Наша космическая история Вселенной, не противоречащая лучшим наблюдениям и теориям на сегодня

Время движется вперёд, и прошлого уже не вернуть. С точки зрения человека мы называем это стрелой времени: прошлое – это всего лишь воспоминание; будущее ещё не наступило, и всё, что мы можем испытать – это настоящее. Предполагается, что всё во Вселенной подчиняется этому свойству, и все взаимодействия либо произошли в прошлом, либо происходят сейчас, либо произойдут в будущем. Но не значит ли это, что прошлое должно стать лишь воспоминанием для Вселенной? Нашего читателя волнует тот факт, что на самом деле всё не совсем так:

Каким образом мы видим фотоны реликтового излучения, если Земли не существовало в то время, когда они были испущены? Разве не должны эти фотоны были убежать от нас в наше будущее?

Эту идею сложно осознать: мы заявляем, что заглядываем в прошлое на миллиарды лет, но как именно мы это делаем, если так давно не существовало даже Земли?


Протопланетный диск вокруг молодой звезды в представлении художника

Раскрытие истории нашей Солнечной системы немного напоминает детектив: у нас есть лишь доказательства из тех, что остались и выжили до сегодняшнего дня, и нам нужно воссоздать остальную историю того, как мы добрались до сегодняшнего момента. Записи людей уходят в прошлое максимум на несколько тысяч лет – а до того у нас есть только свидетельства биологической, химической, геологической и физической истории. Воссоздать историю жизни на Земле мы можем благодаря пониманию ДНК, эволюции, ископаемым останкам, радиоактивному распаду, угольным отложениям и т.п. Мы можем воссоздать историю Солнечной системы, изучая мириады планет, лун, комет и астероидов, доступных нам. Благодаря доступным нам косвенным свидетельствам мы многое узнали о том, как Земля пришла к её сегодняшнему состоянию.


Массивное столкновение крупных планетезималей породило систему Земля/Луна, и об этом мы узнали, слетав на Луну и вернув на Землю образны её поверхности

Земля существует только 4,5 млрд лет – это менее чем треть от истории Вселенной. И мы можем только догадываться о нашем прошлом, но не наблюдать его непосредственно. Но некто, расположившись на достаточно большом расстоянии от нас, мог бы наблюдать наше прошлое непосредственно. Почему? Потому, что для них – это настоящее.


Вид на Землю и Луну с Кассини на орбите Сатурна, 19 июля 2013. На изображении Земля примерно на 67 минут моложе, чем она была для нас в момент создания фото.

Если бы вы смотрели с Луны на Землю, вы видели бы Землю такой, какой она была 1,3 секунды назад, поскольку свету требуется примерно 1,3 секунды на такое путешествие. Если бы вы были на Плутоне, вы бы увидели Землю такой, какой она была менее 5 часов назад. Но по-настоящему оценить то, насколько прошлая Земля отличалась от нынешней, вы могли бы только на более серьёзных дистанциях:
• С Проксимы Центавра, ближайшей к Солнцу звезды, вы увидели бы Землю такой, какая она была 4,2 года назад.
• С Сириуса, ярчайшей звезды в небе, вы увидели бы Землю такой, какая она была 8,6 лет назад.
• С Ригеля, ярчайшей голубой звезды в созвездии Ориона, вы увидели бы Землю такой, какая она была 773 года назад.
• С Денеба, самой дальней из видимых ярких звёзд, вы увидели бы Землю такой, какая она была 2600 года назад.
• С Андромеды, ближайшей к Млечному пути галактики, вы увидели бы Землю такой, какая она была 2,2 миллиона лет назад.
• С Мессье 84, одной из самых удалённых галактик в скоплении Девы, вы увидели бы Землю такой, какая она была 60 млн лет назад, вскоре после вымирания динозавров.
• С IC 1101, крупнейшей известной галактики во Вселенной, вы увидели бы Землю такой, какая она была 1,05 млрд лет назад.
• С GN-z11, самой далёкой из известных нам галактик, вы увидели бы Землю такой, какая она была 13,4 млрд лет назад.

Конечно, 13,4 млрд лет назад Земли не было – возможно, и Млечного пути тогда не существовало! Вы бы увидели то, что там в это время было – материя, которая в итоге превратится в Млечный путь, звёзды, планеты, одна из которых – ещё через 9 млрд лет – сформируется в Землю.



Для нас законы физики работают так же, как и для тех, кто расположен где-то в другом месте. И когда мы смотрим на все эти далёкие звёзды или галактики, мы видим свет, испущенный ими миллионы и миллиарды лет назад. Этот свет менялся со временем: Вселенная расширялась, и длина волны света увеличилась. Ярчайший ультрафиолет от самых удалённых галактик так сильно растянулся, что прошёл из ультрафиолета, через всю видимую часть спектра, и оказался в инфракрасной части. Вероятно, есть галактики за пределами возможностей наших инфракрасных телескопов, поскольку их свет сдвинулся в более длинноволновую часть спектра, недоступную для инфракрасной камеры телескопа Хаббл.



Если мы настроены достаточно решительно, мы можем поискать признаки и самого Большого взрыва, за пределами любой галактики. На ранних временных этапах Вселенная была заполнена морем из материи, антиматерии и частиц излучения. Со временем материя и антиматерия аннигилировали, и оставили небольшое количество лишней материи, а длины волн излучения растянулись из-за расширения Вселенной. Поскольку длина волны и энергия связаны – чем больше длина, тем меньше энергия – Вселенная охлаждается с расширением, что означает, что в какой-то момент мы дошли до важного этапа: электроны и протоны начали формировать нейтральные атомы, которые уже не разбивало на части излучение. В этот момент излучение начинает путешествовать свободно, беспрепятственно и прямолинейно.



Сегодня мы видим, что этому излучению потребовалось 13,81 млрд лет на путешествие до нас. Когда мы смотрим на Вселенную и видим реликтовое излучение, мы видим свет, который:
• появился во время Большого взрыва,
• в последний раз взаимодействовал, рассеявшись со свободного электрона в последний момент, когда Вселенная была заполнена свободными электронами,
• путешествовал 13,81 млрд лет по расширяющейся Вселенной,
• прибыл к нам и попал в детектор, сдвинувшись в микроволновую часть спектра после этого потрясающего путешествия.

blogs-images.forbes.com/startswithabang/files/2016/10/cosmic_epochs.jpg
Свет Большого взрыва со временем увеличивает длину волн, теряет энергию и плотность, но всё равно никуда не девается; нужно лишь знать, как его искать.

Этот свет действительно пролетит мимо наших глаз, но всегда, в любой момент будущего, будет появляться новый свет, от более удалённых точек Вселенной, который будет доходить до наших глаз впервые. Это будет ещё более холодный свет, с более ранних времён, с меньшей плотностью фотонов. Через 100 млрд лет это будет уже не микроволновое, а радиоизлучение, благодаря продолжающей расширяться Вселенной. Но чем дальше мы смотрим, тем большая часть Вселенной будет открываться нам.



А кто-то, расположенный так же далеко от нас, не будет видеть Землю или Млечный путь, смотря в нашу сторону – а только лишь свет от Большого взрыва, точно такой же, какой видим мы, смотря в их сторону.