Плоская, сферическая или гиперболическая форма нашей Вселенной

Плоская, сферическая или гиперболическая форма нашей Вселенной?

В нашем представлении Вселенная бесконечна. Сегодня мы знаем, что Земля имеет форму сферы, но о форме Вселенной мы задумываемся редко. В геометрии есть множество трехмерных форм в качестве альтернативы «привычному» бесконечному пространству. Авторы в максимально доступной форме объясняют разницу.

Глядя на ночное небо, кажется, что космос продолжается вечно во всех направлениях. Так мы себе Вселенную и представляем — но не факт, что верно. В конце концов, было время, когда все думали, что Земля плоская: искривление земной поверхности незаметно, а мысль, что Земля круглая, казалась непостижимой.

Сегодня мы знаем, что Земля имеет форму сферы. Но о форме Вселенной мы задумываемся редко. Как сфера пришла на смену плоской Земле, так и другие трехмерные формы предлагают альтернативы «привычному» бесконечному пространству.

Насчет формы Вселенной можно задать два вопроса — отдельных, но взаимосвязанных. Один насчет геометрии — скрупулезных подсчетов углов и площади. Другой — про топологию: как отдельные части сливаются в единую форму.

Космологические данные позволяют предположить, что видимая часть Вселенной гладкая и однородная. Местная структура пространства выглядит почти одинаково в каждой точке и по всем направлениям. Этим характеристикам соответствуют лишь три геометрические формы — плоская, сферическая и гиперболическая. Давайте рассмотрим по очереди эти формы, некоторые топологические соображения и выводы на основе космологических данных.

Вселенная оказалась не плоской. Это проблема для стандартной физики

Новости партнеров

Самый точный на сегодня анализ анизотропии реликтового излучения, проведенный по данным спутника Европейского космического агентства «Planck», показал, что Вселенная (имеется ввиду трехмерное пространство) не плоская, а обладает положительной кривизной. Этот результат находится в полном несоответствии не только со всеми предыдущими астрофизическими данными и большинством общепринятых теорий эволюции космоса, но и с инфляционной моделью – стремительным расширением пространства в первые мгновения Большого взрыва. Результаты исследования представлены в журнале Nature Astronomy.

Читать еще:  Можно ли летать на Марсе? Скоро мы узнаем.

«Аномалии всегда играли большую роль в улучшении нашего понимания Вселенной, и обнаруженные нами разногласия указывают на необходимость «написания» нового космологического сценария», – рассказывает Элеонора Ди Валентино, ведущий автор исследования из Манчестерского университета (Великобритания).

Параллельные прямые пересекаются

Одно из основных предсказаний инфляционной теории, которая описывает эволюцию Вселенной вскоре после Большого взрыва, заключается в том, что она должна быть плоской, то есть мы не можем наблюдательно обнаружить ее кривизну, и на всем ее протяжении пространство можно описать при помощи привычной нам евклидовой геометрии. Например, сумма углов сколь угодно большого треугольника равна 180 градусам, а две параллельные прямые не пересекаются.

Предыдущие исследования, основанные на измерениях реликтового излучения спутником NASA «Wilkinson Microwave Anisotropy Probe», давали результаты, совместимые с этим прогнозом, однако выпущенный в 2018 году набор данных обсерватории «Planck» показал, что Вселенная является замкнутой, а не плоской, с более чем 99-процентным уровнем достоверности.

Вселенная не бесконечна

Согласно полученным результатам, пространство всего на 4 процента «более изогнуто», чем принято считать. Однако даже этого незначительного отклонения достаточно, чтобы внести существенные сомнения во все остальные существующие наборы данных. Например, Вселенная становится не бесконечной, модель вечной инфляции – несостоятельной, а содержание темных энергии и материи придется пересмотреть. С другой стороны, зная искривленность пространства, мы сможем точно рассчитать размер «невидимого» нам сегодня участка космоса, и, следовательно, всей Вселенной.

«В последние годы космологи «скрывали» эти аномалии, списывая их на погрешность. Но теперь их статистическая достоверность настолько велика, что пришло время взглянуть на них без предубеждений. Независимо от того, насколько элегантна, красива, симметрична или естественна ваша теория, последнее слово всегда за экспериментальными данными», – добавил Алессандро Мельхиорри, соавтор исследования из Римского университета (Италия).

Читать еще:  Кто изобрел радиоастрономию? История радиотелескопа

Авторы отмечают, что, хотя нынешние разногласия указывают на новый космологический сценарий, необнаруженные систематические погрешности все еще могут играть роль. В ближайшие несколько лет новые проекты, такие как «Dark Energy Survey» и «Euclid», предоставят наблюдательные данные, которые могут иметь решающее значение для фальсификации ведущей модели холодной темной материи.

Ссылка на основную публикацию
Статьи на тему: