Почему космос черный?

Смотреть на ночное небо, полное звезд, является одним из самых сильных переживаний, которые мы имеем как люди; это зрелище вдохновляло нас на протяжении десятков тысяч лет. Хотя невооруженным глазом видно менее 4500 звезд в любой точке Земли, мы знаем, что только в Млечном Пути (нашей галактике) есть не менее 100 миллиардов звезд.

Если это не полностью подорвало ваше чувство перспективы, подумайте об этом - по оценкам, в нашей вселенной насчитывается более 170 миллиардов галактик, многие из которых намного больше нашей домашней галактики.

Это означает, что во вселенной триллионы звезд, каждая из которых - пульсирующая радиационная машина, способная осветить пространство вокруг нее на миллионы километров.
Учитывая эти неисчислимо большие числа, неудивительно, что общий вопрос на протяжении всей истории касался очевидного недостатка света в небе. Более конкретно, почему пространство кажется черным?

Вселенная конечна

Когда самые мощные телескопы смотрят в просторы космоса, они, по сути, оглядываются назад во времени. Мы можем видеть 46 миллиардов световых лет в каждом направлении, в то время как у любого источника света за пределами этого расстояния не было достаточно времени, чтобы добраться до нас.

Даже когда мы фокусируем эти невероятно мощные телескопы в крошечной точке пространства, которая кажется абсолютно черной, свет все равно достигает нашего оборудования наблюдения, и мы находим еще больше звезд и галактик. Количество звезд и галактик ошеломляет, и нашим мозгам трудно даже понять. Галактические расстояния почти немыслимы, поэтому во всех смыслах и целях Вселенная часто кажется бесконечной.

Однако, как отметили многие эксперты, и как показали мысленные эксперименты, если бы наша вселенная была поистине бесконечной, то, если бы вы посмотрели достаточно далеко и долго в какой-то одной точке пространства, в конце концов вы бы приземлились на источник света, даже если бы он был на другой «стороне» вселенной. Тем не менее мы видим, что это не так, и, учитывая наше понимание Большого взрыва, ускоряющегося расширения и космического микроволнового фона, преобладает мнение, что вселенная на самом деле конечна.

Если бы вселенная была бесконечной, то мы бы никогда не увидели пустое пространство (черного цвета) между галактиками и звездами. Каждая точка тьмы будет заполнена звездами или галактиками на бесконечном диапазоне расстояний и глубин.
В случае бесконечной вселенной наше ночное небо будет постоянно освещено, что, как мы знаем, не так. Опять же, основываясь на огромных, неуклюжих пропорциях Вселенной, хотя она заполнена триллионами звезд и сотнями миллиардов галактик, подавляющее большинство полностью пусто. Хотя это может быть трудно осмыслить, некоторые эксперты считают, что плотность вещества во Вселенной составляет примерно один атом водорода на кубический метр! Если мы представим всю вселенную в кубе размером с картонную коробку, и все звезды, галактики, планеты, астероиды и луны будут эквивалентны одному атому водорода в этой коробке, вы сможете начать понимать, насколько пусто пространство и, следовательно, «без света».

Хотя вне всякого сомнения существует "большая" вселенная за пределами того, что мы можем наблюдать в настоящее время, у нас не было достаточно времени для того, чтобы свет от этих небесных тел достиг нас после Большого Взрыва. Что еще более интересно, из-за ускоряющегося расширения Вселенной не только небесные тела и галактики движутся от нас почти со скоростью света (на самых дальних краях вселенной), но и пространство между этими телами также расширяется с быстрой скоростью. Это означает, что край вселенной постоянно удаляется от нас и, фактически, движется быстрее скорости света! Это означает, что даже через миллиарды лет ночное небо по-прежнему будет черным, поскольку наше зрение никогда не сможет догнать самые дальние точки во вселенной.

Человеческие ограничения

Помимо физических аспектов Вселенной (например, плотности вещества, скорости расширения), которые влияют на общую черноту пространства, существуют также ограничения нашего видения. Например, люди могут видеть свет только в видимом спектре. Однако в электромагнитном спектре видимый спектр представляет собой узкую полосу, ограниченную с одной стороны гамма-лучами, рентгеновскими лучами и ультрафиолетовыми лучами, а с другой стороны - инфракрасным излучением, радаром, микроволнами и радиоволнами.

Эти различные типы излучения (формы света) создаются по всей вселенной, но мы не можем физически увидеть этот свет без специализированных датчиков. Что еще более важно, в самом начале Вселенной - Большого взрыва - вся масса, которая сейчас присутствует, содержалась при почти бесконечной плотности и температуре, прежде чем она начала быстро расширяться наружу. Первоначально Вселенная была настолько нестабильной, что атомы даже не могли сформироваться. Таким образом, все это излучение, тепло и энергия, теоретически, будут равномерно распределяться по всей вселенной по мере ее расширения, а это означает, что мы должны испытывать и наблюдать ее со всех сторон, все время.

Как оказалось, за последние 13,8 миллиардов лет большая часть этой радиации «остыла», но не исчезла. Как упоминалось ранее, существует нечто, называемое Космическим микроволновым фоном, которое, по сути, является послесвечением Большого взрыва, и оно почти равномерно присутствует во всей вселенной. Это излучение очень холодное, с низким количеством энергии и, следовательно, не в видимом спектре света. Если бы люди могли видеть радиоволны такой низкой интенсивности так же, как мы видим видимый свет, небо было бы бесконечно освещено для нас. Однако то, как адаптировались наши способности зрения, основанные на качестве света, генерируемого нашей звездой, не позволяет нам видеть этот конкретный тип или диапазон излучения.

Заключение

Казалось бы, бесконечная чернота космоса может чувствовать себя изолированной, но помните, что-то, что вы можете увидеть невооруженным глазом, является лишь бесконечно малой долей звезд и галактик, которые находятся в дальних уголках космоса. Несмотря на это, подавляющее большинство пространства представляет собой вакуум, лишенный каких-либо объектов, которые могли бы создать видимый нам свет для свидетельства. Наконец, если темная пустая пустота сбивает вас с толку, помните, что она на самом деле наполнена светом… именно такого, который мы не можем видеть!