Астрономы доказали, что Вселенная замкнута. Что? Нет!
На этой неделе в журнале Nature Astronomy была опубликована статья, авторы которой утверждают о наличии небольшой глобальной положительной кривизны пространства. Эта новость получила широкую огласку как в зарубежных, так и в российских СМИ, причем ее обычно преподносят как прояснение формы Вселенной. Мы попросили постдока Университета Нью-Йорка Михаила Иванова прокомментировать эту работу.
Обработанная с помощью нейросетевого алгоритма Deep Dream карта линий галактического магнитного поля, полученная при анализе реликтового излучения
ESA / Planck Collaboration / Deep Dream Generator
Бурное развитие наблюдательной космологии, продолжающееся на протяжении последних десятилетий, позволило измерить фундаментальные параметры, описывающие нашу Вселенную, несколькими различными способами с процентной точностью.
Если существуют слабые эффекты физики за рамками стандартной космологической модели, то они могут проявиться в наблюдениях уже сейчас. С другой стороны, на достигнутом уровне точности многие систематические ошибки измерений начинают превосходить статистические, и поэтому проявление систематических эффектов можно ошибочно принять за сигнал новой физики.
В связи с этим весьма важно прояснить статистические аномалии в космологических данных, которые имеются уже сейчас. Наиболее важные из них — это противоречивые измерения постоянной Хаббла и амплитуды возмущений крупномасштабной структуры Вселенной, связанные также с аномалией линзирующего потенциала микроволнового излучения. Первый эффект уже был подробно описан и неоднократно освещался в материалах N+1 .
Что касается второго эффекта, то он заключается в следующем. Гравитационное линзирование фотонов реликтового излучения (РИ) структурами на малых красных смещениях приводит к размытию пиков барионных акустических осцилляций (БАО) в спектре флуктуаций температуры. Этот эффект можно понять так: траектории фотонов РИ искажаются из-за наличия структур случайным образом, вследствие этого корреляция между ними ослабевает, и некоторые особенности в спектре, такие как БАО, ослабевают.
Также гравитационное линзирование можно воспринимать как диффузию фотонов, которая размывает БАО аналогично тому, как диффузия разрушает акустические волны в обычной жидкости. Этот эффект может быть аккуратно вычислен, однако, наблюдаемое размытие, измеренное «Планком», оказалось существенно сильнее, чем предсказывается в рамках стандартной космологической модели ΛCDM.
Величину этого эффекта можно выразить через нефизический параметр Alens, который должен быть равен единице в ΛCDM. Любопытно, что в последнем релизе «Планка» Alens отличен от 1 на уровне статистической значимости в 3 сигма. При этом размытие пиков микроволнового излучения имеет место только на малых угловых масштабах (меньше 1/800 радиана).
Аномальное размытие представляет собой одну из причин того, что космологические параметры, измеряемые из спектров мощности флуктуаций температуры и поляризации на малых угловых масштабах, расходятся на уровне 3 сигма с параметрами, извлекаемыми из флуктуаций на больших угловых масштабах. Это несоответствие, однако, обычно интерпретируется как статистическая флуктуация. Такой точки зрения придерживаются многие космологи, в том числе участники коллаборации «Планк».
Это связано с тем, что «Планк» совершает множество независимых измерений, при которых отклонения на уровне 3 сигм обязаны происходить (look elsewhere effect). Сильным указанием на то, что это действительно флуктуация, является прямое измерение линзирующего потенциала РИ, которое отлично согласуется с предсказанием ΛCDM.
Размытие пиков и линзирование карт РИ являются двумя независимыми способами измерения одного и того же линзирущего потенциала. Не существует физической модели, которая бы приводила к разным искажениям в результатах этих двух измерений. Таким образом, наличие разногласия между ними может быть либо систематикой, либо флуктуацией, но никак не новой физикой.
Недавно опубликованная статья ученых под руководством Джозефа Силка (Joseph Silk) из Парижского института астрономии также касается эффект разногласия между измеряемыми «Планком» космологическими параметрами на больших и малых угловых масштабах.
Сразу необходимо заметить, что авторы используют только информацию о температуре и поляризации, игнорируя при этом измерения линзирующего потенциала. Если исследовать только выбранные данные, то предположение о наличии положительной пространственной кривизны позволяет снять разногласие между большими и малыми мультиполями. При этом отличие кривизны от нуля значимо на уровне 3 сигма.
Это наблюдение не ново и уже было сделано в статьях коллаборации «Планк». В новой работе ученые явно показывают, что при добавлении кривизны аномальное линзирование пропадает. Тем не менее, предложенная ими модель приводит к усилению других разногласий. Во-первых, она не сопоставима с измерением барионных акустических осцилляций в распределении структур на малых красных смещениях (SDSS, BOSS, eBOSS). Во-вторых, усиливается расхождением с прямым измерением линзирующего потенциала РИ.
В-третьих, усиливается расхождение с измерением слабого линзирования галактик обзором KiDS. В-четвертых, модель с кривизной предсказывает значение постоянной Хаббла на уровне 55 км/с/Мпк, что сильнее расходится с локальными измерениями, чем результаты оригинального анализа данных «Планка», то есть усугубляет напряженность Хаббла.
Таким образом, модель с кривизной находится в сильном противоречии с космологическими данными на малых красных смещениях. При этом надо иметь в виду, что вклад кривизны становится важен именно на малых красных смещениях, и поэтому данные измерения более чувствительны к ней, и они-то как раз предпочитают нулевую кривизну.
Основывать утверждения о кривизне только на данных «Планка» по температуре и поляризации при игнорировании данных линзирования, БАО и сверхновых методологически неправильно, и именно поэтому коллаборация «Планк» не делала сильных утверждений из того факта, что данные по РИ на больших красных смещениях предпочитают ненулевую кривизну.
Как только все данные объединены, кривизна становится равна нулю с большой статистической значимостью. Кроме того, модель с кривизной усиливает несогласие между разными независимыми измерениями космологических параметров настолько, что эти несоответствия нельзя больше рассматривать как статистические флуктуации. С этой точки зрения более предпочтительной моделью должна быть та, которая минимизирует несогласие, и такая модель есть — это обычная плоская ΛCDM с параметрами «Планка».
Резюмируя, опубликованная статья делает громкие утверждения на основе методологически неправильных манипуляций с данными, что не позволяет относится к полученным результатам как к надежным. Эта ситуация также указывает на слабый процесс реферирования в Nature Astronomy, который в данном случае повел себя как типичный «мусорный журнал».
Источник
Может ли Вселенная быть закольцована и бесконечна
Представьте себе, что вы отправляетесь в космическое путешествие. Вы проплываете мимо Марса, Нептуна, Плутона, пронзаете пространство Млечного пути, вылетаете за пределы галактики, затем галактического кластера. Что же ждет дальше?
Весьма вероятно, что в конечном итоге вы вернетесь на исходную.
Ученые утверждают, что существует небольшая вероятность того, что Вселенная замкнута и представляет собой своего рода петлю. Все дело в том, что команда повторно проанализировала данные о космическом излучении, которое считается старейшим явлением во всей известной нам вселенной и, возможно, помнит еще Большой взрыв. И в данных этих обнаружилась странная аномалия.
Обзор данных эксперимента Европейского космического агентства выявил значительно больше случаев гравитационного линзирования микроволнового света (который и составляет космическое фоновое излучение), чем ожидалось. Это особенно озадачивает, потому что ученые в настоящее время не могут объяснить, как именно гравитация могла бы искривить этот микроволновый свет.
Чтобы учесть расхождения в своих расчетах, ученые добавили переменную A_lens в свою модель Вселенной. Но команда признает, что ее трудно согласовать с прочими известными параметрами, такими как общая теория относительности Эйнштейна. И вот почему: полученное стандартное отклонение 3,5 сигма намного ниже интервала в 5 сигма, на который физики полагаются для подтверждения теории.
Доказательства замкнутой системы мироздания есть и в другом документе космологов Кембриджского университета: когда они сравнил свои результаты с другими наборами данных, то вывели идею плоской, бесконечной Вселенной. В результате все еще больше запутались.
Подтверждение этой теории создаст огромную проблему для физиков и разрушит многие наши представления о Вселенной. Только время и большее число исследований помогут нам наконец докопаться до истины и понять, в какой Вселенной мы живем.
Источник
Вселенная — это большой космический бублик! Доказательства
В этой статье излагается теория, объясняющая, почему Вселенная не расширяется равномерно во всех направлениях, и она связана с геометрией пространства-времени. Большинство ученых считают, что пространство «плоское», если только оно не «искривляется» присутствием материи (что приводит к гравитации). Теория тороидальной Вселенной предполагает, что Вселенная на самом деле не может расширяться, и это только так кажется, потому что пространство-время динамически течет с геометрией тора. Таким образом, Вселенная может одновременно расширяться и сжиматься в замкнутом контуре — растягиваясь вверху, где пространство-время выходит из центра тора, и сужаясь внизу, где пространство-время течет обратно в центр. Теория тороидальной Вселенной также объясняет, почему время течет только в одном направлении — вперед!
Вступление
Большой взрыв не был разовым взрывом, произошедшим около 14 миллиардов лет назад. Это было быстрое расширение пространства, и, поскольку пространство все еще расширяется, то можно сказать, что Большой взрыв все еще происходит. Принято считать, что Большой взрыв произошел из одной точки, называемой «сингулярностью», но на самом деле прямых доказательств этого нет. Если проследить текущее расширение Вселенной во времени, то очевидно, что оно началось гораздо раньше, чем сегодня, но предположение о том, что вселенная возникла из сингулярности, является всего лишь экстраполяцией этой тенденции. На самом деле уравнения, которые, по-видимому, предполагают, что расширение Вселенной может быть прослежено до сингулярности, несовместимы с квантовой механикой, поэтому они, вероятно, неверны. Правда в том, что ученые просто не знают, как возникла Вселенная и было ли у нее вообще начало.
Циклическая Вселенная
Многообещающая новая теория «циклической вселенной» была предложена Анной Иджас из Института Макса Планка и Полом Стейнхардтом из Принстонского университета. В циклической Вселенной периоды расширения чередуются с периодами сжатия. У такой вселенной не было бы ни начала, ни конца. Анна и Пол предполагают, что текущее расширение Вселенной вызвано вездесущим энергетическим полем (поведение которого в настоящее время приписывается темной энергии). Затем, когда энергетическое поле ослабевает, Вселенная начинает плавно сдуваться, но не полностью до сингулярности, потому что сжатие перезаряжает энергетическое поле, и расширение начинается снова.
Когда я увидел это изображение, я был взволнован, потому что оно имеет некоторое сходство с моей собственной теорией, которую я опишу ниже.
Вспышка вдохновения
Я не физик и не космолог, поэтому эта теория возникла не на основе изучения данных или разработки сложных формул. Я исследователь сознания, и эта идея возникла как вспышка вдохновения, когда я медитировал и задавал вопросы своей девушке. За несколько дней до этого я увидел в Википедии следующее изображение …
Самое интересное, что мы с девушкой испытывали энергетические поля в форме тора (подобные изображенному ниже) во время наших медитаций и самоисследований.
Затем, во вспышке вдохновения, два изображения сошлись вместе (как показано ниже), и мы поняли, что Вселенная имеет тороидальную геометрию. Это не новая идея, но для нас она была новой, и мы знали, что она важна.
Кручение (закручивающая энергия) в центральном вихре тора предотвращает втекающую энергию-материю от образования сингулярности, поэтому она может снова появиться из вершины тора в вечном цикле творения, существования и растворения (или Брахмы, Вишну и Шива ).
Большинство ученых считают, что Вселенная плоская и открытая, а не изогнутая и замкнутая (как тор), но это может быть просто вопросом масштаба. В конце концов, с нашей повседневной точки зрения Земля кажется плоской, хотя на самом деле это гигантская изогнутая сфера. Таким образом, наблюдаемая Вселенная может быть очень маленькой областью, выходящей из вершины тора. Но для того, чтобы это было правдой, должны быть некоторые доказательства того, что Вселенная искривляется и закрывается.
Изогнутая замкнутая Вселенная
В статье на ScienceAlert.com описывается, как данные со спутника Planck Европейского космического агентства показывают, что Вселенная «изогнута и замкнута, как надувающаяся сфера». Исследовательская группа, возглавляемая Элеонорой Ди Валентино из Манчестерского университета, обнаружила, что космическое микроволновое фоновое излучение искривлено сильнее, чем можно было бы ожидать, если бы Вселенная была плоской. «Замкнутая вселенная может дать физическое объяснение этому эффекту», а уровень достоверности данных составляет 99,8%.
Вышеупомянутое исследование предполагает, что Вселенная «изогнута и замкнута, как надувающаяся сфера», но не утверждает, что Вселенная является сферой. Таким образом, Вселенная может быть сферой или тором, потому что оба они изогнуты и замкнуты. Криволинейная/ замкнутая модель обычно считается гиперсферой с объемом поверхности 2π^2*r^3 . Интересно, что поверхностный объем тора также равен 2π^2*r^3, поэтому пространственная геометрия искривленной/замкнутой Вселенной может быть тороидальной. Если бы Вселенная была сферической, она бы расширялась равномерно во всех направлениях, но если бы она была тороидальной, она бы расширялась по-разному в разных направлениях из-за более сложной геометрии. Итак, теперь нам просто нужны доказательства того, что Вселенная расширяется неравномерно.
Неравномерное расширение
Скорость расширения Вселенной известна как «постоянная Хаббла». Его измеряли много раз, но никакие два измерения не совпадают, что может означать, что Вселенная расширяется по-разному в разных направлениях.
В течение многих лет большинство ученых считали, что космос расширяется с постоянной скоростью, везде и во всех направлениях, но недавняя статья на ESA.int (веб-сайт Европейского космического агентства), похоже, говорит об обратном. Исследование было совместным проектом Боннского университета и Гарвардского университета, и оно предполагает, что расширение Вселенной не изотропно, то есть оно не одинаково во всех направлениях. Рентгеновский анализ далеких скоплений галактик предполагает, что Вселенная может расширяться с разной скоростью в разных направлениях.
Вот что говорит по этому поводу ученый Геррит Шелленбергер из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики:
Основываясь на наших наблюдениях за скоплением, мы могли обнаружить различия в скорости расширения Вселенной в зависимости от того, как мы смотрели… Это противоречило бы одному из самых основных предположений, которые мы используем сегодня в космологии.
Источник