Всесвіт можна порівняти з нескінченним морем, наповненим зорями, туманностями та галактиками. В ньому ми виявляємо закономірності та спостерігаємо сузір’я, які надихали творчих людей на дивовижні сюжети протягом усієї історії. Але є одна космічна закономірність, яку ми досі не розуміємо. Питання, що досі немає відповіді: якою є форма Всесвіту? Ще вчора ми вважали, що знаємо відповідь, але результати нового дослідження «кажуть» — форма інша. І це може вказувати на кризу в космології.
Малюнок із 1600-х років, що показує будову Всесвіту згідно з уявленнями Птолемея. Фото з сайту www.universetoday.com.
У давнину астрономи вважали, що Всесвіт ― це сфера, вкрита зорями, що охоплює Сонячну систему і в центрі якої міститься нерухома Земля. Причому сфера нерухомих зір оберталася навколо нашої планети. Але протягом століть астрономи виявили, що Сонце — лише одна із сотень мільярдів зір всередині Галактики, а самих галактик, розкиданих на мільярди світлових років у космосі, є незліченна кількість. З’ясовувати форму світу здавалося суперечливим моментом. Адже зорі й галактики існували в порожньому просторі. Яким може бути просте порожнє полотно: плоским, евклідовим і позбавленим структури.
Потім на початку 1900-х років Альберт Айнштайн розробив свою загальну теорію відносності. У ній простір не був порожнім полотном. Він може згинатися і розтягуватися, крутитися і деформуватися, виходячи з розміщення і руху маси у Всесвіті. Ці просторові деформації відхиляють світло і матерію, викликаючи ефект, який ми називаємо гравітацією. Згідно з теорією відносності простір може набувати різної форми. Тоді, можливо, Всесвіт має форму, притаманну багатьом його об’єктам, подібно до того, як Земля, що загалом сферична.
Загальна теорія відносності «дозволяє» Всесвіту мати одну з трьох форм: плоску, закриту або відкриту.
Можливі форми Всесвіту згідно із загальною теорією відносності А. Айнштайна. Фото з сайту www.universetoday.com.
Плоский ― це те, як ми уявляємо космос в своєму повсякденному житті. Це евклідовий простір, про який ми знаємо зі школи. Плоский простір поширюється рівномірно в усі боки, і два паралельних промені світла назавжди є паралельними.
Відкритий простір можна уявити в формі сідла. Він вигнутий таким чином, що розширюється, коли ви рухаєтеся на його околиці. Два промені світла, спочатку паралельні, поступово віддалятимуться один від одного, рухаючись у такому просторі.
Закритий простір, зазвичай, сферичний. Він замикається сам на себе в міру його збільшення так, що паралельні промені світла з часом перетиналися один з одним, як кола довготи на глобусі Землі.
Варто зазначити, що жодна з цих форм не пов’язана з ти, що Всесвіт в цілому розширюється. Космічне розширення означає, що точки в просторі з часом віддаляються одна від одної. Форма Всесвіту стосується тільки геометрії простору. Сферична повітряна кулька розширюється, коли її надувають, так само, як плоский гумовий лист можна розтягувати, але при цьому він лишиться плоским. Отже, наш Всесвіт, що розширюється, може бути плоским, відкритим чи закритим.
Оскільки на геометрію простору впливає наявність маси, загальна форма Всесвіту залежить від середньої густини матерії всередині нього. В загальній теорії відносності це значення визначається параметром густини, що є відношенням спостережуваної густини до «критичної густини», тобто такої, щоб Всесвіт був плоским. Якщо параметр густини дорівнює 1, то Всесвіт плоский. Якщо параметр більший 1, Всесвіт закритий, і він відкритий, якщо параметр густини менше 1. Вимірювання густини матерії в космосі дає значення 1. До видимих зі спостережень меж, Всесвіт плоский.
Вигляд розподілу космічного мікрохвильового фонового випромінювання залежно від форми Всесвіту. Фото з сайту www.universetoday.com.
Але є ще один спосіб виміряти форму Всесвіту — подивитися на видимі розміри дуже віддалених предметів. Все це зводиться до поведінки паралельних променів світла. У плоскому Всесвіті паралельні лінії лишаються паралельними, тому світло, що виходить з двох протилежних країв далекої галактики, доходить до нас по прямій. Кут між променями не змінюється, і тому видимий й справжній розміри галактики відповідають один одному.
Якщо Всесвіт відкритий, паралельні лінії зі збільшенням відстані розходяться. Таким чином, світло від нашої далекої галактики стає більш паралельним, коли воно досягає нас. Це означає, що галактика виявиться меншою, ніж є. Якщо Всесвіт закритий, відбувається протилежне: світлові промені сходяться, і галактика виявиться більшою, ніж є насправді.
У новому дослідженні, результати якого оприлюднив журнал Nature astronomy, науковці спостерігали не галактики, а виконали аналіз коливань космічного мікрохвильового фонового випромінювання (Cosmic Microwave Background, CMB). Це найдавніше випромінювання, яке ми можемо побачити у Всесвіті. Тому воно найбільше залежить від форми Всесвіту. Масштаб коливань CMB залежить від кількістю темної матерії та темної енергії у Всесвіті. Їхні значення відомі астрономам, а тому можна передбачити, якими великими будуть коливання у реліктовому випромінюванні (інша назва CMB ― Ред.). Виконавши аналіз даних спостережень CMB, отриманих з допомогою космічного телескопа «Планк», дослідники виявили, що коливання є більшими, ніж очікувалося. Це означає, що з достовірністю до 99% Всесвіт є закритим, а не плоским.
Ці нові результати суперечать багатьом попереднім, які показують, що Всесвіт плоский. У даних від «Планка» може бути якась систематична помилка, завдяки якій форма Всесвіту здається сферичною, але якщо результат достовірний, то це вказує на прогалину в наших знаннях і розумінні форми Всесвіту.
За інф. з сайту www.universetoday.com
