Сможем ли мы узнать форму Вселенной и почему она, вероятно, не бесконечна?

Почему форма Вселенной — главная головоломка космологии: честный разбор

Представьте: вы в космическом корабле, жмете газ и летите строго по прямой. Прочь от Солнца, из Галактики, сквозь пустоту между сверхскоплениями. Вопрос, который мучает физиков: что вы увидите в конце? Бесконечную тьму? Стену? Или, спустя миллиарды лет, — собственную Землю?

Мы не знаем ответа. Но у нас есть три рабочие гипотезы, и каждая ломает привычную логику.

Три варианта геометрии: плоскость, сфера и седло

В школе нас учили: сумма углов треугольника — 180°, параллельные прямые не пересекаются. Это евклидова геометрия для плоского пространства. Но во Вселенной, растянутой на гигапарсеки, правила могут меняться. Всё зависит от кривизны пространства.

Какая из них реальна? Измерения реликтового излучения — «эха» Большого взрыва — показывают: пространство плоское с погрешностью менее 0,4%. Звучит как победа. Но тут появляется «но».

Кто победит: гравитация или темная энергия?

Форма Вселенной — результат баланса двух сил. Гравитация стягивает вещество и искривляет пространство в сферу. Темная энергия, наоборот, разгоняет расширение и распрямляет его. Если плотность материи выше критической — побеждает гравитация (замкнутая модель). Если ниже — расширение (открытая). Если равна — плоскость.

Современные данные говорят: плотность совпадает с критической с ювелирной точностью. Мы живем в плоской Вселенной. Но плоская геометрия логически ведет к бесконечности. А бесконечность — проклятие для физики.

Если пространство бесконечно, то должно существовать бесконечное число копий вас, читающих этот текст. И еще больше — где вы читаете его на Марсе. Наука теряет предсказательную силу: если возможно всё, то невозможно ничего объяснить.

Мое мнение: данные по реликтовому излучению надежны, но интерпретация «плоская = бесконечная» вызывает больше вопросов, чем ответов. Я склоняюсь к тому, что мы чего-то не понимаем в природе темной энергии. Возможно, она не постоянна, а меняется со временем — и тогда геометрия может оказаться замкнутой.

Топология: можно ли вернуться в начало?

Геометрия — это локальная кривизна. А топология — глобальная форма. Даже плоское пространство может быть конечным, если его «свернуть». Пример: лист бумаги — он плоский. Скрутите его в цилиндр — параллельные линии останутся параллельными. А если соединить концы цилиндра, получится тор (бублик).

Тороидальная Вселенная конечна, не имеет краев и сохраняет евклидову геометрию. Летишь прямо — в итоге возвращаешься в стартовую точку. Свет тоже может делать полный круг. Недавно я заметил, что астрономы ищут такие «повторы»: если бы мы видели одну и ту же галактику под разными углами, это стало бы доказательством. Пока не нашли. Но и не опровергли.

Почему мы никогда не увидим край

Даже если Вселенная конечна, мы видим лишь ее часть — Наблюдаемую Вселенную. Свет летит с конечной скоростью, а возраст космоса — 13,8 млрд лет. За это время фотоны успевают пройти ограниченное расстояние. С учетом расширения пространства радиус нашего «пузыря» — около 46 млрд световых лет. Это горизонт частиц.

Как это работает:

• Галактики за горизонтом существуют, но их свет до нас никогда не дойдет (пространство расширяется быстрее).
• Мы не можем узнать, что там — бесконечность, изгиб или стена. Это принципиальное ограничение.
• Единственный шанс — засечь гравитационные волны от событий за горизонтом, но пока техника не позволяет.

Так что вопрос формы Вселенной остается открытым. Не из-за отсутствия теорий, а из-за того, что мы заперты внутри объекта, который пытаемся измерить.

Резюме от автора: Самая вероятная на сегодня модель — плоская бесконечная Вселенная. Но она приводит к логическим парадоксам. Лично я ставлю на замкнутую или тороидальную — они избавляют от бесконечности и дают надежду, что реальность познаваема целиком. Ждем новых данных от телескопов следующего поколения. Пока же — готовьтесь к тому, что «края» может не быть, а «бесконечность» — просто математическая уловка.