Кінець Всесвіту? Нове дослідження ставить під сумнів безкінечність простору - фото

Кінець Всесвіту? Нове дослідження ставить під сумнів безкінечність простору

5 листопада 2019, 21:00

Коротко:

— яку форму має Всесвіт

чи дійсно Всесвіт нескінченний

через що сперечаються сучасні космологи

У минулому році одним з головних інтернет-трендів були штучно конспірологічні теорії, згідно з якими Земля пласка, а не сферична. Ці теорії незабаром стали мемом, так само як і люди, які всерйоз наводили аргументи на користь існування плоскої Землі, на зразок того, що ми не можемо побачити її кривизну або того, що не відчуваємо швидкість її обертання.

Відео дня

Якщо для освіченої людини очевидно, що наша наша планета має сферичну форму, то сказати напевно, яку форму має наш Всесвіт не можуть навіть найбільші вчені сучасності. Досі було прийнято вважати, що в цілому Всесвіт плоский (про це далі). На прихильників теорії сферичного Всесвіту дивилися приблизно так само, як на тих, хто вірить в плоску Землю, оскільки будь увесь простір навколо нас сферою він мав би бути замкнутим, що, відповідно, ставить під загрозу чинні космологічні теорії, закони фізики і геометрії.

Проте, дослідження, яке днями опублікувала група вчених з Англії, Італії і Франції в журналі Nature говорить, що Всесвіт насправді сферичний або, точніше сказати, закритий. Автори статті астрофізики з Манчестера, Рима і Парижа повністю впевнені в своєму дослідженні і кажуть, що воно може призвести до «космологічної кризи».

Форма простору

СС

Фото: СС

Безумовно, складно виміряти форму Всесвіту, перебуваючи в крихітній зоряній системі на краю однієї з його численних галактик, з не найпросунутішим обладнанням, і ведучи відлік часу від Різдва Христового.

Як би там не було, найбільш поширені космологічні теорії передбачають, що Всесвіт з’явився внаслідок Великого вибуху і став розширюватися з того моменту в усіх напрямках. Це розширення описує так звана інфляційна модель Всесвіту. Завдяки спостереженням астрономів і математичними розрахунками ми з’ясували, що в перші секунди свого існування Всесвіт розширився у тисячі разів, і продовжує постійно розширюватися навіть зараз.

Ключовим доказом Великого вибуху і розширення Всесвіту стало відкриття реліктового випромінювання мікрохвильового фону, який залишився від речовини, що виникла на ранніх етапах формування Всесвіту.

Подібні теорії і гіпотези припускають, що простір навколо нас є нескінченним, а сам Всесвіт плоским. Звичайно, не в прямому сенсі: плоскість Всесвіту означає, що він поступово розширюється у всіх напрямках, і в ньому дотримується Евклідова геометрія, в такому просторі паралельні прямі будь-якої довжини ніколи не перетнуться, а сума кутів будь-якого трикутника буде дорівнює 180 градусам.

Надзвичайно важливим у визначенні площині Всесвіту є щільність речовини в ньому. Рівномірне розширення Всесвіту в усіх напрямках відбудеться тільки за умови, якщо концентрація всієї матерії і енергії, включно з поки що не виявленими нами темною матерією/енергією, буде врівноважувати енергії зовнішнього розширення і внутрішнього гравітаційного тяжіння.

За допомогою вивчення того ж реліктового випромінювання, на початку 2000-х дослідники визначили критичну щільність матерії у Всесвіті 5,7 атомів водню на квадратний метр. Цей показник підтверджує, що Всесвіт є відкритим, плоским і нескінченним. Менша щільність означала б, що Всесвіт має негативну кривизну, але як і раніше залишається відкритим. А велика щільність матерії, навпаки, означала б, що весь простір навколо нас має позитивну кривизну, і він замкнутий, як сфера.

NASA
Фото: NASA

Астрофізики з Європи, які днями опублікували суперечливе дослідження в журналі Nature, заново проаналізували реліктове випромінювання і провели власні розрахунки щільності матерії у Всесвіті.

Кінець Всесвіту?

NASA

Фото: NASA

Згідно з результатами дослідження Елеонори Ді Валентино з Манчестерського Університету, Алессандро Мельхіоррі з Римського університету Ла Сапієнца і Джозефа Шелка з Паризького інституту астрофізики, реальна щільність матерії у Всесвіті може бути на 5% більшою, ніж чинний показник критичної щільності.

Якщо нове дослідження підтвердиться, навіть таке незначне збільшення допустимої щільності матерії підтверджує, що в інфляційній моделі Всесвіту повинна переважати гравітація, а весь простір навколо нас в якийсь час зачиниться через його позитивну кривизну, і тепер має сферичну форму. Чи варто пояснювати, наскільки це не відповідає сучасним космологічним моделям і нашому розумінню розвитку космосу в цілому?

Автори дослідження пишуть, що їх аналіз реліктового випромінювання і розрахунки позитивної кривизни Всесвіту вірні «Більш ніж на 99%». Змінена кривизна простору означає, що Всесвіт не нескінченний, і ми можемо визначити його розміри. З цього випливає і те, що подорожуючи у Всесвіті в одному напрямку тривалий час ми повернемося до первісної точки. Все це ставить під загрозу теорії про розширення Всесвіту і вміст у ньому темних енергії і матерії.

У своєму дослідженні вчені також додали до стандартної космологічної моделі Лямбда-CDM (ΛCDM) сьомий показник — кривизну Всесвіту. Досі вважалося, що всі шість складових в ΛCDM темна енергія, темна матерія, вільні водень і гелій, зірки, нейтрино і важкі елементи — це все, що знаходиться у Всесвіті. Модель не передбачала ніякого викривлення, поки їй не кинули виклик троє астрофізиків з Англії, Італії і Франції.

«Припущення про плоский Всесвіт може приховувати космологічну кризу, коли непорівнянні спостережувані властивості Всесвіту здаються взаємно несумісними. Подальші дослідження допоможуть з’ясувати, чи є спостережувані розбіжності наслідком непоміченої систематики, нової фізики або просто статистичної похибки», зазначено в роботі Ді Валентино, Мельхіоррі і Шелка.

Війна космологів

Lucy Reading-Ikkanda / Quanta Magazine

Фото: Lucy Reading-Ikkanda / Quanta Magazine

Вчені, які не згодні з новим дослідженням, кажуть, проблема невідповідності даних про щільності матерії у Всесвіті полягає лише в статистичній похибці і їх неправильному трактуванні. Головним аргументом є те, що масив даних про реліктове випромінювання і складові моделі ΛCDM настільки великий, що кінцеві результати розрахунків щільності матерії у Всесвіті і, як результат, її гравітаційного спотворення можуть бути неточними в більшості випадків.

Правда, «похибка» як аргумент проти нового дослідження кривизни Всесвіту не влаштовує авторів цього відкриття: «В останні роки космологи „приховували“ ці аномалії, списуючи їх на похибку. Але тепер їх статистична достовірність настільки велика, що настав час поглянути на них без упереджень. Незалежно від того, наскільки елегантна, красива, симетрична чи природна ваша теорія, останнє слово завжди за експериментальними даними», — сказав Алессандро Мельхіоррі з Римського університету Ла Сапієнца.

Що стосується сьомого параметра в моделі ΛCDM — кривизни Всесвіту — прихильники теорії відкритого, плоского і нескінченного Всесвіту впевнені, що він не потрібен для подібних розрахунків. На їхню думку, кривизну простору в реліктовому випромінюванні можна виміряти за допомогою гравітаційного лінзування з чотирьох різних точок на небі. Таке лінзування передбачає, що гравітаційні поля великих космічних тіл змінюють напрямок електромагнітного випромінювання, і колишні дослідження, засновані на такому методі, підтверджували площину Всесвіту.

Але найголовнішим доказом площині був проект Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (BOSS), під час якого вчені з високою точністю виміряли відстані між галактиками в шість мільярдів світлових років від нас. Астрофізики точно визначили відстань між віддаленими об'єктами за допомогою постійної швидкості руху баріонних хвиль і підтвердили, що Всесвіт нескінченний і буде розширюватися постійно.

Самі автори нового суперечливого дослідження до кінця не наполягають, що Всесвіт однозначною є закритим, але вони впевнені, що в поточній моделі ΛCDM явно чогось не вистачає, інакше як пояснити таку різницю в розрахунках. «Суть не в тому, що Всесвіт може бути закритий. Проблема полягає в невідповідності даних. Це вказує на те, що нині не існує узгодженої моделі узгодження і ми щось втрачаємо», — каже Мельхіоррі.

Крім відсутності єдиної думки щодо щільності матерії у Всесвіті і її кривизни, додає масла у вогонь і плутанина з постійною Хаббла — швидкістю розширення Всесвіту, яка є однією з головних складових у багатьох розрахунках, включно з визначенням відстані до віддалених об'єктів.

Що не так з постійною Хаббла?

NASA, ESA and A. Feild (STScI)

Фото: NASA, ESA and A. Feild (STScI)

Як уже писало НВ, до серпня 2019-го постійна Хаббла становила 67,4 (Км/с)/мегапарсек (один парсек = 3,26 світлових років або 30,8 трлн км). Це підрахували вчені з Європейського космічного агентства (ESA) за допомогою телескопа Planck. Але, астрофізики, які аналізують дані з телескопа Hubble, кілька місяців тому перевірили точність цієї постійної за допомогою більш точного методу і отримали інші результати.

Як вимірювальний прилад вчені використовували скупчення зірок-цефеїд у Великій Магеллановій Хмарі на відстані близько 7 тис. світлових років від нас. Для цих зірок характерне постійне мерехтіння, за допомогою якого можна ще раз виміряти швидкість розширення Всесвіту, і яке є альтернативою до хабблівського методу вимірювання цього показника, заснованого на так званому реліктовому випромінюванні.

Підрахунки, засновані на частоті мерехтіння цефеїд показали, що постійна Хаббла становить 73,4 (Км/с)/мегапарсек. Це рівно на 6 (Км/с)/мегапарсек більше, ніж діючі прийняті показники. Нові розрахунки можуть підтвердити, що протягом десятків років постійна Хаббла була неточною, вчені неправильно вимірювали відстані до найвіддаленіших об'єктів у Всесвіті і, знову-таки, ми могли неправильно сприймати розширення космічного простору і його форму.

Як не дивно, навіть нові значення постійної Хаббла можуть бути невірними. Справа в тому, що зірки-цефеїди, за допомогою яких астрофізики вимірювали відстань, можуть бути менш або більш яскравим в різні періоди свого існування. Це, як і у випадку з моделлю ΛCDM, додає ще більше невідомих в рівняння, за допомогою якого можна розрахувати швидкість розширення Всесвіту.

Астроном з університету Чикаго і член однієї з команд, які аналізують дані з телескопа Hubble Барр Мадор пояснював, що вони знайшли найбільш надійний спосіб уточнити постійну Хаббла вимір мерехтінь Червоних гігантських зірок. Такі зірки є однаково яскравими в кінці свого існування, що спрощує спостереження за ними із Землі.

Не виключено, що майбутні дослідження продемонструють уповільнення швидкості розширення Всесвіту і його поступову зупинку. Тоді й стане в нагоді модель закритого космічного простору, про який сьогодні сперечаються вчені.

Приєднуйтесь до нас у соцмережах Facebook, Telegram та Instagram.

Діліться матеріалом




Радіо НВ
X