Большой не_взрыв

В ответ на блог уважаемой Сони Эль. 

На самом деле, я давненько хотел его написать. Так уж сложилось, что я довольно много размышлял о проблемах космологии, объяснял её здесь, на БС, даже до споров в коментах доходило. Тема эта широкая, сложная, порой реально мозгокипятящая, но при этом далеко не всем нужная. Основы космологии редко являются непосредственной основой для художественных произведений, а возможные ошибки просекут два с половиной человека.

Но есть одна концепция, плотно засевшая в голове у обывателей. Концепция прививающаяся с детских лет (потому что вопрос "А откуда вообще всё это взялось?" приходит в голову каждому довольно рано). Концепция интуитивно предельна простая. Концепция... ложная. Речь про большой взрыв.

Те, кто меня знают, должны понимать, что ни в какую альтернативную науку я сейчас не ударяюсь. Теория большого взрыва - это американский ситком, созданный... гхм, простите... Это фактически единственная на данный момент признанная теория, описывающая возникновение вселенной. Проблемы у неё есть, но речь сейчас не о них. Речь о том, что люди в подавляющем своем большинстве не понимают сути Большого взрыва. Это не их вина, проблема проистекает прямо из названия теории. Проблема в том, что большой взрыв - это не взрыв.

Картинки вроде этой видели все.

Я не буду вдаваться в детали и уж тем более в сложные формулы. Хочется донести общую суть. Итак, обывательское представление о Теории Большого взрыва следующее. Давным-давно в далёкой-далёкой галактике вся материя Вселенной была сконцентрирована в одной точке, которую называют сингулярностью. И тут ВНЕЗАПНО произошло нечто, сингулярность распалась, началось взрывное расширение, материя разлетелась по пространству, с течением времени объединяясь во все более сложные объекты, которые продолжают разлетаться друг от друга. Похоже на взрыв осколочной гранаты. Только Вселенная - не граната. Вселенная - воздушный шарик.

Важный дисклеймер для задротов: Я намеренно не трогаю вопрос о замкнутости/не замкнутости Вселенной. Вопрос этот спорный и лишь затруднит объяснения, а пример с шариком сильно проще для понимания сути.

Если быть совсем точным (и это важный момент), Вселенная - это непосредственно материал воздушного шарика, а не воздух внутри него. Что же было на самом деле? Ну... началось всё действительно с сингулярности. И с этой сингулярностью однажды действительно случилось НЕЧТО. Нечто, приведшее к распаду сингулярности. Распаду быстрому, взрывному. И здесь ключ проблемы.

Первоначально теория Большого взрыва называлась «динамической эволюционирующей моделью». Известное же нам название вышло из уст учёного, который Теорию большого взрыва вообще не поддерживал. Фред Хойл, приверженец гипотезы «непрерывного рождения» материи при расширении Вселенной (забудьте), в своей лекции сказал следующее:

«Эта теория основана на предположении, что Вселенная возникла в процессе одного-единственного мощного взрыва и потому существует лишь конечное время… Эта идея Большого взрыва кажется мне совершенно неудовлетворительной».

Журналисты подхватили. Термин ушёл в народ. Народу понравилось, народ любит взрывы, да чтобы помасштабнее. А тут шутка ли - целая вселенная. Но мы возьмём кое-что поменьше. 

Мы возьмём воздушный шарик. И нарисуем на нём много-много маленьких точечек. Для нас даже совершенно не важно, что именно эти точки будут символизировать - атомы или галактики, в масштабах вселенной разницы нет. Их много и они крохотные. В самом начале это были кварки (точнее - кварк-глюонная плазма, но об этом тоже можно забыть). 

Теперь скомкайте этот шарик в кулак и получите сингулярность - плотно-плотно упакованный "пучок" кварков (конечно, это тоже упрощённое представление, но глубже мы не пойдём). Снаружи оставьте только трубочку для надувания. И начните, собственно, дуть. Кулак уберите, не держите вселенную, пусть она будет свободна! 

А что в итоге? Шарик надувается, латекс растягивается (да, в принципе, моделировать можно и на других надувных объектах). А что с точками? Они убегают всё дальше друг от друга. Вселенная расширяется. Но! И это самый важный момент. Точки двигаются не сами по себе. Расстояние между ними увеличивается, но лишь потому что расширяется то, на чём (или в чём) они располагаются. 

С реальной вселенной всё так же. Убегают не объекты друг от друга (мы к этому вернёмся чуточку позже), а расширяется само пространство, как некая фундаментальная концепция, те самые три измерения. И отсюда следуют две вещи. 

Во-первых - чем дальше от нас находится объект, тем быстрее от от нас удаляется. Объяснить это для себя чисто интуитивно просто. Представьте не шарик, а... гхм... ленту из латекса. Нанесите на неё деления, как на линейку. Пусть каждое миллиметровое деление увеличится в десять раз и станут сантиметровыми. Тогда соседние уедут друг от друга на 9 миллиметров (допустим, за секунду). А самое дальнее деление за ту же самую секунду преодолеет n*9 миллиметров, где n - порядковый номер этого самого деления. Геометрическая прогрессия.

Во-вторых - во всех точках вселенная расширяется одинаково. У большого взрыва (что уже делает его не_взрывом) тупо нет эпицентра - то есть точки, в которой всё началось. Где бы мы ни оказались и куда бы ни посмотрели, везде вселенная будет примерно одинакова (это называется изотропией вселенной). И расширяться будет одинаково - медленно вблизи от нас, быстро - вдалеке.

И кстати, крохотный факт, однажды сломавший мне мозг. Каков размер вселенной? Знаете? Если рассматривать большой взрыв, то вопрос вроде бы простой. Вселенная появилась 13,7 миллиарда лет назад. Максимальная скорость - скорость света. Следовательно максимальная оценка диаметра вселенной - 13,7*2 = 27,4 миллиарда световых лет? Верно? Нет. 

Размер видимой вселенной по современным оценкам - 97 миллиардов световых лет.

Шо происходит, спросите вы? А вот шо. Фотон летит из пункта А в пункт Б со скоростью 299 792 458 метров в секунду. Но за эту секунду пространство успевает расшириться. И за спиной у фотончика оказывается уже больше 299 792 458 метров. Самую чуточку больше. Но секунд этих много. За 13 миллиардов лет их набегает чёртова прорва. Такие пироги.

А теперь немного усложним ситуацию. Ещё. Превратим точечки на нашем шарике в муравьёв.

Въедливый и шарящий в астрономии читатель скажет, что точечки на нашем шарике не только ведь отдаляются. Галактики сближаются друг с другом, сталкиваются. Через чуть да маленько миллиардов лет нас Туманность Андромеды поглотит (тут такой шурум-бурум поднимется, что лучше вам к тому моменту приобрести места на галёрке).

Ибо будь расширение просто расширением, всё было бы хорошо. Кварки просто улетели бы друг от друга. Нам не пришлось бы вставать утром на работу и надевать в магазинах маски, потому что не было бы ни работы, ни коронавируса, ни вселенной вообще. Но...

Знаю-знаю! Но вставлять мемчики из ТБВ в блоге про ТБВ - это просто пошло. Да и не смотрел я...

Объекты во вселенной взаимодействуют друг с другом (там, в общем-то, не гравитацией единой, но забудьте). Они сталкиваются, образуют пары, совместными усилиями побеждают антиматерию. Короче, бегают как муравьишки по нашему шарику. Но это не навсегда.

Как я и сказал, расширяется само пространство. И однажды оно расширится достаточно сильно, что мы банально не сможем увидеть удалённые объекты. А потом и не только удалённые. Грубо говоря, муравьи будут бегать недостаточно быстро, чтобы преодолевать расширение пространства.

Я уже не помню конкретных чисел, но наступит такой момент, когда физически невозможно будет рассмотреть даже соседние галактики, свет просто не будет успевать дойти до нас. В этот момент космология вообще станет невозможной. Появись мы тогда - считали бы, что наша Галактика - и есть вся вселенная. В чёрной-чёрной пустоте.

Занавес.