Вселенная - это, казалось бы, бесконечное море, заполненное звездами, галактиками и туманностями. В нем мы видим шаблоны и созвездия, которые вдохновляли истории на протяжении всей истории. Но есть один космический паттерн, который мы до сих пор не понимаем. Вопрос, который остается без ответа: какова форма вселенной? Мы думали, что знаем, но новое исследование предполагает иное, и это может указывать на кризис в космологии.
Многие ранние астрономы считали, что Вселенная была сферой звезд, охватывающей Солнечную систему и сосредоточенной на неподвижной неподвижной Земле. Но за столетия астрономы обнаружили, что наше Солнце было лишь одним из миллиардов в галактике, и было бесчисленное множество галактик, рассеянных по миллиардам световых лет космоса. Вопрос о форме творения казался спорным вопросом. Звезды и галактики существовали в пустом пространстве. Что может быть космосом, кроме чистого холста: плоский, евклидовый, лишенный структуры.
Затем в начале 1900-х годов Альберт Эйнштейн разработал свою теорию общей теории относительности. В нем пространство не было чистым холстом. Он может изгибаться и растягиваться, изгибаться и деформироваться в зависимости от положения и движения массы во вселенной. Эти пространственные деформации отклоняют свет и вещество, вызывая эффект, который мы называем гравитацией. С относительностью пространство могло принять различные формы. Тогда было возможно, что вселенная могла иметь общую космическую форму, так же как Земля в целом круглая.
В широком смысле общая теория относительности позволила бы Вселенной иметь одну из трех форм: плоская, закрытая или открытая.
Квартира - это то, как мы думаем о пространстве в нашей повседневной жизни. Это евклидово пространство, о котором мы узнаем в школе. Плоское пространство распространяется равномерно во всех направлениях, и два параллельных луча света навсегда останутся параллельными.
Открытое пространство можно представить в форме седла. Он изгибается таким образом, что расходится по мере того, как вы расширяетесь наружу. Два луча света, первоначально параллельные, постепенно расширялись, слегка отклоняясь друг от друга, проходя через космос.
Закрытое пространство, как правило, сферическое. По мере расширения он сходится, так что параллельные лучи света в конечном итоге встречаются и пересекаются, как линии долготы на Земле.
Следует отметить, что ни один из них не имеет отношения к тому, что вселенная в целом расширяется. Космическое расширение означает, что точки в пространстве расширяются во времени. Форма вселенной имеет дело с формой пространства. Сферический баллон может расширяться, когда он надувается, так же, как плоский резиновый лист может растягиваться и оставаться плоским. Таким образом, наша расширяющаяся вселенная может быть плоской, открытой или закрытой.
Поскольку наличие массы влияет на кривизну пространства, общая форма Вселенной зависит от средней плотности вещества в ней. В общей теории относительности это значение задается параметром плотности, который представляет собой отношение наблюдаемой плотности к «критической плотности», необходимой для того, чтобы Вселенная была плоской. Если параметр плотности равен 1, то вселенная плоская. Если оно больше 1, оно закрыто, и оно открыто, если параметр плотности меньше 1. Измерения космической плотности неизменно дают значение 1. В пределах наблюдения Вселенная плоская, как мы давно подозревали ,
Но есть и другой способ измерить форму космоса, а именно посмотреть на видимый размер очень далеких объектов. Все возвращается к поведению параллельных лучей света. В плоской вселенной параллельные линии остаются параллельными, поэтому свет, идущий с двух сторон далекой галактики, достигает нас по прямой линии. Их углы относительно друг друга остаются неизменными, поэтому галактика выглядит как ее истинный размер.
Если вселенная открыта, параллельные линии расходятся с расстоянием. Таким образом, свет от нашей далекой галактики становится более параллельным, когда он достигает нас. Это означает, что галактика будет выглядеть меньше, чем она есть. Если вселенная закрыта, происходит обратный изгиб света, и галактика кажется больше, чем есть.
В новой статье, опубликованной в Природа, команда смотрела не на галактики, а на флуктуации внутри космического микроволнового фона (CMB). CMB это остаток света от большого взрыва, и это самый дальний свет, который мы можем видеть во вселенной. Из-за этого это - свет, наиболее затронутый формой вселенной. Шкала колебаний в CMB определяется количеством темной материи и темной энергии во вселенной, которое мы знаем, поэтому мы знаем, насколько велики должны появляться флуктуации. Когда команда проанализировала CMB По данным космического корабля Планка, они обнаружили, что колебания были больше, чем ожидалось. Это означает, что с точностью до 99% вселенная является закрытой, а не плоской.
Это новое исследование противоречит многочисленным предыдущим исследованиям, показывающим, что Вселенная плоская. В данных Планка могут быть систематические ошибки, из-за которых вселенная выглядит изогнутой, но если исследование является точным, это указывает на пробел в нашем понимании. На данный момент форма вселенной неясна.
Источник: Доказательство Планка для замкнутой Вселенной и возможный кризис для космологии, Di Valentino, E., et al.
