Новое исследование предполагает, что Вселенная может иметь форму пончика, а не блина

Новое исследование предполагает, что Вселенная на самом деле может быть гигантским пончиком, несмотря на все доказательства того, что она плоская, как блин.  Ученые считают, что странные узоры, обнаруженные в отголосках Большого взрыва, могут быть объяснены наличием Вселенной более сложной формы, и астрономы еще не полностью проверили плоскостность Вселенной.

Все наблюдения до сих пор предполагают, что Вселенная плоская. В геометрии «плоскостность» относится к поведению параллельных линий, уходящих в бесконечность. Подумайте о столешнице: линии, которые начинаются параллельно, останутся такими же, поскольку они проходят по всей длине стола. 

Напротив, посмотрите на Землю. Линии долготы начинаются идеально параллельно друг другу на экваторе, но в конечном итоге сходятся на полюсах. Тот факт, что параллельные линии первоначально пересекаются, показывает, что Земля не плоская.

Та же логика применима и к трехмерной вселенной. Например, космический микроволновый фон (CMB) — свет, испускаемый, когда космосу было всего 380 000 лет, — теперь находится на расстоянии более 42 миллиардов световых лет и характеризуется крошечными колебаниями температуры по всему небу. Астрономы рассчитали предсказанный размер этих колебаний по сравнению с наблюдениями. Если их измеренный размер отличается от предсказанного, это означает, что те лучи света, которые исходили параллельно, изменили направление в пространстве-времени, указывая на то, что геометрия Вселенной искривлена.

Но те же измерения показали, что, если не принимать во внимание мелкомасштабные отклонения от галактик и черных дыр, общая геометрия Вселенной плоская.

Но есть более чем один вид квартиры. Например, начертите на листе бумаги параллельные линии. Затем оберните один конец бумаги, чтобы соединиться с другим, образуя цилиндр. Линии остаются параллельными, поскольку они окружают цилиндр. На языке математики любой цилиндр геометрически плоский, но говорят, что он имеет другую топологию. Закройте обе стороны бумаги, и у вас получится тор или форма пончика.

Чтобы получить еще один пример странной плоской формы, оберните тонкую полоску бумаги по кругу, но сверните ее на 180 градусов на одном конце. Конечным результатом является лента Мёбиуса, которая по-прежнему геометрически плоская, потому что параллельные линии остаются параллельными, даже когда они переворачиваются друг над другом.

Математики обнаружили 18 возможных геометрически плоских трехмерных топологий. В каждом из них как минимум одно измерение закручивается само на себя, а иногда они переворачиваются, как лента Мёбиуса, или совершают частичные повороты. В такой запутанной вселенной, если бы мы посмотрели далеко, мы бы увидели (возможно, перевернутую) копию себя из гораздо более молодого возраста. Например, если бы ширина Вселенной составляла 1 миллиард световых лет, астрономы увидели бы версию галактики Млечный Путь, какой она была 1 миллиард лет назад, а за ней — другую копию, созданную 2 миллиарда лет назад, и так далее.

Если бы Вселенная была гигантским пончиком, астрономы могли бы смотреть в двух направлениях, чтобы увидеть такие копии.

Астрономы измеряли топологию Вселенной несколькими способами, от поиска дубликатов узоров галактик до совпадающих кругов в реликтовом излучении. Все данные свидетельствуют о том, что Вселенная геометрически плоская и имеет простую развернутую топологию.

Но статья, опубликованная в базе данных препринтов arXiv предполагает, что прошлые измерения были ограничены. В частности, наблюдения предполагают, что Вселенная обертывается вокруг себя только в одном измерении и не имеет более сложной топологии. Кроме того, наблюдения за реликтовым излучением выявили некоторые странные, необъяснимые аномалии, такие как появление крупных узоров там, где их быть не должно.

На самом деле Вселенная со сложной топологией могла бы объяснить по крайней мере некоторые аномалии реликтового излучения. Хотя это не железный случай для сложных топологий, исследователи предложили идеи для более сложных прямых поисков, таких как последующие исследования реликтового излучения.

В таком случае где-то в нашей извилистой вселенной может существовать наше зеркальное отражение.