Возможно, Вселенная чем-то похожа на пончик. В математике пончики интересны своей формой, или, иначе говоря, топологией. Если бы наша Вселенная имела сложную топологию, как у пончика, путешественник смог бы пересечь её и в конце концов вернуться в точку старта. Это звучит фантастично, но учёные пока не исключают такую возможность, как указано в новом исследовании, опубликованном в Physical Review Letters.
Что такое топология?
Топология — это математическая характеристика формы. На простом объекте с тривиальной топологией, любом замкнутом пути можно уменьшить до точки. Например, на Земле можно обойти вокруг экватора, создав замкнутую петлю, но её можно постепенно сжать к Северному полюсу.
У объектов с нетривиальной топологией — например, у пончика — есть отверстие, и его невозможно обойти и сжать в точку, не наткнувшись на это ограничение. В топологическом смысле, если бы Вселенная была похожа на пончик, некоторые пути в ней также нельзя было бы сжать в точку.
Может ли Вселенная быть как пончик?
Учёные обычно предполагают, что Вселенная имеет тривиальную топологию. Однако нельзя с уверенностью утверждать, что это действительно так. Вселенная с нетривиальной топологией могла бы напоминать игру Pac-Man: в ней персонаж, двигаясь к правому краю экрана, оказывается слева. В такой системе путешествие может привести обратно в исходную точку.
Как учёные ищут сложную топологию?
Чтобы проверить, есть ли в космосе нетривиальная топология, исследователи обращаются к реликтовому излучению — свету, оставшемуся с момента, когда Вселенной было около 380 тысяч лет. В случае сложной топологии пространство закручивается само в себя, и можно было бы наблюдать одинаковые участки неба в разных местах. Учёные уже искали такие совпадения в реликтовом излучении, но пока не нашли их.
Новые перспективы поиска
Согласно исследованию физика Гленна Старкмана и его коллег, ранее рассматривался лишь узкий диапазон возможных топологий Вселенной. Одна из таких топологий называется 3-тор — куб, в котором все стороны замкнуты сами на себя, как 3D-версия экрана Pac-Man. При такой топологии, выход с одной стороны куба приводит обратно к противоположной стороне. Исследования показали, что в простом 3-торе такой топологии не обнаружено, но остаются более сложные варианты, например, когда стороны куба перекручены.
В новом исследовании учёные рассмотрели 17 различных типов нетривиальной топологии. Многие из них остаются неподтверждёнными или ещё не проверенными. Исследователи оценили, какие характеристики могут проявиться в реликтовом излучении для разных топологий. Проверка этих моделей будет сложной задачей, требующей мощных вычислений и, возможно, использования методов машинного обучения.
Планируется также искать признаки нетривиальной топологии в будущем распределении галактик, например, с помощью космического телескопа Euclid Европейского космического агентства.
Обеспечьте себе и своим близким комфорт и безопасность, посетите наш интернет-магазин измерительного оборудования pribor-x.ru! Наши специалисты всегда готовы помочь вам с выбором и ответить на все ваши вопросы.
Свяжитесь с нами по почте sales@pribor-x.ru или по телефону 8-800-777-24-67.