Всесвіт може здатися безформним, оскільки він такий величезний. Але він має форму. І астрономи можуть її спостерігати. Отже, яку форму має Всесвіт?
Фізики вважають, що Всесвіт плоский. Кілька ліній доказів вказують на існування цього плоского Всесвіту: світло, що залишилося від Великого вибуху, швидкість розширення Всесвіту в різних місцях і те, як Всесвіт «виглядає» під різними кутами, розповіли експерти Live Science.
Девід Спергель, астрофізик-теоретик і почесний професор астрофізичних наук Прінстонського університету, десятиліттями досліджував форму Всесвіту. У праці 2003 року, опублікованій в The Astrophysical Journal, Спергель вимірював нерегулярності космічного мікрохвильового фону (CMB), світла, що залишилося від Великого вибуху, яке спостерігалося за допомогою зонда Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) і пізніше космічним кораблем Європейського космічного агентства «Планк».
Кількості позитивної та негативної енергії в плоскому Всесвіті абсолютно однакові, а тому компенсують одна одну. Якби Всесвіт мав кривизну, одна була б вищою за іншу. «Плоский Всесвіт відповідає Всесвіту з нульовою енергією», — зазначив Спергель.
У цьому випадку вимірювання флуктуацій CMB за допомогою WMAP показали, що Всесвіт був водночас нескінченним і плоским. Спергель також порівняв ці вимірювання з вимірюваннями, зробленими космічним кораблем Європейського космічного агентства «Планк», що ще більше обмежило можливі форми Всесвіту.
«Ми можемо виміряти кривизну з певною невизначеністю, тому ми можемо сказати, що кривина дорівнює нулю з певною невизначеністю», — сказав Спергель. «Хоча ми можемо зменшити невизначеність, ми лише в кращому випадку обмежуємо геометрію».
Ще одна причина, чому Спергель переконаний, що Всесвіт плоский, це його швидке розширення, яке фіксується постійною Хаббла. Оскільки Всесвіт пройшов шлях від існування як компактної кулі матерії до розширення назовні з надзвичайною швидкістю, усе це розтягування зробило його плоским або, принаймні, настільки близьким до плоского, наскільки це можливо.
Докази плоскості Всесвіту також виявляються в тому, що називається критичною щільністю. При критичній щільності гіпотетичний Всесвіт був би плоским і зрештою припинив би розширюватися, але лише через нескінченний час. Якби гіпотетичний Всесвіт був щільнішим, ніж цей, він був би вигнутий, як сфера, і зрештою згорнувся б сам на себе через свою гравітацію — запропоноване явище, відоме як «Великий хруст».
Але всі вимірювання нашого справжнього Всесвіту свідчать про те, що щільність трохи нижче критичної, тобто Всесвіт плоский і буде розширюватися нескінченно.
Ще один ряд доказів свідчить про те, що Всесвіт плоский: він ізотропний, тобто виглядає однаково з усіх боків. Антон Чудайкін, фізик з Інституту ядерних досліджень у Росії, та його колеги розглянули дані про коливання регулярної, або «баріонної» матерії, а також моделі того, як атомні ядра, важчі за водень, для оцінки кривизни Всесвіту.
«У різних геометріях матерія і світло розвиваються по-різному, що дозволяє нам отримувати тривимірну форму Всесвіту з даних спостережень», — сказав Чудакін Live Science.
Дослідження, опубліковане в журналі Physical Review D, показало, що з точністю до 0,2% Всесвіт був плоским. «Зібрані нами дані вказують на те, що просторова кривизна відповідає нулю», – пишуть дослідники. «Це означає, що наш Всесвіт у межах статистичної невизначеності нескінченний».
Раніше ми розповіли про те, як вчені визначають вік Всесвіту.