Сферическая, гиперболическая или плоская Вселенная: какую форму на самом деле имеет космос
В общей теории относительности Эйнштейна была представлена концепция космоса, который имеет форму. Так какая же форма Вселенной?
Форма космоса играет важную роль в том, будет ли Вселенная бесконечно расширяться или все же начнет сжиматься в изначальное состояние. Более того, космос может быть бесконечным, а может быть, если пролететь очень далеко в одном направлении, то можно вернуться в исходную точку. Существуют три теории о форме космоса, которая может быть сферической, плоской или гиперболической (формой "седла"). Каждая форма имеет различные геометрические свойства, такие как поведение параллельных линий и сумма углов в треугольниках. Астрономы использовали радиотелескопы для получения изображений Вселенной после Большого взрыва, и определили, какую же форму на самом деле имеет космос. Об этом рассказывает американский физик Дон Линкольн для издания Big Think.
У Фокус. Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и захватывающие новости из мира науки!
3 вероятные формы космоса
Впервые идея о том, что космос, то есть все пространство имеет форму появилась вместе с общей теорией относительности Альберта Эйнштейна. Ученый обнаружил, что может описать влияние гравитации не как силу между двумя астрономическими объектами, а скорее, как искривление пространства и времени. Согласно теории Эйнштейна, пространство вблизи каждого астрономического объекта искривляется по сравнению с той формой, которая была бы без какой-либо материи поблизости. Возле черной дыры пространство искривляется настолько сильно, что может захватить даже свет, несмотря на то, что физика утверждает, что свет вообще не испытывает влияние гравитации. Если пространство можно искривить, а Вселенная состоит из пространства, то какая же форма Вселенной?
Представить кривизну трехмерного пространства довольно сложно, поэтому можно задуматься о кривизне двухмерного пространства. Существует три теории о форме космоса:
- плоское пространство (представьте его в виде поверхности стола);
- сферическое пространство (то есть имеет форму шара);
- гиперболическое пространство или форма "седла" (собственно эта форма и похожа на гигантское седло).
Если плоское и гиперболическое пространства являются бесконечными, то сферическое таковым не является.
Свойства плоского пространства подразумевают, что две параллельные прямые линии никогда не пересекаются, а сумма углов треугольника составляет 180 градусов. В сферическом пространстве параллельные прямые линии пересекаются, а сумма углов в треугольнике больше 180 градусов. В гиперболическом пространстве две параллельные линии расходятся и отдаляются друг от друга еще дальше. А сумма углов треугольника в таком пространстве составит меньше 180 градусов.
Определение формы пространства во Вселенной
Для того, чтобы получить данные о форме космоса, ученые использовали радиотелескопы, чтобы получить изображения Вселенной вскоре после Большого взрыва. После возникновения Вселенной она была заполнена очень горячей плазмой, которая была заполнена звуковыми волнами разной длины волны. Там, где плазма была более плотной, она была немного более горячей и наоборот, регионы с более низкой плотностью были холоднее. Расстояние между горячими и холодными точками определялось длиной звуковых волн.
За прошедшие 13,8 млрд лет с момента появления Вселенной космос расширялся и становился холоднее. Ранние изменения температуры можно увидеть с помощью чувствительных радиотелескопов. Если посмотреть на самый далекий свет, то можно увидеть состояние Вселенной вскоре после Большого взрыва.
Длина волны звука в ранней Вселенной определяла расстояние между двумя соседними горячими точками. Расстояние между горячими точками и Землей определяется скоростью света и тем, сколько времени потребовалось свету, чтобы добраться до нашей планеты. Центры двух соседних точек и Земли образуют треугольник. Астрономы использовали геометрию для расчета угла между двумя соседними горячими точками.
Форма пространства может искажать треугольники. Если пространство плоское, то точки должны быть разнесены на 1 градус, если пространство сферическое, то угол должен быть больше 1 градуса, а если пространство гиперболическое, то угол должен быть меньше 1 градуса.
Какая форма Вселенной?
Проведя геометрические расчеты, астрономы пришли к выводу, что Вселенная плоская, то есть пространство в ней имеет плоскую форму. Это значит, что Вселенная имеет бесконечный размер, который намного больше, чем мы можем увидеть.
Но ни одно из этих измерений не является на 100% точным. Таким образом, остается возможность, что Вселенная является немного искривленной, но нынешние технологии не позволяют это увидеть. Хотя Вселенная может быть полностью искривленной и в то же время огромной, но мы видим лишь ее небольшую часть, которая кажется плоской. Пока что ученые не могут точно объяснить, почему пространство имеет плоскую форму.
Как уже писал Фокус, струя плазмы из огромной черной дыры бросает вызов существующим теориям. Астрономы наблюдали за искривленной релятивисткой струей, которая вырывается из черной дыры почти со скоростью света.