Сложно себе представить, но это так: какую форму на самом деле имеет Вселенная

Форма Вселенной является одним из важнейших вопросов современной космологии, так как она определяет ее происхождение, эволюцию и судьбу.

Определить форму Вселенной чрезвычайно сложно, поскольку она не имеет внешнего периметра, и мы не можем взглянуть на нее “снаружи”. Ученые используют теоретические модели и наблюдения для понимания структуры космоса.

Форма Вселенной определяется плотностью материи, которая влияет на искривление пространства. Общая теория относительности Эйнштейна утверждает, что материя искривляет пространство, и плотность материи определяет геометрию пространства в крупных масштабах. Ученые сравнивают плотность материи во Вселенной с так называемой критической плотностью — это плотность, при которой Вселенная имела бы нулевую кривизну. Критическая плотность составляет около шести атомов водорода на кубический метр. Материя во Вселенной распределена неравномерно: звезды и галактики сосредоточены в скоплениях, а между ними — обширные пустоты. Для расчетов используется усредненное значение плотности, включающее видимую материю, темную материю и энергию.

Существует три основные формы Вселенной, зависящие от плотности материи. Если плотность выше критической, Вселенная замкнутая, с положительной кривизной, напоминающей поверхность сферы.

В такой модели путешествие по прямой линии приведет обратно к исходной точке. Если плотность меньше критической, Вселенная открытая, с отрицательной кривизной, и напоминает форму седла. Такая Вселенная бесконечна и не имеет границ. Если плотность равна критической, Вселенная плоская и подчиняется законам евклидовой геометрии. Наблюдения показывают, что плотность материи близка к критической, что указывает на плоскую Вселенную.

Несмотря на указания на плоскую форму, ученые рассматривают возможность существования более сложных конфигураций, таких как 3-тор. Это трехмерный аналог тора (бублика), где противоположные стороны пространства соединены. Такая форма могла быть результатом квантовых эффектов на ранних стадиях Большого взрыва. Математически также предложено 18 различных форм плоской Вселенной, и пока неизвестно, какая из них соответствует реальности.

Форма Вселенной напрямую связана с ее дальнейшей судьбой. Если Вселенная замкнута, гравитация остановит расширение, и начнется сжатие, которое завершится Большим сжатием, противоположным Большому взрыву. Если Вселенная открытая, расширение будет продолжаться бесконечно, ускоряемое темной энергией, что приведет к сценарию Большого разрыва, когда все объекты будут разрушены. В плоской Вселенной расширение также продолжится, но с замедлением, что в конечном итоге приведет к Большому замерзанию, состоянию, когда Вселенная станет холодной и темной.

Роль темной энергии в этих процессах остается неопределенной. Она ускоряет расширение космоса, но ученые не знают, как она будет вести себя в будущем. Ее свойства могут существенно повлиять на эволюцию и конечное состояние Вселенной. На данный момент дальнейшая судьба космоса остается предметом теоретических исследований и наблюдений.

Источник: Space