Яку форму має Всесвіт

Всесвіт — весь матеріальний світ, різноманітний за формами, що їх набуває матерія та енергія, включаючи усі галактики, зорі, планети та інші космічні тіла.

Яку форму має простір?
Ми звикли сприймати простір як порожнечу, в якій все відбувається.
Як порожнє вмістилище, яке можна заповнити.
Або як театральну сцену, на якій розігруються події всесвіту.
Проте загальна теорія відносності визначає простір не як порожнечу, а як фізичну і динамічну річ.
І це визначення було підтверджено багатьма, дуже багатьма експериментами.
Простір може деформуватися через матерію та енергію, викривляючи траєкторії об’єктів, що рухаються у нього всередині.
У ньому можуть поширюватись гравітаційні хвилі, і він може розширюватися, створюючи більше і більше місця між двома об’єктами.
Усі ці явища можуть бути описані однією ідеєю - кривизною простору, або простору-часу.
У пласких областях простору-часу, поблизу яких немає речовини чи енергії, об’єкти, що рухаються паралельними шляхами, продовжать рухатися таким чином і далі.
В додатно-викривлених областях простору-часу, як поблизу планет, або чорних дір, паралельні шляхи розходяться, а у від’ємно-викривлених областях простору-часу паралельні шляхи, або навіть шляхи, що спочатку сходилися, розходяться.
Але як щодо простору в цілому?
Якщо простір має додатну кривизну повсюди, то єдиною його формою може бути гігантська гіперкартоплина.
Якщо ви йтимете в одному напрямку досить довго, то зрештою опинитесь в тому ж місці, де й почали.
Якщо простір плаский повсюди, то його форма може бути такою, що простягається на нескінчену відстань, або ж він міг би бути циклічно замкнутим, як і в деяких відеоіграх.
І якщо простір має від’ємну кривизну повсюди, то важко було б грати в спортивні ігри.
То який же він?
Є два основних способи вимірювання великомасштабної кривизни всесвіту.
Перший - це вимірювання кутів всередині трикутників.
Якщо простір є пласким, то сума кутів становитиме 180 градусів.
Але, якщо простір викривлений, то сума цих кутів буде більшою або меншою, залежно від типу кривизни.
Космологи провели дослідження еквівалентне вимірюванню трикутників у нашому всесвіті, вивчаючи зображення раннього всесвіту, а також досліджуючи просторові співвідношення між різними точками на цих зображеннях.
Другий спосіб визначення кривизни - це дослідження величин, що змушують простір викривлятися, густини речовини та енергії у всесвіті.
І цей параметр космологи також виміряли.
Виявляється, в обох випадках вимірювання показують, що всесвіт неймовірно плаский в межах похибки 0.4 відсотка.
Але перш, ніж ви розчаруєтеся в тому, що не живемо в космічній гіперкартоплині, дозвольте мені сказати вам про одну велику проблему.
Той факт, що ми живемо в пласкому всесвіті видається неймовірним випадковим збігом.
Якщо б у всесвіті було трохи більше маси та енергії, простір мав би додатну кривизну.
А якщо б маси та енергії було менше, то простір мав би від’ємну кривизну.
Але схоже на те, що є якраз така кількість матерії, що робить простір практично ідеально пласким.
Ця величина еквівалентна п’яти атомам водню на кубічний метр простору, в середньому.
Якби було шість атомів водню на кубічний метр в середньому, або чотири, увесь всесвіт був би набагато більш викривленим.
І ми досі не знаємо чому наш всесвіт має саме таку густину речовини та енергії.
Коли справа стосується кривизни всесвіту, наше розуміння залишається на низькому рівні.