Astrofiziķi apgalvo, ka mūsu Visums patiesībā varētu būt milzīgs 3D virtulis

Astrofiziķi apgalvo, ka mūsu Visums patiesībā varētu būt milzīgs 3D virtulis
Astrofiziķi apgalvo, ka mūsu Visums patiesībā varētu būt milzīgs 3D virtulis
Anonim

Iedomājieties Visumu, kurā varat norādīt kosmosa kuģi vienā virzienā un galu galā atgriezties tur, no kurienes sākāt. Ja mūsu Visums būtu mazs, tad šādas kustības būtu iespējamas, un fiziķi varētu izmērīt tā apjomu.

"Mēs varētu teikt: mēs tagad zinām Visuma lielumu," WordsSideKick.com teica astrofiziķis Tomass Bucherts no Lionas Universitātes, Astrofizisko pētījumu centrs Francijā.

Pētot gaismu no agrākā Visuma, Bucherts un astrofiziķu grupa nonāca pie secinājuma, ka mūsu kosmoss var būt savstarpēji saistīts, tas ir, telpa ir slēgta pati par sevi visās trīs dimensijās, piemēram, trīsdimensiju virtulis.

Šāds Visums būtu ierobežots, un saskaņā ar to rezultātiem viss mūsu kosmoss varētu būt tikai trīs līdz četras reizes lielāks par novērojamā Visuma robežām, kas atrodas aptuveni 45 miljardu gaismas gadu attālumā.

Fiziķi Visuma izskaidrošanai izmanto Einšteina vispārējās relativitātes teorijas valodu. Šī valoda saista telpas laika saturu ar telpas laika līkumiem un izliekumiem, kas pēc tam norāda šiem saturam, kā mijiedarboties. Tā mēs jūtam gravitācijas spēku.

Kosmoloģiskā kontekstā šī valoda savieno Visuma saturu - tumšo matēriju, tumšo enerģiju, parasto matēriju, starojumu un visu pārējo - ar savu vispārējo ģeometrisko formu.

Gadu desmitiem astronomi ir strīdējušies par šīs formas būtību: vai mūsu Visums ir "plakans" (tas nozīmē, ka iedomātas paralēlas līnijas vienmēr paliks paralēlas), "slēgtas" (paralēlas līnijas galu galā krustosies) vai "atvērtas" (šīs līnijas atšķirties).

Šī Visuma ģeometrija nosaka tā likteni. Plakani un atvērti Visumi turpinās paplašināties uz visiem laikiem, bet slēgts Visums galu galā sabruks pats no sevis.

Daudzi novērojumi, īpaši attiecībā uz kosmisko mikroviļņu fonu (gaismas uzplaiksnījums, kas radās, kad mūsu Visumam bija tikai 380 000 gadu), ir stingri pierādījuši, ka mēs dzīvojam plakanā Visumā. Paralēlās līnijas paliek paralēlas, un mūsu Visums turpinās paplašināties.

Bet forma nav tikai ģeometrija. Pastāv arī topoloģija, tas ir, kā forma var mainīties, saglabājot tos pašus ģeometriskos noteikumus.

Piemēram, ņemsim plakanu papīru. Tas acīmredzami ir plakans - paralēlas līnijas paliek paralēlas. Tagad paņemiet šīs papīra divas malas un sarullējiet to cilindrā. Šīs paralēlās līnijas joprojām ir paralēlas: cilindri ir ģeometriski plakani. Tagad paņemiet cilindriskā papīra pretējos galus un savienojiet tos kopā. Rezultāts ir virtuļa forma, kas ir arī ģeometriski plakana.

Kaut arī mūsu Visuma satura un formas mērījumi mums stāsta par tā ģeometriju - tas ir plakans -, tie mums nestāsta par topoloģiju. Tie mums nepasaka, vai mūsu Visums ir daudzkārt saistīts, kas nozīmē, ka viena vai vairākas mūsu kosmosa dimensijas ir savstarpēji saistītas.

Lai gan pilnīgi plakans Visums stāvētu līdz bezgalībai, plakanam Visumam ar daudzkārt saistītu topoloģiju būtu ierobežots izmērs. Ja mēs kaut kā varētu noteikt, ka viena vai vairākas dimensijas savijas sevī, tad mēs zinātu, ka Visums šajā dimensijā ir ierobežots. Pēc tam mēs varētu izmantot šos novērojumus, lai izmērītu Visuma kopējo tilpumu.

Astrofiziķu grupa no Ulmas universitātes Vācijā un Lionas universitātes Francijā ir vērsusi uzmanību uz kosmisko mikroviļņu fonu (CMB). Kad tika saņemts CMB, mūsu Visums bija miljons reižu mazāks nekā šodien, un tādēļ, ja mūsu Visums ir patiesi daudzsavienojums, tad varbūtība, ka tas sabruks ar sevi kosmosa novērojamajās robežās, bija daudz lielāka.

Mūsdienās Visuma izplešanās dēļ ir daudz lielāka iespēja, ka locīšana notiek mērogā, kas pārsniedz novērotās robežas, un tāpēc būs daudz grūtāk noteikt locīšanu. MGB novērošana dod mums vislabākās iespējas redzēt daudzkārt savienota Visuma nospiedumus.

Pētnieku komanda īpašu uzmanību pievērsa traucējumiem - izdomātam fiziskam termiņam un vibrācijām - CMB temperatūrā. Ja viena vai vairākas mūsu Visuma dimensijas ir savienotas viena ar otru, tad traucējumi nevar būt lielāki par attālumu ap šīm cilpām. Viņi vienkārši nederētu.

Kā paskaidroja Bucherts, "bezgalīgā telpā CMB starojuma temperatūras traucējumi pastāv visos mērogos. Tomēr, ja telpa ir ierobežota, tad nav viļņu garumu, kas ir lielāks par telpas lielumu."

Citiem vārdiem sakot: Pastāv maksimālais traucējumu lielums, kas var atklāt Visuma topoloģiju.

Jau tagad CSBM kartēs, ko apkopo satelīti, piemēram, NASA WMAP un ESA Planck, jau ir atrasts intriģējošs skaits plaša mēroga traucējumu. Bucherts un viņa kolēģi pētīja, vai šīs neesošās traucējumus varētu izraisīt daudzkārt savienots Visums.

Lai to izdarītu, komanda veica desmitiem datorsimulāciju par to, kā MDB izskatītos, ja Visums būtu trīskāršs-matemātiskais nosaukums milzu trīsdimensiju virtulim, kurā mūsu kosmoss ir savienots ar sevi visās trīs dimensijās.

"Tāpēc mums šajā topoloģijā ir jāveic simulācija un jāsalīdzina ar novēroto," skaidroja Bucherts. "Novēroto CMB svārstību īpašības parāda" trūkstošo jaudu "mērogos, kas ir lielāki par Visuma lielumu."

Jaudas trūkums nozīmē, ka šajos mērogos CMB svārstības nepastāv. Tas nozīmētu, ka mūsu Visums šādos mērogos ir daudzkārt saistīts un ierobežots.

"Mēs atrodam daudz labāk piemērotu novērotajām svārstībām salīdzinājumā ar standarta kosmoloģisko modeli, kas tiek uzskatīts par bezgalīgu," viņš piebilda.

"Mēs varam mainīt telpas lielumu un atkārtot šo analīzi. Rezultātā mēs iegūstam optimālo Visuma izmēru, kas vislabāk atbilst CMB novērojumiem. Atbilde no mūsu darba ir nepārprotama: ierobežots Visums labāk atbilst novērojumiem nekā bezgalīgs modelis Mēs varam teikt: Tagad mēs zinām Visuma lielumu."

Komanda atklāja, ka daudzkārt savienots Visums, apmēram trīs līdz četras reizes lielāks par mūsu novēroto burbuli, vislabāk atbilst CMB datiem. Lai gan šis rezultāts tehniski nozīmē, ka jūs varat ceļot vienā virzienā un nonākt tur, kur sākāt, patiesībā jūs nevarat.

Mēs dzīvojam visumā, kas paplašinās, un lielā mērogā Visums izplešas ātrāk nekā gaismas ātrums, tāpēc jūs nekad nevarat panākt un pabeigt ciklu.

Ieteicams: