# Геометрия космоса: Нил Деграсс Тайсон и Делайла Гейтс о форме пространства-времени

Источник: https://www.youtube.com/watch?v=HnYna3sfGt4
Канал: StarTalk
Опубликовано: 16.02.2023

---

В новом выпуске подкаста StarTalk астрофизик Нил Деграсс Тайсон и физик-теоретик Делайла Гейтс обсуждают фундаментальную структуру мироздания — от геометрии пространства-времени до возможности увидеть «затылок» собственной галактики. Исследуя границы общей теории относительности, эксперты объясняют, почему Вселенная, скорее всего, плоская, и почему у неё нет центра в привычном понимании.

## 🌌 Геометрия гравитации и Принстонская инициатива
[[JUMP:00:00]]

Делайла Гейтс, недавно получившая степень доктора философии (PhD) по физике в Гарвардском университете [01:48], в настоящее время является участником «Принстонской гравитационной инициативы» (Princeton Gravity Initiative). Эта организация объединяет постдоков, профессоров и аспирантов для изучения наиболее экстремальных объектов во Вселенной [02:16].

Основными направлениями работы инициативы являются:

*   Изучение компактных объектов: черных дыр и нейтронных звезд, обладающих сильнейшим гравитационным полем [02:28].
*   Исследование математических аспектов общей теории относительности (ОТО).
*   Анализ стабильности пространства-времени.

По словам Гейтс, между физиками и математиками происходит постоянный обмен идеями [02:55]. Физики находят новые решения уравнений Эйнштейна, описывающих форму пространства-времени вокруг черных дыр, а математики проверяют эти модели на устойчивость. Как отмечает гостья, вопрос о том, стабильно ли пространство-время само по себе или вокруг вращающейся черной дыры, до сих пор остается открытым математическим вопросом [03:33].

## 🧶 Пространство-время как единая ткань
[[JUMP:04:39]]

Делайла Гейтс объясняет, что интуитивное восприятие мира человеком ограничено тремя пространственными измерениями (вперед-назад, влево-вправо, вверх-вниз). Однако специальная теория относительности Эйнштейна показала, что время неразрывно связано с этими измерениями [05:05].

Основные принципы ОТО, озвученные в беседе:

1.  Пространство и время образуют единый объект — пространство-время [05:18].
2.  Этот объект обладает формой (геометрией), которая определяется находящейся в нём материей и энергией [05:46].
3.  Материя диктует пространству-времени, как ему изгибаться, а искривленное пространство-время диктует материи, как ей двигаться [05:58].

Нил Деграсс Тайсон подчеркивает, что для повседневной жизни (вождения машины или игры в бейсбол) нам достаточно законов Ньютона [06:52]. Даже программа Apollo, доставившая людей на Луну, полагалась исключительно на ньютоновскую физику [07:31]. Однако эффекты ОТО становятся критически важными при изучении объектов с огромной массой.

## 🌀 Кротовые норы: стабильность и «отрицательная гравитация»
[[JUMP:10:25]]

Обсуждая возможность существования проходимых кротовых нор (червоточин), Гейтс отмечает, что их стабильность — крайне сложный теоретический вопрос. Главная проблема заключается в том, что любой объект (даже человек), пытающийся пройти сквозь кротовую нору, сам обладает массой и энергией. Согласно уравнениям Эйнштейна, это присутствие неизбежно меняет геометрию самой норы, что может привести к её мгновенному схлопыванию [12:23].

Для поддержания кротовой норы в открытом состоянии, по некоторым теоретическим предположениям, может потребоваться «отрицательная плотность энергии» или экзотическая материя [13:16]. Тайсон добавляет, что в масштабах Вселенной роль «отрицательной гравитации» фактически выполняет темная энергия, заставляющая пространство расширяться [13:41].

## 🏀 Форма Вселенной: можем ли мы увидеть свой затылок?
[[JUMP:14:21]]

Один из слушателей задал вопрос: если Вселенная имеет закрытую сферическую форму, можем ли мы увидеть Млечный Путь в его прошлом, просто глядя вперед?

Делайла Гейтс подтверждает, что теоретически в закрытой Вселенной свет может обогнуть «сферу» и вернуться в исходную точку [16:37]. Однако на практике это зависит от двух факторов:

*   **Размер:** Вселенная может быть настолько велика, что свету просто не хватило времени с момента Большого взрыва, чтобы совершить полный круг [16:50].
*   **Кривизна:** Все имеющиеся на сегодня данные (включая изучение реликтового излучения) указывают на то, что наша Вселенная «плоская» с очень высокой точностью [18:36].

Под «плоской» Вселенной физики понимают геометрию, где параллельные линии никогда не пересекаются (как на бесконечном листе бумаги), в отличие от сферы, где они сходятся [19:46]. При этом Гейтс уточняет: локально пространство-время сильно искривлено рядом с массивными объектами, но в космологических масштабах средняя кривизна стремится к нулю [21:48].

## 🔦 Фотонная сфера: зеркало у края бездны
[[JUMP:22:28]]

Если в масштабах Вселенной увидеть свой «затылок» невозможно, то рядом с черной дырой это вполне реально. Гейтс описывает феномен **фотонной сферы** — области вокруг черной дыры, где гравитация настолько сильна, что свет движется по круговым орбитам [23:41].

Если наблюдатель окажется вблизи фотонной сферы и посмотрит прямо перед собой, он теоретически сможет увидеть свет, отразившийся от его собственного затылка и совершивший полный оборот вокруг черной дыры [24:54]. Ученые надеются в будущем обнаружить статистические корреляции на изображениях аккреционных дисков черных дыр, которые подтвердят существование света, совершившего несколько витков вокруг объекта [35:00].

## 🍩 Тороидальная Вселенная и высшие измерения
[[JUMP:26:45]]

Вселенная не обязательно должна быть сферой или плоскостью. Существует гипотеза о тороидальной форме (в виде пончика или тора). Гейтс объясняет, что в топологии формы классифицируются по количеству отверстий (так называемый «род» или genus) [29:17].

*   Сфера имеет род 0.
*   Классический пончик — род 1.
*   Двухместная «ватрушка» для аквапарка — род 2 [29:17].

Математически такие формы можно описать и в более высоких измерениях, причем для измерения их кривизны нам не нужно «выходить» за пределы нашего пространства-времени [27:42].

## 🎯 Существует ли центр Вселенной?
[[JUMP:42:10]]

Нил Деграсс Тайсон и Делайла Гейтс развеивают популярное заблуждение о наличии центра мироздания. Распространенная интуиция говорит, что если Вселенная расширяется после взрыва, то у неё должна быть точка начала.

Гейтс использует аналогию с воздушным шариком:

1.  Представьте поверхность шарика, на которой нарисованы точки (галактики) [43:13].
2.  Когда вы надуваете шарик, все точки удаляются друг от друга.
3.  Ни одна точка на *поверхности* шарика не является центром расширения [43:26].

По мнению Гейтс, центр Вселенной находится не в пространстве, а во времени — это момент Большого взрыва, который произошел одновременно везде [43:41]. Как шутит Нил Деграсс Тайсон, цитируя Литтл Ричарда: «Центр Вселенной — это я» [43:56].

## 🧬 Аналогии: от ДНК до эффекта Манделы
[[JUMP:24:04]]

Участники обсудили несколько необычных теорий от зрителей:

*   **Вселенная в форме ДНК:** Гейтс считает эту аналогию чисто эстетической. Хотя структуры распределения материи (космическая паутина) напоминают биологические паттерны или нейронные связи, фундаментальных причин для сходства Вселенной с молекулой ДНК нет [24:45].
*   **Эффект Манделы и параллельные миры:** Зрители предположили, что массовые ложные воспоминания (например, о смерти Нельсона Манделы или фразах из «Звездных войн») вызваны столкновением параллельных вселенных [44:22]. Делайла Гейтс относится к этому скептически, подчеркивая, что в теоретической физике «королем является математика». Пока нет математической модели, описывающей такие столкновения как причину когнитивных искажений, она не готова воспринимать это всерьез [44:47].

---