Чому є щось, а чи не ніщо? Плоский світ: Всесвіт вигнутий? Всесвіт розгортається у площину.

Лікар фізико-математичних наук О. МАДЕРА.

Що спільного між аркушем паперу, поверхнею столу, бубликом та кухлем?

Двовимірні аналоги евклідової, сферичної та гіперболічної геометрій.

Аркуш Мебіуса з точкою a на його поверхні, нормаллю до неї і маленьким колом із заданим напрямком v.

Плоский аркуш паперу можна склеїти в циліндр і, з'єднавши його торці, одержати тор.

Тор з однією ручкою гомеоморфен сфери з двома ручками - їхня топологія однакова.

Якщо вирізати цю фігуру і склеїти з неї куб, стане зрозуміло, як виглядає тривимірний тор, що нескінченно повторює копії зеленого черв'ячка, що сидить у його центрі.

Тривимірний тор можна склеїти з куба, подібно до того, як тор двомірний - з квадрата. Різнокольорові "черв'ячки", що подорожують усередині нього, наочно демонструють, які грані куба склеєні разом.

Куб - фундаментальна область тривимірного тора - розрізаний на тонкі вертикальні шари, які при склеюванні утворюють кільце, що складається з двовимірних торів.

Якщо дві грані вихідного куба склеєні з поворотом на 180 градусів, утворюється 1/2 -повернутий кубічний простір.

Поворот двох граней на 90 градусів дає 1/4 повернутий кубічний простір. Спробуйте ці малюнки та аналогічні малюнки на стор. 88 як інверсні стереопари. "Черв'ячки" на неповернених гранях набудуть обсягу.

Якщо в якості фундаментальної області взяти шестигранну призму, склеїти кожну її грань із протилежною прямою, а шестикутні торці з поворотом на 120 градусів, вийде 1/3-повернутий шестикутний призматичне простір.

Поворот шестикутної грані перед склейкою на 60 градусів дає 1/6-повернутий шестикутний призматичний простір.

Подвійний кубічний простір.

Пластинчасте місце виникає, якщо склеїти верхню і нижню сторони нескінченної пластини.

Трубчасті простори - прямий (А) і повернутий (Б), в якому одна з поверхонь склеєна з протилежною з поворотом на 180 градусів.

Карта розподілу мікрохвильового реліктового випромінювання демонструє той розподіл густини матерії, який був 300 тисяч років тому (показано кольором). Її аналіз дозволить визначити, яку топологію має Всесвіт.

У давнину люди вважали, що живуть на великій плоскій поверхні, хоч і вкритій подекуди горами та западинами. Це переконання зберігалося протягом багатьох тисяч років, поки Аристотель у IV столітті до зв. е. не помітив, що судно, що йде в море, пропадає з поля зору не тому, що в міру видалення зменшується до недоступних оку розмірів. Навпаки, спочатку зникає корпус корабля, потім вітрила і, нарешті, щогли. Це привело його до висновку, що Земля має бути круглою.

За минулі тисячоліття зроблено багато відкриттів, накопичено колосальний досвід. Проте досі залишаються без відповіді фундаментальні питання: кінцевий чи нескінченний Всесвіт, всередині якого ми мешкаємо, і яка його форма?

Останні спостереження астрономів та дослідження математиків показують, що форму нашого Всесвіту слід шукати серед вісімнадцяти так званих тривимірних орієнтованих евклідових різноманіттів, причому претендувати на неї можуть лише десять.

Будь-які висновки про можливу форму нашого Всесвіту повинні спиратися на реальні факти, отримані з астрономічних спостережень. Без цього навіть найкрасивіші та правдоподібні гіпотези приречені на невдачу. Тому подивимося, що говорять про Всесвіт результати спостережень.

Перш за все, зауважимо, що, в якому місці Всесвіту ми не знаходилися, навколо будь-якої її точки можна окреслити сферу довільного розміру, що містить всередині простір Всесвіту. Така дещо штучна побудова говорить космологам, що простір Всесвіту є тривимірним різноманіттям (3-ма різноманіття).

Відразу виникає питання: а яке саме різноманіття представляє наш Всесвіт? Математики давно встановили, що їх так багато, що повного списку досі немає. Багаторічні спостереження показали, що Всесвіт має низку фізичних властивостей, які різко скорочують кількість можливих претендентів на її форму. І одна з головних таких властивостей топології Всесвіту – її кривизна.

Згідно з прийнятою на сьогоднішній день концепцією, приблизно через 300 тисяч років після Великого вибуху температура Всесвіту впала до рівня, достатнього для об'єднання електронів і протонів у перші атоми (див. "Наука і життя" № 11, 12, 1996). Коли це сталося, випромінювання, яке спочатку розсіювалося зарядженими частинками, раптово отримало можливість безперешкодно проходити через Всесвіт, що розширюється. Це відоме нині як космічне мікрохвильове фонове, або реліктове, випромінювання напрочуд однорідне і виявляє лише дуже слабкі відхилення (флуктуації) інтенсивності від середнього значення (див. "Наука і життя" № 12, 1993). Така однорідність може бути тільки у Всесвіті, кривизна якого скрізь постійна.

Постійність кривизни означає, що простір Всесвіту має одну з трьох можливих геометрій: плоску сферичну евклідову з позитивною кривизною або гіперболічну з негативною. Ці геометрії мають зовсім різні властивості. Так, наприклад, у евклідовій геометрії сума кутів трикутника дорівнює точно 180 градусів. У сферичній та гіперболічній геометріях це не так. Якщо на сфері взяти три точки та провести між ними прямі, то сума кутів між ними становитиме понад 180 градусів (аж до 360). У гіперболічній геометрії ця сума менше 180 градусів. Є й інші кардинальні відмінності.

Тож яку геометрію для нашого Всесвіту вибрати: евклідову, сферичну чи гіперболічну?

Німецький математик Карл Фрідріх Гаус ще в першій половині XIX століття розумів, що реальний простір навколишнього світу може бути і неевклідовим. Проводячи багаторічні геодезичні роботи у Ганноверском королівстві, Гаусс поставив за мету з допомогою прямих вимірів досліджувати геометричні властивості фізичного простору. Для цього він вибрав три віддалені одна від одної гірські вершини - Хохенгаген, Інзельберг та Броккен. Стоячи на одній із цих вершин, він спрямовував відбиті дзеркалами сонячні промені на дві інші і вимірював кути між сторонами величезного світлового трикутника. Тим самим він намагався відповісти на запитання: чи викривляються траєкторії світлових променів, що проходять над сферичним простором Землі? (До речі, приблизно в цей же час російський математик, ректор Казанського університету Микола Іванович Лобачевський запропонував експериментально дослідити питання про геометрію фізичного простору, використовуючи зірковий трикутник.) Якби Гаус виявив, що сума кутів світлового трикутника відрізняється від 180 градусів, то був би висновок , що сторони трикутника викривлені і реальний фізичний простір неевклідовий. Однак у межах помилки вимірів сума кутів "перевірочного трикутника Броккен – Хохенгаген – Інзельберг" становила рівно 180 градусів.

Отже, у малих (за астрономічними мірками) масштабах Всесвіт постає як евклідова (хоча, звичайно, екстраполювати висновки Гауса на весь Всесвіт не можна).

Нещодавні дослідження, проведені за допомогою висотних аеростатів, піднятих над Антарктидою, також підтверджують висновок. При вимірі кутового спектру потужності реліктового випромінювання був зареєстрований пік, який, як вважають дослідники, може бути пояснений лише існуванням холодної чорної матерії - відносно великих об'єктів, що повільно рухаються, - саме в евклідовому Всесвіті. Інші дослідження також підтверджують цей висновок, що різко скорочує кількість ймовірних претендентів на можливу форму Всесвіту.

Ще в тридцятих роках XX століття математики довели, що існує лише 18 різних евклідових тривимірних різноманіттів і, отже, лише 18 можливих форм Всесвіту замість їхнього нескінченного числа. Розуміння властивостей цих різноманіттів допомагає експериментально визначити справжню форму Всесвіту, оскільки цілеспрямований пошук завжди ефективніший від пошуку наосліп.

Однак кількість можливих форм Всесвіту можна скоротити ще. Справді, серед 18 евклідових 3-багатообразій є 10 орієнтованих і 8 неорієнтованих. Пояснимо, що є поняття орієнтованості. Для цього розглянемо цікаву двовимірну поверхню – листок Мебіуса. Його можна отримати з прямокутної смужки паперу, перекрученого один раз і склеєного кінцями. Тепер візьмемо на аркуші Мебіуса крапку а, Проведемо до неї нормаль (перпендикуляр), а навколо нормалі накреслимо невелике коло з напрямом проти годинникової стрілки, якщо дивитися з кінця нормалі. Почнемо переміщати крапку разом із нормаллю та спрямованим колом по аркушу Мебіуса. Коли точка обійде весь лист і повернеться у вихідне положення (зорово вона буде на іншій стороні листа, але в геометрії поверхня товщини не має), напрямок нормалі зміниться на зворотний, а напрямок кола - на протилежний. Такі траєкторії називаються шляхами, що обертають орієнтацію. А поверхні, що їх мають, називають неорієнтованими або односторонніми. Поверхні ж, на яких немає замкнених колій, що обертають орієнтацію, наприклад сфера, тор і неперекручена стрічка, називають орієнтованими або двосторонніми. Зауважимо до речі, що лист Мёбиуса є евклідово неорієнтоване двомірне різноманіття.

Якщо припустити, що наш Всесвіт - неорієнтоване різноманіття, то фізично це означало б таке. Якщо ми полетимо із Землі вздовж замкнутої петлі, що звертає орієнтацію, то, звичайно, повернемося додому, але опинимося у дзеркальній копії Землі. Ми не помітимо в собі жодних змін, але по відношенню до нас у решти жителів Землі серце виявиться праворуч, весь годинник піде проти годинникової стрілки, а тексти постануть у дзеркальному відображенні.

Малоймовірно, що ми живемо у такому світі. Космологи вважають, що якби наш Всесвіт був неорієнтованим, то відбувалося б випромінювання енергії з прикордонних зон, у яких взаємодіють матерія та антиматерія. Однак нічого подібного ніколи не спостерігалося, хоча теоретично і можна припустити, що подібні зони існують за межами області Всесвіту, доступного нашому погляду. Тому резонно виключити з розгляду вісім неорієнтованих різноманіттів та обмежити можливі форми нашого Всесвіту десятьма орієнтованими евклідовими тривимірними різноманіттями.

Тривимірні різноманіття у чотиривимірному просторі надзвичайно важкі для наочного уявлення. Однак можна спробувати уявити їх структуру, якщо застосувати підхід, що використовується в топології для візуалізації двовимірних різноманіттів (2-многообразий) в нашому тривимірному просторі. Всі об'єкти в ньому вважаються ніби зробленими з якогось міцного еластичного матеріалу на зразок гуми, що допускає будь-які розтягування та викривлення, але без розривів, складок та склеєк. У топології фігури, які можна за допомогою таких деформацій перетворювати одну на іншу, називають гомеоморфними; вони мають однакову внутрішню геометрію. Тому з точки зору топології бублик (тор) і звичайна чашка з ручкою - те саме. А ось футбольний м'яч перевести в бублик неможливо. Ці поверхні топологічно різні, тобто мають різні внутрішні геометричні властивості. Однак якщо на сфері вирізати круглу дірку і приробити до неї одну ручку, то фігура, що вийшла, вже буде гомеоморфна тору.

Існує безліч поверхонь, які топологічно відмінні від тора та сфери. Наприклад, додавши до тору ручку, подібну до тієї, що ми бачимо у чашки, ми отримаємо нову дірку, а значить, і нову фігуру. Тор з ручкою буде гомеоморфен фігурі, що нагадує крендель, яка в свою чергу гомеоморфна сфері з двома ручками. Додавання кожної нової ручки створює ще одну дірку, отже, і іншу поверхню. У такий спосіб можна отримувати нескінченну їх кількість.

Всі такі поверхні називаються двомірними різноманіттями або просто двома різноманіттями. Це означає, що навколо будь-якої їх точки можна окреслити коло довільного радіусу. На поверхні Землі можна намалювати коло, яке містить її точки. Якщо ми бачимо тільки таку картину, резонно вважати, що вона є нескінченною площиною, сферою, тором або взагалі будь-якою іншою поверхнею з нескінченного числа торів або сфер з різним числом ручок.

Ці топологічні форми може бути досить складні розуміння. І щоб легше і чіткіше уявити їх собі, склеїмо циліндр із квадратного аркуша паперу, з'єднавши його ліву та праву сторони. Квадрат у разі називається фундаментальної областю для тора. Якщо тепер подумки склеїти основи циліндра (матеріал циліндра еластичний), вийде тор.

Уявімо собі, що є якась двомірна істота, скажімо комаха, рух якої по поверхні тора необхідно досліджувати. Зробити це непросто, і набагато зручніше спостерігати його рух квадратом - простору з тією ж топологією. Цей прийом має дві переваги. По-перше, дозволяє наочно побачити шлях комахи у тривимірному просторі, стежачи за його переміщенням у двомірному просторі, а по-друге, дозволяє залишатися в рамках добре розвиненої геометрії евклідової на площині. У евклідовій геометрії міститься постулат про паралельні прямі: для будь-якої прямої лінії і точки поза нею існує єдина пряма, паралельна першій і проходить через цю точку. Крім того, сума кутів плоского трикутника точно дорівнює 180 градусам. Але оскільки квадрат описується евклідовою геометрією, ми можемо поширити її на тор і стверджувати, що тор - евклідова 2-ма різноманіття.

Нерозрізність внутрішніх геометрій для різних поверхонь пов'язана з важливою їх топологічною характеристикою, званої розгортання. Так, поверхні циліндра і конуса виглядають зовсім різними, але їх геометрії абсолютно однакові. Обидві вони можуть бути розгорнуті в площині без зміни довжин відрізків і кутів між ними, тому їм справедлива евклідова геометрія. Це саме стосується і тору, оскільки він є поверхнею, що розгортається в квадрат. Такі поверхні називають ізометричними.

Численна кількість торів можна сформувати і з інших плоских фігур, наприклад, з різних паралелограмів або шестикутників, склеюючи їх протилежні краї. Однак для цього годиться далеко не кожен чотирикутник: довжини його склеєних сторін повинні бути однаковими. Така вимога необхідна, щоб уникнути при склеюванні подовжень або стискань країв області, які порушують геометрію евклідів поверхні.

Тепер перейдемо до різноманіття більшої розмірності.

Спробуємо уявити собі можливі форми нашого Всесвіту, які, як ми вже бачили, треба шукати серед десяти орієнтованих евклідових тривимірних різноманіттів.

Для подання евклідова 3-багатообразия застосуємо використаний вище метод для двомірних різноманіття. Там ми використовували як фундаментальну область тора квадрат, а для представлення тривимірного різноманіття братимемо тривимірні об'єкти.

Візьмемо замість квадрата куб і подібно до того, як ми склеювали протилежні краї квадрата, склеїмо разом протилежні грані куба у всіх їхніх точках.

Тривимірний тор, що вийшов, являє собою евклідово 3-різноманітність. Якби ми якимось чином опинилися в ньому і подивилися вперед, то побачили б свою потилицю, а також свої копії в кожній грані куба - попереду, ззаду, ліворуч, праворуч, вгорі та внизу. За ними ми б побачили безліч інших копій, подібно до того, якби опинилися в кімнаті, де стіни, підлога і стеля вкриті дзеркалами. Але зображення у тривимірному торі будуть прямими, а не дзеркальними.

Важливо відзначити кругову природу цього та багатьох інших різноманітностей. Якби Всесвіт справді мав таку форму, то, покинувши Землю і летячи без будь-яких змін курсу, ми зрештою повернулися б додому. Щось подібне спостерігається і на Землі: рухаючись на захід уздовж екватора, ми рано чи пізно повернемося у вихідну точку зі Сходу.

Розрізавши куб на тонкі вертикальні шари, ми отримаємо набір квадратів. Протилежні краї цих квадратів мають бути склеєні разом, тому що вони становлять протилежні грані куба. Так що тривимірний тор виявляється кільцем, що складається з двовимірних торів. Згадаймо, що передній та задній квадрати також склеєні та служать гранями куба. Топологи позначають таке різноманіття як T 2 xS 1 де T 2 означає двовимірний тор, а S 1 - кільце. Це приклад зв'язки, або пучка, торів.

Тривимірні тори можуть бути отримані не лише за допомогою куба. Подібно до того, як паралелограм утворює 2-тор, склеюючи протилежні грані паралелепіпеда (тривимірного тіла, обмеженого паралелограмами), ми створимо 3-тор. З різних паралелепіпедів утворюються простори з різними замкнутими шляхами та кутами між ними.

Ці та всі інші кінцеві різноманіття дуже просто включаються в картину Всесвіту, що розширюється. Якщо фундаментальна область різноманіття постійно розширюється, утворений нею простір буде також розширюватися. Кожна точка в просторі, що розширюється, все далі віддаляється від інших, що в точності відповідає космологічній моделі. При цьому, однак, потрібно взяти до уваги, що точки поблизу однієї грані завжди будуть сусідити з точками на протилежній грані, оскільки, незалежно від розміру фундаментальної області, протилежні грані склеєні.

Наступне тривимірне різноманіття, схоже на тривимірний тор, називається 1/2 - повернутий кубічний простір. У цьому просторі фундаментальною областю знову служить куб або паралелепіпед. Чотири грані склеєні як завжди, а дві, передня і задня, що залишилися, склеєні з поворотом на 180 градусів: верхня частина передньої грані приклеєна до нижньої частини задньої. Якби ми опинилися в такому різноманітті і подивилися на одну з цих граней, то побачили б власну копію, але перевернуту догори ногами, за нею звичайну копію і так до безкінечності. Подібно до тривимірного тора, фундаментальна область 1/2-повернутого кубічного простору може бути нарізана на тонкі вертикальні шари, так що при склеюванні вийде знову пучок двовимірних торів, з тією тільки різницею, що цього разу передній і задній тори склеєні з поворотом на 180 градусів .

1/4-повернутий кубічний простір виходить так само, як попередній, але з поворотом на 90 градусів. Однак оскільки поворот здійснюється тільки на чверть, воно може вийти не з будь-якого паралелепіпеда - його передня та задня частини повинні бути квадратами, щоб уникнути викривлення та перекошування фундаментальної області. У передній грані куба ми побачили б за своєю копією ще одну, повернуту щодо неї на 90 градусів.

1/3-повернутий шестикутний призматичний простір використовує як фундаментальну область не куб, а шестикутну призму. Для його отримання потрібно склеїти кожну грань, що є паралелограмом, з її протилежною гранню, а дві шестикутні грані - з поворотом на 120 градусів. Кожен шестикутний шар цього різноманіття - тор, і, таким чином, простір також є пучок торів. У всіх шестикутних гранях ми побачили б копії, повернуті на 120 градусів щодо попередньої, а копії у гранях – паралелограмах – прямі.

1/6-повернутий шестикутний призматичний простір сконструйований подібно до попереднього, але з тією різницею, що передня шестикутна грань приклеєна до задньої з поворотом на 60 градусів. Як і раніше, в пучці торів, що залишилися грані - паралелограми - приклеєні одна до іншої безпосередньо.

Подвійний кубічний простір радикально відрізняється від попередніх різноманітностей. Цей кінцевий простір вже не є пучком торів і має незвичайну структуру склеювання. Подвійний кубічний простір, однак, використовує просту фундаментальну область, яка є двома кубами, розташованих один на іншому. При склеюванні не всі грані з'єднуються безпосередньо: верхня передня та задня грані приклеюються до граней, розташованих безпосередньо під ними. У цьому просторі ми б бачили себе у своєрідній перспективі – ступні ніг виявилися б прямо перед очима.

На цьому закінчується список кінцевих евклідових тривимірних, що орієнтуються, так званих компактних різноманітностей. Цілком ймовірно, що серед них і потрібно шукати форму нашого Всесвіту.

Багато космологів вважають, що Всесвіт кінцевий: важко уявити собі фізичний механізм виникнення нескінченного Всесвіту. Проте розглянемо чотири некомпактних евклідових тривимірних різноманіття, що залишилися орієнтовані, поки не отримані реальні дані, що виключають їх існування.

Перше і найпростіше нескінченне тривимірне різноманіття - евклідове простір, яке вивчається в середній школі (воно позначається R 3). У цьому просторі три осі декартових координат сягають нескінченності. У ньому ми не бачимо жодних своїх копій, ні прямих, ні повернутих, ні перевернутих.

Наступне різноманіття - так зване пластинчасте простір, фундаментальною областю якого є нескінченна пластина. Верхня частина пластини, що є нескінченною площиною, приклеюється безпосередньо до її нижньої частини, а також нескінченної площини. Ці площини повинні бути паралельні одна одній, але можуть бути довільно зрушені при склейці, що несуттєво, враховуючи їхню нескінченність. У топології це різноманіття записується як R 2 xS 1 де R 2 позначає площину, а S 1 - кільце.

Останні два 3-ма різноманіття використовують як фундаментальні області нескінченно довгі трубки. Трубки мають чотири сторони, їх перерізи є паралелограми, вони не мають ні верху, ні низу - чотири їхні сторони простягаються нескінченно. Як і раніше, характер склеювання фундаментальної області визначає форму різноманіття.

Трубчастий простір формується за допомогою склеювання обох пар протилежних сторін. Після склеювання початковий переріз у вигляді паралелограма стає двомірним тором. У топології цей простір записується як добуток T 2 xR 1 .

Повернувши на 180 градусів одну зі склеюваних поверхонь трубчастого простору, отримаємо повернутий трубчастий простір. Цей поворот з урахуванням нескінченної довжини трубки надає йому незвичайних характеристик. Наприклад, дві точки, розташовані дуже далеко одна від одної, по різних кінцях фундаментальної області, після склейки будуть поруч.

Яка ж все-таки форма нашого Всесвіту?

Щоб з наведених вище десяти евклідових 3-багатоподібних вибрати одне як форму нашого Всесвіту, необхідні додаткові дані астрономічних спостережень.

Найпростіше було б знайти копії нашої Галактики у нічному небі. Виявивши їх, ми зможемо встановити характер склеювання фундаментальної області Всесвіту. Якщо виявиться, що Всесвіт являє собою 1/4-повернутий кубічний простір, то прямі копії нашої Галактики будуть видні з чотирьох сторін, а повернені на 90 градусів - з двох, що залишилися. Однак, незважаючи на простоту, цей спосіб мало придатний для встановлення форми Всесвіту.

Світло поширюється з кінцевою швидкістю, тому, спостерігаючи Всесвіт, ми по суті дивимося в минуле. Навіть якщо ми одного разу виявимо зображення нашої Галактики, то не зможемо дізнатися про неї, тому що у свої "молоді роки" вона виглядала зовсім інакше. Занадто складно з величезної кількості галактик дізнатися про копію нашої.

На початку статті говорилося, що Всесвіт має постійну кривизну. Однорідність космічного мікрохвильового фонового випромінювання прямо свідчить про це. Однак воно має легкі просторові варіації, приблизно 10 -5 кельвінів, що показують, що в ранньому Всесвіті мали місце незначні флуктуації густини речовини. Коли Всесвіт, що розширюється, остигав, матерія в цих областях з часом створила галактики, зірки і планети. Карта мікрохвильового випромінювання дозволяє подивитися в минуле, за часів початкових неоднорідностей, побачити намітки Всесвіту, який був тоді в тисячу разів менший. Щоб оцінити значення цієї карти, розглянемо гіпотетичний приклад: Всесвіт як двомірного тора.

У тривимірному Всесвіті ми спостерігаємо небо в усіх напрямках, тобто у межах сфери. Двовимірні жителі двомірного Всесвіту змогли б спостерігати його лише в межах кола. Якби це коло було менше фундаментальної області їх Всесвіту, вони не могли б отримати жодних вказівок про її форму. Якщо, однак, коло бачення двовимірних створінь більше фундаментальної області, вони змогли б побачити перетину і навіть повторення образів Всесвіту і спробувати знайти точки з однаковими температурами, які відповідають одній і тій же області. Якщо в їхньому колі бачення виявилося б досить багато таких точок, вони змогли б укласти, що живуть у торовому Всесвіті.

Незважаючи на те, що ми живемо у тривимірному Всесвіті і бачимо сферичну область, перед нами постає та сама проблема, що й перед двомірними створіннями. Якщо наша сфера бачення менша за фундаментальну область Всесвіту 300 000-річної давності, ми нічого незвичайного не побачимо. В іншому випадку сфера перетинатиме її по колах. Виявивши два кола, що мають однакові варіації мікрохвильового випромінювання, космологи зможуть порівняти їхню орієнтацію. Якщо кола розташовані навхрест, це означатиме наявність склеювання, але без повороту. Деякі з них, однак, можуть поєднуватися відповідно до повороту на чверть або половину. Якщо цих кіл вдасться виявити досить багато, таємниця фундаментальної області Всесвіту та її склеювання буде розкрито.

Однак, доки не з'явиться точна карта мікрохвильового випромінювання, космологи жодних висновків зробити не зможуть. 1989 року дослідники з НАСА спробували створити карту реліктового випромінювання космічного простору. Однак кутовий дозвіл супутника становив близько 10 градусів, що не дозволило зробити точні виміри, що задовольняють космологів. Навесні 2002 року НАСА зробило другу спробу і запустило зонд, який завдав на карту температурних флуктуацій з кутовим дозволом вже близько 0,2 градуса. У 2007 році Європейське космічне агентство планує використовувати супутник "Планк", який має кутовий дозвіл 5 дугових секунд.

Якщо запуски пройдуть успішно, протягом чотирьох-десяти років будуть отримані точні карти флуктуацій реліктового випромінювання. І якщо розмір сфери нашого бачення виявиться досить великим, а виміри - досить точними та надійними, ми нарешті дізнаємося, яку форму має наш Всесвіт.

Перевірка справедливості космологічної моделі Всесвіту, за якою близько 72% її маси припадає на темну енергію, за новою методикою підтвердила, що Всесвіт "плоский", а так званий космологічний постійний, який Альберт Ейнштейн називав своєю головною помилкою, може бути поясненням прискорення його розширення, вважають автори статті, яка буде опублікована у журналі Nature у четвер.

Альберт Ейнштейн додав космологічну постійну, що характеризує властивості вакууму, у власні рівняння загальної теорії відносності, щоб ті допускали існування стабільного Всесвіту, який не стискується і не розширюється. Однак через деякий час після цього американський астроном Едвін Хаббл показав, що насправді Всесвіт розширюється, а сам Ейнштейн назвав космологічну постійну своєю "найбільшою помилкою".

Космологічна стала залишилася предметом інтересу вчених, але до 1990-х років вважалося, що вона незначно відрізняється від нуля. У 1998-1999 роках спостереження за надновими показали, що Всесвіт розширюється з прискоренням, а потім дані зонда WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe), що вивчає реліктове випромінювання, "луна" Великого вибуху, змусили вчених припустити, що "розлучає" Всесвіт , яку припадає близько 72% її маси. Ці висновки пробудили новий інтерес до постійної космологічної.

Крістіан Маріноні (Christian Marinoni) та Едлін Буцці (Adeline Buzzi) з університету Провансу (Франція) запропонували нову методику перевірки справедливості уявлень про структуру та властивості Всесвіту, засновану на геометрії пар галактик з великим червоним усуненням, тобто сильно віддалених від спостерігача. Вони скористалися тим фактом, що, за сучасними уявленнями, "форма" Всесвіту залежить від його "змісту", а значить, геометричні виміри можна використовувати для визначення складу Всесвіту і, зокрема, кількості в ній темної енергії.

Вчені використали модифікацію тесту Елкока-Пачинськи, розробленого американським та польським астрономами понад 30 років тому. Цей тест заснований на розгляді симетричних об'єктів у космічному просторі як "стандартних сфер", будь-які спотворення яких будуть пов'язані зі спотворенням простору, викликаним розширенням Всесвіту.

Цей тест неодноразово намагалися застосувати, наприклад, для скупчень галактик, проте цього бракувало точності вимірювань. Мариноні та Буцці вивчили розподіл взаємної орієнтації пар галактик, що обертаються один навколо одного. У Всесвіті без темної енергії цей розподіл був би сферично симетричним - тобто кількість пар, орієнтованих у будь-якому напрямі, була б однаковою.

Спостереження показали, що насправді чим далі від Землі знаходяться пари галактик, тим більше асиметричним був розподіл їх орієнтації - більше пар було розташовано вздовж променя огляду від Землі. Це, як зазначають вчені, відповідає моделі плоского Всесвіту.

Плоский Всесвіт (flat Universe) - це така модель розвитку Всесвіту, за якою її розширення нескінченне, а кривизна простору - нульова, тобто вона плоска. У такій моделі життя Всесвіту закінчується або "Великим Морозом" (Big Freeze), коли Всесвіт, що розширюється, переживає теплову смерть - в такій системі з рівномірно розподіленою енергією неможлива ніяка механічна робота або рух, або "Великий Розрив" (Big Rip), коли прискорення розширення "пересилить" електромагнітну, слабку та гравітаційну взаємодії, і Всесвіт просто "порветься". Раніше на "площину" Всесвіту вказували дані того ж WMAP.
із темною енергією.

Крім того, як зазначають дослідники, їм вдалося показати, що найбільш вдалим поясненням феномена темної енергії може бути саме ейнштейнівська космологічна постійна енергія вакууму. Вчені, за їхніми словами, отримали і найточнішу на сьогодні оцінку величини цієї постійної.

Коли астрономи та фізики кажуть, що Всесвіт плоский, вони не мають на увазі, що Всесвіт плоский, як лист. Йдеться про властивість тривимірної площинності – евклідової (нескривленої) геометрії у трьох вимірах. В астрономії евклідів світ є зручною порівняльною моделлю навколишнього простору. Речовина у світі розподілено однорідно, тобто у одиниці обсягу міститься однакову кількість матерії, і ізотропно, тобто розподіл речовини однаково у всіх напрямах. Крім того, матерія там не еволюціонує (наприклад, не спалахують радіоджерела і не спалахують наднові), а простір описується найпростішою геометрією. Це дуже зручний світ для опису, але не для проживання, тому що там немає еволюції.

Зрозуміло, що така модель не відповідає наглядовим фактам. Речовина навколо нас розподілена неоднорідно і анізотропно (десь є зірки та галактики, а десь їх немає), скупчення матерії еволюціонують (змінюються з часом), а простір, як ми знаємо з експериментально підтвердженої теорії відносності, викривлено.

Що таке кривизна у тривимірному просторі? У евклідовому світі сума кутів будь-якого трикутника дорівнює 180 градусам - у всіх напрямках та у будь-якому обсязі. У неевклідовій геометрії – у викривленому просторі – сума кутів трикутника залежатиме від кривизни. Два класичні приклади - це трикутник на сфері, де кривизна позитивна, і трикутник на сідлоподібній поверхні, де кривизна негативна. У першому випадку сума кутів трикутника більша за 180 градусів, а у другому випадку - менша. Коли ми зазвичай говоримо про сферу або сідло, ми уявляємо собі викривлені двовимірні поверхні, що оточують тривимірні тіла. Коли ми говоримо про Всесвіт, треба розуміти, що ми переходимо до уявлень про тривимірному викривленому просторі - наприклад, говоримо вже не про двовимірну сферичну поверхню, а про тривимірну гіперсферу.

То чому Всесвіт плоский у тривимірному розумінні, якщо простір викривлено не лише скупченнями галактик, нашою Галактикою та Сонцем, але навіть Землею? У космології Всесвіт сприймається як цілий об'єкт. І як цілий об'єкт вона має певні властивості. Наприклад, починаючи з деяких дуже великих лінійних масштабів (тут можна розглядати і 60 мегапарсек [~180 млн світлових років], і 150 Мпк), речовина у Всесвіті розподілена однорідно та ізотропно. На менших масштабах спостерігаються скупчення та надскоплення галактик та порожнечі між ними – ввійди, тобто однорідність порушена.

Як можна виміряти площинність Всесвіту, якщо інформація про розподіл речовини в скупченнях обмежена чутливістю наших телескопів? Потрібно спостерігати в іншому діапазоні та інші об'єкти. Найкраще, що дала нам природа, - космічний мікрохвильовий фон, або , яке, відокремившись від речовини через 380 тисяч років після Великого вибуху, містить інформацію про розподіл цієї речовини буквально з перших миттєвостей існування Всесвіту.

Кривизна Всесвіту пов'язана з критичною щільністю, що дорівнює 3H 2 /8πG (де H - стала Хаббла, G - гравітаційна стала), яка визначає її форму. Величина параметра дуже маленька - близько 9.3×10 -27 кг/м 3 або 5,5 атомів водню на кубічний метр. Цей параметр розрізняє найпростіші космологічні моделі, побудовані на рівняннях Фрідмана, які описують: якщо щільність вища за критичну, то простір має позитивну кривизну і розширення Всесвіту в майбутньому зміниться стисненням; якщо нижче критичної, то простір має негативну кривизну та розширення буде вічним; при рівності щільності критичної розширення теж буде вічним із переходом у далекому майбутньому до евклідового світу.

Космологічні параметри, що описують щільність Всесвіту (а основні з них – це щільність темної енергії, щільність темної матерії та щільність баріонної [видимої] речовини), виражаються у вигляді відношення до критичної щільності. За отриманими з вимірювань космічного мікрохвильового фонового випромінювання, відносна щільність темної енергії - ?

Якщо ми складемо всі енергетичні компоненти Всесвіту (щільності темної енергії, усієї речовини, а також менш значущі в нашу епоху щільності випромінювання та нейтрино та інші), то ми отримаємо щільність усієї енергії, яку виражають через ставлення до критичної щільності Всесвіту та позначають Ω 0 . Якщо ця відносна щільність дорівнює 1, то кривизна Всесвіту дорівнює 0. Відхилення 0 від одиниці описує щільність енергії Всесвіту K, пов'язану з кривизною. За вимірами рівня неоднорідностей (флуктуацій) розподілу реліктового фонового випромінювання визначаються всі параметри щільності, їхнє сумарне значення і, як наслідок, параметр кривизни Всесвіту.

За результатами спостережень при обліку лише даних реліктового випромінювання (температури, поляризації та лінзування), визначено, що параметр кривизни дуже близький до нуля в межах малих помилок: K = -0.004±0.015, - а з урахуванням даних по розподілу скупчень галактик і вимірювань швидкості розширення за даними про наднові типи Ia параметр Ω K = 0.0008±0.0040. Тобто Всесвіт плоский з високою точністю.

Чому це важливо? Площина Всесвіту - це один з основних покажчиків на епоху дуже швидкого, що описується інфляційною моделлю. Наприклад, у момент народження Всесвіт міг мати дуже велику кривизну, тоді як зараз за даними реліктового випромінювання відомо, що вона плоска. Інфляційне розширення робить її плоскою у всьому просторі, що спостерігається (маються на увазі, звичайно, великі масштаби, на яких викривлення простору зірками і галактиками не є суттєвим) так само, як збільшення радіуса кола випрямляє останню, і з нескінченним радіусом коло виглядає як пряме.

До нашого Всесвіту існувала інша, а та, в якій ми живемо, – плоска. Ці два відкриття 2010 року перевернули уявлення людини про еволюцію космосу. Вчені довели, що маса Всесвіту на 70 відсотків складається з таємничої "темної енергії", яка прискорює її розширення. Якщо обидві теорії підтвердяться, це може стати новим кроком у пізнанні світу.

Перше відкриття було зроблено одним із найблискучіших фізиків нашого часу – Роджером Пенроузом з Оксфордського університету. Він поставив питання: а що передувало Великому вибуху, в результаті якого згідно з домінуючою теорією утворилися час, матерія і простір?

У результаті проведених досліджень Пенроуз виявив докази існування іншого всесвіту, що передував нашому. І взагалі, на думку вченого, розвиток світобудови відбувається циклічно: всесвіт народжується, помирає і знову народжується зі свого ж попелу, проживаючи періоди, які фізик назвав "еонами". Його теорія дозволяє пояснити, чому спочатку Всесвіт був дуже впорядкованим, що дозволило сформуватися дуже складним об'єктам.

Друге дослідження, опубліковане в Nature, провели Крістіан Маріноні та Едлін Буцці, французькі фізики з Університету Провансу. Воно повертає нас до давно забутої теорії Альберта Ейнштейна про те, що наш Всесвіт плоский. Свого часу Ейнштейн відмовився від неї, вважаючи помилковою. Однак саме така форма Всесвіту дозволила пояснити існування "темної енергії" - головної рушійної сили Всесвіту. Французькі дослідники довели, що маса Всесвіту на 74 відсотки складається з цієї енергії, яка прискорює її розширення.

Сьогодні домінує теорія про те, що Всесвіт виник 13,7 млд років тому з однієї точки великої

щільності, яка в результаті Великого вибуху в перші миті існування була "гарячим супом" з не пов'язаних в атоми вільних частинок. Температура цього "супу" становила тисячі мільйонів градусів (ці умови були нещодавно з успіхом відтворені у Великому адронному колайдері – LHC). Зародившись, Всесвіт почав швидко розширюватися і охолоджуватися, частки почали формувати перші найпростіші атоми (водню), а сили гравітації протягом тривалого часу працювали на те, щоб об'єднати атоми в матерію зірок та галактик.
Одне з найбільш актуальних питань – питання про те, чому після Великого вибуху темп розширення Всесвіту не тільки не сповільнився, а й збільшується? В результаті вчені дійшли висновку, що це великою мірою залежить від маси речовини, що міститься в ній. Якщо загальна маса речовини Всесвіту достатня для того, щоб сила гравітації (яка тим більше, чим більша маса) подолала первинну відцентрову силу Великого вибуху, тоді розширення Всесвіту буде зупинено і навіть може призвести до її згортання - колапсу, який вчені називають Великим хрустом. Однак, якщо загальна маса недостатня, ніщо не зможе зупинити розширення Всесвіту, вона прагнутиме стати великою чорною порожнечею, де зрештою згасне остання зірка.

Залишилося виміряти масу Всесвіту, проте наука зустрілася тут із багатьма сюрпризами. Перший полягає в тому, що звичайна речовина, з якої складаються галактики, зірки і планети і яка існує як світло та інше випромінювання, що вимірюється, становить всього 5 відсотків від усієї маси Всесвіту, що абсолютно недостатньо, щоб загальмувати її розбіг. Інші 25 відсотків відповідають іншому "типу матерії", який не може бути безпосередньо виявлений нашими приладами, оскільки нічого випромінює. Ця матерія відома під ім'ям "темна". Ми знаємо, де вона знаходиться (так звані "чорні дірки"), тому що можемо виміряти зміни гравітації, але ніхто ніколи не зміг "побачити" її. Можна лише робити припущення щодо того, з яких частинок вона може складатися.

Справді, а які властивості мають ці частки? Цілком очевидно, вони не повинні розпадатися на інші, легші, інакше їм давно довелося б розпастися за весь час існування Всесвіту. Сам цей факт свідчить про те, що в природі діє новий, не відкритий поки що закон збереження, що забороняє цим часткам розпадатися. Аналогія тут із законом збереження електричного заряду: електрон – це найлегша частка з електричним зарядом, і саме тому він не розпадається на більш легкі частинки (наприклад, нейтрино та фотони).

Далі, частинки темної матерії надзвичайно слабко взаємодіють із нашою речовиною, інакше вони вже були виявлені в земних експериментах. Власне, на цьому знання вчених про ці цікаві частки закінчуються і починається неоране поле здогадів і припущень.

Отже, з темною матерією, яка складає ті самі 25 відсотків, хоч щось зрозуміло. Але що ж є решта 70 відсотків? Вчені не можуть поки що дати певної відповіді на це питання і використовують термін "темна енергія". Однак про неї відомо ще менше, ніж про темну матерію.

Найнезвичайніше у всьому цьому те, що темна енергія у певному сенсі зазнає антигравітації. Саме завдяки цьому розширення Всесвіту не сповільнюється, а пришвидшується. Така картина, взагалі кажучи, не суперечить загальній теорії відносності, проте для цього темна енергія повинна мати спеціальну властивість - негативний тиск. Це різко відрізняє її від традиційних форм матерії. Не буде перебільшенням сказати, що тема енергії - головна загадка фундаментальної фізики XXI століття. Хоча один кандидат на цю роль вже є – звичайний, відомий усім вакуум. Щоправда, його природа також досі залишається дуже загадковою.

Саме ця сила, ймовірно, визначає збільшення швидкості розбігу Всесвіту. Саме цю темну енергію досліджували Пенроуз та вчені з Франції. Пенроуз проаналізував дані, отримані з супутника WMAP (який вимірював мікрохвильове випромінювання, що пронизує весь Всесвіт і є слідом Великого вибуху). Він виявив структури розподілу як концентричних кіл, які можна пояснити як сліди існування інших всесвітів (накладення старого випромінювання на нове). Це означає, що наш Всесвіт один у низці багатьох і прийде час, коли він помре і відродиться в результаті нового Великого вибуху. Перед "смертю" Всесвіт стане "гладким і лінійним".

Цей висновок підтверджують Буцці та Мариноні, які довели, вимірюючи спотворення світла, що йде від 500 пар галактик, що ми живемо в плоскому всесвіті, а не вигнутому чи сферичному, як багато хто думав. Відштовхуючись від постулату, що геометричні виміри можна використовувати визначення складу Всесвіту, вчені вивчили розподіл взаємної орієнтації пар галактик, обертаються друг навколо друга. У Всесвіті без темної енергії цей розподіл був би сферично симетричним, тобто кількість пар, орієнтованих у будь-якому напрямі, була б однаковою.

Спостереження показали, що насправді чим далі від Землі знаходяться пари галактик, тим асиметричнішим був розподіл їх орієнтації, - більше пар було розташовано вздовж променя огляду від Землі. Крім того, якби Всесвіт був сферичним або вигнутим, то ми бачили б зображення галактик деформованим, як би виглядали в металевий м'яч і бачили там своє спотворене обличчя. У плоскому просторі спотворень немає, що було зазначено.

Що таке темна матерія чи прихована маса? А чорна енергія?

Прихована маса (у космології та астрофізиці також темна матерія, темна речовина) - загальна назва сукупності астрономічних об'єктів, недоступних прямим спостереженням сучасними засобами астрономії (тобто не випромінюють електромагнітного або нейтринного випромінювання достатньою для спостережень інтенсивності), але спостерігаються непрямо на видимі об'єкти.
Загальна проблема прихованої маси і двох проблем:

астрофізичної, тобто протиріччя спостерігається маси гравітаційно пов'язаних об'єктів та їх систем, таких, як галактики та їх скупчення, з їх спостережуваними параметрами, що визначаються гравітаційними ефектами;
* Космологічні - протиріччя спостерігаються космологічних параметрів отриманої за астрофізичними даними середньої щільності Всесвіту.

Природа та склад прихованої маси

Крім прямих спостережень гравітаційних ефектів прихованої маси існує ряд об'єктів, пряме спостереження яких утруднене, але які можуть робити внесок до складу прихованої маси. В даний час розглядаються об'єкти баріонної та небаріонної природи: якщо до перших відносяться досить добре відомі астрономічні об'єкти, то як кандидати у другі розглядаються нейтрино, страпельки та гіпотетичні елементарні частинки, що йдуть з класичної квантової хромодинаміки (аксіони) і суперсиметричних розширень квантових теорій поля.
Для пояснення відхилення швидкостей обертань галактичних об'єктів від кеплерівських слід припустити наявність масивного темного гало галактик. До масивних об'єктів гало галактик відносяться компактні об'єкти, що слабо випромінюють, в першу чергу маломасивні зірки - коричневі карлики, субзірки або дуже масивні юпітероподібні планети, маса яких недостатня для ініціювання термоядерних реакцій в їх надрах, охололі білі карлики.

Що ж це таке?

Що ж ми знаємо сьогодні про темну матерію, яка становить 95% мас Всесвіту? Майже нічого. Але щось все ж таки знаємо. Насамперед немає жодних сумнівів у тому, що темна матерія існує - про це незаперечно свідчать факти, наведені вище. А ще нам достеменно відомо, що темна матерія існує у кількох формах. Після того як до початку XXI століття в результаті багаторічних спостережень в експериментах SuperKamiokande (Японія) та SNO (Канада) було встановлено, що у нейтрино маса є, стало ясно, що від 0,3% до 3% з 95% прихованої маси полягає в давно знайомих нам нейтрино – нехай маса їх надзвичайно мала, але кількість у Всесвіті приблизно в мільярд разів перевищує кількість нуклонів: у кожному кубічному сантиметрі міститься в середньому 300 нейтрино. 92-95%, що залишилися, складаються з двох частин - темної матерії і темної енергії. Незначну частку темної матерії становить звичайну баріонну речовину, побудовану з нуклонів, за залишок відповідають, мабуть, якісь невідомі масивні слабовзаємодіючі частки (так звана холодна темна матерія).

Баріонна темна матерія

Невелика (4–5%) частина темної матерії – це звичайна речовина, яка не випромінює або майже не випромінює власного випромінювання і тому невидима. Існування кількох класів таких об'єктів вважатимуться експериментально підтвердженим. Найскладніші експерименти, засновані на тому ж гравітаційному лінзуванні, призвели до відкриття про масивних компактних галообъектов, тобто розташованих на периферії галактичних дисків. Для цього потрібно стежити за мільйонами віддалених галактик протягом кількох років. Коли темне масивне тіло проходить між спостерігачем та далекою галактикою, її яскравість на короткий час зменшується (або збільшується, оскільки темне тіло виступає у ролі гравітаційної лінзи). В результаті ретельних пошуків такі події було виявлено. Природа потужних компактних галооб'єктів ясна не до кінця. Швидше за все, це або зірки, що охолонули (коричневі карлики), або планетоподібні об'єкти, не пов'язані з зірками і що подорожують галактиці самі по собі. Ще один представник баріонної темної матерії – нещодавно виявлений у галактичних скупченнях методами рентгенівської астрономії гарячий газ, який не світиться у видимому діапазоні.

Небаріонна темна матерія

Як головні кандидати на небаріонну темну матерію виступають так звані WIMP (скорочення від англійської Weakly Interactive Massive Particles - слабко взаємодіючі масивні частинки). Особливість WIMP полягає в тому, що вони майже не проявляють себе у взаємодії із звичайною речовиною. Саме тому вони і є справжнісінька невидима темна матерія, і саме тому їх надзвичайно складно виявити. Маса WIMP повинна бути як мінімум у десятки разів більша за масу протона. Пошуки WIMP ведуться в багатьох експериментах протягом останніх 20–30 років, але, незважаючи на всі зусилля, вони досі не були виявлені.

Одна з ідей полягає в тому, що якщо такі частинки існують, то Земля у своєму русі разом із Сонцем по орбіті навколо центру Галактики має летіти крізь дощ, що складається з WIMP. Незважаючи на те, що WIMP є надзвичайно слабо взаємодіючою частинкою, якась дуже мала ймовірність провзаємодіяти зі звичайним атомом у неї все ж є. При цьому в спеціальних установках – дуже складних та дорогих – може бути зареєстрований сигнал. Кількість таких сигналів повинна змінюватися протягом року, оскільки, рухаючись орбітою навколо Сонця, Земля змінює свою швидкість і напрямок руху щодо вітру, що складається з WIMP. Експериментальна група DAMA, що працює в італійській підземній лабораторії Гран-Сассо, повідомляє про річні варіації швидкості рахунку сигналів, що спостерігаються. Однак інші групи поки що не підтверджують цих результатів, і питання по суті залишається відкритим.

Інший метод пошуку WIMP заснований на припущенні про те, що протягом мільярдів років свого існування різні астрономічні об'єкти (Земля, Сонце, центр нашої Галактики) повинні захоплювати WIMP, які накопичуються в центрі цих об'єктів, та, анігілюючи один з одним, породжувати потік нейтрино . Спроби детектування надлишкового нейтринного потоку з центру Землі в напрямку до Сонця та до центру Галактики були здійснені на підземних та підводних нейтринних детекторах MACRO, LVD (лабораторія Гран-Сассо), NT-200 (озеро Байкал, Росія), SuperKami -Амундсен, Південний полюс), але поки що не привели до позитивного результату.

Експерименти пошуку WIMP активно проводять також на прискорювачах елементарних частинок. Відповідно до знаменитого рівняння Ейнштейна Е=mс2, енергія еквівалентна масі. Отже, прискоривши частинку (наприклад, протон) до дуже високої енергії і зіштовхнувши її з іншою частинкою, можна очікувати народження пар інших частинок і античастинок (у тому числі WIMP), сумарна маса яких дорівнює сумарній енергії частинок, що стикаються. Але й прискорювальні експерименти поки що не привели до позитивного результату.

Темна енергія

Про темну енергію можна сказати ще менше, ніж про темну матерію. По-перше, вона рівномірно розподілена по Всесвіту, на відміну від звичайної речовини та інших форм темної матерії. У галактиках і скупченнях галактик її стільки ж, скільки поза ними. По-друге, вона має кілька дуже дивних властивостей, зрозуміти які можна, лише аналізуючи рівняння теорії відносності та інтерпретуючи їх рішення. Наприклад, темна енергія зазнає антигравітації: за рахунок її присутності темп розширення Всесвіту зростає. Темна енергія хіба що розштовхує себе, прискорюючи у своїй і розбігання нормальної матерії, зібраної в галактиках. А ще темна енергія має негативний тиск, завдяки якому в речовині виникає сила, що перешкоджає його розтягуванню.

Головний кандидат на роль темної енергії – вакуум. Щільність енергії вакууму не змінюється при розширенні Всесвіту, що відповідає негативному тиску. Ще один кандидат - гіпотетичне надслабке поле, що отримало назву квінтесенція. Надії на прояснення природи темної енергії пов'язують насамперед із новими астрономічними спостереженнями. Просування в цьому напрямі, безсумнівно, принесе людству радикально нові знання, оскільки у будь-якому разі темна енергія повинна бути абсолютно незвичайною субстанцією, абсолютно несхожою на те, з чим мала справу фізика досі.

Отже, наш світ на 95% складається із чогось, про що ми майже нічого не знаємо. Можна по-різному ставитися до такого факту, що не підлягає жодному сумніву. Він може викликати тривогу, яка завжди супроводжує зустріч із чимось невідомим. Або засмучення, тому що такий довгий і складний шлях побудови фізичної теорії, що описує властивості нашого світу, призвів до констатації: більшість Всесвіту прихована від нас і невідома нам.