Спросите Итана №70: Есть ли у Вселенной центр?

Если всё началось с Большого взрыва, и расширялось, есть ли у всего центр?

Я хочу оставаться так близко к краю, как только могу, не падая с него. С края видно много такого, чего не увидишь с середины.
— Курт Воннегут

С каждым мгновением у нас появляется всё больше вопросов. Почему бы не ответить на крупнейшие? Каждую неделю я выбираю один вопрос, и на этой неделе честь досталась Эрику Винсенту, который спрашивает:

Где же центр? Уже некоторое время, из-за распределения материи, я отказываюсь верить в один большой взрыв, начавший Вселенную. В статье предполагается, что Земля – это центр Вселенной. Разве это не настолько же вероятно, как то, что гравитация всё время выигрывает, и что в нескольких местах Вселенной существует достаточно материи, чтобы стянуть всё к центру, без необходимости создавать бездоказательный термин (тёмная энергия). Я, конечно, не эксперт, поэтому мне интересно, где и почему я ошибаюсь.

https://geektimes.ru/post/278156/
С расширением Вселенной, Большим взрывом, тёмной энергией и идеей «центра» связано множество неправильных представлений. Давайте посмотрим, что можно сделать для прояснения ситуации!


Подумайте о нашей планете Земля, и пути, проделываемом ею в пространстве. Это видео было снято за 24 часа с космического аппарата Мессенджер в 2005 году, облетавшего наш мир по пути к Меркурию. Подумайте о Земле, поскольку – всего несколько поколений назад – огромное число людей считало, что Земля покоится в пространстве, в центре Вселенной, а не вращается вокруг Солнца.

С тех пор мы много чего постигли.



Не только Земля, но и вообще ничто из нашей Солнечной системы не находится в центре и не покоится. Земля, вместе с другими планетами – и Солнце, конечно – вращаются вокруг общего центра масс, а не вокруг определённой неподвижной точки. Этот центр масс летит сквозь пространство, через галактику, по орбите, слегка отличающейся от той, которую вы могли видеть в разных видеороликах.

Вся наша Солнечная система остаётся в одной плоскости, с рассеянным эллипсоидом облака Оорта вокруг, и мы двигаемся вокруг центра Млечного пути по гигантскому эллипсу.



Но это ещё не всё! Млечный путь тоже не неподвижен, в том числе и его центр. Наша галактика вращается, и двигается через пространство. Нас окружают источники гравитации:

• другие галактики, большие и малые;
• группы и кластеры галактик;
• межгалактические нити газа и тёмной материи;
• космические пустоты, сдерживающие скопления материи вроде нашего.

В наших окрестностях не только Млечный путь, но и все галактики, группы и кластеры двигаются друг относительно друга.



Что ещё важнее, эти движения не локальные, а космические. На крупнейших масштабах галактики не просто двигаются под воздействием гравитации, но подчиняются космическому расширению, влияющему на всё во Вселенной. И то, как это работает, противоречит интуиции большинства людей. Когда мы думаем о расширении, мы представляем себе взрыв, где все кусочки отдаляются друг от друга. И таких явлений в космосе хватает – например, сверхновые II типа, перерабатывающие сгоревшее ядерное горючее звёзд в межзвёздную материю.

youtu.be/eE8QkBlyf5k

Конечно, кусочки звезды отдаляются друг от друга, но из-за взрыва, а не из-за расширения пространства. И если эта картинка в любом виде связана в вашей голове с «Большим взрывом» или «расширяющейся Вселенной», то немедленно удалите её оттуда.

Лучше подумайте о самом пространстве, как о поверхности шара. Не о трёхмерном «шаре в космосе», но о двумерной поверхности шара. Представьте, что к ней приклеены монетки. Шар расширяется – неважно, из-за взрыва, или из-за растяжения поверхности. Представьте, что каждая монетка – это галактика, или, как в нашем случае, наблюдатель.



С точки зрения любой галактики, все остальные отдаляются от неё. Те, что дальше, отдаляются быстрее, а те, что ближе, отдаляются не так быстро.

Если взглянуть на это с точки зрения любой галактики, получится то же самое. В контексте ОТО в расширяющейся Вселенной не только нет центра, но и нет выделенного наблюдателя, нет привилегированной галактики, и не к чему «притягиваться» из-за гравитации.

Однако, существует соревнование, управляющее расширением.



Это соревнование между гравитацией и расширением, начавшееся после Большого взрыва, в момент, когда Вселенную впервые можно было описать, как горячую, плотную, расширяющуюся, после чего скорость расширения замедлилась и Вселенная начала остывать.

Большой взрыв не был взрывом с определённым центром, и не было точки, которую можно было бы описать как место происхождения наблюдаемой Вселенной. Насколько мы можем судить, пространство наполнилось материей и излучением в горячем состоянии всё и сразу, везде – именно этот момент мы и зовём Большим взрывом.

И расширение Вселенной управляется её содержимым, а в разных районах содержится разное количество вещества. Поэтому в ранней Вселенной существовали колебания космического микроволнового излучения.



Горячие точки (красные) и холодные (синие) соответствуют местам, в которых материи чуть больше или меньше, чем в среднем. Места, содержащие больше материи, вырастут в галактики, группы или даже кластеры, а содержащие меньше – не вырастут. При этом наибольшие разреженные регионы потеряют всю материю и превратятся в огромные космические пустоты.



В величайших регионах с большой плотностью расширение будет локально побеждено, и там сформируются районы, в тысячи рас массивнее Млечного пути. Но на более крупных масштабах победит расширение, при этом им управляет не материя или излучение, а тёмная энергия, которая является единственным способом объяснения наблюдаемой скорости расширения в контексте ОТО.



Итак, кратко повторим: Большой взрыв случился во Вселенной повсеместно и одновременно, все районы испытывают расширение примерно одинаково, неоднородности в плотности привели к появлению галактик, групп и кластеров, а также космических пустот, и тёмная энергия раскрыла себя через ускоряющееся расширение Вселенной.

Эрик не единственный, задающий такие вопросы, но я надеюсь, что объяснение было сделано понятно для вас и для остальных. Присылайте мне ваши вопросы и предложения для следующих статей.