Всесвіт - це, здавалося б, нескінченне море, наповнене зірками, галактиками та туманностями. У ньому ми бачимо закономірності та сузір’я, які надихали історії протягом усієї історії. Але є одна космічна закономірність, яку ми досі не розуміємо. Питання, яке залишається без відповіді: Яка форма Всесвіту? Ми думали, що знаємо, але нові дослідження говорять про інше, і це може вказувати на кризу в космології.
Багато ранніх астрономів вважали, що Всесвіт - це сфера зірок, що охоплює Сонячну систему і зосереджена на нерухомій, що рухається Землі. Але впродовж століть астрономи виявили, що наше Сонце - лише одна з мільярдів всередині галактики, і було безліч галактик, розкиданих по мільярдах світлових років космосу. Питання форми творення здавалося суперечливим моментом. Зірки і галактики існували в порожньому просторі. Що може бути просто порожнім полотном: плоске, евклідове та позбавлене структури.
Тоді на початку 1900-х років Альберт Ейнштейн розробив свою теорію загальної відносності. У ньому простір не був порожнім полотном. Він може згинатися і розтягуватися, крутитися і деформуватися, виходячи з положення і руху маси у Всесвіті. Ці просторові деформації відхиляли світло і матерію, викликаючи ефект, який ми називаємо гравітацією. За відносності простір міг набувати різної форми. Тоді можливо, що Всесвіт може мати загальну космічну форму, подібно до того, як Земля в цілому кругла.
Загалом, загальна відносність дозволила б Всесвіту мати одну з трьох форм: плоску, закриту або відкриту.
Плоский - це те, як ми думаємо про космос у своєму повсякденному житті. Це євклідовий простір, про який ми дізнаємось у школі. Плоский простір поширюється рівномірно в усі сторони, і два паралельних промені світла назавжди залишаться паралельними.
Відкритий простір можна уявити як сідлоподібне. Він згинається таким чином, що він розходиться, коли ви простягаєтеся назовні. Два пучка світла, спочатку паралельні, поступово поширюватимуться один від одного, трохи відвертаючись один від одного, коли вони проходять через космос.
Закритий простір, як правило, сферичний. Він сходяться в міру його простягання, щоб паралельні промені світла з часом зустрічалися і перетиналися один з одним, як лінії довготи на Землі.
Слід зазначити, що жодне з них не має справу з тим, що Всесвіт в цілому розширюється. Космічне розширення означає, що точки в просторі поширюються один від одного з часом. Форма Всесвіту стосується форми простору. Куляста куля може розширюватися, коли вона надута, так само, як плоский гумовий лист може розтягуватися і залишатися рівним. Отже наш Всесвіт, що розширюється, може бути плоским, відкритим чи закритим.
Оскільки на викривлення простору впливає наявність маси, загальна форма Всесвіту залежить від середньої щільності речовини всередині нього. У загальній відносності це значення задається параметром щільності, що є відношенням спостережуваної щільності до «критичної щільності», необхідної для того, щоб Всесвіт була плоскою. Якщо параметр щільності дорівнює 1, то Всесвіт плоска. Якщо вона більша за 1, вона закрита, і вона відкрита, якщо параметр густини менше 1. Вимірювання космічної щільності послідовно давали значення 1. До меж спостереження Всесвіт плоска, як ми давно підозрюємо .
Але є ще один спосіб виміряти форму космосу, і це подивитися на видимі розміри дуже віддалених предметів. Все це повертається до поведінки паралельних променів світла. У плоскій Всесвіті паралельні лінії залишаються паралельними, тому світло, що виходить з двох сторін далекої галактики, доходить до нас по прямій. Їх кути відносно один одного залишаються однаковими, і тому галактика постає як справжній розмір.
Якщо Всесвіт відкритий, паралельні лінії розходяться з відстані. Таким чином, світло з нашої далекої галактики стає більш паралельним, оскільки воно досягає нас. Це означає, що галактика виявиться меншою, ніж є. Якщо Всесвіт закритий, відбувається протилежне згинання світла, і галактика виявиться більшою, ніж є.
У новому документі, опублікованому в Природа, команда дивилася не на галактики, а на коливання всередині космічного мікрохвильового фону (CMB). The CMB це залишок світла від великого вибуху, і це найвіддаленіше світло, яке ми можемо побачити у Всесвіті. Через це саме світло найбільше впливає на форму Всесвіту. Масштаб коливань у CMB визначається кількістю темної матерії та темної енергії у Всесвіті, яку ми знаємо, тому ми знаємо, наскільки великі коливання повинні з’являтися. Коли команда проаналізувала CMB За даними космічного апарату Планка, вони виявили, що коливання були більшими, ніж очікувалося. Це означає, що до 99% визначеності Всесвіт закритий, а не плоский.
Це нове дослідження суперечить численним попереднім дослідженням, які показують, що Всесвіт плоский. У даних Планка може бути якась систематична помилка, завдяки якій Всесвіт виглядає вигнутою, але якщо дослідження точно, це вказує на розрив у нашому розумінні. Наразі форма Всесвіту незрозуміла.
Джерело: Планк докази закритого Всесвіту та можливої кризи для космології, Ді Валентино, Е. та ін.
