Что находится за пределами Вселенной¶
Что находится за пределами Вселенной — совокупность гипотез и моделей, описывающих возможное продолжение пространства-времени за наблюдаемой границей космологических горизонтов, а также вопрос о том, существует ли «вне» Вселенной что-либо в принципе. Ответ на этот вопрос в настоящее время не имеет однозначного эмпирического решения: наблюдаемая часть Вселенной ограничена горизонтом частиц, и любые сведения о том, что лежит за ним, основаны на космологических моделях, математических extrapolациях и теоретических предположениях.
¶Наблюдаемая Вселенная и её границы
Диаметр наблюдаемой (видимой) Вселенной составляет около 93 млрд световых лет — примерно 28,5 млрд парсек. Это область пространства, из которой свет успел достичь Земли за время, прошедшее с момента Большого взрыва (возраст Вселенной — около 13,8 млрд лет), с учётом расширения пространства. Граница этой области называется космологическим горизонтом частиц.
Важно подчеркнуть, что горизонт частиц — не физическая стена, а информационный предел: объекты, находящиеся дальше, не успели отправить сигнал, который достиг бы наблюдателя. За горизонтом частиц, согласно стандартной космологической модели ΛCDM, продолжается то же самое пространство-время, заполненное галактиками, звёздами и материей, однако эта область принципиально недоступна для прямых наблюдений.
¶Модель однородной Вселенной
Согласно космологическому принципу — фундаментальному допущению современной космологии — Вселенная однородна и изотропна на больших масштабах. Это означает, что статистические свойства материи и излучения одинаковы в любой точке пространства. Если космологический принцип верен, то за пределами наблюдаемой области нет ничего принципиально нового: продолжается та же ткань космоса с галактиками, скоплениями и сверхскоплениями галактик, протяжённая, возможно, до бесконечности.
В этой картине вопрос «что за пределами Вселенной» теряет смысл: Вселенная не имеет границы, подобной краю плоскости или поверхности шара. Аналогия, часто приводимая в научпопе, — муравей на поверхности надувного шара: для двухмерного существа поверхность конечна, но не имеет края.
¶Конечная и бесконечная Вселенная
Одним из ключевых нерешённых вопросов космологии является геометрия Вселенной на больших масштабах. Кривизна пространства, измеренная по данным космического аппарата Planck (2013–2018), близка к нулевой: Вселенная в целом практически плоская. Однако плоская геометрия допускает два принципиально разных варианта:
- Бесконечная Вселенная — пространство бесконечно в пространственных сечениях, но не имеет границы (как плоскость). В этом случае «за пределами» не существует, потому что границ нет.
- Конечная Вселенная без границы — пространство замкнуто на себя, подобно трёхмерной сфере (трёхмерному тору). Объект, двигающийся по прямой достаточно долго, вернётся в точку отправления. В этом случае «вне» Вселенной не существует, поскольку она не вложена в какое-либо внешнее пространство.
¶Мультивселенная
Ряд теоретических моделей предполагает существование множества «пузырьков» вакуума, каждый из которых является отдельной Вселенной с собственными физическими константами. Такие модели возникают в нескольких контекстах:
¶Инфляционная мультивселенная
Теория космической инфляции (развитая в 1980-е годы Андреем Линде, Аланом Гутом, Полом Стейнхардтом и др.) описывает экспоненциальное расширение пространства в первые мгновения после Большого взрыва. В расширённом варианте инфляции (eternal inflation) инфляционный процесс не прекращается везде одновременно: в одних областях он завершается, порождая «обычные» Вселенные, в других продолжается. Так формируется множество «пузырьков» — отдельных вселенных, разделённых инфляционным пространством.
¶Струнная мультивселенная
В теории струн предполагается существование «бран» — многомерных объектов, на которых может существовать наша Вселенная. Различные комбинации компактифицированных измерений (модели Калаби — Яу) порождают огромное, возможно бесконечное, множество физически различных вселенных.
¶Модель бочек Хартла — Хоукинга
В квантовой космологии Джеймс Хартл и Стивен Хокинг предложили «безграничную» модель Вселенной, в которой время вблизи «начала» перестаёт быть чётко определённым, и Вселенная не имеет сингулярного начала в обычном смысле. В этой картине вопрос о «вне» также не имеет чёткого смысла.
¶Многомировая интерпретация квантовой механики
Отдельного упоминания заслуживает многомировая интерпретация (много-мировая интерпретация) квантовой механики, предложенная Хью Эвереттом в 1957 году. Согласно ей, при каждом квантовом измерении универсум «разделяется» на ветви, в каждой из которых реализуется один из возможных результатов. Вселенные в этой интерпретации не разделены пространством, а сосуществуют в общей волновой функции. Многомировая интерпретация остаётся предметом дискуссий и не имеет прямого экспериментального подтверждения.
¶Философский аспект
Вопрос о том, что находится за пределами Вселенной, частично принадлежит не к физике, а к философии. Если Вселенная по определению — это «всё, что существует», то внешнего пространства по определению не существует. Если же под Вселенной понимается совокупность всех пространственно-временных областей, связанных общим происхождением, то возможны иные варианты — например, независимые вселенные, не связанные друг с другом причинно-следственными отношениями.
¶Текущий статус вопроса
Современная космология не располагает данными, позволяющими экспериментально проверить, конечна ли Вселенная и существует ли что-либо за её пределами. Космологический горизонт частиц — принципиальный барьер: сигналы из-за его пределов не достигают нас. Некоторые модели предсказывают слабые сигнатуры «столкновения» с другими пузырьками в реликтовом излучении, однако подтверждения пока нет.
¶Источники
- Линде А. Д. «Новые идеи в космологии»
- Хокинг С., Млодинов Л. «Краткая история времени»
- Данные миссии Planck (ESA, 2013–2018)
- Hartle J., Hawking S. «Wave function of the Universe» (Physical Review D, 1983)
- Everett H. «Relative State Formulation of Quantum Mechanics» (1957)