Сусвет плоскі ці выгнуты?
З самага пачатку чалавечай цывілізацыі людзі задумваліся пра Сусвет і яго фундаментальную прыроду. Адно з фундаментальных пытанняў касмалогіі — ці з'яўляецца Сусвет плоскім ці выгнутым. Гэтае пытанне не толькі філасофскае, але і патрабуе глыбокага разумення фізікі і матэматыкі.
Тэарэтычныя асновы
Наша разуменне формы Сусвету грунтуецца на агульнай тэорыі адноснасці Альберта Эйнштэйна, прапанаванай у 1915 годзе. Гэтая тэорыя рэвалюцыянізавала наша ўяўленне пра гравітацыю не як пра сілу прыцягнення паміж двума масамі, а як пра скрыўленне прасторы і часу, выкліканае масай і энергіяй. У гэтым кантэксце Сусвет можа мець мноства розных формаў або геаметрый.
Тры асноўныя магчымасці геаметрыі Сусвету, вядомыя ў сучаснай касмалогіі:
1. Сусвет Плоскі (еўклідаў/адкрыты)
2. Сусвет з станоўчай крывалінейнасцю (сферычны/замкнёны)
3. Сусвет з адмоўнай крывалінейнасцю (гіпербалічны/адкрыты)
Плоскі Сусвет
Калі Сусвет плоскі, то геаметрыя прасторы еўклідава, гэта значыць, што правілы класічнай геаметрыі, як яе выкладаюць у школе, такія як сума вуглоў трыкутніка, якая роўная 180 градусам, прымяняюцца ў касмічным маштабе. У гэтай мадэлі Сусвет можа працягваць пашырацца бясконца, калі агульная шчыльнасць рэчыва і энергіі знаходзіцца на пэўным крытычным значэнні, вядомым як крытычная шчыльнасць. Касмолагі часта выражаюць гэта з дапамогай параметра, вядомага як амега (Ω), дзе Ω = 1 паказвае на плоскі Сусвет.
Назіранні, праведзеныя з дапамогай такіх спадарожнікаў, як Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) і Planck, паказалі, што значэнне Ω вельмі блізкае да 1, што сведчыць аб тым, што наш Сусвет можа быць плоскім.
Сусвет з станоўчай крывалінейнасцю
У Сусвеце з станоўчай крывізной прастора паводзіць сябе як паверхня сферы. Гэта азначае, што лініі, якія першапачаткова паралельныя, сыдуцца ў кропцы, і доўгае падарожжа ў адным кірунку ў рэшце рэшт верне чалавека ў зыходную кропку. Гэтая геаметрыя мае шмат глыбокіх наступстваў, у тым ліку канечны, але бясконцы Сусвет і шчыльнасць рэчыва і энергіі, большую за крытычную шчыльнасць Ω > 1. Назіранні паказваюць, што, хоць існуюць лакальныя вобласці станоўчай крывізны, няма доказаў таго, што Сусвет у цэлым замкнёны, як мяркуе гэтая геаметрыя.
Сусвет з адмоўнай крывалінейнасцю
Калі б Сусвет меў адмоўную крывалінейнасць, то геаметрыя прасторы мела б форму седла. У гэтай мадэлі лініі, якія першапачаткова былі паралельнымі, разыходзіліся б, або аддаляліся б адна ад адной. Гэта адкрыты Сусвет, які працягвае пашырацца бясконца, але з памяншэннем хуткасці з цягам часу, калі шчыльнасць рэчыва і энергіі падае ніжэй за крытычную шчыльнасць Ω < 1. Касмолагі лічаць Сусвет з адмоўнай крывалінейнасцю геаметрыі менш верагодным, грунтуючыся на існуючых дадзеных назіранняў.
Назіранне і доказы
Каб адказаць на пытанне, ці з'яўляецца Сусвет плоскім ці выгнутым, навукоўцы абапіраюцца на шэраг астранамічных назіранняў:
Касмічны мікрахвалевы фон (CMB)
Касмічны мікрахвалевы фон — гэта выпраменьванне, якое засталося пасля Вялікага выбуху. Назіранні рэліктавага выпраменьвання даюць нам уяўленне пра тое, як выглядаў Сусвет, калі яму было каля 380 000 гадоў. Спадарожнікі, такія як зонд мікрахвалевай анізатрапіі Уілкінсана (WMAP) і «Планк», з высокай дакладнасцю адлюстравалі нераўнамернасці рэліктавага выпраменьвання. Гэтыя вымярэнні паказваюць, што Сусвет, здаецца, плоскі з дакладнасцю менш за адзін працэнт.
Звышновая тыпу Ia
Назіранне звышновых тыпу Ia ў далёкіх галактыках — адзін з метадаў вымярэння паскарэння пашырэння Сусвету. Гэта даследаванне паказвае, што, акрамя цёмнай і звычайнай матэрыі, у нашым Сусвеце дамінуе таямнічая энергія, якая называецца цёмнай энергіяй, і ўплывае на яго пашырэнне.
Агляд галактык
Назіранне за размеркаваннем галактык у вялікіх маштабах таксама можа даць уяўленне аб геаметрыі Сусвету. Такія агляды, як Sloan Digital Sky Survey (SDSS), картаграфуюць становішча мільёнаў галактык і далі дадатковыя доказы, якія пацвярджаюць мадэль Сусвету плоскі.
Выснова
Зыходзячы з наяўных доказаў, большасць касмолагаў сыходзяцца ў меркаванні, што наш Сусвет амаль плоскі. Гэта мае глыбокія наступствы, у тым ліку наша ўяўленне пра ўзрост і эвалюцыю Сусвету , а таксама пра яго асноўны энергетычны склад.
Аднак пытанне аб тым, ці сапраўды Сусвет плоскі, ці злёгку выгнуты, застаецца адкрытым. Тэхналогіі назірання працягваюць развівацца, і больш дакладныя назіранні ў будучыні могуць даць канчатковы адказ.
На шляху да разумення Сусвету былі распрацаваны розныя тэарэтычныя і эксперыментальныя інструменты, якія не толькі дапамагаюць нам адказаць на гэтыя фундаментальныя пытанні, але і набліжаюць нас да поўнага разумення паходжання, эвалюцыі і канчатковага лёсу Сусвету.
Такім чынам, пошук адказу на пытанне, ці з'яўляецца Сусвет плоскім ці выгнутым, застаецца адным з самых захапляльных і глыбокіх навуковых прыгод, якія працягваюцца і па гэты дзень.
