Всесвіт може бути плоским, але все одно може мати форму пончика, свідчать дивні візерунки у світлі, що залишилося від Великого вибуху. Нове дослідження показує, що Всесвіт насправді може бути гігантським пончиком, не зважаючи на всі докази того, що він плоский, як млинець. Дивні закономірності, виявлені у відлуннях Великого вибуху, можна пояснити Всесвітом зі складнішою формою, і астрономи не повністю перевірили площинність Всесвіту, показує дослідження.
Плоскі поверхні
Усі спостереження дотепер показують, що Всесвіт плоский. У геометрії «площинність» означає поведінку паралельних ліній, коли вони виходять на нескінченність. Подумайте про стільницю: лінії, які починаються паралельно, залишаться такими, коли вони простягаються вздовж столу.
Навпаки, подивіться на Землю. Лінії довготи починаються абсолютно паралельно одна одній на екваторі, але з часом сходяться на полюсах. Той факт, що паралельні лінії спочатку перетинаються, показує, що Земля не плоска.
Така ж логіка застосовна до 3D-всесвіту. Наприклад, космічний мікрохвильовий фон (CMB) — світло, що випромінювалося, коли космосу було лише 380 000 років — тепер знаходиться на відстані понад 42 мільярдів світлових років і характеризується незначними коливаннями температури на небі. Астрономи розрахували прогнозований розмір цих коливань у порівнянні зі спостереженнями. Якщо їх виміряний розмір відрізняється від прогнозів, це означає, що ті промені світла, які почалися паралельно, змінили напрямок у просторі-часі, вказуючи на те, що геометрія Всесвіту викривлена.
Але ті самі вимірювання показали, що, ігноруючи дрібномасштабні відхилення від галактик і чорних дір, загальна геометрія Всесвіту є плоскою. Але існує більше ніж один тип квартир. Наприклад, намалюйте на аркуші паперу паралельні лінії. Потім загорніть один кінець паперу, щоб з’єднати з іншим, утворюючи циліндр. Лінії залишаються паралельними, коли вони огинають циліндр.
Мовою математики будь-який циліндр є геометрично плоским, але, як кажуть, має іншу топологію. Закрийте обидві сторони паперу, і ви створите тор, або форму пончика.
Щоб отримати ще один приклад дивної плоскої форми, загорніть тонку смужку паперу в коло, але закрутіть один кінець на 180 градусів. Кінцевим результатом є стрічка Мебіуса, яка все ще геометрично плоска, оскільки паралельні прямі залишаються паралельними, навіть коли вони перевертаються одна над одною.
Математики відкрили 18 можливих геометрично плоских тривимірних топологій. У кожному з них принаймні один вимір загортається в себе, а іноді вони перевертаються, як стрічка Мебіуса, або здійснюють частковий оберт. У такому звивистому всесвіті, якби ми подивилися далеко, ми б побачили (можливо, перевернуту) копію себе з набагато молодшого віку. Наприклад, якби Всесвіт мав 1 мільярд світлових років у поперечнику, астрономи побачили б версію галактики Чумацький Шлях, якою вона була 1 мільярд років тому, а за нею ще одну копію 2 мільярди років тому і так далі. Якби Всесвіт був гігантським пончиком, астрономи могли б дивитися у двох напрямках, щоб побачити такі копії.
Форма Всесвіту
Астрономи вимірювали топологію Всесвіту кількома способами, від пошуку дублікатів структур галактик до відповідних кіл у CMB. Усі докази свідчать про те, що Всесвіт геометрично плоский і має просту незагорнуту топологію.
Але стаття, опублікована 23 лютого в базі даних препринтів arXiv припускає, що минулі вимірювання були обмеженими. Найпомітніше те, що спостереження припускають, що Всесвіт обертається навколо себе лише в одному вимірі та не має більш складної топології. Крім того, спостереження CMB виявили деякі дивні, незрозумілі аномалії, як-от великі візерунки, які з’являються там, де їм не слід. Фактично, Всесвіт зі складною топологією може пояснити принаймні деякі аномалії в CMB. Хоча це не залізний випадок для складних топологій, дослідники запропонували ідеї для більш складних прямих пошуків, як-от подальші дослідження CMB.