Вселенная. Путешествие во времени и пространстве

Однако даже сторонники теории Большого взрыва не могли не согласиться с тем, что у нее есть достаточно серьезные проблемы. Первая получила название проблемы горизонта. Выше уже говорилось, что реликтовое излучение оказалось очень однородным: флуктуации уровня излучения, породившие впоследствии протогалактики, не превышают сотых долей процента от среднего уровня! Почти одинаковое излучение приходит отовсюду, со всех сторон. Это значит, что если мы наведем радио­телескоп на какую-то область А в небе, а затем направим его в противоположном направлении (на область В), мы получим практически одинаковый (с точностью до величины) сигнал.

Но излучение от точки А шло к нам более 13 миллиардов лет, и мы только сейчас его приняли. Как сегодня выглядит та область, которая испустила это излучение, мы уже не видим, поскольку к сегодняшнему дню она удалилась от нас на 45 миллиардов световых лет (поскольку Вселенная не прекращает расширяться). Это расстояние называется радиусом горизонта. Это предельное расстояние, на которое мы можем заглянуть, потому что на столько растянулось расстояние, которое смог преодолеть свет за все время существования Вселенной, начиная с Большого взрыва (точнее, с момента Большого взрыва плюс 380 тысяч лет, когда Вселенная стала прозрачной).

Но излучение из области В с противоположной стороны от А тоже шло к нам более 13 миллиардов лет, и область В сейчас тоже находится от нас в 45 миллиардах световых лет. Получается, что в данный момент между областями А и В расстояние умопомрачительно — 90 миллиардов световых лет! И при этом интенсивность излучения от обеих областей почему-то одинакова.

Почему это так? Ведь находящиеся на большом удалении области не могли обменяться сигналами, не могли сгладить свои плотность и температуру, чтобы выглядеть одинаково. Не могли потому, что даже свет — самый быстрый агент в мире — за все время существования Вселенной прошел только 13,8 миллиарда световых лет, а ему надо было бы пройти 90 миллиардов световых лет. Получается, что области А и В никак не могут быть связаны друг с другом. Строго говоря, интенсивность их излучения (да и природа) могла бы сильно отличаться, она совсем не обязана быть одинаковой по­всюду. В чем же дело? Ведь не существуют физические процессы, которые могли распространяться со скоростью, превышающей скорость света, чтобы сгладить и уравнять условия в удаленных друг от друга местах Вселенной! Этот парадокс и называется проблемой горизонта.

Можно попытаться объяснить удивительную однородность реликтового излучения и одинаковость флуктуаций во всех направлениях следующим образом. Ведь в прошлом вся материя Вселенной была более плотной, значит, области А и В раньше были ближе друг к другу. Сейчас они очень далеки, но ­когда они были ближе, возможно, свет (или что-то другое) мог успеть пройти от точки А до точки В и передать сигнал (какое-то физическое воздействие), который уравнял условия в этих точках?

Эта гипотеза не подтверждается. Расчеты показывают, что по мере удаления в прошлое радиус горизонта уменьшается быстрее, чем расстояние между удаленными областями. Значит, в прошлом проблема усугублялась: наоборот, даже те области, которые сейчас могут быть связаны друг с другом (свет к сегодняшнему дню успел пройти расстояние между ними), в прошлом не были связаны (свет еще не успел пройти расстояние от одной такой области до другой). Проблема горизонта выглядела неразрешимой. Что уравняло условия в областях Вселенной, которые в принципе не могут никак быть связаны между собой?

У теории Большого взрыва есть еще одна проблема. Согласно моделям Фридмана, судьба Вселенной зависит от средней плотности материи в ней. Если плотность материи больше критического значения (расчеты показывают, что эта величина равна 10⁻³⁴ г/см³), то суммарная гравитация материи должна остановить расширение Вселенной (инерцию Большого взрыва) и обратить его вспять: галактики должны потерять скорость, остановиться, а затем начать сближение с ускорением.

Если плотность материи[57] ниже критической, гравитации не удастся победить: разлет галактик должен продолжаться вечно, а с увеличением расстояния между галактиками роль их взаимного притяжения должна уменьшаться.