Еще в IV веке до н.э. Аристотель задавался вопросом: является ли Вселенная бесконечной? Философ считал, что небесные тела движутся вокруг Земли, которая находится в центре Вселенной. С этой точки зрения Вселенная должна была бы быть конечной, ведь бесконечное пространство не может иметь центра. Логика Аристотеля, хоть и упрощенная, поставила вопрос, который остается актуальным даже спустя два тысячелетия.
Сегодня ученые все еще не могут точно сказать, Вселенная плоская и безграничная или ее пространство имеет конечную форму, например, сферу или тор. Однако современные методы исследования значительно превосходят представления античности. В поисках ответа астрофизики используют космические наблюдения, математические модели и компьютерные симуляции.
Методика «Круги в небе»
В 1998 году ученые Нил Корниш, Гленн Старкман и Дэвид Спергель предложили методику «Круга в небе». Они предположили, что если Вселенная имеет топологию трехмерного тора, то свет мог бы путешествовать по разным маршрутам и возвращаться к одной точке. Обнаружение таких «кругов» в космическом микроволновом фоне (КМФ), остатках Большого взрыва, могло бы подтвердить эту гипотезу. Однако исследования, проведенные с помощью данных спутников WMAP и Planck, не обнаружили таких сигналов.
Это может свидетельствовать, что Вселенная является либо бесконечной, либо настолько большой, что наши современные наблюдения охватывают лишь малую ее часть. Чтобы преодолеть эти ограничения, исследовательская группа Compact, в состав которой входят ученые из семи стран, разрабатывает новые подходы к изучению космической топологии.
Изучение волн во Вселенной
Идея, на которой основывается новая методика, была предложена математиком Марком Каком еще в 1966 году. Она заключается в использовании анализа волн, оставивших след в структуре Вселенной после Большого взрыва. Эти волны отразились в вариациях температуры КМФ. Если Вселенная имеет специфическую топологию, она может усиливать определенные частоты и приглушать другие.
Изучение таких частот позволит определить форму Вселенной. Например, отсутствие температурной корреляции в КМФ на больших угловых масштабах более 60 градусов может свидетельствовать, что Вселенная имеет конечную форму.
Дальнейшие перспективы
Исследователи Compact создают модели для различных возможных топологий, таких как 3D-тор или сфера, и анализируют соответствующие данные. Кроме КМФ, они используют информацию о распределении галактик, что обеспечивает более подробную трехмерную картину Вселенной. Ожидается, что новые карты, которые будут получены с помощью телескопов Euclid, Roman и Spherex, значительно улучшат точность анализа.
Хотя вероятность найти окончательный ответ остается невысокой, исследователи считают эту работу важной. Если топология Вселенной будет найдена, это станет прорывом в нашем понимании космоса. Если же нет, то это может означать, что Вселенная настолько велика, что ее границы недосягаемы для наших наблюдений.
Независимо от результата, такие исследования помогут нам лучше понять структуру пространства и решить вопрос, который еще Аристотель назвал чрезвычайно важным для поиска истины.
Ранее мы рассказывали о ТОП-7 тайн Вселенной.
По материалам quantamagazine.org
