Где находится край Вселенной?

Меня с давних пор волновали непростые вопросы из серии тех, что дети так любят задавать взрослым, типа: «А скажите, пожалуйста, если мгновенно пролететь через всю нашу бесконечную, как взрослые говорят, Вселенную в одном направлении,  то мы никогда не долетим до чего-то, похожего  на ее  край или конец?».
Вообще-то говоря, в самом раннем детстве моей «вселенной» была лишь наша родная планета, о которой я тогда почти ничего не знал. И все Мирозданье в те далекие годы представлялась мне простой «плоской землей» прикрытой сверху куполом неба.

Помнится, где-то, в возрасте 6 - 7 лет ко мне в руки случайно попала из бабушкиной тумбочки одна старинная книга, в которой был один забавный рисунок - «Гравюра Фламмариона», которая произвела на меня неизгладимое впечатление. На ней был изображён человек, в средневековой одежде пилигрима и с посохом в руке. Сквозь занавес небесного свода он с огромным удивлением  рассматривал внутреннее устройство Вселенной.

С той поры прошли годы. Я взрослел, учился, читал книги, познавал мир, и постепенно привыкал к тому, что живу я не на плоскости, а на выпуклой поверхности витающего в бездонной черноте космоса невообразимо огромного Земного шара. Однако даже сегодня мне - журналисту, ученому и кандидату географических наук, почти так же, как тому потрясенному пилигриму со старинной гравюры трудно представить себе те жуткие тайны, которые скрывает от нас тот самый, пока все еще неуловимый «горизонт» или «край» Вселенной, до которого вот-вот готова дотянуться наша быстро развивающаяся наука.
 
У многих наверняка остался в памяти недавний фантастический телесериал, который так и назывался - «На краю Вселенной» (Farscape). Кстати, именно в нем диалектическая идея «конечности - бесконечности» окружающего нас Мироздания была, пожалуй, экранизирована наиболее легко, красиво и непринужденно, по сравнению с другими фильмами этого жанра. И, несмотря на то, что любая, даже самая талантливая экранизация, все-таки, оставляет у нас в душе, скорее яркие эмоции, чем конкретные знания, именно в данном сериале было показано нечто значимое.
Особенно  впечатляет, когда нам во всей красе демонстрируется на экране бездонный, черный космос и, вдруг, мы замечаем там какие-то странные нестабильности пространства-времени и даже знаменитые  черные дыры, которых еще никто в реальности ни разу вблизи не наблюдал. Причем, согласно сюжету одной из серий, находясь за миллиарды световых лет от Земли, мы (по ходу фильма) в какой-то момент, начинаем видеть, сквозь одну из открывшихся в космосе «червоточин», абсолютно противоположный конец Вселенной и рассматриваем плавающую в невесомости почти рядом  с нами Землю.

Интересно, а  как вы, наши дорогие читатели, думаете - можно ли на самом деле так вот, запросто «взглянуть», если не через край, то хотя бы на самый «край» нашей Вселенной? Предупреждаю, что, если вы слишком уверены в  полной невозможности этого лишь потому, что современные наука и техника нам этого пока еще не позволяют, то вы добросовестно заблуждаетесь. Ведь, сегодня все обстоит как раз наоборот, и наша астрономическая наука и техника давно уже позволяют любому  жителю Земли «заглядывать» в глубины Вселенной до расстояний порядка 13 и более млрд. световых лет. И теперь нам остается лишь выяснить, много это или мало для того, чтобы разглядеть хотя бы «край» Вселенной. О большем пока не мечтаем.

С этим каверзным, но серьезным вопросом я и решил обратиться к моему давнему соавтору и другу, известному российскому астрофизику, доктору физико-математических наук Сергею Блинникову. И вот, что он на эту тему мне рассказал для нашего журнала.

Если говорить о «крае» Вселенной, то нам следует учитывать, что в последние годы прогрессивно настроенных астрономов уже не восхищают наблюдения даже за «экзотическим населением» дальнего космоса, расположенным на расстояниях в миллионы световых лет от Земли. Теперь ведущие ученые считают это пройденным этапом и стремятся к открытию еще более удаленных структур и объектов на абсолютно «невозможных» расстояниях от Солнечной системы.

Кстати говоря, так оно было и раньше на протяжении всей истории, поскольку любые конкретные представления  Человечества о Мироздании регулярно корректируются и обновляются. Вот подборка лишь некоторых фактов, говорящих сами за себя:
Расстояние от Земли до Солнца  -  1 а. е. (150 млн. км) -  Жозеф Жером де Лаланд, 1771г.
Звезда Вега - 8 парсек -  (26 световых лет или 1,6 млн. а. е.) - Василий Яковлевич Струве, 1837г.
Галактика Туманность Андромеды - 800 килопарсек (2 млн.  световых лет)- Эдвин Хаббл, 1923г.
Квазар ЗС 273  - 630 мегапарсек или 2 млрд. световых лет (z = 0,158) -  Маартен Шмидт, г.1963
Гамма-всплеск GRB 970508  - 6,5 млрд. световых лет (z = 0,835) -  спутник BeppoSAX и наземные телескопы,1995 г.

Однако это было, как говорится, «вчера». А сейчас «передовой край» науки располагается уже значительно ближе к тому, чтобы поставить в нелегком вопросе о пресловутом «крае» Вселенной, если не жирную точку, то восклицательный знак.

Пример первый:
Объединенная группа астрономов из Калифорнийского университета, а также из Швейцарии и Нидерландов, использовавшая для наблюдений орбитальный телескоп «Хаббл», заявила вначале 2011г. об открытии в созвездии Печь рекордно удаленной от Земли галактики UDFj-39546284, находящейся на расстоянии, которое излученный ею свет преодолел за  13,2 млрд. лет. Красное смещение объекта составило 10,3. Считается, что этот до сих пор никем  не превзойденный рекорд дальности галактик, вряд ли может быть побит до тех пор, пока в космос не будет запущен новый автоматический телескоп имени Джеймса Вебба.

Второй пример:
Американские ученые летом 2011 года сообщили, что им удалось обнаружить в созвездии Гончих Псов необычный гамма-всплеск, получивший индекс GRB 090429B. Он находится на таком колоссальном расстоянии от Земли, что на  его преодоление  свету потребовалось около 13,1 млрд. лет. Красное смещение этого редкого для Вселенной объекта составило порядка 9,4. Между прочим, именно по красному смещению ученые уточняют удаленность любого космического объекта от Земли. Пока это еще предварительное значение, и оно, конечно, будет уточняться. Впервые данный феномен был зафиксирован орбитальным телескопом "Свифт" в апреле 2009 года, после чего за ним еще в течение двух лет наблюдали с помощью наземного телескопа "Джемини" и орбитальной обсерватории "Хаббл".

Еще один пример:
В 2007 г. французские, американские и канадские астрономы обнаружили в созвездии Рыб при помощи больших телескопов, базирующихся на Гавайях, самую удаленную от нас  черную дыру, масса которой оценивается, как 500 млн. солнечных масс. Данный феномен, получивший наименование J2329-0301, настолько сильно удален от нас, что на преодоление этого гигантского расстояния свету потребовалось около 13 млрд. лет. И  этот рекорд для черных дыр до сих пор еще так и не побит. Чтобы определить расстояние до массивной черной дыры, которая сама по себе является абсолютно невидимым объектом во всех диапазонах спектра, ученым пришлось воспользоваться результатами анализа спектра красного смещения ближайшего квазара, которое составляет около 6,5.

И последний пример: 
Британские астрономы летом прошлого года заявили, что ими найден в космосе самый далекий квазар. До этого они в течение 5 лет использовали национальный инфракрасный телескоп (UKIRT), а также  базу данных его обзора, пока не нашли подходящий квазар, ULAS J1120+0641 с красным смещением порядка 7,1. В дальнейшем ученые работали на большом телескопе  Европейской южной обсерватории (VLT с использованием инструмента FORS2), а также на телескопе Gemini North. В центре квазара была обнаружена черная дыра с массой порядка 2 млрд. солнечных масс. За счет большой яркости этого квазара удалось изучить его спектр, а также довольно точно измерить удаленность его от Земли, которая оказалась столь велика, что для ее преодоления  свет должен был затратить около 12,9 млрд. лет.

Однако даже при такой заметной тенденции к продолжению роста удаленности от Земли всех новейших объектов,  открываемых наукой на постоянно расширяющемся для нас «горизонте» Вселенной, следует помнить, что в будущем на этом пути  может возникнуть серьезный «барьер». Ведь, абсолютное большинство современных космологов убеждено, что наша Вселенная совсем недавно (по космическим меркам) «родилась» из чудовищно сжатого «сингулярного состояния». Причем, это происходило в процессе, так называемого, Большого Взрыва, случившегося 13,7 ± 0,13 млрд. лет назад.  С той поры Вселенная, в начале своего рождения перегретая до температур в миллиарды градусов, непрерывно расширяется и охлаждается. Однако чем дальше мы проникаем с помощью своих приборов через космическое пространство, тем более раннюю и, соответственно, «горячую» эпоху развития этой постоянно меняющейся  Вселенной созерцаем. Причем, неизбежно наблюдаемый нами «эффект машины времени» обусловлен конечностью скорости света, которая, согласно отцу современной физики Альберту Эйнштейну, жестко ограничена значением, близким к 300 000 км/сек. Это - мировая константа, то есть, предельно достижимая в нашей Вселенной огромная скорость, с которой распространяются в космическом вакууме не имеющие массы покоя кванты света - фотоны. Однако в колоссальных масштабах Вселенной даже скорость света, кажущаяся нам большой лишь на Земле, оказывается совершенно незначительной.

Поэтому и не удивительно, что свет какой-нибудь далекой галактики выбрасывается  ею много миллиардов лет назад, но достигает Земли только сейчас. Так вот и получается, что мы наблюдаем сегодня такую галактику не в современной, то есть, «зрелой» стадии ее длительного развития, а в отдаленный от нас во времени, например, на 13 млрд. лет  период ее «рождения» или «младенчества». Точно так же обстоит дело и вообще с любым значительно удаленным от нас космическим объектом, потому что, пока излученные им кванты света достигнут Земли, пройдут миллионы, а то и миллиарды лет, в зависимости от того, где он располагался по отношению к нашей  планете. Причем, абсолютно не исключены такие ситуации, когда свет от какого-то «короткоживущего» космического объекта до нас все еще доходит, но сам-то  этот объект (квазар, гамма-всплеск или галактика) давно уже прекратил свое существование.  Получается почти та же ситуация, что и во время просмотра старинной кинохроники: на экране мы все еще видим бодро марширующий военный парад, а на самом-то  деле все это мероприятие закончилось уже давным-давно, так же как и существование всех его участников.
 
Таким образом, когда нам сообщают, что в дальнем космосе на предельных расстояниях от Земли, которые свет преодолевает  за 12,9 или 13,2  млрд. лет наблюдаются квазары, черные дыры, галактики, или гамма-всплески, нам ни в коем случае не следует забывать про «эффект машины времени». Ведь, если Теория Большого Взрыва верна, а это, на сегодняшний день - единственная по-настоящему разработанная и признанная теория развития Вселенной, то временной интервал, соответствующий таким чудовищным удалениям от Земли (на самом деле, если расчитать все с учетом  расширения самой Вселенной, то расстояния до предельно удаленных от нас объектов будут, если их выражать в световых годах, раза в три  «длиннее» «возраста» Вселенной) является эпохой очень ранней молодости нашего Мироздания, то есть – периодом так называемой «реионизации».

Это примерно соответствует интервалу в 500 - 800 млн. лет с момента начала Большого Взрыва, случившегося 13,7 млрд. лет назад.
Однако что же, все-таки, произойдет, если в будущем какая-нибудь новая группа астрономов, вдруг, заявит, что во Вселенной найдена черная дыра или галактика, находящаяся от нас на расстоянии более значительном, чем то, которое свет преодолевает в космосе за 13,7 млрд. лет, скажем, равном - 14 млрд. лет? Ну, во-первых, все главные космологи тут же выскажутся в духе того, что такие сырые данные еще надо уточнять и уточнять, поскольку объект более ранний, чем сама Вселенная – это какой-то нонсенс, типа «вечного двигателя». А, во-вторых, обязательно найдутся и такие ученые, которые заявят, что уточнять следует не столько расстояние до нового объекта, сколько саму Теорию Большого Взрыва. Однако с учетом того, что нашей космологии «оранжевая революция» сегодня не угрожает, то пусть уж лучше такие открытия «совершают» пока только фантасты. Им это делать проще. Так считает мой друг – астрофизик Сергей Блинников.

А мне от себя хотелось бы добавить, что вряд ли какие-то преграды или «табу», существующие в нашей науке, культуре или ментальности, смогут в будущем остановить последователей того пилигрима, который нарисован на старинной гравюре. Ведь этот бесстрашный путешественник, все-таки, нашел в себе мужество добраться до края Мироздания и заглянуть через тот самый, скорее психологический, чем физический «барьер», который еще и нашим потомкам будет мешать в познании того, какая Сверхвселенная, скрывается за великой огненной стеной Большого Взрыва.

Эта статья была опубликована в более кратком изложении в журнале ЧУДЕСА И ПРИКЛЮЧЕНИЯ, №9, 2012 г., с .22-25.

Рисунок - коллаж автора.