Почему наша вселенная может быть не такой уж и большой

Когда мы смотрим на звездное небо, мы видим лишь малую часть того, что существует в космосе. Наше зрение ограничено скоростью света, который идет к нам из далеких галактик. Но сколько еще есть за пределами нашего взгляда? И какова форма и размер нашей Вселенной? Это одни из самых глубоких и сложных вопросов, которые задает себе человечество. В этой статье рассмотрим одну из самых неожиданных и спорных гипотез, которая утверждает, что Вселенная мала и имеет форму бублика.

Чтобы понять эту гипотезу, нам нужно сначала разобраться, что такое наблюдаемая Вселенная. Это сфера пространства, из которой свет успел добраться до нас за время существования Вселенной. Ее радиус составляет около 46 миллиардов световых лет. Это огромное расстояние, но не значит, что Вселенная заканчивается на этой границе. На самом деле большинство ученых полагают, что Вселенная намного больше и может быть даже бесконечной.

Почему они так думают? Для этого есть несколько аргументов, основанных на наблюдениях и теории. Один из них — это однородность и изотропность Вселенной. Это означает, что Вселенная выглядит примерно одинаково в любом направлении и в любом месте. Если бы Вселенная была ограничена нашим видимым участком, то мы бы видели аномалии в распределении галактик и температуре реликтового излучения. Но мы этого не видим, а значит Вселенная продолжается за нашим горизонтом.

Еще один аргумент — это плоскость пространства-времени. Это означает, что пространство-время не имеет кривизны на больших масштабах. Если бы пространство-время было кривым, то мы бы видели искажения в размерах и формах далеких галактик. Но мы этого не видим, а значит пространство-время плоское. Из этого следует, что Вселенная должна быть по крайней мере в 400 раз больше нашего видимого участка.

Наконец, есть аргумент, связанный с ранней фазой развития Вселенной — инфляцией. Это период огромного ускоренного расширения сразу после Большого взрыва. Инфляция объясняет, почему реликтовое излучение такое однородное и почему Вселенная плоская. Но инфляция также подразумевает, что Вселенная на порядок 10²⁶ раз больше нашего видимого участка.

Так что все эти аргументы указывают на то, что Вселенная очень большая, если не бесконечная. Но есть и другое мнение, которое основывается на теории струн. Теория струн — это математический аппарат, который пытается объединить все фундаментальные силы и частицы в единую теорию. Она предполагает, что элементарные частицы — это не точки, а маленькие вибрирующие струны. Теория струн имеет много возможных решений, которые соответствуют разным видам Вселенной. Но не все решения физически реализуемы. Есть некоторые общие условия, которые должны выполняться для любой Вселенной, которая согласуется с теорией струн. Эти условия называются ландшафтом и болотами. Ландшафт — это множество допустимых решений, а болота — это множество недопустимых решений.

Авторы новой статьи утверждают, что большинство моделей инфляции попадают в болота и не согласуются с теорией струн. Они используют два критерия для этого: отсутствие глобальных симметрий и слабость гравитации. Глобальные симметрии — это законы сохранения, такие как энергии или заряда. Они должны нарушаться при высоких энергиях или плотностях. Слабость гравитации означает, что гравитация должна быть слабее всех других сил при любых условиях.

Эти критерии нарушаются большинством моделей инфляции, потому что они требуют очень высоких энергий и плотностей, при которых гравитация становится сильной и симметрии восстанавливаются. Это делает Вселенную нестабильной и невозможной. Авторы статьи предлагают другой сценарий развития Вселенной, который называется деформацией. В этом случае Вселенная расширяется медленно, а гравитация остается слабой и симметрии нарушаются. Это делает Вселенную стабильной и совместимой с теорией струн.

Но какая же форма и размер у такой Вселенной? Авторы статьи рассчитывают, что Вселенная имеет форму тора и радиус около 10 миллиардов световых лет. Тор — это фигура, похожая на пончик или бублик. Она имеет два измерения по поверхности и одно измерение по дырке. Если вы двигаетесь по тору, вы никогда не встретите края, а вернетесь в ту же точку. Это означает, что Вселенная имеет периодические границы.

Авторы статьи утверждают, что такая Вселенная соответствует нашим наблюдениям, потому что свет еще не успел обойти тор за время существования Вселенной. Поэтому мы видим только часть нашей маленькой Вселенной. Но если мы посмотрим достаточно далеко в одном направлении, и увидим свое отражение с другой стороны тора, то это будет доказательством того, что Вселенная мала и имеет форму бублика.

Конечно, это очень радикальная идея, которая вызывает много сомнений и возражений. Она требует дальнейшего изучения и экспериментальной подтверждения. Но если она окажется правдой, то это будет означать, что мы живем в маленькой Вселенной, которая соответствует теории струн. Это будет революционным открытием для космологии и физики.

Можно ли провести эксперимент, чтобы проверить эту гипотезу?

Проверить гипотезу о маленькой Вселенной не так просто, потому что мы не можем просто выйти за пределы нашего видимого участка космоса и посмотреть, что там. Но есть некоторые способы, которые могут дать нам косвенные доказательства или опровержения этой гипотезы.

Один из способов — это измерить кривизну пространства-времени на больших масштабах. Если Вселенная имеет форму тора, то она должна быть слегка закрытой, то есть иметь положительную кривизну. Это означает, что если мы проведем две параллельные линии в пространстве, они со временем будут сближаться. Это можно проверить с помощью космических зондов или спутников, которые измеряют расстояния между собой с высокой точностью. Также можно использовать наблюдения гравитационных линз, которые искажают свет от далеких галактик. Если пространство-время плоское, то эти искажения будут соответствовать теории общей относительности. Если пространство-время кривое, то эти искажения будут отличаться от ожидаемых.

Другой способ — это поиск повторяющихся образов на небе. Если Вселенная имеет форму тора, то свет от одних и тех же объектов может добираться до нас по разным путям, обходя тор с разных сторон. Это может создавать иллюзию того, что мы видим один и тот же объект несколько раз в разных местах. Это можно проверить с помощью мощных телескопов, которые сканируют небо в поисках таких повторений. Также можно использовать анализ спектров света от галактик, чтобы убедиться, что они имеют одинаковые характеристики.

Наконец, еще один способ — это поиск аномалий в реликтовом излучении. Реликтовое излучение — это свет, который был излучен вскоре после Большого взрыва и заполняет все пространство. Оно имеет очень равномерную температуру с небольшими колебаниями. Если Вселенная имеет форму тора, то эти колебания должны иметь определенный узор, который зависит от размера и формы тора. Это можно проверить с помощью спутников или наземных обсерваторий, которые измеряют реликтовое излучение с высоким разрешением.

А что за реликтовое излучение?

Реликтовое излучение — это свет, который был излучен вскоре после Большого взрыва, когда Вселенная была очень горячей и плотной. Это самое древнее излучение, которое мы можем наблюдать, и оно заполняет все пространство. Оно имеет очень равномерную температуру с небольшими колебаниями, которые отражают первичные неоднородности в распределении материи и энергии. Реликтовое излучение является одним из главных доказательств того, что Вселенная началась с Большого взрыва.