С момента, когда Альберт Эйнштейн продемонстрировал, что пространство и время могут искривляться и деформироваться, как пар от горячей чаши чая, ученые задумывались о том, какой форме больше всего подобна наша Вселенная.
Может быть, она напоминает бесконечный чипс, изгибающийся вверх и вовне в бесконечность? Или, быть может, она больше похожа на идеально плоскую пиццу, игнорируя выпуклости галактического "пепперони" и "сырной" темной материи? Может быть, она больше похожа на фрикадельку, изгибающуюся назад, пока не столкнётся сама с собой со всех сторон?
Или, возможно, она больше напоминает пончик, создающий замкнутые петли в нескольких измерениях. Недавно международная группа космологов, объединившаяся в Коллаборации COMPACT, исследовала остаточное сияние Большого Взрыва и пришла к выводу, что ничто в его узорах не исключает такой космический пейзаж, если он искривляется правильным образом, по крайней мере.
Пока что "искривленный космический пончик" не стал полноценным математическим термином. Вместо этого исследователи используют термин "3-тор", чтобы описать поразительную возможность двигаться по всем направлениям на протяжении нескольких десятков миллиардов световых лет.
Приблизительно 13,8 миллиарда лет назад все, что мы видим (и, кстати, всё, что мы не видим), было сжато в невероятно маленькое пространство, описание которого науке еще предстоит. Это требует смешения квантовой физики и общей теории относительности, которую мы пока не освоили.
То, что мы можем описать, это моменты, когда пространство растянулось, а материя внутри него остыла. В какой-то момент Вселенная расширилась настолько, что часть её электромагнитного излучения избежала густых толп электронов и сгущающихся атомных ядер.
Эти свободные фотоны с тех пор избегали столкновений, продолжая свой путь, пока расширяющееся пространство не растянуло свет в длинные, прохладные ленты микроволнового излучения.
Это излучение низкой энергии называется космическим микроволновым фоном (CMB). Картирование тонких изменений в сиянии CMB может помочь нам понять, как выглядели ранние моменты расширения. Хотя это удобно для некоторых моделей, масштаб и узоры на карте в значительной степени зависят от того, как формируется пространство, оставляя открытыми другие теории.
Если мы живем внутри гигантской пиццы? Тогда все флуктуации должны точно соответствовать одному масштабу. Существует ли Вселенная - Чипсина? Свет может искривляться так, что вариации кажутся меньше, чем они есть на самом деле. Фрикаделька? Свет может растягиваться.
А если это пончик? Тогда Вселенная будет топологически плоской, как пицца, но с повторяющимися узорами, которые могут указывать на явления, которые приводят к новым представлениям в нашем стремлении понять происхождение всего.
К сожалению, четких признаков этих замкнутых петель пространства и времени в CMB пока не обнаружено.
В открытой публикации команда утверждает, что некоторые экзотические формы Вселенных, основанные на более изогнутых формах тора, все еще совместимы с CMB.
Хотя стандартный пончик имеет проблемы на определенных масштабах, мы не можем так легко отбросить версии тора, которые искривляют свет таким образом, что узоры искажаются, но сохраняют корреляцию.
Поиск этих корреляций может еще раскрыть экзотические особенности общей формы нашей Вселенной, возможно, с изгибами и кривыми, требующими новой физики для объяснения.
Ссылка на полное исследование: https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.132.171501