Куда расширяется Вселенная?

 


Эволюция Вселенной была описана общей теорией относительности (ОТО), разработанной Альбертом Эйнштейном в начале XX в. По сравнению с ньютоновской физикой, эта теория дала радикально иное описание сил гравитации.

В интерпретации Ньютона пространство и время абсолютны, причем не более чем параметр в уравнениях движения. А гравитация была некого рода мистическая сила притяжения, действующая между двумя массивными телами.

ОТО дает совсем иную концепцию, хотя уравнения движения во многих приближениях реального мира сводятся к ньютоновским, которыми, как мы увидим позже, можно описать многие явления Вселенной. В ОТО пространство и время соединены в четырехмерное пространство, свойство которого определены через гравитацию неоднородным образом распределенной массой. Гравитация огибает пространственно-временную сетку – таким образом ОТО описывает гравитационное взаимодействие как форму проявления искривления пространства-времени. Космическое тело под действием сил гравитации движется из менее изогнутых частей пространственно-временного континуума в более изогнутые области. (Когда кривизна пространства-времени становится бесконечной, как в случае черных дыр, гравитационная сила становится настолько мощной, что пространство-время схлопывается, создавая сингулярности в ткани пространственно-временного континуума. Ничто не может избежать падения сингулярности.)

Согласно общим уравнениям ОТО, пространство-время, содержащее материю не может быть стационарным – оно должно расширяться или сжиматься. Галактики и другие космические объекты, строго говоря, не разлетаются друг от друга, а движутся вместе с расширяющейся тканью пространства-времени, словно закреплены на нем. Таким образом, при наблюдении галактик складывается впечатление, что разлетаются. Представьте себе поверхность воздушного шарика, на которую вы наносите точки. Затем начинаете надувать шарик. Расстояния между точками увеличиваются, и если вы живете в одной из точек (точки это галактики), то увидите картину того, что точки разбегаются. В действительности, эти точки остаются в своих прежних положениях на поверхности шара (их долгота и широта не меняется). А вот ткань воздушного шара действительно расширяется.

В классической физике Ньютона тоже можно построить математическую аналогию расширения Вселенной, описав систему, которая расширяется или сжимается под действием собственных сил гравитации (например, галактики). Однако в этой модели расширение не связано с растяжением ткани пространства-времени. Здесь пространство это некий абстрактный абсолют, который включает в себя совокупность всех объектов, движущихся через него, но с ним не взаимодействующих. Таким образом можно спросить и «Куда расширяется Вселенная?», и «Что же было перед началом времен?».

В ОТО оба эти вопроса теряют свой смысл. Первый вопрос подразумевает наличие некой другой системы координат снаружи пространства-времени. Но поскольку пространство-время связано с материей, то снаружи воздушного шарика пространственно-временного континуума не может быть ничего. Точнее было бы сказать, что нам доступно только пространство-время.


Источник: В мире науки