С тех пор, как Альберт Эйнштейн заявил, что пространство и время могут быть искривлены и растянуты, как старый матрас в дешевом мотеле, космологи всматривались в небо и размышляли, на какую еду наша Вселенная больше всего похожа по форме.
Она похожа на бесконечную чипсину Pringles, изгибающуюся вверх и наружу в вечность? Может быть, это пицца, идеально плоская, если не обращать внимания на неровности галактической пепперони и сырной тёмной материи? Возможно, она больше похожа на пряную фрикадельку, изгибающуюся назад, пока не встретится с собой со всех сторон. Или, может быть, она больше похожа на пончик, образующий замкнутые петли в нескольких измерениях.
Международная группа космологов, недавно сформировавшая группу под названием COMPACT Collaboration, проанализировала остаточное свечение Большого взрыва и пришла к выводу, что ничто в его структуре не исключает такой космической формы, по крайней мере, если она правильно искривлена. Поскольку “искривлённый космический пончик” – не совсем научный термин (пока), исследователи используют термин “3-тор”, чтобы описать ошеломляющую возможность ткнуть себя в затылок палкой длиной в десятки миллиардов световых лет, независимо от того, в какую сторону вы смотрите. Да, вы правильно прочитали.
Если представить это иначе, наша Вселенная может быть одним гигантским ярмарочным лабиринтом, где вместо ряда зеркал пространство-время изгибается во всех направлениях, позволяя вам – теоретически – увидеть свои собственные задние карманы, если вы достаточно сильно прищуритесь.
Это заманчивая возможность, которая пересматривалась на протяжении многих лет, и не только из-за пристрастия физиков к изысканным десертам. Экзотические формы в масштабах Вселенной могут направить нас к физике того, как наша Вселенная возникла из ничего.
Примерно 13,8 миллиарда лет назад всё, что мы можем видеть (и, если уж на то пошло, всё, что мы не можем видеть), было втиснуто в невероятно маленькое пространство, которое наука ещё не может описать, требуя смеси квантовой физики и общей теории относительности, к которой мы ещё не подошли. То, что можно описать, – это моменты, когда пространство растягивалось, а материал внутри него остывал.
В какой-то момент Вселенная расширилась настолько, что часть её электромагнитного излучения смогла избежать плотной толпы электронов и слипающихся атомных ядер. Доля этих свободных фотонов с тех пор успешно избегала столкновений, счастливо гудя, пока расширяющееся пространство растягивало свет в длинные, холодные нити микроволнового излучения.
Это низкоэнергетическое “свечение” называется космическим микроволновым фоном (реликтовым излучением).
Картирование тонких вариаций в свечении реликтового излучения может дать нам приблизительное представление о том, как выглядели ранние моменты расширения. Хотя это удобно для некоторых моделей, масштаб и структура карты во многом зависят от формы пространства, оставляя другие теории открытыми.
Если мы живём внутри гигантской пиццы, то все эти флуктуации должны точно отражать один и тот же масштаб. У вас Вселенная-чипсы? Свет может изгибаться таким образом, что вариации кажутся меньше, чем они есть на самом деле. Фрикаделька? Свет мог раздуться. А если это пончик?
Вселенная была бы топологически плоской, как пицца, только с повторяющимися закономерностями, которые могли бы указывать на явления, открывающие радикально новые горизонты в нашем стремлении понять происхождение всего сущего. К сожалению, явных признаков этих замкнутых петель пространства и времени в реликтовом излучении пока не обнаружено.
Но члены COMPACT Collaboration утверждают, что нам не следует спешить с заявлениями, что дело закрыто. В своей инаугурационной публикации команда утверждает, что некоторые экзотически сформированные Вселенные, основанные на более искривлённых формах 3-тора, всё ещё совместимы с реликтовым излучением.
В то время как обычный пончик сталкивается с проблемами на определённых масштабах, мы не можем так легко отмахнуться от версий тора, которые искажают свет таким образом, что структуры искажаются, но сохраняют корреляцию. Поиск этих корреляций еще может раскрыть экзотические особенности общей формы нашей Вселенной, возможно, с изгибами и кривыми, которые потребуют объяснения с помощью новой физики.
Возможно, теория Гомера Симпсона, которая так заинтриговала мультипликационного Стивена Хокинга, была не так уж абсурдна.
Это исследование было опубликовано в журнале Physical Review Letters.
Читайте также: Реальна ли мультивселенная? Вот как физики подходят к теории
