[Перевод] Спросите Итана №102: всё ли во Вселенной одного возраста?

Абсолютного времени не существует, но по прошествии 13,8 миллиарда лет существуют ли относительные различия?

Общее количество людей, понимающих релятивистское время, даже по прошествии восьмидесяти лет с момента наступления эпохи специальной теории относительности, всё ещё гораздо меньше, чем количество людей, верящих в гороскопы.
— Юваль Неэман

С Большого взрыва прошло 13,8 миллиарда лет, что мы способны подтвердить при помощи разных доказательств. Но это время прошло для нас – а поскольку оно относительно, что это значит для наблюдателей в других частях Вселенной? Просмотрев ваши вопросы, я выбрал один из них, от Рафаэля Бернала:

Если время относительно, есть ли абсолютное время для всей Вселенной? Когда мы говорим, что Вселенной уже 13,8 миллиарда лет, это верно только для Земли, или для всей Вселенной?

Наша Земля существует в нашей Галактике, и возраст всего, что мы видим в ней, составляет те же самые 13,8 миллиарда лет. Ну, почти.

Возраст планет, звёзд и других источников света, видимых в ночном небе, не совпадает с нашим. Поскольку скорость света конечна, если мы посмотрим на звезду, находящуюся в 100 световых годах от нас, мы будем видеть её такой, какой она была 100 лет назад, а не такой, какова она сегодня. Если сравнить это с 13,8 миллиарда лет – и даже если взять звезду, находящуюся на другом конце Галактики в 100 000 световых годах – эта разница будет незначительной. Разница между 13 800 000 000 и 13 799 900 000 годами не такая уж и большая.

Но если мы рассмотрим другие галактики – очень удалённые, то получится совсем другая история.

Каждая точка на этой картинке – отдельная галактика. Зелёные нити известны под именем Великая стена Слоана, находящаяся примерно в миллиарде световых лет от Земли. Галактики, находящиеся в этой структуре, имеют возраст в 12,8 миллиарда лет, а самые удалённые галактики на картинке и того моложе.

Глядя всё дальше, мы находим галактики, существовавшие, когда Вселенной было меньше миллиарда лет, когда её возраст составлял лишь несколько процентов от сегодняшнего.

Если бы у нас были достаточно мощные телескопы, мы могли бы увидеть отдельные звёзды с очень малым содержанием тяжёлых элементов, поскольку более 99% атомов в то время представляли собой только водород и гелий, появившиеся в результате Большого взрыва. Почти не было бы углерода, кислорода, кремния, фосфора, железа, и всего прочего.

Поэтому у них практически не было бы каменистых планет, органических молекул, и шанса на существование жизни. Глядя на галактики в их раннем, первоначальном состоянии, мы буквально заглядываем в прошлое.

Но тут есть важный момент! Мы не смотрим на галактики, какие они сегодня, но мы видим их с нашей точки зрения, заглядывая в прошлое!

Для кого-то на удалённой звезде, в удалённой галактике или в десятках миллиардов световых лет от нас, было бы видно наше прошлое. Для кого-то в 100 световых годах на Земле не было бы признаков ядерных бомб, мы бы не изобрели компьютер, телевизионное вещания, и даже ламповые усилители. Для кого-то из галактики, удалённой на миллиард лет, наше Солнце показалось бы моложе и темнее, на Земле существовали бы только одноклеточные организмы, никаких различимых растений или животных, и континенты нашей планеты были бы голыми, покрытыми лишь льдом и грязью.

Что ещё более пугающе – для наблюдающих за веществом, которое должно превратится в нас, из самых удалённых видимых галактик, не только не существовали бы наша Земля и Солнце, но и вообще наша Галактика. Мы были бы набором небольших газовых облачков и прото-галактик, которым ещё предстоит объединиться в спиральные структуры, из которых родится наш дом. Существовали бы самые древние шаровые скопления, которые сейчас можно обнаружить в гало нашей Галактики, и они были бы полны горячих, молодых, голубых звёзд, исчезнувших уже миллиард лет назад.

Любой из этих наблюдателей, на другой ли звезде, в другой галактике или в другом конце Вселенной, видел бы Вселенную, очень похожую на нашу:
• Вселенную возрастом в 13,8 млрд. лет.
• Вселенную, в которой наблюдения во всех направлениях заглядывали бы в прошлое.
• Вселенную, в которой реликтовое излучение охладилось до 2,725 К.
• Вселенную, в которой великая космическая сеть была бы неотличимой от той, что видим мы.
• Вселенную, в которой, посмотрев на нас, они бы увидели нас в прошлом так далеко, как их видим мы.

Не выглядит ли всё так, что в каком-то смысле существует некая форма абсолютного времени?

Так может показаться, но на самом деле это не так! Действительно, Большой взрыв случился везде одновременно 13,8 млрд. лет назад, и это будет правдой с точки зрения любой галактики. Но что, если существовали бы галактики, двигающиеся со скоростями не в сотни или тысячи километров в секунду относительно системы координат реликтового излучения, но в сотни тысяч километров в секунду, очень близко к скорости света?

Так же, как время идёт по-другому для любого, кто движется близко к скорости света на Земле – для частицы, поезда или человека – если бы была планета, звезда или галактика, давно уже двигающаяся близко к скорости света, она была бы сильно моложе остальной Вселенной!

Представьте, что когда Вселенной был всего миллиард лет, галактика разогналась из-за серии гравитационных взаимодействий, до 99% скорости света. За 12,8 млрд. лет, прошедших с того времени, для этой галактики прошло бы всего 1,8 млрд. лет. По сравнению с известными галактиками она была бы меньше, голубее и менее разросшейся.

Поэтому Вселенная должна выглядеть одинаково для всех наблюдателей, везде должно пройти одно и то же количество времени, и Вселенная должна иметь одинаковые крупномасштабные свойства практически везде. Но для некоторых избранных наблюдателей, проведших значительное время на скорости, близкой к скорости света относительно системы отсчёта реликтового излучения – Вселенная была бы очень странной. В тот момент, когда они замедлились бы относительно РИ и остановились, они бы обнаружили себя, молодых, в странным образом старой Вселенной.

Тот факт, что с Большого взрыва прошло 13,8 миллиарда лет, применим ко всем и всему в наблюдаемой Вселенной, но если вы двигаетесь со скоростью, близкой к световой, вам трудно будет в это поверить!