Все, что мы думаем, что знаем о форме вселенной, может быть неправильным. Согласно новому исследованию, вместо того, чтобы быть плоским, как простыня, наша вселенная может быть изогнута, как массивный раздутый воздушный шар.
Это результат новой статьи, опубликованной сегодня (4 ноября) в журнале Nature Astronomy, в которой рассматриваются данные космического микроволнового фона (CMB), слабое эхо Большого взрыва. Но не все убеждены; Новые результаты, основанные на данных, опубликованных в 2018 году, противоречат как многолетнему общепринятому мнению, так и другому недавнему исследованию, основанному на том же наборе данных CMB.
Если вселенная изогнута, согласно новой статье, она мягко изгибается. Этот медленный изгиб не важен для перемещения вокруг нашей жизни, или солнечной системы, или даже нашей галактики. Но путешествуйте за пределами всего этого, за пределами нашего галактического соседства, глубоко в глубокой темноте, и в конечном итоге - двигаясь по прямой линии - вы вернетесь назад и в конечном итоге вернетесь туда, откуда начали. Космологи называют эту идею "закрытой вселенной". Это было вокруг некоторое время, но это не соответствует существующим теориям того, как работает вселенная. Таким образом, это было в значительной степени отклонено в пользу "плоской вселенной", которая расширяется без границ во всех направлениях и не вращается вокруг себя. Теперь, аномалия в данных из самого лучшего измерения CMB предлагает твердое (но не абсолютно убедительное) доказательство того, что вселенная в конце концов закрыта, согласно авторам: космолог Манчестерского университета Элеонора Ди Валентино, космолог Римского университета Сапиенцы Алессандро Мельхиорри и космолог Университета Джона Хопкинса Джозеф Силк.
Разница между закрытой и открытой вселенной немного похожа на разницу между растянутым плоским листом и надутым воздушным шаром, сказал Мельхиорри в прямом эфире Science. В любом случае все расширяется. Когда лист расширяется, каждая точка удаляется от любой другой точки на прямой линии. Когда воздушный шар надувается, каждая точка на его поверхности удаляется от любой другой точки, но кривизна воздушного шара делает геометрию этого движения более сложной.
«Это означает, например, что если у вас есть два фотона и они путешествуют параллельно в закрытой вселенной, они встретятся», - сказал Мельхиорри.
В открытой, плоской вселенной фотоны, оставленные невозмущенными, путешествовали бы по своим параллельным курсам, никогда не взаимодействуя.
По словам Мельхиорри, общепринятая модель инфляции во вселенной предполагает, что вселенная должна быть плоской. Переверните расширение пространства до самого начала, до первых 0,0000000000000000000000001 секунд после Большого взрыва, в соответствии с этой моделью, и вы увидите невероятное экспоненциальное расширение, когда пространство выросло из той бесконечно малой точки, в которой оно начал. И физика этого сверхбыстрого расширения указывает на плоскую вселенную. Это первая причина, по которой большинство экспертов считают, что Вселенная плоская, сказал он. Если вселенная не плоская, вам нужно «отрегулировать» физику этого изначального механизма, чтобы все это сошлось воедино - и повторить в процессе множество других вычислений, сказал Мельхиорри.
Но это может закончиться необходимостью, писали авторы в новом исследовании.
Это потому, что в CMB есть аномалия. CMB - самая старая вещь, которую мы видим во вселенной, сделанная из окружающего микроволнового света, который заполняет все пространство, когда вы блокируете звезды и галактики и другие помехи. Это один из самых важных источников данных об истории и поведении вселенной, потому что он настолько стар и так распространен в космосе. И получается, согласно последним данным, что «гравитационное линзирование» CMB значительно больше, чем ожидалось, а это означает, что гравитация, похоже, изгибает микроволны CMB больше, чем может объяснить существующая физика.
Данные, на которые опирается команда, получены из выпуска 2018 года из эксперимента Планка - эксперимента Европейского космического агентства (ESA), чтобы отобразить CMB более подробно, чем когда-либо прежде. (Новые данные будут опубликованы в следующем выпуске журнала Astronomy & Astrophysics и теперь доступны на веб-сайте ЕКА. Di Valentino и Melchiorri также участвовали в этих усилиях.)
Чтобы объяснить это дополнительное линзирование, Сотрудничество Планка только что добавило дополнительную переменную, которую ученые называют «A_lens», к групповой модели формирования вселенной: «Это то, что вы кладете туда вручную, пытаясь объяснить, что вы видите. Там нет никакой связи с физикой ", сказал Мельхиорри, имея в виду, что в теории относительности Эйнштейна нет параметра A_lens. «Мы обнаружили, что вы можете объяснить A_lens с помощью положительно изогнутой вселенной, что является гораздо более физической интерпретацией, которую вы можете объяснить с помощью общей теории относительности».
Мельхиорри отметил, что интерпретация его команды не является окончательной. Согласно расчетам группы, данные Планка указывают на замкнутую вселенную со стандартным отклонением 3,5 сигма (статистическое измерение, которое означает примерно 99,8% уверенности в том, что результат не обусловлен случайной случайностью). Это намного меньше, чем обычно ищут физики с 5 сигмами, прежде чем называть идею подтвержденной.
Но некоторые космологи говорят, что причин для скептицизма было еще больше.
Андрей Линде, космолог из Стэнфордского университета, рассказал Live Science, что в статье «Астрономия природы» не учтена другая важная статья, опубликованная в базе данных arXiv 1 октября. (Эта статья еще не была опубликована в рецензируемом журнале. )
В этой статье космологи Кембриджского университета Джордж Эфстатиу и Стивен Граттон, которые также работали над сотрудничеством Планка, рассмотрели более узкое подмножество данных, чем статья «Природная астрономия». Их анализ также подтвердил кривую вселенную, но с гораздо меньшей статистической достоверностью, чем обнаружил Ди Валентино, Мельхиорри и Шелк, рассматривая больший сегмент данных Планка. Однако, когда Эфстатиу и Грэйтон рассмотрели данные вместе с двумя другими существующими наборами данных из ранней вселенной, они обнаружили, что в целом доказательства указывают на плоскую вселенную.
Отвечая на вопрос о статье Эфстатиу и Граттона, Мельхиорри похвалил внимательное отношение к работе. Но он сказал, что анализ дуэта опирается на слишком маленький сегмент данных Планка. И он указал, что их исследования основаны на модифицированной (и, теоретически, улучшенной) версии данных Планка, а не на общедоступном наборе данных, которые проверяли более 600 физиков.
Линде указал на этот повторный анализ как знак того, что статья Эфстатиу и Граттона основана на лучших методах.
Эфстатиу попросил не приводить прямых цитат, но указал в электронном письме в Live Science, что если бы вселенная была искривлена, это вызвало бы ряд проблем - противоречащих другим наборам данных из ранней вселенной и сделавшим расхождения в наблюдаемой скорости вселенной. расширение намного хуже. Граттон сказал, что согласен.
Мельхиорри также согласился с тем, что модель закрытой вселенной поставит перед физикой ряд проблем.
«Я не хочу сказать, что верю в закрытую вселенную», - сказал он. «Я немного более нейтрален. Я бы сказал, давайте подождем с данными и с тем, что скажут новые данные. Я верю в то, что сейчас есть расхождение, что мы должны быть осторожными и пытаться найти то, что производя это несоответствие. "
