What is the universe expanding into? - Sajan Saini

Translator: velcom YOUTH Reviewer: Ростислав Голод

The universe began its cosmic life in a big bang

Касмічнае жыццё Сусвету пачалося з Вялікага выбуху

nearly fourteen billion years ago,

прыкладна 14 мільярдаў гадоў таму,

and has been expanding ever since.

з тых самых часоў Сусвет пашыраецца.

But what is it expanding into?

Але куды ж ён пашыраецца?

That's a complicated question.

Гэта вельмі складанае пытанне.

Here's why:

І вось чаму:

Einstein's equations of general relativity

паводле раўненняў Эйнштэйна аб Агульнай тэорыі адноснасці

describe space and time as a kind of inter-connected

прастора і час апісваюцца як пэўная ўзаемазвязаная

матэрыя Сусвету.

fabric for the universe.

This means that what we know of as space and time

Гэта азначае, што вядомыя нам прастора і час

exist only as part of the universe and not beyond it.

існуюць толькі ў рамках Сусвету і не існуюць па-за яе межамі.

Now, when everyday objects expand, they move out

У нашым паўсядзённым жыцці, калі целы пашыраюцца,

яны займаюць дадатковую прастору.

into more space.

But if there is no such thing as space to expand into,

Аднак што, калі прасторы, куды можна пашырацца, не існуе,

what does expanding even mean?

і што ў такім выпадку будзе азначаць «пашырацца»?

In 1929 Edwin Hubble's astronomy observations

У 1929 годзе Эдвін Хабл, грунтуючыся на астранамічных назіраннях,

gave us a definitive answer.

змог даць пэўны адказ на гэтае пытанне.

His survey of the night sky found all faraway galaxies

Даследуючы начное неба, ён выявіў, што ўсе далёкія галактыкі

recede, or move away, from the Earth.

ўзаемна аддаляюцца ад Зямлі.

Moreover, the further the galaxy, the faster it recedes.

Больш таго, чым далей галактыка, тым хутчэй яна аддаляецца.

How can we interpret this?

Як можна інтэрпрэтаваць гэта адкрыццё?

Consider a loaf of raisin bread rising in the oven.

Уявіце сабе, што ў печы ў вас падымаецца пірог з разынкамі.

The batter rises by the same amount in between each

Пакуль цеста падымаецца,

паміж разынкамі ўтвараецца аднолькавая адлегласць.

and every raisin.

If we think of raisins as a stand-in for galaxies,

Калі замест разынак мы ўявім сабе галактыкі,

and batter as the space between them,

а замест цеста — прастору паміж імі,

we can imagine that the stretching or expansion

мы можам уявіць сабе, што па меры пашырэння

of intergalactic space will make the galaxies recede from each other,

міжгалактычнай прасторы, галактыкі будуць аддаляцца адна ад адной,

and for any galaxy, its faraway neighbors will recede a larger

і для любой галактыкі яе далекія суседзі аддаляюцца

на большую адлегласць, чым бліжэйшыя,

distance than the nearby ones

in the same amount of time.

за адзін і той жа перыяд часу.

Sure enough, the equations of general relativity predict a cosmic

Несумненна, у раўненнях агульнай тэорыі адноснасці прадказваецца

tug-of-war between gravity and expansion.

"перацягванне каната" паміж гравітацыяй і пашырэннем.

It's only in the dark void between galaxies where expansion wins out,

Пашырэнне адбываецца ў цёмным касмічным вакууме паміж галактыкамі,

and space stretches.

і прастора пашыраецца.

So there's our answer.

Вось і адказ на пытанне.

The universe is expanding unto itself.

Сусвет пашыраецца сам па сабе.

That said, cosmologists are pushing the limits of mathematical models

Нягледзячы на гэта, касмолагі пашыраюць межы матэматычных мадэляў

to speculate on what, if anything, exists beyond our spacetime.

і вылучаюць версіі аб тым, што можа існаваць па-за прасторай-часам.

These aren't wild guesses, but hypotheses that tackle

Гэта не здагадкі пальцам у неба, а навуковыя гіпотэзы,

kinks in the scientific theory of the Big Bang.

якія разглядаюць нестыкоўкі ў навуковай тэорыі Вялікага выбуху.

The Big Bang predicts matter to be distributed evenly across the universe,

Паводле тэорыі Вялікага выбуху,

матэрыя аднолькава размеркавалася ў Сусвеце

as a sparse gas --but then, how did galaxies and stars come to be?

ў выглядзе газу малой шчыльнасці,

але тады як сфармаваліся галактыкі і зоркі?

The inflationary model describes a brief era

Згодна з інфляцыйнай мадэллю,

за нейкі кароткі час назіраўся перыяд паскоранага пашырэння,

of incredibly rapid expansion

that relates quantum fluctuations in the energy of the early universe,

калі ў выніку квантавых ваганняў энергіі на стадыі стварэння Сусвету

to the formation of clumps of gas that eventually led to galaxies.

сфармаваліся навалы газу, з якіх у выніку паўсталі галактыкі.

If we accept this paradigm, it may also imply our universe represents

Калі мы прымем гэтую парадыгму, то гэта можа азначаць, што наш Сусвет

у касмічных маштабах уяўляе сабой адзінае цэлае

one region in a greater cosmic reality that undergoes endless, eternal inflation.

і падвяргаецца бясконцаму хаатычнаму пашырэнню.

We know nothing of this speculative inflating reality,

Нам нічога невядома аб гіпатэтычным пашырэнні рэальнасці,

save for the mathematical prediction that its endless expansion

за выключэннем матэматычнай мадэлі, у якой сцвярджаецца,

што гэтым бясконцым пашырэннем рухае нестабільны квантавы стан энергіі.

may be driven by an unstable quantum energy state.

In many local regions, however, the energy may settle by random

Аднак у многіх частках Сусвету энергія можа адвольна пераходзіць

chance into a stable state, stopping inflation and forming bubble universes.

у стабільны стан,

інфляцыйнае пашырэнне спыняецца, і фармуюцца сусветы-бурбалкі.

Each bubble universe —ours being one of them

У кожным сусвеце-бурбалцы — і наша не выключэнне —

—would be described by its own Big Bang and laws of physics.

дзейнічаюць свае законы фізікі і Вялікага выбуху.

Our universe would be part of a greater multiverse,

Наш Сусвет уваходзіць у склад яшчэ большага Мультысусвету,

in which the fantastic rate of eternal inflation makes it impossible

у якога па прычыне вечнага хаатычнага пашырэння

на велізарных хуткасцях

for us to encounter a neighbor universe.

нашыя шанцы выявіць суседнія Сусветы вельмі малыя.

The Big Bang also predicts that in the early, hot universe, our fundamental forces

Паводле тэорыі Вялікага выбуху, у самым пачатку гарачага Сусвету

ўсе асноўныя сілы, магчыма, зліліся ў адну суперсілу.

may unify into one super-force.

Mathematical string theories suggest descriptions of this unification,

Матэматычныя тэорыі струн згаджаюцца са сцвярджэннем аб складанні сіл,

in addition to a fundamental structure for sub-atomic quarks and electrons.

у дачыненні да пачатковай структуры субатамных кваркаў і электронаў.

In these proposed models, vibrating strings are the building blocks of the universe.

Згодна з гэтымі мадэлямі,

вібруючыя струны з'яўляюцца матэрыяй, з якіх складаецца Сусвет.

Competing models for strings have now been consolidated into a unified description,

Нядаўна ўдалося ўпарадкаваць супярэчлівыя тэорыі струн

and suggest these structures may interact with massive, higher dimensional surfaces called branes.

і распрацаваць адзінае ўяўленне аб узаемадзеянні гэтых структур

з буйнымі, шматмернымі паверхнямі пад назвай браны.

Our universe may be contained within one such brane,

У адной такой бране можа змясціцца наш Сусвет,

floating in an unknown higher dimensional place, playfully named “the bulk,” or hyperspace.

брана дрэйфуе ў нязведанай шматмернай прасторы

пад назвай гіперпрастора.

Other branes—containing other types of universes—may co-exist in hyperspace,

У гіперпрасторы могуць існаваць іншыя браны,

у якіх знаходзяцца іншыя тыпы сусветаў,

and neighboring branes may even share certain fundamental forces like gravity.

а ў некаторых суседніх бранах

могуць дзейнічаць аднолькавыя асноўныя сілы, напрыклад гравітацыі.

Both eternal inflation and branes describe a multiverse,

І хаатычнае пашырэнне, і браны апісваюць мультыпрасторы,

but while universes in eternal inflation are isolated, brane universes could bump into each other.

і хоць Сусветы ў хаатычным пашырэнні знаходзяцца ў ізаляцыі,

бранаўскія Сусветы могуць сутыкацца адзін з адным.

An echo of such a collision may appear in the cosmic microwave background

Рэха ад такіх сутыкненняў, хутчэй за ўсё,

распаўсюджваецца ў выглядзе мікрахваляў у касмічнай прасторы,

—a soup of radiation throughout our universe, that’s a relic from an early Big Bang era.

утвараючы струмень выпраменьвання ў нашым Сусвеце,

які існуе яшчэ з моманту Вялікага выбуху.

So far, though, we’ve found no such cosmic echo.

Аднак да цяперашняга часу не ўдалося выявіць такое касмічнае рэха.

Some suspect these differing multiverse hypotheses may eventually coalesce into a common description,

Некаторыя навукоўцы мяркуюць, што гіпотэзы мультысусвету можна прывесці

да агульнага апісання або замяніць новай тэорыяй.

or be replaced by something else.

As it stands now, they’re speculative explorations of mathematical models.

На сённяшні дзень гэтыя здагадкі —

усяго толькі гіпотэзы, заснаваныя на матэматычных мадэлях.

While these models are inspired and guided by many scientific experiments,

І хоць усе гэтыя мадэлі былі прапанаваны паводле шматлікіх навуковых эксперыментаў,

there are very few objective experiments to directly test them, yet.

праведзена было занадта мала практычных доследаў,

падчас якіх можна было праверыць усе гэтыя тэорыі.

Until the next Edwin Hubble comes along,

І пакуль не з'явіцца новы Эдвін Хабл,

scientists will likely be left to argue about the elegance of their competing models…

навукоўцам застаецца толькі спрачацца пра тое,

чыя гіпотэза найбольш наглядная і простая,

and continue to dream about what, if anything, lies beyond our universe.

і будаваць здагадкі адносна таго,

што ж можа існаваць за межамі нашага Сусвету.