Всесвіт - площина чи сфера? Нова суперечка вчених

Космічна обсерваторія Plank

Більш популярна наукова теорія, відома як космічна інфляція, свідчить про абсолютну площинність Всесвіту.

 

Всесвіт може бути закругленим і закритим як сфера, а не плоским, як стверджує стандартна космологічна теорія. До такого висновку прийшли вчені, які заново проаналізували великий масив космологічних даних. ЗМІ розповідають подробиці.

 

Вчені заявляють про кризу космології

 

4 листопада група вчених з Англії, Італії і Франції опублікувала в журналі Nature Astronomy роботу, в якій сказано, що Всесвіт насправді сферичний або, точніше сказати, закритий.

 

Автори статті - астрофізики з Манчестера, Рима і Парижа - на 99 відсотків впевнені у своєму дослідженні і кажуть, що воно може привести до "кризи космології", яка вимагає "радикального переосмислення".

 

Йдеться про дані, отримані космічним телескопом Plank. Це були спостереження за реліктовим випромінюванням - мікрохвильовим фоном, який залишився від речовини, що виникла на ранніх етапах формування Всесвіту.

 

Однак група вчених, що працюють із телескопом Plank, у 2018 році зробила інші висновки за результатами проведеного аналізу, нагадує видання Quanta Magazine.

 

Космолог із Сассекського університету і співробітник обсерваторії Plank Ентоні Льюїс розповів про найпростіше пояснення цієї особливості даних космічного фону.

 

Великий вибух

 

На його думку, ті дані, які автори статті витлумачили як доказ сферичності Всесвіту, є просто "статистичною неточністю". Льюїс та інші експерти кажуть, що вони вже уважно вивчили це питання, а також відповідні загадки в даних.

 

"Безперечно, ці ознаки на певному рівні існують. Розбіжності є лише в питанні тлумачення", - сказав космолог з Університету Джонса Хопкінса Грем Еддісон.

 

Чи є Всесвіт плоским - тобто, чи залишаються назавжди паралельними два промені світла, що йдуть через космічний простір, замість того, щоб із часом перетнутися і повернутися назад у початкову точку, як у замкнутому Всесвіті - передусім залежить від щільності Всесвіту.

 

Якщо вся матерія й енергія у Всесвіті, включаючи темну матерію і темну енергію, дійде до такої концентрації, за якої розширення зовні врівноважить енергію спрямованого всередину гравітаційного тяжіння, космос розшириться в одній площині у всіх напрямках.

 

Більш популярна наукова теорія про народження Всесвіту, відома як космічна інфляція, свідчить про абсолютну площинність Всесвіту.

 

Проведені з початку 2000-х років спостереження показують, що наш Всесвіт майже плоский і мусить бути близьким до критичного значення щільності, яке розрахунково становить за масою близько 5,7 атома водню на кубометр космічного простору, велика частина якого невидима.

 

Телескоп Plank вимірює щільність Всесвіту, розраховуючи, скільки космічного фонового світла в СВЧ-діапазоні відбилося або відхилилося за рахунок гравітації, проходячи протягом 13,8 мільярда років через Всесвіт.

 

Чим більше матерії ці фотони космічного фону зустрічають на своєму шляху у Всесвіті, тим більше вони можуть відхилятися, і в цьому випадку напрямок їхнього руху вже не так строго відображає початкову точку в ранньому Всесвіті.

 

У даних це проявляється у вигляді ефекту розмитості, коли у просторовій моделі світу згладжуються певні піки і падіння. Згідно з даними нового аналізу, велика кількість відхилень космічного фону говорить про те, що Всесвіт відсотків на п'ять щільніший від критичного значення щільності.

 

Тобто в середньому це шість атомів водню на кубометр, а не 5,7. Значить, гравітація перемагає, і космос закільцьовується.

 

 

Вчені обсерваторії Plank ще кілька років тому помітили цей ефект відхилення, який виявився більшим від очікуваного. Найбільш помітно ця аномалія проявилася в їхньому остаточному аналізі повного набору даних, опублікованого минулого року.

 

Якщо Всесвіт плоский, то, згідно із прогнозами космологів, розміри зігнутості не виходять за рамки "стандартного середньоквадратичного відхилення" зі значенням 0, що пояснюється випадковими статистичними змінами даних.

 

І команда Plank, і автори нової роботи виявили, що дані космічного фону СВЧ відхиляються на 3,4 значення середньоквадратичного відхилення. Якщо припустити, що Всесвіт плоский, це неймовірне везіння - ніби кинута монета 11 раз поспіль падає вгору решкою, що трапляється менш ніж в одному відсотку випадків.

 

Вчені обсерваторії Plank пояснюють ці показники саме таким везінням або якимось неврахованим ефектом, який розмиває світло космічного фону в СВЧ-діапазоні, імітуючи додаткову матерію.

 

Автори роботи зазначають, що така закрита модель дає відповіді на інші аномальні знахідки в космічному фоні СВЧ-діапазону.

 

Наприклад, дослідники виводять значення ключових складників нашого Всесвіту, такі як кількість темної матерії і темної енергії, вимірюючи зміни кольору космічного мікрохвильового фону, що виходить із різних частин зоряного неба.

 

Що цікаво, вони отримують різні відповіді, коли зіставляють маленькі ділянки неба і коли зіставляють великі ділянки.

 

Автори відзначають, що якщо перерахувати ці значення, виходячи зі сферичності Всесвіту, відповіді нічим не будуть відрізнятися.

 

Космолог Вілл Кінні, який працює в Університеті штату Нью-Йорк у Буффало, назвав "дуже цікавою" цю особливість моделі закритого Всесвіту.

 

Разом із тим він зазначив, що невідповідності між варіаціями великих і малих масштабів, які спостерігаються у світлі космічного фону СВЧ, цілком можуть бути статистичними коливаннями або виникати в результаті тієї самої невиявленої помилки, яка впливає на вимірювання відхилень.

 

На форму Всесвіту впливають шість ключових властивостей, про що говорить стандартна теорія космології Лямбда Сі Ді Ем (ΛCDM). Відповідно до неї, Всесвіт заповнений, крім звичайної баріонної матерії, темною енергією (позначається грецькою буквою Λ - лямбда) і холодною темною матерією (CDM). Ця теорія точно описує майже всі властивості космосу.

 

Але Лямбда Сі Ді Ем не говорить ні про яку зігнутість; згідно із цією теорією, Всесвіт плоский.

 

Автори нового дослідження по суті справи стверджують, що теорії Лямбда Сі Ді Ем може знадобитися сьомий параметр, що описує зігнутість Всесвіту. Якщо додати такий сьомий параметр, відповідність даних за відхиленнями буде точніша.

 

Однак інші космологи стверджують, що перш ніж всерйоз розглядати аномалію і додавати в теорію сьомий параметр, треба взяти до уваги всі інші положення, які ΛCDM викладає правильно.

 

Звичайно, ми можемо зосередитися тільки на цій аномалії, коли решка випадає 11 разів поспіль, і сказати, що щось не зрослося. Але даних щодо реліктового випромінювання так багато, що це схоже на підкидання монети сотні тисяч разів.

 

Неважко собі уявити, що зробивши це, ми випадково отримаємо 11 решек поспіль. Фізики іноді називають це "ефектом пошуку де завгодно".

 

Далі вчені відзначають, що в більшості інших вимірів сьомий параметр не потрібен. Є другий спосіб визначити просторову кривизну за космічним мікрохвильовим фоном. Для цього треба виміряти співвідношення між світлом із наборів по чотири точки в небі.

 

Така "реконструкція відхилень" показує, що Всесвіт плоский, і ніякий сьомий параметр не потрібен. Крім того, незалежні спостереження за космологічними сигналами, що мають назву баріонні акустичні коливання, також вказують на площинність Всесвіту.

 

Вчені з обсерваторії Plank у своєму аналізі за 2018 рік об'єднали вимірювання коливань із двома іншими вимірами й отримали загальне значення викривлення простору в межах одного стандартного середньоквадратичного відхилення від нуля.

 

Автори "сферичної теорії" вважають, що коли три набори даних збираються воєдино, це приховує той факт, що різні масиви даних не узгоджуються між собою.

 

"Головне тут не в тому, що Всесвіт змикається. Проблема полягає в невідповідності між даними. А це вказує на те, що зараз немає узгодженої моделі і що ми щось втрачаємо. Іншими словами, Лямбда Сі Ді Ем - це помилкова або неповна теорія", - говорить один з авторів.

 

Усі інші вчені, з якими розмовляло видання Quanta Magazine, вважають, що наукові дані переконливо вказують на плоску форму Всесвіту.

 

"З урахуванням усіх інших вимірів. Найбільш чітка інтерпретація даних обсерваторії Plank вказує на те, що це статистичні відхилення. Можливо, це викликано невеликою неточністю в розрахунках і аналізі, може, це просто перешкоди, а може, випадковість. Так чи інакше, у нас немає достатніх підстав сприймати замкнуту модель Всесвіту всерйоз", - сказав Еддісон.

 

Не можна сказати, що в цій космологічній картині наявні всі складники. Теорія ΛCDM начебто неправильно прогнозує нинішню швидкість розширення Всесвіту, що викликає проблему константи Хаббла.

 

Але якщо припустити, що Всесвіт замикається, проблема не буде вирішена. Насправді, якщо сюди ще додати викривлення, прогнози за швидкістю розширення будуть ще гіршими. Якщо не брати до уваги аномальні дані вимірювань Plank, немає ніяких підстав вважати, що Всесвіт є закритою сферою.