Конец Вселенной? Новое исследование ставит под вопрос бесконечность пространства - фото

Конец Вселенной? Новое исследование ставит под вопрос бесконечность пространства

5 ноября 2019, 21:00

Коротко:

— какую форму имеет Вселенная

— действительно ли Вселенная бесконечна

— из-за чего спорят современные космологи

В прошлом году одним из главных интернет-трендов были шуточные конспирологические теории, согласно которым Земля плоская, а не сферическая. Эти теории вскоре стали мемом, равно как и люди, которые всерьез приводили аргументы в пользу существования плоской Земли, вроде того, что мы не можем увидеть ее кривизну или того, что не ощущаем скорость ее вращения.

Видео дня

Если для образованного человека очевидно, что наша наша планета имеет сферическую форму, то сказать наверняка, какую форму имеет наша Вселенная не могут даже самые великие ученые современности. До сих пор было принято считать, что в целом Вселенная плоская (об этом — далее). На приверженцев теории сферической Вселенной смотрели примерно так же, как на тех, кто верит в плоскую Землю, поскольку будь бы все пространство вокруг нас сферой — оно имело бы было замкнутым, что, соответственно, ставит под угрозу действующие космологические теории, законы физики и геометрии.

Тем не менее, исследование, которое на днях опубликовала группа ученых из Англии, Италии и Франции в журнале Nature гласит, что Вселенная на самом деле сферическая или, точнее сказать, закрытая. Авторы статьи — астрофизики из Манчестера, Рима и Парижа — полностью уверены в своем исследовании и говорят, что оно может привести к «космологическому кризису».

Форма пространства

СС

Фото: СС

Безусловно, сложно измерить форму Вселенной, находясь в крошечной звездной системе на краю одной из ее многочисленных галактик, с не самым продвинутым оборудованием, и ведя счет времени от Рождества Христового.

Как бы там ни было, наиболее распространенные космологические теории предусматривают, что Вселенная появилась вследствие Большого взрыва и стала расширяться с того момента во всех направлениях. Это расширение описывает так называемая инфляционная модель Вселенной. Благодаря наблюдениям астрономов и математическим расчетам мы выяснили, что в первые секунды своего существования Вселенная расширилась в тысячи раз, и продолжает постоянно расширяться даже сейчас.

Ключевым доказательством Большого взрыва и расширения Вселенной стало открытие реликтового излучения — микроволнового фона, который остался от вещества, возникшего на ранних этапах формирования Вселенной.

Подобные теории и гипотезы предполагают, что пространство вокруг нас является бесконечным, а сама Вселенная — плоской. Конечно, не в прямом смысле: плоскость Вселенной означает, что она равномерно расширяется во всех направлениях, и в ней соблюдается Евклидова геометрия, — в таком пространстве параллельные прямые любой длины никогда не пересекутся, а сумма углов любого треугольника будет равна 180 градусам.

Чрезвычайно важным в определении плоскости Вселенной является плотность вещества в ней. Равномерное расширение Вселенной во всех направлениях состоится только при условии, если концентрация всей материи и энергии, включая пока не обнаруженные нами темные материю/энергию, будет уравновешивать энергии внешнего расширения и внутреннего гравитационного притяжения.

С помощью изучения того же реликтового излучения, в начале 2000-х исследователи определили критическую плотность материи во Вселенной — 5,7 атомов водорода на квадратный метр. Этот показатель подтверждает, что Вселенная является открытой, плоской и бесконечной. Меньшая плотность означала бы, что Вселенная имеет отрицательную кривизну, но по-прежнему остается открытой. А большая плотность материи, наоборот, означала бы, что все пространство вокруг нас имеет положительную кривизну, и оно замкнуто, как сфера.

NASA
Фото: NASA

Астрофизики из Европы, которые на днях опубликовали противоречивое исследование в журнале Nature, заново проанализировали реликтовое излучение и провели собственные расчеты плотности материи во Вселенной.

Конец Вселенной?

NASA

Фото: NASA

Согласно результатам исследования Элеоноры Ди Валентино из Манчестерского Университета, Алессандро Мельхиорри из Римского университета Ла Сапиенца и Джозефа Шелка из Парижского института астрофизики, реальная плотность материи во Вселенной может быть на 5% больше, чем действующий показатель критической плотности.

Если новое исследование подтвердится, даже такое незначительное увеличение допустимой плотности материи подтверждает, что в инфляционной модели Вселенной должна преобладать гравитация, а все пространство вокруг нас в какое-то время захлопнулось из-за его положительной кривизны, и теперь имеет сферическую форму. Стоит ли объяснять, насколько это не соответствует современным космологическим моделям и нашему пониманию развития космоса в целом?

Авторы исследования пишут, что их анализ реликтового излучения и расчеты позитивной кривизны Вселенной верны «более чем на 99%». Измененная кривизна пространства означает, что Вселенная не бесконечна, и мы можем определить ее размеры. Из этого следует и то, что путешествуя во Вселенной в одном направлении длительное время мы вернемся в первоначальную точку. Все это ставит под угрозу теории о расширении Вселенной и содержание в ней темных энергии и материи.

В своем исследовании ученые также добавили к стандартной космологической модели Лямбда-CDM (ΛCDM) седьмой показатель — кривизну Вселенной. До сих пор считалось, что все шесть составляющих в ΛCDM — темная энергия, темная материя, свободные водород и гелий, звезды, нейтрино и тяжелые элементы — это все, что находится во Вселенной. Модель не предусматривала никакого искривления, пока ей не бросили вызов трое астрофизиков из Англии, Италии и Франции.

«Предположение о плоской Вселенной может скрывать космологический кризис, когда несопоставимые наблюдаемые свойства Вселенной кажутся взаимно несовместимыми. Дальнейшие исследования помогут выяснить, являются ли наблюдаемые расхождения следствием необнаруженной систематики, новой физики или просто статистической погрешности», — указано в работе Ди Валентино, Мельхиорри и Шелка.

Война космологов

Ученые, которые не согласны с новым исследованием говорят, проблема несоответствия данных о плотности материи во Вселенной заключается лишь в статистической погрешности и их неправильной трактовке. Главным аргументом является то, что массив данных о реликтовом излучении и составляющих модели ΛCDM настолько велик, что конечные результаты расчетов плотности материи во Вселенной и, как результат, ее гравитационного искажения могут быть неточными в большинстве случаев.

Правда, «погрешность» как аргумент против нового исследования кривизны Вселенной не устраивает авторов этого открытия: «В последние годы космологи „скрывали“ эти аномалии, списывая их на погрешность. Но теперь их статистическая достоверность настолько велика, что пришло время взглянуть на них без предубеждений. Независимо от того, насколько элегантна, красива, симметрична или естественна ваша теория, последнее слово всегда за экспериментальными данными», — сказал Алессандро Мельхиорри из Римского университета Ла Сапиенца.

Что касается седьмого параметра в модели ΛCDM — кривизны Вселенной — приверженцы теории открытой, плоской и бесконечной Вселенной уверены, что он не нужен для подобных расчетов. По их мнению, кривизну пространства в реликтовом излучении можно измерить с помощью гравитационного линзирования из четырех разных точек на небе. Такое линзирование предусматривает, что гравитационные поля больших космических тел изменяют направление электромагнитного излучения, и прежние исследования, основанные на таком методе, подтверждали плоскость Вселенной.

Но самым главным доказательством плоскости был проект Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (BOSS), во время которого ученые с высочайшей точностью измерили расстояния между галактиками в шести миллиардах световых лет от нас. Астрофизики точно определили расстояние между отдаленными объектами с помощью постоянной скорости движения барионных волн и подтвердили, что Вселенная бесконечна и будет расширяться постоянно.

Сами авторы нового противоречивого исследования до конца не настаивают, что Вселенная однозначной является закрытой, но они уверены, что в текущей модели ΛCDM явно чего-то не хватает, иначе как объяснить такую разницу в расчетах. «Суть не в том, что Вселенная может быть закрыта. Проблема заключается в несоответствии данных. Это указывает на то, что в настоящее время не существует согласованной модели согласования и мы что-то упускаем», — говорит Мельхиорри.

Кроме отсутствия единого мнения по поводу плотности материи во Вселенной и ее кривизны, добавляет масла в костер и путаница с постоянной Хаббла — скоростью расширения Вселенной, которая является одной из главных составляющих во многих расчетах, включая определение расстояния к отдаленным объектам.

Что не так с постоянной Хаббла?

NASA, ESA and A. Feild (STScI)

Фото: NASA, ESA and A. Feild (STScI)

Как уже писало НВ, до августа 2019-го постоянная Хаббла составляла 67,4 (км/с)/мегапарсек (один парсек = 3,26 световых лет или 30,8 трлн км). Это подсчитали ученые из Европейского космического агентства (ESA) с помощью телескопа Planck. Но, астрофизики, которые анализируют данные из телескопа Hubble, пару месяцев назад перепроверили точность этой постоянной с помощью более точного метода и получили другие результаты.

В качестве измерительного прибора ученые использовали скопление звезд-цефеидов в Большом Магеллановом Облаке на расстоянии около 7 тыс. световых лет от нас. Для этих звезд характерно постоянное мерцание, с помощью которого можно еще раз измерить скорость расширения Вселенной, и которое является альтернативой к хаббловскому методу измерения этого показателя, основанному на так называемом реликтовом излучении.

Подсчеты, основанные на частоте мерцания цефеидов показали, что постоянная Хаббла составляет 73,4 (км/с)/мегапарсек. Это ровно на 6 (км/с)/мегапарсек больше, чем действующие принятые показатели. Новые расчеты могут подтвердить, что в течение десятков лет постоянная Хаббла была неточной, ученые неправильно измеряли расстояния к самым отдаленным объектам во Вселенной и, опять-таки, мы могли неправильно воспринимать расширение космического пространства и его форму.

Как ни странно, даже новые значения постоянной Хаббла могут быть неверными. Дело в том, что звезды-цефеиды, с помощью которых астрофизики измеряли расстояние, могут быть менее или более ярким в разные периоды своего существования. Это, как и в случае с моделью ΛCDM, добавляет еще больше неизвестных в уравнение, с помощью которого можно рассчитать скорость расширения Вселенной.

Астроном из Чикагского университета и член одной из команд, которые анализируют данные из телескопа Hubble Барр Мадор объяснял, что они нашли наиболее надежный способ уточнить постоянную Хаббла — измерение мерцаний Красных гигантских звезд. Такие звезды являются одинаково яркими в конце своего существования, что упрощает наблюдение за ними из Земли.

Не исключено, что будущие исследования продемонстрируют замедление скорости расширение Вселенной и ее постепенную остановку. Тогда и пригодится модель закрытого космического пространства, о котором сегодня спорят ученые.

Присоединяйтесь к нам в соцсетях Facebook, Telegram и Instagram.

Делитесь материалом




Радіо НВ
X