Может ли Вселенная зациклиться на самой себе? И если да, может ли межгалактическое путешествие вернуть вас на родную планету?
В те времена, когда люди думали, что Земля плоская, было почти ересью предполагать, что путешествие по прямой на достаточно большое расстояние в конце концов вернет вас в исходную точку. Но это правда: проедьте около 40 000 километров (или 25 000 миль) в любом направлении по горам, океанам и любой другой местности, по которой вы бежали и вернитесь туда, откуда вы начали. Это заставляет задуматься, может ли космос быть таким же. Если бы вы сели в космический корабль и путешествовали достаточно быстро и достаточно долго, и не разрушили все, столкнувшись с далекой звездой или галактикой, смогли бы вы в конце концов вернуться туда, откуда начали?
Это не так безумно, как кажется. Мы могли бы подумать, что Вселенная бесконечна, бесконечна во всех направлениях, но имеющиеся у нас доказательства размера и формы Вселенной весьма ограничены. Во-первых, со времени Большого Взрыва прошло всего 13,8 миллиардов лет, и поэтому мы можем видеть только тот объем пространства, который может осветить 13,8 миллиардов лет света, путешествующего по Вселенной и заканчивающегося там, где мы находимся. Во-вторых, существуют сотни миллиардов галактик, и все они кажутся моложе в далеком прошлом, чем дальше мы смотрим. Возможно ли, что один (или несколько) из них - младенческая версия Млечного Пути, в котором мы выросли?
Наконец, может ли быть так, что, поскольку Земля имеет два измерения, в которых мы можем двигаться по ней (север-юг и восток-запад, но не вверх-вниз), что Вселенная может быть многомерной структурой, такой как гиперсфера или гипертор, где различные измерения замкнуты и конечны, загибаясь друг на друга?
Если бы это было так, если бы вы могли путешествовать по прямой достаточно долго, вы бы вернулись туда, откуда начали. Если бы вы не старели, возможно, вы могли бы даже увидеть свой затылок, просто глядя достаточно долго, поскольку ваши глаза в конечном итоге столкнулись бы со светом, излучаемым вашим собственным источником. Если бы Вселенная была такой, как бы мы это поняли?
Ключевым моментом будет рассмотрение Вселенной в самом большом масштабе и поиск мест, где она, по-видимому, обладает одинаковыми свойствами в разных направлениях на небе. Конечная и рекуррентная Вселенная означала бы, что одни и те же структуры будут появляться во Вселенной снова и снова.
Хотя большую часть Вселенной было бы трудно идентифицировать как повторяющуюся, поскольку конечная скорость света означает, что мы будем видеть одни и те же объекты на разных стадиях их эволюции (например, более молодой Млечный Путь).), всегда есть множество объектов, которые появляются на одной и той же стадии эволюции в разных местах. Крупномасштабная структура Вселенной не может показать подобную структуру, но есть еще лучшее место для поиска: космический микроволновый фон!
Флуктуации остаточного свечения Большого Взрыва имеют очень специфический паттерн: они следуют распределению колоколообразной кривой, немного большей по величине в больших масштабах, чем в меньших, после незначительной обработки несколькими сотни тысяч лет космической эволюции, прежде чем мы их наблюдаем. Но, несмотря на сложность этой закономерности, есть еще кое-что: эти колебания демонстрируют случайное распределение этой конкретной закономерности.
Многие алгоритмы, созданные как людьми, так и искусственным интеллектом, были запрограммированы на поиск повторяющихся, неслучайных сигналов или корреляций между колебаниями в различных частях неба. Если бы Вселенная была конечной и замкнутой сама на себя , если бы ее части повторялись в других местах , космический микроволновый фон содержал бы доказательства.
Мы тщательно его искали, но доказательств просто нет. Но отсутствие такой обнаруживаемой повторяющейся структуры не обязательно означает, что Вселенная не имеет такого типа топологии. Это означает только то, что если Вселенная действительно повторяется, если она представляет собой замкнутую гиперповерхность, и если мы теоретически можем вновь появиться в том же месте после достаточно долгого путешествия по прямой, то это происходит в масштабе, большем, чем часть мы можем наблюдать. Учитывая, что мы ограничены тем, как далеко может пройти свет за 13,8 миллиарда лет, есть много возможностей, чтобы это все еще имело место.
Но есть одна загвоздка.
Неважно, насколько технологически продвинутым, по вашему мнению, будет когда-нибудь человек, пока мы ограничены скоростью света, мы никогда не сможем узнать, даже если Вселенная на самом деле такова. способ. Благодаря темной энергии и ускоренному расширению Вселенной физически невозможно добраться даже до края наблюдаемой сегодня Вселенной; мы можем пройти только треть пути туда максимум. Если бы сегодняшняя Вселенная не повторялась в масштабе менее 15 миллиардов световых лет в диаметре, у нас не было бы возможности вернуться к исходной точке, путешествуя по прямой.
Однако это не означает, что Вселенная не может быть замкнутой, конечной и сворачиваться сама в себя, как это делает Гиперсфера или Три Тора. Это просто означает, что расширение Вселенной - ускоряющееся само по себе - запрещает нам когда-либо совершить ни одного "кругосветного плавания" Вселенной и вернуться к нашему истоку. Из-за комбинации:
- конечный возраст Вселенной,
- конечная скорость света,
- расширение Вселенной и
- присутствие темной энергии,
мы никогда не сможем узнать, бесконечна наша Вселенная или нет, и какова ее истинная топология. Мы можем видеть только то, к чему у нас есть доступ, и этого недостаточно, чтобы иметь решающее значение в масштабах, превышающих то, что мы можем наблюдать.
Все, что мы можем видеть, это доступная нам часть Вселенной, что позволяет нам накладывать ограничения на то, какой может быть ее топология. Насколько мы можем судить, он плоский, неповторяющийся и, возможно (но не обязательно) бесконечный. Возможно, с течением времени, когда все больше Вселенной будет постепенно открываться нам, или по мере того, как наши измерения кривизны станут более точными, мы обнаружим отклонение от того, к чему мы пришли до сих пор. В конце концов, мы ограничены тем, что можем наблюдать, но эти пределы будут продолжать меняться по мере старения Вселенной. Возможность Вселенной, которая сильно отличается от того, что мы пришли к выводу, может лежать прямо за космическим горизонтом.