Всё, что нам известно о форме Вселенной, может быть ошибкой

Вполне возможно, что наша Вселенная не плоская, а шарообразная, говорят авторы нового исследования. Результаты их работы были опубликованы в понедельник (4 ноября) в журнале Nature Astronomy.

Чтобы прийти к такому выводу, ученые изучили данные реликтового излучения (cosmic microwave background, CMB) — «эха» Большого взрыва — которые были опубликованы в 2018 году. Кстати, не все в научном сообществе согласны с этими выводами. Новый результат противоречит не только общепринятым концепциям, но и результатам другого недавнего исследования, которое проводилось по той же базе данных CMB. А теперь обо всем этом подробнее.

Если Вселенная и изгибается, то делает она это чрезвычайно плавно. Этот изгиб не играет роли ни в нашей повседневной жизни, ни при перемещении по Солнечной системе, ни даже при перемещении по нашей галактике. Но если вылететь за пределы нашего галактического окружения и долго-долго лететь по прямой линии, то в итоге вы окажетесь в той же точке, откуда начинали (если Вселенная действительно изгибается).

В космологии эта модель известна под термином закрытая вселенная. Идее уже не первый год, но пока что она совсем не вписывается в существующие теории о том, как работает Вселенная. Поэтому доминирует идея плоской вселенной, которая тянется бесконечно во все стороны и не замыкается на себе.

И вот аномалия в самом точном на сегодняшний день измерении реликтового излучения дает твердое (но не однозначно неопровержимое) обоснование полагать, что Вселенная все же замкнута.

Как объясняет один из авторов исследования космолог Алессандро Мелькьори (Alessandro Melchiorri), разница между замкнутой и открытой Вселенной отчасти похожа на разницу между растягивающимся листом резины и раздувающимся воздушным шариком. В обоих случаях объект увеличивается. Но когда растягивается лист, любая точка отдаляется от любой другой по прямой линии. Когда растягивается шар, точки тоже отдаляются друг от друга, но искривление делает геометрию этого движения чуть более сложной.

«К примеру, это означает, что два фотона, летящих по параллельным линиям в закрытой вселенной, в итоге когда-нибудь встретятся», — добавляет Мелькьори.

В открытой плоской вселенной такие два фотона будут лететь вечно и никогда не соприкоснутся.

Принятая модель расширения Вселенной предполагает, что она все же плоская. Если мы отмотаем расширение до самого начала, до первой 0,0000000000000000000000001 секунды после Большого взрыва, то, согласно принятой модели, мы увидим момент начала невероятного, экспоненциального расширения пространства из бесконечно малой точки. И физика этого сверхбыстрого расширения указывает на плоскую вселенную.

Это первая причина, почему большинство экспертов верит в то, что Вселенная плоская. Если есть искривление, то нужно подгонять нашу физику под эти механизмы и заново проверять все вычисления. По мнению авторов новой статьи, это как раз не понадобится.

И все потому, что в реликтовом излучении есть аномалия.

Реликтовое излучение — это самый древний «объект» Вселенной, который мы можем наблюдать. Это тусклый микроволновой свет, который можно засечь, если заблокировать излучение всех звезд и галактик. Это один из самых важных источников наших знаний об истории Вселенной и ее поведении. Все потому, что реликтовое излучение очень древнее и окружает нас со всех сторон. И согласно новым данным о CMB, в нем гораздо сильнее наблюдается эффект гравитационного линзирования, чем можно было бы ожидать. То есть гравитация гораздо сильнее искривляет волны, чем мы могли бы объяснить по принятым моделям.

Речь о данных, собранных в ходе проекта Коллаборация Планка, который проводился под руководством Европейского космического агентства (ЕКА). Целью миссии было создать самую точную карту CMB. Данные были опубликованы в прошлом году (2018 году) и сегодня доступны на сайте ЕКА. Некоторые из авторов нового исследования участвовали в том проекте.

Чтобы объяснить аномалию, ученые вручную добавили переменную A_lens. Это искусственная переменная, ее нет у Эйнштейна. Так исследователи «обнаружили, что A_lens можно объяснить положительно искривленной Вселенной,» объясняет Мелькьори. Вот только расчеты не позволяют сделать однозначный вывод — слишком мало стандартное отклонение.

Но это не единственная причина, почему некоторые космологи скептически относятся к результатам работы.

По мнению Андрея Линде, космолога из Стэнфордского университета, команде следовало учесть результаты другого важного научного исследования, выложенного на arXiv в начале октября (но пока что не опубликованного в рецензируемых журналах).

В той статье космологи из Кембриджа, тоже участвовавшие в Коллаборации Планка, изучили более узкий набор данных, нежели авторы новой статьи. Тот анализ тоже «доказал» наличие искривленной вселенной, но с меньшей вероятностью. Когда же та команда объединила новые данные с двумя предыдущими базами о ранней вселенной, всё указало на то, что Вселенная все же плоская.

Портал Live Science спросил Мелькьори о той статье. Ученый похвалил тщательный подход, но отметил, что та команда изучила более узкий набор данных и обратилась к старым версиям, в то время как он и его команда работали с улучшенной базой.

Линде считает, что это как раз показатель того, что космологи из Кэмбриджа использовали более точные методы.

В общем, все сошлись на том, что искривленная Вселенная принесет с собой немало проблем.

Источник: Funscience