What is the universe expanding into? - Sajan Saini

Переводчик: Ростислав Голод Редактор: Anna Kotova

The universe began its cosmic life in a big bang

Космическая жизнь Вселенной началась с Большого взрыва

nearly fourteen billion years ago,

примерно 14 миллиардов лет назад,

and has been expanding ever since.

с тех самых пор Вселенная расширяется.

But what is it expanding into?

Но куда же она расширяется?

That's a complicated question.

Это очень сложный вопрос.

Here's why:

И вот почему:

Einstein's equations of general relativity

согласно уравнениям Эйнштейна,

describe space and time as a kind of inter-connected

в рамках общей теории относительности, пространство и время описываются

как некая взаимосвязанная материя Вселенной.

fabric for the universe.

This means that what we know of as space and time

Это означает, что известные нам пространство и время

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

существуют только в рамках Вселенной и не существуют за её пределами.

Now, when everyday objects expand, they move out

В нашей повседневной жизни, когда тела расширяются,

они занимают дополнительное пространство.

into more space.

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

Однако что, если пространства, куда можно расширяться, не существует,

what does expanding even mean?

и что в таком случае будет означать «расширяться»?

In 1929 Edwin Hubble's astronomy observations

В 1929 году Эдвин Хаббл, основываясь на астрономических наблюдениях,

gave us a definitive answer.

смог дать определённый ответ на этот вопрос.

His survey of the night sky found all faraway galaxies

Исследуя ночное небо, он обнаружил, что все далёкие галактики

recede, or move away, from the Earth.

взаимно удаляются от Земли.

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

Более того, чем дальше галактика, тем быстрее она отдаляется.

How can we interpret this?

Как можно интерпретировать это открытие?

Consider a loaf of raisin bread rising in the oven.

Представьте себе, что в печи у вас поднимается пирог с изюмом.

The batter rises by the same amount in between each

Пока тесто поднимается,

между изюминами образуется одинаковое расстояние.

and every raisin.

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

Если вместо изюмин мы представим себе галактики,

and batter as the space between them,

а вместо теста — пространство между ними,

we can imagine that the stretching or expansion

мы сможем представить себе, что по мере расширения

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

межгалактического пространства, галактики будут отдаляться друг от друга,

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

и для любой галактики её отдалённые соседи отдалятся

на большее расстояние, чем ближайшие,

distance than the nearby ones

in the same amount of time.

за один и тот же период времени.

Sure enough, the equations of general relativity predict a cosmic

Несомненно, в уравнениях общей теории относительности предсказывается

tug-of-war between gravity and expansion.

«перетягивание каната» между гравитацией и расширением.

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

Расширение происходит в тёмном космическом вакууме между галактиками,

and space stretches.

и пространство расширяется.

So there's our answer.

Вот и ответ на вопрос.

The universe is expanding unto itself.

Вселенная расширяется сама по себе.

That said, cosmologists are pushing the limits of mathematical models

Несмотря на это, космологи расширяют границы математических моделей

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

и выдвигают версии о том, что может существовать за пространством-временем.

These aren't wild guesses, but hypotheses that tackle

Это не догадки пальцем в небо, а научные гипотезы,

kinks in the scientific theory of the Big Bang.

которые рассматривают нестыковки в научной теории Большого взрыва.

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

Согласно теории Большого взрыва,

материя одинаково распределилась во Вселенной в виде газа малой плотности,

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

но тогда как сформировались галактики и звёзды?

The inflationary model describes a brief era

Согласно инфляционной модели,

какое-то короткое время наблюдался период ускоренного расширения,

of incredibly rapid expansion

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

когда в результате квантовых колебаний энергии на стадии образования Вселенной

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

сформировались скопления газа, из которых в итоге возникли галактики.

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

Если мы примем эту парадигму, то это может означать, что наша Вселенная

в космических масштабах представляет собой единое целое

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

и подвергается бесконечному хаотическому расширению.

We know nothing of this speculative inflating reality,

Нам ничего не известно о гипотетической расширяющейся реальности,

save for the mathematical prediction that its endless expansion

за исключением математической модели, в которой утверждается,

что этим бесконечным расширением движет нестабильное квантовое состояние энергии.

may be driven by an unstable quantum energy state.

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

Однако во многих частях Вселенной энергия может произвольно переходить

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

в стабильное состояние,

инфляционное расширение прекращается, и формируются вселенные-пузыри.

Each bubble universe —ours being one of them

В каждой вселенной-пузыре — и наша не исключение, —

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

действуют свои законы физики и Большого взрыва.

Our universe would be part of a greater multiverse,

Наша Вселенная входит в состав ещё большей Мультивселенной,

in which the fantastic rate of eternal inflation makes it impossible

в которой из-за вечного хаотического расширения на огромных скоростях

for us to encounter a neighbor universe.

наши шансы обнаружить соседние вселенные крайне малы.

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

Согласно теории Большого взрыва, в самом начале горячей Вселенной

все основные силы, возможно, слились в одну суперсилу.

may unify into one super-force.

Mathematical string theories suggest descriptions of this unification,

Математические теории струн соглашаются с утверждением о сложении сил,

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

применительно к начальной структуре субатомных кварков и электронов.

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

Согласно этим моделям,

колеблющиеся струны являются материей, из которых состоит Вселенная.

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

Недавно удалось упорядочить противоречивые теории струн

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

и разработать единое представление о взаимодействии этих структур

с крупными, многомерными поверхностями под названием браны.

Our universe may be contained within one such brane,

В одной такой бране может уместиться наша Вселенная,

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

брана дрейфует в неизведанном многомерном пространстве

под названием гиперпространство.

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

В гиперпространстве могут существовать другие браны,

в которых находятся другие типы вселенных,

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

а в некоторых соседних бранах

могут действовать одинаковые основные силы, например гравитации.

Both eternal inflation and branes describe a multiverse,

И хаотическое расширение, и браны описывают мультипространство,

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

и хотя вселенные в хаотическом расширении находятся в изоляции,

брановские вселенные могут сталкиваться друг с другом.

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

Эхо от таких столкновений, скорее всего,

распространяется в виде микроволн в космическом пространстве,

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

образуя поток излучения в нашей Вселенной,

который существует ещё с момента Большого взрыва.

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

Однако до настоящего времени не удалось обнаружить такое космическое эхо.

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

Некоторые учёные полагают, что гипотезы Мультивселенной можно привести

к общему описанию или заменить новой теорией.

or be replaced by something else.

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

На сегодняшний день эти догадки —

всего лишь гипотезы, основанные на математических моделях.

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

И хотя все эти модели были предложены в результате многих научных экспериментов,

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

проведено было слишком мало практических опытов,

в ходе которых можно было проверить все эти теории.

Until the next Edwin Hubble comes along,

И пока не появится новый Эдвин Хаббл,

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

учёным остаётся только спорить о том, чья гипотеза наиболее наглядна и проста,

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

и строить догадки относительно того,

что же может существовать за пределами нашей Вселенной.