Обычно называют две гипотезы, и какая из них верна, зависит от геометрии Вселенной. Геометрия может быть плоской или замкнутой. На самом деле, есть и третий вариант — «открытая» геометрия. Но, похоже, последнее не так, учитывая измерения, которые мы можем сделать, и имеющиеся у нас данные о расширении Вселенной в результате Большого взрыва.
Что же означает «плоская» или «замкнутая»?
Плоская геометрия означает, что всё работает так, как нас учили в школе, используя для этого плоский лист бумаги — в частности, так работает евклидова геометрия. Это означает, что параллельные линии всегда остаются параллельными и никогда не пересекаются и не расходятся. Из этого мы можем вывести, что сумма углов треугольника составляет 180°. Когда это происходит в космосе, разница заключается только в том, что вы можете наклонять бумагу под любым углом.
«Замкнутая» геометрия работает так, как будто у вас нет плоского листа бумаги, а вы рисуете на поверхности шара. Это серьёзно путало картографов с тех самых пор, как люди начали делать плоские карты, пытаясь отразить на них трёхмерный шар, болтающийся в космосе... Были перепробованы разные проекции, но лучшее решение — иметь всё тот же шар, на который вы помещаете всю свою карту.
Если у вас есть мяч, и вы рисуете на нём достаточно большой треугольник, вы получаете сумму углов больше 180°. Например, если вы пойдете на север от экватора, затем повернете направо на 90° на полюсе, двигаясь снова на юг к экватору, а затем снова повернете направо на 90° и продолжите движение вдоль экватора, у вас получится треугольник с тремя прямыми углами, сумма которых будет 270°. Если вы нарисуете две параллельные линии на экваторе, идущие на север, они пересекут друг друга на полюсе. Таким образом, если ваша поверхность не плоская, а замкнутая, как сфера, параллельные линии будут пересекаться, а углы треугольников в сумме будут больше 180°.
Третья возможность — «открытая» геометрия. Двумерная поверхность в этом случае будет немного похожа на седло или картофельный чипс. Если вы попытаетесь нарисовать треугольник на такой поверхности, используя только прямые линии, вы получите треугольник с суммой углов меньше 180°.
Хорошо, так что же наиболее верно? Космологи пытались измерить Вселенную по-разному, включая даже её «взвешивание», но пока лучший способ измерения — это космическое микроволновое фоновое излучение.
Это излучение — послесвечение Большого взрыва в тот момент, когда оно превратилось из горячей непрозрачной плазмы в чуть менее горячий прозрачный газ. Мы также знаем, насколько большой должна была быть Вселенная в то время, чтобы быть настолько горячей. И, наконец, мы знаем расстояние до сгустков фонового излучения, потому что это наибольшее расстояние, на котором части Вселенной могут влиять друг на друга — из-за конечной скорости света. И, наконец, мы можем измерить угол между этими «пятнами», находясь на Земле. С помощью некоторой тригонометрии мы можем затем вычислить размеры огромного треугольника с Землей в одном углу и двумя пятнами микроволнового фона в качестве двух других.
И, пока, насколько мы можем что-то измерить, Вселенная имеет плоскую геометрию. Если она имеет замкнутую геометрию, то она настолько велика, что кажется плоской. Что это значит, с точки зрения «края» Вселенной? Вот вещи, которые либо вызовут головную боль, либо прояснят ситуацию.
- Если у Вселенной плоская геометрия, то никакого края нет. Пространство просто продолжается и продолжается, во веки веков.
- Если Вселенная имеет замкнутую геометрию, то края тоже нет, но, как теннисный мяч, она «оборачивается сама собой». Если вы пойдете в одном направлении, прямо вперед, вы окажетесь там, откуда вышли, но с другой стороны. Но, чтобы быть таким образом замкнутой, Вселенная должна иметь ((10^10)^10)^122 мегапарсек в ширину (парсек составляет около 3,26 световых лет, а мегапарсек — один миллион парсеков). Наблюдаемая Вселенная составляет всего 28 миллиардов парсек в поперечнике (28 000 мегапарсеков), и это более 90 миллиардов световых лет.
Так что ответ, насколько нам известно, пока состоит просто в «слишком большой» Вселенной. В любом случае, ни в одной трактовке нет никакого преимущества перед другими.
Возникает вопрос: если Вселенная замкнута, как мяч, должно быть пространство вне этого мяча. Когда мы используем мяч в качестве аналогии, мы смотрим на двумерную поверхность трёхмерного мяча. Для Вселенной это будет трёхмерное пространство четырёхмерной гиперсферы. Это трудно себе вообразить, но можно представить себя муравьём, живущим на двумерной поверхности мяча, а затем просто предположить, что это работает аналогично, но с ещё одним измерением.
Дело в том, что выражение «вне» Вселенной имеет такое же значение, как выражение «над» бумагой для плоского мультипликационного персонажа. Мы можем добавить измерение под углом 90° к плоской Вселенной и сделать ее трёхмерной, с верхом-низом. Но попробуйте представить себе четвёртое измерение под углом 90° ко всем существующим измерениям одновременно...
Так или иначе, выражение «вне Вселенной» пока для нас не имеет смысла.
По материалам публикации (англ.).
