Важко уявити, але це правда: якою насправді є форма Всесвіту (фото)

Виміряти форму Всесвіту складно. Відповідь на питання, яку форму має Всесвіт, є дуже суперечливою, адже, коли ми думаємо про форму чогось, ми можемо уявити об'єкт, видимий ззовні. Але Всесвіт не має зовнішнього периметра, і нічого не існує поза ним, оскільки немає зовнішньої сторони, пише Space.

Яку форму має Всесвіт?

Почнемо з того, що астрономам важко зрозуміти форму Чумацького Шляху, адже ми живемо всередині нашої галактики. Але спостереження за іншими схожими галактиками дають уявлення про форму Чумацького Шляху. З Всесвітом все набагато складніше, адже вчені не мають подібної аналогії для порівняння.

Геометрія Всесвіту визначається щільністю матерії в ньому. Загальна теорія відносності Ейнштейна описує, як матерія може викривляти простір, тому щільність матерії може контролювати кривизну і геометрію простору на найбільших масштабах. Але квантові ефекти під час Великого вибуху також могли вплинути на форму Всесвіту.

Вчені вимірюють геометрію Всесвіту, порівнюючи середню щільність матерії в просторі з критичною щільністю матерії, яка визначає кривизну простору.

Всесвіт має критичну щільність, якщо він містить в середньому шість атомів водню на кубічний метр. Але матерія не розподілена рівномірно по всьому Всесвіту. Коли йдеться про щільність матерії у Всесвіті, вчені уявляють рівномірний розподіл кожного атома у Всесвіті. На визначення форми Всесвіту також впливає невидима темна матерія, яка складає 85% всієї матерії у Всесвіті.

Існує три можливі геометричні форми Всесвіту: відкрита, закрита або плоска.

• Якщо щільність матерії у Всесвіті більше критичної щільності, то в такому випадку можна вважати, що Всесвіт закритий і має позитивну кривизну. У такому Всесвіті можна вирушити в подорож космосом, рухаючись прямою лінією, і врешті-решт повернутися в початкову точку. Позитивна кривизна є випуклою, а не вгнутого, і це означає, що Всесвіт має форму поверхні сфери.
• Якщо щільність матерії у Всесвіті менше критичної щільності, то Всесвіт у такому випадку є відкритим і має негативну кривизну. Тому він повинен мати форму вгнутого сідла і безмежну протяжність.
• Якщо Всесвіт має однакову щільність матерії і критичну щільність, то в такому випадку Всесвіт плоский. Вимірювання показують, що щільність матерії майже збігається з критичною щільністю, що вказує на те, що наш Всесвіт плоский. Плоский Всесвіт має евклідову геометрію. Це означає, що Всесвіт має плоску геометрію.

Яку ще форму може мати Всесвіт?

Хоча багато вимірювань показують, що Всесвіт є плоским, деякі вчені при спостереженні за космосом виявили, що плоский Всесвіт не обов'язково виключає складні форми. Наприклад, він може мати форму, відому як 3-тор.

Одновимірне коло відоме як 1-тор. 2-тор, який знаходиться в двох вимірах, має форму бублика. Тепер уявіть собі 3-тор, який знаходиться в трьох вимірах. Уявіть собі куб, вивернутий навиворіт, з протилежними сторонами, які вигинаються і деформуються, поки не повернуться один до одного і не торкнуться. Це 3-тор.

Вчені вважають, що різні форми 3-тора можуть підтримувати враження плоскої евклідової геометрії Всесвіту. Теоретично така форма могла виникнути внаслідок квантових ефектів під час Великого вибуху.

Водночас інші вчені представили 18 математично можливих форм, які відповідають плоскому Всесвіту, і, можливо, одна з них є істинною формою нашого Всесвіту.

Подальша доля нашого Всесвіту

• У закритому Всесвіті гравітація врешті-решт зупинить розширення космосу. Всесвіт у такому випадку почне стиснення, поки вся матерія не збереться в одній точці і відбудеться так зване Велике стиснення. Тобто це дзеркальне відображення Великого вибуху.
• У відкритому Всесвіті недостатньо гравітації, щоб уповільнити розширення космосу. Прискорене темною енергією розширення простору триває, поки не відбудеться Великий розрив, тобто Всесвіт розпадеться на частини.
• Але в плоскому Всесвіті космос буде розширюватися вічно, але це розширення буде поступово уповільнюватись. Врешті-решт цей процес призведе до так званого Великого замерзання. Тобто в кінці буде холодний темний космос. Якщо наш Всесвіт плоский, то саме така доля його чекає.

Хоча важливо розуміти, що вчені точно не знають, як поводитиметься темна енергія в майбутньому, тому остатня доля нашого Всесвіту ще не визначена.