|
Многолетние попытки понять космическую топологию
|
|
|
|
Если некоторые аспекты космической топологии окажутся верными, то идея о том, что космические корабли могут путешествовать по космосу на сотни тысяч световых лет, ни разу не вернувшись в исходную точку в пространстве-времени, может оказаться несостоятельной.
|
|
|
|
Дело в том, что некоторые аспекты космической топологии (глобальная форма и связность нашего космоса) могут указывать на то, что Вселенная представляет собой замкнутую систему — по крайней мере, в самых больших масштабах. Это означает, что в некоторых случаях, если космический корабль будет двигаться в одном направлении достаточно долго, он гипотетически может вернуться в исходную точку.
|
|
|
|
«В некоторых случаях существует реальный физический и прямой путь, который может привести вас обратно в исходную точку, но не в то же самое время и место, откуда вы стартовали, — рассказал мне по электронной почте Эндрю Джаффе, профессор космологии и астрофизики в Имперском колледже Лондона. — Если бы этот путь привёл вас в исходную точку в пространстве и времени, то у вас была бы так называемая замкнутая временная кривая, также известная как машина времени», — говорит он.
|
|
|
|
Согласно современной парадигме, мы живём в плоском космосе, бесконечном во всех направлениях. Но глобальная топология может в конечном счёте опровергнуть эту аксиому полностью или частично.
|
|
|
|
|
|
|
Но топология характеризуется возможным существованием и свойствами несжимаемых замкнутых петель — если вы пройдете достаточно далеко в каком-то направлении по такой петле, то вернетесь в исходную точку, как отмечают авторы статьи, опубликованной в 2026 году в журнале Nature Astronomy.
|
|
|
|
Цель таких астрофизиков, как Джаффе, — выявить признаки такой топологии с помощью крупномасштабных космологических наблюдений.
|
|
|
|
Космическая топология оставила бы едва заметные следы в космическом микроволновом фоне (реликтовом излучении) и в трехмерном распределении материи, потенциально нарушая однородность на самых больших масштабах, пишут авторы.
|
|
|
|
Реликтовое излучение — это самый ранний из наблюдаемых в настоящее время видов космического света. Это свет, который в последний раз взаимодействовал с материей примерно через 380 000 лет после Большого взрыва.
|
|
|
|
Космологи наблюдают реликтовое излучение с 1960-х годов, но только с начала 2000-х у них появилась достаточная чувствительность, чтобы обнаружить закономерности, которые позволили бы им увидеть проявления топологии.
|
|
|
|
Закономерности за пределами реликтового излучения
|
|
|
|
«Современная эра изучения космической топологии началась в конце 1990-х годов, когда мы поняли, что можем использовать закономерности в реликтовом излучении для поиска топологических особенностей Вселенной, — рассказал мне Джаффе, автор вышедшей в 2025 году книги «Случайная Вселенная: как модели и теория вероятностей помогают нам понять космос». — В середине 2000-х годов были достигнуты значительные успехи благодаря данным со спутника WMAP, а в 2010-х — благодаря ещё более качественным данным», — говорит он.
|
|
|
|
С тех пор качество данных практически не улучшилось.
|
|
|
|
Но за последние несколько лет Джаффе и его коллеги создали группу под названием COMPACT (Collaboration for Observations, Models and Predictions of Anomalies and Cosmic Topology — «Сотрудничество в области наблюдений, моделирования и прогнозирования аномалий и космической топологии»), в которую входят около 20 учёных со всего мира, занимающихся изучением этой топологической проблемы.
|
|
|
|
«Наша работа в рамках COMPACT направлена на то, чтобы вписать эти результаты в полноценную математическую теорию и детально изучить возможные топологии, которые могли бы описывать нашу Вселенную», — говорит Джаффе.
|
|
|
|
Настоящая трёхмерная карта наблюдаемой части космоса во многом помогла бы определить космическую топологию, а не просто изучить аномалии на поверхности реликтового излучения. Другими словами, она позволила бы составить карту распределения газа, галактик и скоплений галактик, которые астрономы могут наблюдать с помощью самых мощных телескопов.
|
|
|
|
"Правильная трехмерная карта этого вещества дала бы нам еще больше информации о топологии Вселенной - возможно, всю информацию, которой мы когда—либо могли бы располагать", - говорит Джефф.
|
|
|
|
Цель состоит в том, чтобы попытаться увидеть эти повторяющиеся закономерности, изучив как можно большую часть Вселенной.
|
|
|
|
Что же может быть характерным признаком космической топологии?
|
|
|
|
"Существование таких "опознавательных знаков" означает, что две области неба, которые кажутся удаленными друг от друга, на самом деле могут находиться близко друг к другу", - говорит Джефф. "В простейшем случае это дает нам повторяющиеся узоры: для CMB это может означать, что на одной стороне неба есть круг, который имеет точно такой же узор, как и круг, расположенный далеко от него", - говорит он.
|
|
|
|
Яффе использует аналогию с трехмерным тором, трехмерной геометрической фигурой, напоминающей кольцо или пончик.
|
|
|
|
"Представьте круг, который огибает "трубочку" пончика и проходит через нее насквозь", - говорит Яффе. "Существование подобных траекторий указывает на тип топологии, который мы ищем", - говорит он.
|
|
Топологические скопления галактик
|
|
|
|
В скоплениях галактик могут быть даже признаки топологии, которые отражают друг друга на другом конце космоса. Но такие явления будет трудно наблюдать.
|
|
|
|
"Поскольку мы знаем, что масштаб топологии, если это что-то вроде тора, должен быть достаточно велик, чтобы мы не могли наблюдать этих двойников", - говорит Яффе. "Они находятся слишком далеко друг от друга и от нас, чтобы видеть их одновременно", - говорит он.
|
|
|
|
И даже если в конечном итоге мы сможем наблюдать космос в таких больших масштабах, этот тип топологических явлений может навсегда остаться за пределами нашей досягаемости.
|
|
|
|
Космологическая удача
|
|
|
|
Нам также может повезти, и доказательства космической топологии могут содержаться в существующих данных, пишут авторы. Или же они могут быть собраны в ближайшие годы в ходе кампаний по наблюдению реликтового излучения и составлению карт распределения и скоростей галактик и других объектов, указывающих на крупномасштабную структуру, отмечают они.
|
|
Итог?
|
|
|
|
"Нам нужно знать размер Вселенной: если она слишком велика — намного больше, чем расстояние до сферы реликтового излучения, — мы не сможем ее обнаружить", - говорит Джефф.
|
|
|
|
Источник
|
