Можно ли вернуться на Землю, если лететь в космосе по прямой?

В те времена, когда люди думали, что Земля плоская, было ересью предполагать, что долгое путешествие по прямой линии в конечном счете приведет вас обратно в исходную точку. Но это правда: пройдите, пролетите, проплывите 40 000 километров в одном направлении — и вы вернетесь туда, откуда начинали.

И тогда вы задумаетесь: можно ли проделать такой же трюк в космосе? Если взять ракету, которая сможет лететь достаточно быстро и достаточно долго, не сталкиваясь с далекими звездами или галактиками, можно ли в конечном итоге вернуться в пункт отправки?

На первый взгляд это может показаться безумием, но на деле нет. Можно думать, что Вселенная бесконечная и продолжается вечно во всех направлениях, но у нас имеются доказательства того, что форма и размер Вселенной вполне конечны. Во-первых, прошло всего 13,8 миллиарда лет с момента Большого Взрыва и мы можем наблюдать объем пространства, который посетил свет за 13,8 миллиарда лет, подсветив каждую посещенную точку. Во-вторых, существуют сотни миллиардов галактик, которые в прошлом были моложе, и чем дальше в прошлое мы заглядываем, тем явственнее это становится. Может ли быть так, что одна (или несколько) таких галактик — это юная версия Млечного Пути, в котором мы выросли? Наконец, подобно тому, как у Земли есть два измерения, в которых мы можем по ней перемещаться (с севера на юг и с запада на восток, но не сверху вниз), может ли Вселенная быть многомерной структурой (гиперсферой или гипертором), в которой множество измерений замкнуты и ограничены, закручиваются сами в себя?


Если да, то если бы вы двигались по прямой линии достаточно долго, в конечном счете вы вернулись бы туда, откуда начали. И если бы вы были бессмертны, однажды вы смогли бы увидеть заднюю часть собственной головы, просто глядя в течение достаточно долгого времени, поскольку ваши глаза в конечном итоге увидят свет, отраженный от вашего собственного затылка. Что ж, если Вселенная действительно такова, как нам узнать это наверняка?

Для этого нам нужно взглянуть на Вселенную на крупнейших масштабах и найти места, в которых она обладает одинаковыми свойствами на всех направлениях. Конечная и закрученная Вселенная означала бы, что одни и те же структуры возникают снова и снова. Хотя большую часть Вселенной будет трудно определить как закрученную, поскольку ограниченная скорость света означает, что мы будем видеть одни и те же объекты на разных этапах их эволюции (вроде более молодого Млечного Пути), всегда найдутся объекты, которые будут на одном этапе эволюции в разных местах. Крупномасштабная структура Вселенной не демонстрирует подобных структур, но у нас есть еще более подходящее место для поиска: космический микроволновый фон.


Флуктуации послесвечения Большого Взрыва имеют весьма специфичные повторяющиеся образцы, но также демонстрируют случайное распределение этих образцов. Для поиска повторяющихся неслучайных сигналов в корреляциях флуктуаций различных участков неба было разработано множество алгоритмов. Если бы Вселенная была конечной и закрученной — если бы ее части повторялись в других местах — это отразилось бы на космическом микроволновом фоне.


Но отсутствие наблюдаемых повторяющихся структур вовсе не означает, что Вселенная не обладает топологией такого типа. Это означает, что если Вселенная действительно повторяется, представляя собой замкнутую гиперповерхность, и мы теоретически можем оказаться в той же точке, двигаясь по прямой достаточно долго, но это будет заметно на масштабах, которые больше наблюдаемой нами части. А учитывая то, что мы ограничены расстоянием, которое прошел свет за 13,8 миллиарда лет, такой сценарий вполне возможен.

Но есть одно но.

Независимо от того, насколько мы будем технически развиты, однажды в будущем, пока мы ограничены скоростью света, мы никогда не узнаем, действительно ли Вселенная ведет себя таким образом. Благодаря темной энергии и ускоренному расширению Вселенной, физически невозможно достичь границы даже нынешней наблюдаемой Вселенной; мы сможем максимум пройти треть этого пути. Если Вселенная не повторяется на масштабах, которые меньше 15 миллиардов световых лет современного диаметра, мы никогда не вернемся в точку, с которой начинали, двигаясь по прямой линии.


Но это не означает, что Вселенная не может быть замкнута, конечна и закручиваться в гиперсферу. Это означает, что расширение Вселенной — ускоренное расширение — запрещает нам «кругосветку» по Вселенной. Из-за комбинации таких факторов, как:

    конечный возраст Вселенной;
    конечная скорость света;
    расширение Вселенной;
    и присутствие темной энергии,

мы можем никогда не узнать, бесконечна наша Вселенная или нет, и какова ее истинная топология.

Все, что мы можем видеть, это часть, доступная для нас, которая позволяет нам установить ограничения на возможную топологию Вселенной. Насколько мы можем сказать, она плоская, неповторяющаяся и, возможно, но не обязательно, бесконечна. Возможно, по мере течения времени, когда Вселенная будет раскрываться перед нам все больше, наши измерения кривизны будут становиться все более точными и откроют нам новую истину. Несмотря на то, что мы сильно ограничены в возможностях наблюдать, за космическим горизонтом могут быть новые, пока неизвестные возможности.