Измерение же расстояний в реальной космологии — непростая задача из-за конечности скорости света, которая составляет в вакууме около 300 000 км/с, и расширения Вселенной.

Художественное изображение распространения волны между пунктами A и B на растягивающейся резиновой ленте. На левом рисунке показана ситуация в момент излучения, на правом — в некоторый момент времени. Из-за растяжения ленты возросли расстояние AB и длина волны. Первое увеличивает время распространения, а второе смещает световую волну в красную часть спектра.

Спектр галактики JADES-GS-z14-0, полученный космическим телескопом «Уэбб». Для вычисления красного смещения используем спектральную линию водорода Лайман-альфа, длина волны которой в лабораторных условиях — λ = 121,567 нм (УФ-диапазон). Для далёких объектов она так сильно поглощается водородом, что в спектре возникает «разрыв» — сильное падение интенсивности света. На изображении видно, что красное смещение перенесло линию в ИК-диапазон на λ ≈ 1,87 мкм. Отсюда получаем z ≈ (1,87 - 0,122)/0,122 ≈ 14,3. Рисунок (с изменениями): NASA, ESA, CSA, STScI.

По современным представлениям возраст нашей Вселенной оценивается в 13,8 миллиарда лет, следовательно, напрашивается вывод, что самый далёкий объект, который мы сможем увидеть с помощью электромагнитных волн, расположен на расстоянии не более чем 13,8 миллиарда световых лет. Ведь световой год — это расстояние, которое свет проходит в вакууме без гравитационного поля за один год. Кажется очевидным, что, если некий объект расположен от нас дальше, то свет от него просто не успеет дойти до нас за всё время существования Вселенной. При этом, говоря про свет, мы имеем в виду все диапазоны электромагнитных волн: радио, инфракрасный, оптический, ультрафиолетовый, рентгеновский и гамма. Более того, поскольку скорость света — предельная скорость движения любых материальных объектов и распространения взаимодействий, мы в принципе не можем обнаружить объекты за пределами сферы такого радиуса. Поэтому подобная сфера получила название «космологический горизонт». Следует заметить, что существует несколько видов космологических горизонтов, отличающихся определениями, но здесь мы рассматриваем тот из них, который определяет границу наблюдаемой Вселенной. Однако подобное рассуждение работало бы только в статичной, неподвижной Вселенной.

Измерение же расстояний в реальной космологии — непростая задача из-за конечности скорости света, которая составляет в вакууме около 300 000 км/с, и расширения Вселенной, открытого в первой трети XX века. Конечность скорости света приводит к тому, что мы видим далёкие галактики не такими, какие они в данный момент, а такими, какими они были миллиарды лет назад. Расширение Вселенной приводит к тому, что далёкие галактики удаляются от нас, причём чем дальше они расположены, тем больше их скорость. Распространение света в расширяющемся пространстве вызывает увеличение расстояния между гребнями электромагнитной волны — длины волны, что приводит к смещению света в сторону красной части спектра. Величина этого так называемого космологического красного смещения характеризуется параметром z = (λ0 – λ)/λ, где λ0 и λ — длины волн в момент приёма и излучения волны соответственно, который позволяет определить расстояние до галактики, время распространения света от неё и космологическое время излучения, отсчитываемое от Большого взрыва. Это время и принимается за возраст галактики.

Зарегистрированный телескопом «Уэбб» свет от галактики JADES-GS-z14-0 был испущен 13,5 миллиарда лет назад. Мы видим эту галактику такой, какой она была всего через 300 млн лет после Большого взрыва, за исключением красного смещения. Это также означает, что свет прошёл от неё до телескопа расстояние в 13,5 миллиарда световых лет. Но что это за расстояние, в чём его смысл, ведь ранняя Вселенная была небольшого размера? Тогда между галактикой JADES-GS-z14-0 и местом, где в будущем возникнет Солнечная система и расположится космический телескоп «Уэбб», дистанция была невелика. Откуда же взялись эти миллиарды лет распространения?..

№12, 2025