Это снимок космического телескопа Хаббл, сделанный в 2004 году. Его важная особенность в маленькой красной точке. Это не битый пиксель, а изображение самой далекой галактики, обнаруженной на данный момент! Сейчас до нее больше 32 миллиардов световых лет, ну а в километрах это вообще чудовищная цифра. Да, такси недешево обойдется :)
Но даже такое огромное расстояние меркнет перед тем, что Вселенная – бесконечна! Удаляясь все дальше и дальше, мы никогда не обнаружим ее края. Просторы космоса безграничны и не имеют пределов.
Хотя стоп! С чего мы это взяли?
И правда! То, что мы не видим края Вселенной, еще не означает, что его нет! Да, наш мир огромен, но вдруг он имеет конечный размер, и его можно даже посчитать? Давайте разберемся, действительно Вселенная бесконечна, или все-таки нет? Прочитайте статью до конца и возможно, вы поменяете свое мнение!
Наблюдаемая Вселенная
Итак, впервые о том, что у нашего мира нет конца и края заговорили еще во времена Джордано Бруно, в конце 16 века.
Прошло несколько столетий и, как вы думаете, далеко ли мы продвинулись в понимании размеров Вселенной? Ну, не особо. Да, за такие мысли уже не сжигают, мы много узнали об устройстве мира, но трудностей только прибавилось.
Например, мы поняли, что никогда не сможем увидеть Вселенную целиком, как бы ни старались. Оказывается, нам доступна для наблюдения только ограниченная ее часть, и есть теоретический предел дальности наших исследований.
Причина такой жестокости – скорость света (299 792 458 м/с). Эта величина огромная, но все-таки конечная. Поэтому чем дальше галактика, тем больше времени свет от нее идет до нас. И от очень далеких галактик он еще просто не успел долететь до Земли за все время существования Вселенной!
Так что самое дальнее, что можно наблюдать, находится в 46,5 миллиардах световых лет (цифра такая большая из-за расширения Вселенной: галактики успевают сильно удалиться прежде, чем их свет достигнет Земли). Это – граница Наблюдаемой Вселенной, ее называют горизонтом частиц. А все, что находится дальше, мы увидеть не можем, даже в теории! И вот тут начинается самое интересное!
Кривизна Вселенной
Мы можем только гадать, что находится за горизонтом частиц! Может даже феи и единороги, кто знает? Конечно, логично предположить,что там бесконечное число таких же звезд, туманностей и галактик, но повторюсь, это только предположение. На деле, все может оказаться иначе, и где-то далеко-далеко Вселенная может замыкаться сама на себя! Но как такое возможно?
Дело в том, что пространство может быть искривлено. Чтобы было понятней, попробуйте мысленно провести линию вниз, потом вбок, а потом вверх. Придете ли вы в ту же точку? В плоском, не искривлённом пространстве такое невозможно. Но, например, на поверхности сферы – это вполне реально!
Что-то похожее может быть со всей Вселенной, только искривлено будет 3 измерения. Такое искривление производят массивные тела – планеты, звезды, галактики. Мы, кстати, это воспринимаем, как гравитацию.
И на масштабах Вселенной это искривление действительно может замкнуть ее саму на себя!
Проверить это можно, измерив среднюю плотность Вселенной. Если она равна некой критической величине, то Вселенная бесконечно плоская, не искривленная (плоская это больше обозначение, она конечно не двухмерна). Если средняя плотность меньше критической, Вселенная тоже бесконечна, но искривлена как чипсы. Однако если больше, то это значит, массы во Вселенной достаточно для искривления до замкнутого состояния. И самое интересное, что мы это измерили!
Итак, согласно последним данным средняя плотность Вселенной… равна критической. Что означает, что наш мир плоский (вариант посередине).
Но, существует погрешность в 0,25%. Поэтому вероятность искривленности и замкнутости остается! Точные расчёты показывают, если все-таки это так, ее радиус минимум в 250 раз больше, чем у наблюдаемой части. То есть ее диаметр не менее 23 триллионов световых лет, а объем – в 15 миллионов раз превышает видимый нам.
Эти расстояния огромны! Но задумайтесь, что, если и правда так? В таком случае, пойдя в одну сторону Вселенной, вы придете с противоположной, словно обогнули Вселенную! Этакое «круговселенское» путешествие! Сможем ли мы когда-нибудь такое сделать – большой вопрос. Но сама возможность – поражает!
Топология
Однако это еще не все. Если вы расстроились, что наша Вселенная скорее всего плоская и не искривленная, хочу вас обрадовать. В этом случае она тоже может быть конечной и замкнутой! Только не из-за геометрии, а топологии Вселенной! Вот сейчас советую присесть!
Топология изучает совершенно иные свойства пространства, нежели геометрия: непрерывность, замкнутость. Но лучше пояснить на примере. Представьте себе Вселенную Пакмена. Она двумерная и абсолютно плоская. Но есть одна особенность. Уходя за одну сторону экрана, Пакмен появляется с другой. Поэтому его мир можно представлять себе в виде цилиндра. Стыка Пакмен никогда замечать не будет, и по горизонтальной оси эта Вселенная будет безгранична, но замкнута.
Можно взять расширенную версию этой игры, в которой Пакмен, уходя за экран вверху, появляется внизу. Такую Вселенную можно замкнуть еще интереснее. Соединяем левую и правую стороны как прежде. Но теперь, вдобавок, еще и верхнюю, и нижнюю! Тогда получится тор , бублик, пончик, называйте как угодно.
И что важно, геометрия такой Вселенной по-прежнему плоская! То есть параллельные прямые не пересекаются, пройдя вниз, вбок и вверх вы не придете в ту же точку. Но топология такова, что она не имеет границ и замкнута, конечна. Вот такой вот финт! Есть еще несколько способов замкнуть двухмерную плоскость, та же лента Мебиуса или бутылка Клейна. Но суть та же: то, что кажется бесконечным, на самом деле может быть просто замкнуто.
Топология Вселенной
Подобное можно провернуть и с трехмерным пространством. Визуализировать сложнее, но если взять некий куб, некий объем, достигая одной грани, вы будете появляться с противоположной и так далее. Словно они соединены друг с другом.
Выглядеть это может так: правая грань соединена с левой, верхняя с нижней, ну и еще передняя и задняя должны, но изобразить это вообще непонятно как. Получается вот такой вот сложный трехмерный тор.
И вполне может быть, что наша Вселенная именно такая!
Замкнутая и конечная, причем с плоской геометрией. Остается только один вопрос, а как это можно проверить?
Ну, если характерный размер Вселенной больше наблюдаемой части, то, к сожалению, никак.
Разве что отправить космический корабль в разведку за миллиарды световых лет и очень-очень долго ждать. Если терпения хватит, и теория окажется верна, мы встретим его с другой стороны.
Но если характерный размер меньше видимой части, это реально обнаружить! Ведь глядя далеко-далеко мы сможем увидеть себя!
А точнее изображение нашей галактики. Единственное что, свету нужно время для преодоления большого расстояния, и свою галактику мы обнаружим очень молодой, поэтому, возможно, просто ее не узнаем! Но только вдумайтесь, а вдруг мы это уже сделали, просто пока не поняли, что это мы и есть?
Заключение
Как видите, вопрос о замкнутости Вселенной пока открыт. И далеко не факт, что она бесконечна. Хотя опровергнуть это мы тоже не можем. Согласитесь, чем-то похоже на изучение нашей планеты. Раньше люди считали, что за горизонтом Земля заканчивается. Теперь же, мы знаем (ну, как минимум разумная часть человечества), что никакого края Земли нет, но и поверхность планеты не бесконечна!
Вселенная может быть устроена практически так же. Пока это только предположения. Но я надеюсь, рано или поздно, появится новый Магеллан и мы это узнаем точно!
А вы как считаете? Бесконечна она или нет?
Полезные ссылки:
Про замкнутый мир: https://habr.com/ru/post/388825/
Минимальный размер Вселенной: https://www.forbes.com/sites/startswithabang/2018/07/14/ask-ethan-how-large-is-the-entire-unobservable-universe/#19652abadf80
О топологии Вселенной: https://www.nkj.ru/archive/articles/4632/
Космологический калькулятор: http://www.astro.ucla.edu/%7Ewright/CosmoCalc.html
