Какая форма у нашей Вселенной? Привычные глазу изображения стандартной модели Вселенной рисуют ее по аналогии со стрелой времени, которая движется вперед и имеет начало – сингулярность. Под гравитационной сингулярностью ученые понимают область, в которой известные нам законы физики не работают. Вместо этого пространство-время рассматривается как гладкое многообразие без края, отправной точкой которой является Большой взрыв. Но что именно говорят астрономы о «форме» Вселенной? И можно ли назвать ее чем-то вроде куба или сферы? Так как общая теория относительности (ОТО) допускает существование трех форм Вселенной, то может ли она напоминать… пончик?

Наша Вселенная может быть не плоской. Но при чем тут пончик?

Есть у Вселенной форма?

Итак, с точки зрения ОТО Вселенная может быть плоской, замкнутой или открытой. Эти формы легко сравнить с такими объектами как например сфера, седло и лист бумаги. По сути форма Вселенной определяет, будет ли она расширяться вечно или в конечном итоге разрушится. А то, какая у нее форма зависит от ее плотности и скорости расширения.

В 1929 году американский астроном Эдвин Хаббл установил, что галактики удаляются от нас и чем они дальше, тем быстрее несутся прочь. Вывод, который сделали исследователи из наблюдений Хаббла, заключается в том, что когда-то все галактики находились в одной точке. Той, что мы называем Большим взрывом. Но если Вселенная расширяется все быстрее и быстрее, то в каком направлении?

Три формы Вселенной

Одним из наиболее удобных определений форм Вселенной является реликтовое излучение или по-научному космическое микроволновое фоновое излучение. Считается, что оно появилось вскоре после Большого взрыва и равномерно заполняет Вселенную.

За последние десятилетия ученые измерили колебания температуры в реликтовом излучении и обнаружили так называемые тепловые и холодные точки. Это означает, что Вселенная расширяется во всех направлениях сразу и является «плоской», будучи важнейшим компонентом стандартной космологической модели.

Вселенная – странное место, и вряд ли у нас получится узнать, что находится за гранью наблюдаемой Вселенной

Этому соответствуют проведенные наблюдения. Они позволили установить, что мы живем в плоской вселенной: параллельные линии остаются параллельными, так что наша Вселенная будет без конца расширяться и расширяться.

Геометрия Вселенной

Описанная выше точка зрения не является общепринятой. Некоторые исследователи полагают, что полученные ими данные лучше согласуются с замкнутой Вселенной, так как возможно она расширяется не во всех направлениях. И если это действительно так, то наша Вселенная – это замкнутая система. И вне зависимости от формы она расширяется быстрее скорости света.

Но если плоские и открытые вселенные продолжали бы расширяться вечно, замкнутая вселенная в конечном итоге разрушилась бы сама по себе. В то время как измерения содержимого и формы Вселенной говорят о том, что она плоская, о ее топологии мы ничего не знаем.

Стандартная модель Вселенной

Теперь давайте предположим, что Вселенная оборачивается вокруг себя, словно гигантский пончик или бублик. Если эта гипотеза верна, то космос конечен. И он намного меньше, чем ожидалось. Это также означало бы, что наша вселенная обречена на погибель, а не на бесконечное расширение вовне.

Трехмерный пончик

Изучая свет ранней Вселенной команда астрофизиков пришла к выводу, что космос может быть многосвязным, то есть пространство замкнуто на себя во всех трех измерениях, как трехмерный бублик. Разработав множество компьютерных симуляций того, как выглядело бы реликтовое излучение, если бы Вселенная была трехмерной, то космос соединен сам с собой во всех трех измерениях.

Поэтому необходимо снова провести моделирование и сравнить полученные результаты с тем, что мы непосредственно наблюдаем, – пишут ученые.

Представим Вселенную, в которой мы могли бы направить космический корабль в одном направлении, но в конце концов вернуться туда, откуда начали. Если бы наша вселенная была подобна пончику, то физики потенциально могли бы измерить ее размер.
Так как мы можем изменить размер помещения и повторить этот анализ, результатом является оптимальный размер Вселенной, который наилучшим образом соответствует наблюдениям реликтового излучения.

Тепловое излучение ранней Вселенной может рассказать о ней много интересного

Реликтовое излучение – равномерно заполняющее Вселенную тепловое излучение, возникшее в эпоху первичной рекомбинации водорода.

Главный вывод научной работы, опубликованной в 2021 году в журнале Classical and Quantum Gravity, заключается в том, что конечная вселенная лучше соответствует наблюдениям, чем бесконечная модель.

Безусловно, полученные результаты являются предварительными. По этой причине Вселенная вряд ли является аналогом бублика или пончика, а обнаруженные учеными колебания температуры реликтового излучения можно оказаться неисправностью научных инструментов.

И все же представить, что мы живем на поверхности гигантского пончика как минимум забавно и интересно. А как вы думаете, наша Вселенная плоская или все же похожа на пончик?