувавши всесвіти-бульбашки.
Кожен такий всесвіт, і наш не виняток, описується власними законами фізики й власним Великим вибухом.
Наш Всесвіт був би частиною більшого мультивсесвіту, в якому неймовірно високий темп вічної інфляції унеможливлює виявлення сусідніх до нас всесвітів.
Теорія Великого вибуху передбачає, що в ранньому гарячому Всесвіті всі фундаментальні взаємодії були об’єднані в одну супервзаємодію.
Математичні теорії струн пропонують образ цього об'єднання на додачу до фундаментальної структури кварків і електронів.
Згідно з цими моделями, будівельними блоками Всесвіту є струни, що вібрують.
Нещодавно вдалося об’єднати суперечливі теорії струн в єдину теорію суперструн, яка пояснює. яким чином ці об’єкти можуть взаємодіяти з масивними багатовимірними поверхнями під назвою брани.
Наш Всесвіт може міститися в одній з таких бран, що дрейфує в незвіданому багатовимірному просторі, під назвою гіперпростір.
Інші брани, що містять інші типи всесвітів, можуть співіснувати в гіперпросторі, а сусідні брани можуть навіть взаємодіяти через фундаментальні сили, як от гравітацію.
І вічна інфляція, і брани описують мультивсесвіт.
Хоча всесвіти у нескінченому розширенні залишаються ізольованими, брани цих всесвітів можуть стикатися одна з одною.
Відлуння таких зіткнень може проявлятися у мікрохвильовому фоновому випромінювані, яке поширюється Всесвітом з ранніх часів після Великого вибуху.
Однак, досі таке космічне відлуння не вдалося виявити.
Деякі вчені вважають, що всі ці гіпотези існування мультивсесвіту можуть утворити загальний опис, або ж будуть замінені чимось іншим.
В теперішньому вигляді всі вони лиш здогадки, засновані на математичних моделях.
І хоча ці моделі базуються на багатьох наукових експериментах, поки шо є надто мало об’єктивних дослідів, в ході яких можна було б ці моделі випробувати.
Доки не з’явився новий Едвін Габбл, вченим залишається лише сперечатися щодо досконалості своїх моделей.
І продовжувати мріяти про те, що може існувати за межами нашого Всесвіту.