Мы знаем, что пространство-время искривляется возле массивных объектов, вроде планет, звёзд и чёрных дыр. Но какой формы всё пространство?
Перевод: Анна Томилова
Редактура: Алексей Малов
Озвучка: Андрей Черников
Монтаж видео: Джон Исмаилов
Обложка: Эльдар Нургалиев
Источник
Разрешение на публикацию
Скрытый текст
Мы привыкли считать пространство пустым: как склад, который только предстоит заполнить, или театральную сцену, где разворачиваются события Вселенной.
Но согласно общей теории относительности, пространство — это физическое динамическое явление, и эта догадка много раз подтверждалась экспериментально. Пространство может искривляться — вместе с этим изменяется и траектория движущихся в нем объектов.
Оно может идти рябью из-за гравитационных волн и расширяться, создавая в пространстве… еще больше пространства.
Все эти явления так или иначе сводятся к одному понятию: кривизне пространства. Или пространства-времени.
На плоских участках пространства, где нет энергии или материи, если объекты движутся по параллельным прямым, их пути останутся параллельными.
При положительной кривизне (вблизи планет и черных дыр) траектории объектов сходятся, а при отрицательной – расходятся, даже если они стремятся в одну точку.
Но какой формы все пространство? Если кривизна положительна, наша вселенная может иметь только форму – огромной гиперпространственной картофелины.
Если идти в одном направлении, рано или поздно окажешься в начальной точке.
Если пространство повсюду плоское, то форма будет проще: Вселенная может растягиваться в бесконечность, или быть зацикленной– как в некоторых компьютерных играх.
А если кривизна пространства везде отрицательна, мы бы не смогли играть в бейсбол.
Какая же у него форма?
Кривизну пространства Вселенной определяют двумя способами. Можно измерить углы в треугольнике. В плоском пространстве их сумма равна ста восьмидесяти градусам.
В искривленном пространстве сумма либо больше, либо меньше ста восьмидесяти градусов в зависимости от его формы.
Космологи провели подобное измерение, изучив пространственные отношения между разными точками на изображении ранней вселенной.
Второй способ – измерить то, что вызывает искривление пространства: плотность энергии и материи во Вселенной.
Это тоже проверили. В обоих случаях оказалось, что Вселенная…практически плоская (с погрешностью в ноль четыре процента).
Но не спешите расстраиваться, что мы живем не в классной гиперкартофелине. Все не так просто.
То, что наша вселенная плоская – похоже, гигантское совпадение космических масштабов.
Если бы во Вселенной было хоть немного больше массы и энергии, пространство было бы искривлено в одну сторону.
А если бы массы и энергии было чуть меньше – то в другую. Но, судя по всему, в нашей Вселенной их ровно столько, сколько надо, чтобы пространство было плоским.
И эта идеальная концентрация: пять атомов водорода на кубический метр пространства. В среднем. На деле огромные пустоты чередуются с участками высокой плотности.
Если бы атомов в среднем было, скажем, шесть или четыре, кривизна вселенной была бы гораздо больше или меньше.
И пока мы понятия не имеем, почему Вселенная имеет именно такую плотность. Если рассуждать о причинах формы вселенной, все наши версии немного кривые.
