Kakav oblik ima naš svemir? Kakav oblik ima Svemir? Klasična topologija prostora

> Kakav je oblik svemira?

U kojem obliku postoji Svemir?: istraživanje beskonačnog svemira, WMAP kozmička mikrovalna pozadinska karta, geometrija svemira i procijenjeni oblici s fotografijama.

Vrijedi li uopće razmišljati o tome kakvog je oblika Svemir? S čim imamo posla? Sfera? Konus? Ravan? I kako to odrediti?

Svemir je jedino mjesto u kojem postojimo i izvan kojeg ne možemo pobjeći (jer ih nema). Zahvaljujući fizikalnim zakonima, prirodnim konstantama i erupciji teških metala, uspjeli smo stvoriti život na maloj stjenovitoj kugli, izgubljenoj u jednoj od mnogih galaksija.

Ali zar ne želiš znati gdje živiš? Dovoljno je samo dobiti priliku pogledati sve izvana, kao što smo to učinili s našom rodnom planetom Zemljom. Da vidite? Beskrajna tama? Puno mjehurića? gruda snijega? Labirint štakora u rukama izvanzemaljaca ili nešto treće? Kakav je oblik Svemira?

Pa, odgovor je puno jednostavniji, ali i čudniji. Ljudi su počeli razmišljati o obliku Svemira još u davna vremena. A ljudi su, zbog nedostatka informacija, nudili neke prilično prekrasne stvari. U hinduističkim tekstovima to je bilo jaje u obliku osobe. Grci su vidjeli otok kako pluta u praznini. Aristotel kaže da Svemir ima oblik beskonačne kugle ili jednostavno kornjače.

Zanimljivo je da doprinosi Alberta Einsteina pomažu u testiranju svakog od ovih modela. Znanstvenici su došli do tri omiljena oblika: pozitivno zakrivljen, negativno zakrivljen i ravan. Razumijemo da svemir postoji u 4 dimenzije i bilo koja od figura graniči s ludom Lovecraftovskom geometrijom. Zato upotrijebite maksimalnu maštu i idemo!

S pozitivno zakrivljenom verzijom dobivamo četverodimenzionalnu kuglu. Ova sorta ima kraj, ali nema jasnu granicu. Točnije, priješle bi ga dvije čestice prije povratka na start. Možete ga testirati čak i kod kuće. Uzmite balon i povucite ravnu liniju dok se ne vrati na početnu točku.

Ova vrsta se uklapa u tri dimenzije i pojavljuje se ako postoji ogromna količina energije u svemiru. Da bi se potpuno savio ili zatvorio, prostor bi se morao prestati širiti. To će se dogoditi ako se pojavi velika rezerva energije koja može stvoriti prednost. Sadašnji dokazi pokazuju da je širenje proces bez kraja. Dakle, ovaj scenarij ne dolazi u obzir.

Negativno zakrivljeni oblik Svemira je četverodimenzionalno sedlo. Otvoren je, bez granica u prostoru i vremenu. Ovdje ima malo energije, pa se Svemir neće prestati širiti. Ako pošaljete dvije čestice duž ravnih linija, one se nikad neće susresti, već će se jednostavno razići dok ne krenu u različitim smjerovima.

Ako kritična količina energije fluktuira između ekstrema, tada će nakon beskonačnosti širenje prestati. Ovo je ravan Svemir. Ovdje će dvije čestice putovati paralelno, ali se nikada neće razdvojiti ili sresti.

Lako je zamisliti ova tri oblika, ali postoji mnogo više opcija. Nogometna lopta podsjeća na ideju sferičnog svemira. Krafna je tehnički ravna, ali spojena na određenim točkama. Neki vjeruju da ogromna topla i hladna mjesta govore u prilog ovoj opciji. Pretpostavljene oblike Svemira možete vidjeti na fotografiji.

A sada dolazimo do cijevi. Ovo je još jedna vrsta negativne zakrivljenosti. Jedan kraj će biti sužen, a drugi će biti širok. U prvom poluvremenu sve je djelovalo skučeno i postojalo u dvije dimenzije. A u širokoj bi se moglo prijeći maksimalne udaljenosti, ali bi se morali vratiti u suprotnom smjeru (smjer se mijenja na zavoju).

Što onda? S čim imamo posla? Pecivo? Puhački instrument? Ogromna glava sira? Znanstvenici još nisu isključili mogućnosti s cijevi i sedlom.

Mrzovoljci će tvrditi da je sve ovo besmisleno i da nikada nećemo saznati istinu. Ali nemojmo biti tako kategorični. Najnoviji Planckovi podaci pokazuju da je naš Svemir... ravan! Beskonačno konačan, potpuno nezakrivljen i s točno određenom kritičnom količinom energije.

Nezamislivo je da ne samo da možemo saznati kako Svemir izgleda, već postoje ljudi koji neprestano pokušavaju pronaći još više informacija. Ako vam se "ravno" čini dosadnim, ne zaboravite da još nemamo dovoljno informacija. Dakle, sasvim je moguće da bismo svi mogli postojati u ogromnoj krafni.

Zamislite vrlo veliku loptu. Iako izvana izgleda trodimenzionalno, njegova površina - kugla - je dvodimenzionalna, jer postoje samo dva neovisna smjera kretanja duž kugle. Da ste bili vrlo mali i živjeli na površini ove lopte, mogli biste pretpostaviti da uopće ne živite na kugli, već na velikoj ravnoj dvodimenzionalnoj površini. Ali ako biste točno mjerili udaljenosti na kugli, shvatili biste da ne živite na ravnoj površini, već na površini velike kugle ( cca. prijevod Vjerojatno je bolje povući analogiju s površinom globusa).
Ideja o zakrivljenosti površine lopte može se primijeniti na cijeli svemir. Ovo je bio veliki napredak u Einsteinova opća teorija relativnosti. Prostor i vrijeme spojeni su u jedinstvenu geometrijsku cjelinu tzv prostor-vrijeme, a ovo prostor-vrijeme je imalo geometrija, to bi mogao biti uvrnut, baš kao što je površina ogromne lopte zakrivljena.
Kada promatrate površinu velike lopte kao jednu stvar, osjećate cijeli prostor kugle kao cjelinu. Matematičari vole površinu sfere tako da ova definicija opisuje cijelu sferu, a ne samo dio nje. Jedan od ključnih aspekata opisivanja geometrije prostorvremena je da moramo opisati cijeli prostor i svo vrijeme. To znači da moramo opisati "sve" i "uvijek" "u jednoj boci". Geometrija prostor-vremena je geometrija cijelog prostora plus sve vrijeme zajedno kao jedna matematička jedinica.

Što određuje geometriju prostor-vremena?

U osnovi, fizičari rade ovako – traže jednadžbe gibanja čija rješenja najbolje opisuju sustav koji fizičari žele opisati. Einsteinova jednadžba predstavlja klasična jednadžba gibanja prostor-vremena. Klasična je jer pri njezinu dobivanju nisu uzeti u obzir kvantni efekti. Tako se geometrija prostor-vremena tumači kao isključivo klasičan koncept, lišen ikakvih kvantnih nesigurnosti. Zato je to najbolja aproksimacija egzaktnoj teoriji.
Prema Einsteinovim jednadžbama, zakrivljenost prostorvremena u određenom smjeru izravno je povezana s energijom i količinom gibanja svega u cijelom prostorvremenu što nije prostorvrijeme. Drugim riječima, Einsteinove jednadžbe povezuju gravitaciju s ne-gravitacijom i geometriju s ne-geometrijom. Zakrivljenost je gravitacija, a sve ostalo su elektroni i kvarkovi, koji čine atome, koji pak čine materiju, elektromagnetsko zračenje, svaka čestica - nositelj interakcije (osim gravitacije) - "živi" u zakrivljenom prostor-vremenu i ujedno određuje ovu zakrivljenost prema Einsteinovim jednadžbama.

Kakva je geometrija našeg prostor-vremena?

Kao što je upravo navedeno, potpuni opis određenog prostor-vremena uključuje ne samo sav prostor, ali također cijelo vrijeme. Drugim riječima, prostorvrijeme uključuje sve događaje koji su se ikada dogodili i koji će se ikada dogoditi.
Istina, sada, ako budemo previše doslovni u ovom konceptu, možemo naići na probleme, jer nećemo moći uzeti u obzir sve najmanje promjene u distribuciji gustoće energije i impulsa u Svemiru koje su se ikada dogodile i još uvijek javljaju u Svemiru. Ali, srećom, ljudski um je sposoban operirati s konceptima kao što su apstrakcija I aproksimacija Dakle, možemo izgraditi apstraktni model koji grubo opisuje vidljivi Svemir prilično dobro na velikim skalama, recimo, na skali klastera galaksija.
Ali to nije dovoljno za rješavanje jednadžbi. Također je potrebno napraviti određene pojednostavljujuće pretpostavke u vezi sa zakrivljenošću prostorvremena. Prva pretpostavka koju ćemo napraviti je ta prostorvrijeme se može lijepo podijeliti na prostor i vrijeme. To se, međutim, ne može uvijek učiniti; na primjer, u nekim slučajevima vrtnje crnih rupa, prostor i vrijeme se "vrte" zajedno i stoga se ne mogu uredno razdvojiti. Međutim, nema naznaka da se naš Svemir može okretati na sličan način. Prema tome, lako možemo pretpostaviti da se prostor-vrijeme može opisati kao prostor koji se vremenom mijenja.
Sljedeća važna pretpostavka koja proizlazi iz teorije Velikog praska je ta prostor izgleda isto u bilo kojem smjeru u bilo kojoj točki. Svojstvo da izgleda isto u bilo kojem smjeru naziva se izotropija, a svojstvo da izgleda isto u bilo kojoj točki naziva se homogenost. Dakle pretpostavljamo da naš prostor homogeni i izotropni. Kozmolozi ovu pretpostavku nazivaju maksimalna simetrija. Ovo se smatra prilično razumnom pretpostavkom u velikim razmjerima.
Prilikom rješavanja Einsteinovih jednadžbi za geometriju prostor-vrijeme našeg svemira, kozmolozi razmatraju tri glavne vrste energije koje mogu i krive prostor-vrijeme:
1. energija vakuuma
2. zračenje
3. obična tvar
Zračenje i obična materija tretiraju se kao homogeni plin koji ispunjava svemir, s nekom jednadžbom stanja koja povezuje tlak i gustoću.
Nakon što se naprave pretpostavke o homogenosti izvora energije i maksimalnoj simetriji, Einsteinove jednadžbe mogu se svesti na dvije diferencijalne jednadžbe koje se mogu lako riješiti pomoću jednostavnih računskih metoda. Iz rješenja dobivamo dvije stvari: geometrija prostora i onda kako se dimenzije prostora mijenjaju tijekom vremena.

Otvoreno, zatvoreno ili ravno?

Ako u svakom trenutku vremena prostor u svakoj točki izgleda isto u svim smjerovima, onda takav prostor mora imati stalna zakrivljenost. Ako se zakrivljenost mijenja od točke do točke, tada će prostor izgledati drugačije iz različitih točaka iu različitim smjerovima. Stoga, ako je prostor maksimalno simetričan, onda zakrivljenost u svim točkama mora biti ista.
Ovaj zahtjev donekle sužava moguće geometrije na tri: prostor s konstantnom pozitivnom, negativnom i nultom zakrivljenošću (ravni). U slučaju kada nema energije vakuuma (lambda termin), postoji samo obična materija i zračenje, zakrivljenost, uz sve ostalo, odgovara i na pitanje o vremenu evolucije:
Pozitivna zakrivljenost: N-dimenzionalni prostor s konstantnom pozitivnom zakrivljenošću je N-dimenzionalna sfera. Kozmološki model u kojem prostor ima konstantnu pozitivnu zakrivljenost naziva se zatvoreno kozmološki model. U ovom modelu, prostor se širi od nulte zapremine u vrijeme Velikog praska, zatim u nekom trenutku dostiže svoj maksimalni volumen i počinje se skupljati do Velikog sloma.
Nulta zakrivljenost: Prostor s nultom zakrivljenošću naziva se ravan prostor. Takav ravan prostor nije kompaktan, on se beskonačno proteže u svim smjerovima, kao što je samo proširen otvoren prostor. Takav se Svemir beskonačno širi u vremenu.
Negativna zakrivljenost: N-dimenzionalni prostor s konstantnom negativnom zakrivljenošću je N-dimenzionalna pseudosfera. Jedina stvar s kojom se takav jedinstveni svijet može koliko-toliko upoznati je hiperboloid, koji je dvodimenzionalna hipersfera. Prostor s negativnom zakrivljenošću ima beskonačan volumen. U prostoru s negativnom zakrivljenošću ostvaruje se otvoren Svemir. Ona se, poput ravne, beskonačno širi u vremenu.
Što određuje hoće li Svemir biti otvoren ili zatvoren? Za zatvoreni svemir, ukupna gustoća energije mora biti veća od gustoće energije koja odgovara ravnom svemiru, što se naziva kritična gustoća. Stavimo to. Zatim u zatvorenom svemiru w je veći od 1, u ravnom svemiru w=1, i in otvoreni svemir w je manji od 1.
Sve navedeno vrijedi samo u slučaju kada se uzmu u obzir samo obične vrste materija - prašina i zračenje, a zanemari energija vakuuma, koji bi mogao biti prisutan. Gustoća energije vakuuma je konstantna, tzv kozmološka konstanta.

Odakle dolazi tamna tvar?

Postoji mnogo različitih materija u svemiru, kao što su zvijezde ili vrući plin ili nešto drugo, koje emitiraju vidljivu svjetlost ili zračenje na drugim valnim duljinama. A sve se to može vidjeti ili očima, ili pomoću teleskopa, ili pomoću nekih složenih instrumenata. No, to nije sve što se nalazi u našem Svemiru – tijekom posljednja dva desetljeća astronomi su otkrili dokaze da u Svemiru postoji mnogo nevidljive materije.
Na primjer, pokazalo se da vidljiva materija u obliku zvijezda i međuzvjezdanog plina nije dovoljna da drži galaksije gravitacijski vezanima. Procjene o tome koliko materije zapravo treba prosječnoj galaksiji da se ne rasleti navele su fizičare i astronome na zaključak da većina materije u svemiru je nevidljiva. Ova tvar se zove tamna tvar a vrlo je važan za kozmologiju.
Budući da u svemiru postoji tamna tvar, što bi to moglo biti? Od čega se može "napraviti"? Ako se sastojao od kvarkova, poput obične materije, tada je rani Svemir trebao proizvesti mnogo više helija i deuterija nego što je sada u našem Svemiru. Fizičari čestica su mišljenja da se tamna tvar sastoji od supersimetrične čestice, koje su vrlo teške, ali vrlo slabo djeluju na obične čestice koje se sada promatraju na akceleratorima.
U Svemiru je, dakle, mnogo manje vidljive materije nego što je potrebno čak i za ravni Svemir. Stoga, ako u Svemiru nema ničega drugog, onda on mora biti otvoren. Međutim, postoji li dovoljno tamne tvari da “zatvori” Svemir? Drugim riječima, ako je w B gustoća obične materije, a w D gustoća tamne tvari, vrijedi li onda relacija w B + w D = 1? Studija kretanja u klasterima galaksija sugerira da je ukupna gustoća oko 30% kritične gustoće, pri čemu vidljiva materija čini oko 5%, a tamna materija 25%.
Ali tu nije kraj - imamo još jedan izvor energije u Svemiru - kozmološku konstantu.

Što je s kozmološkom konstantom?

Einsteinu se nisu sviđali rezultati vlastitog rada. Prema njegovim jednadžbama gibanja, svemir ispunjen običnom materijom trebao bi se širiti. Ali Einstein je želio teoriju u kojoj bi Svemir uvijek ostao iste veličine. Da bi to učinio, jednadžbama je dodao član, sada poznat kao kozmološki pojam, što je, kada se doda gustoći energije obične materije i zračenja, omogućilo da se Svemir nikada ne širi i nikada ne skuplja, već da zauvijek ostane isti.
Međutim, nakon što je Hubble otkrio da se naš Svemir širi, Einsteinov kozmološki termin je zaboravljen i "napušten". Međutim, nakon nekog vremena interes za nju probudile su relativističke kvantne teorije, u kojima se kozmološka konstanta pojavljuje prirodno dinamički iz kvantnih oscilacija virtualnih čestica i antičestica. To se zove kvantna nulta energetska razina i vrlo je mogući kandidat za nju energija vakuuma prostor-vrijeme. Međutim, kvantna teorija ima svoje "probleme" - kako ne učiniti ovu energiju vakuuma prevelikom, i to je jedan od razloga zašto fizičari istražuju supersimetrične teorije.
Kozmološka konstanta može ubrzati ili usporiti širenje svemira, ovisno o tome je li pozitivna ili negativna. A kada se kozmološka konstanta doda prostor-vremenu uz uobičajenu materiju i zračenje, slika postaje mnogo kompliciranija od najjednostavnijih slučajeva otvorenog ili zatvorenog Svemira koji su gore opisani.

Dakle, koji je odgovor?

Gotovo odmah nakon Velikog praska, era dominacije radijacije, koji je trajao prvih deset do sto tisuća godina evolucije našeg Svemira. Sada su dominantni oblici materije obična materija i energija vakuuma. Sudeći prema posljednjim promatranjima astronoma,
1. Naš je svemir ravan s dobrom točnošću: Kozmičko mikrovalno pozadinsko zračenje ostatak je iz vremena kada je svemir bio vruć i ispunjen vrućim fotonskim plinom. Od tada, međutim, zbog širenja Svemira ti su se fotoni ohladili i sada im je temperatura 2,73 K. No, ovo zračenje je malo nehomogeno, njihova kutna veličina nehomogenosti, vidljiva s našeg trenutnog položaja, ovisi o prostornom položaju. zakrivljenost svemira. Dakle, opažanja anizotropije kozmičkog mikrovalnog pozadinskog zračenja ukazuju upravo na to da naše Svemir je ravan.
2. U Svemiru postoji kozmološka konstanta: U svemiru postoji energija vakuuma, ili barem nešto što djeluje kao energija vakuuma, što uzrokuje ubrzano širenje svemira. Dokaz ubrzanog širenja Svemira su podaci o crvenim pomacima dalekih supernova.
3. Većina materije u Svemiru je u obliku tamne materije: Proučavanje kretanja galaksija dovodi do zaključka da obična materija u obliku zvijezda, galaksija, planeta i međuzvjezdanog plina čini samo mali dio ukupne materije u Svemiru.
Od današnjeg doba


Tako je sada u Svemiru gustoća energije vakuuma više nego dvostruko veća od gustoće energije tamne tvari, a pritom se doprinos barionske vidljive materije jednostavno može zanemariti. Dakle, naš bi se ravni Svemir trebao širiti zauvijek.

<< Koliko je star naš svemir? | Sadržaj | Putovanje kroz povijest svemira >>

Sljedeću verziju strukture Svemira iznio je fizičar Frank Steiner sa Sveučilišta u Ulmu, koji je zajedno sa svojim kolegama ponovno analizirao podatke prikupljene svemirskom sondom Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP), koja je nekoć bila pokrenut za detaljnu fotografiju kozmičkog mikrovalnog pozadinskog zračenja.

Međutim, nemojte žuriti govoriti o rubovima Svemira. Činjenica je da je ovaj poliedar zatvoren sam u sebe, odnosno, dosegnuvši jednu od njegovih strana, jednostavno ćete se vratiti unutra kroz suprotnu stranu ove višedimenzionalne "Möbiusove petlje".

Iz ovog izlaganja proizlaze zanimljivi zaključci. Na primjer, da se pravocrtnim letom na nekoj "brzoj" raketi na kraju možete vratiti na početnu točku ili, ako uzmete "jako veliki" teleskop, možete vidjeti iste objekte u različitim smjerovima prostora, samo zbog konačnosti brzine svjetlosti - u različitim fazama života.

Znanstvenici su pokušali napraviti takva opažanja, ali ništa slično "zrcalnim refleksijama" nije pronađeno. Ili zato što model nije točan, ili zato što "raspon" moderne promatračke astronomije nije dovoljan. Unatoč tome, rasprava o obliku i veličini svemira se nastavlja.

Sada su Steiner i njegovi drugovi dodali nova drva na vatru.

Planck je težak oko dvije tone. Trebao bi krstariti oko Lagrangeove točke L2. Kako se satelit okreće oko svoje osi, postupno će snimiti kompletnu kartu mikrovalne pozadine s neviđenom preciznošću i osjetljivošću (ilustracije ESA/AOES Medialab i ESA/C. Carreau).

Njemački fizičar sastavio je nekoliko modela Svemira i provjerio kako u njima nastaju mikrovalni pozadinski valovi gustoće. Tvrdi da najbliže podudaranje s promatranim kozmičkim mikrovalnim pozadinskim zračenjem daje svemir krafne, te je čak izračunao njegov promjer. Pokazalo se da "krafna" ima 56 milijardi svjetlosnih godina u promjeru.

Istina, ovaj torus nije sasvim običan. Znanstvenici ga nazivaju 3-torus. Njegov stvarni oblik teško je zamisliti, ali istraživači objašnjavaju kako barem pokušati.

Prvo zamislite kako nastaje obična "krafna". Uzmete komad papira i smotate ga u cjevčicu, lijepite dva suprotna ruba. Zatim smotate cijev u torus, lijepeći dva suprotna "izlaza" zajedno.

S 3-torusom sve je isto, osim što početni sastojak nije list, već kocka, a ne morate zalijepiti rubove ravnina, već svaki par suprotnih lica. Štoviše, zalijepite ga na takav način da, nakon što ste napustili kocku kroz jednu od njezinih strana, otkrit ćete da ste ponovno ušli unutra kroz njezinu suprotnu stranu.

Nekoliko stručnjaka koji su komentirali Steinerov rad primijetili su da on ne dokazuje definitivno da je Svemir “višedimenzionalna krafna”, već samo da je ovaj oblik jedan od najvjerojatnijih. Neki znanstvenici također dodaju da je dodekaedar (koji se često uspoređuje s nogometnom loptom, iako je to netočno) još uvijek “dobar kandidat”.

Frankov odgovor na ovo je jednostavan: konačni izbor između oblika može se napraviti nakon preciznijih mjerenja kozmičkog mikrovalnog pozadinskog zračenja od onih koje provodi WMAP. A takvo istraživanje uskoro će provesti europski satelit Planck, čije je lansiranje planirano za 31. listopada 2008. godine.

“S filozofskog gledišta, sviđa mi se ideja da je Svemir konačan i da bismo ga jednog dana mogli u potpunosti istražiti i znati sve o njemu. Ali budući da se pitanja u fizici ne mogu riješiti filozofijom, nadam se da će Planck na njih odgovoriti”, kaže Steiner.

U davna vremena ljudi su mislili da je zemlja ravna i da stoji na tri kita, a onda se pokazalo da je naša ekumena okrugla i ako cijelo vrijeme plovite prema zapadu, nakon nekog vremena vratit ćete se na početnu točku s istočno. Pogledi na svemir mijenjali su se na sličan način. Nekoć je Newton vjerovao da je svemir ravan i beskonačan. Einstein je dopustio da naš svijet bude ne samo neograničen i kriv, nego i zatvoren. Najnoviji podaci dobiveni tijekom proučavanja kozmičkog mikrovalnog pozadinskog zračenja pokazuju da bi svemir mogao biti zatvoren sam u sebe. Ispostavilo se da ako cijelo vrijeme letite daleko od Zemlje, tada ćete joj se u jednom trenutku početi približavati i na kraju se vratiti natrag, obilazeći cijeli Svemir i putujući oko svijeta, baš kao što je jedan od Magellanovih brodova kružio cijeli globus, uplovio u španjolsku luku Sanlúcar de Barrameda.

Hipoteza da je naš svemir nastao kao rezultat Velikog praska danas se smatra općeprihvaćenom. Materija je u početku bila vrlo vruća, gusta i brzo se širila. Tada je temperatura svemira pala na nekoliko tisuća stupnjeva. Tvar se u tom trenutku sastojala od elektrona, protona i alfa čestica (jezgri helija), odnosno bila je visoko ionizirani plin - plazma, neprozirna za svjetlost i sve elektromagnetske valove. Rekombinacija (kombinacija) jezgri i elektrona koja je započela u to vrijeme, odnosno stvaranje neutralnih atoma vodika i helija, radikalno je promijenila optička svojstva Svemira. Postao je proziran za većinu elektromagnetskih valova.

Tako se proučavanjem svjetlosti i radio valova može vidjeti samo ono što se dogodilo nakon rekombinacije, a sve što se dogodilo prije prekriveno je svojevrsnim “vatrenim zidom” ionizirane materije. Puno dublje u povijest Svemira možemo pogledati samo ako naučimo registrirati reliktne neutrine, za koje je vruća materija puno ranije postala prozirna, i primarne gravitacijske valove, za koje materija bilo koje gustoće nije prepreka, ali ovdje se radi o budućnost, a daleko od nje.najbliža.

Od nastanka neutralnih atoma, naš se Svemir proširio otprilike 1000 puta, a zračenje iz ere rekombinacije danas se na Zemlji promatra kao reliktna mikrovalna pozadina s temperaturom od oko tri stupnja Kelvina. Ova pozadina, prvi put otkrivena 1965. tijekom testiranja velike radio antene, gotovo je ista u svim smjerovima. Prema suvremenim podacima, postoji stotinu milijuna puta više reliktnih fotona nego atoma, pa je naš svijet jednostavno okupan u potocima jako crvene svjetlosti emitirane u prvim minutama života Svemira.

Klasična topologija prostora

Na mjerilima većim od 100 megaparseka, nama vidljivi dio svemira prilično je homogen. Sve guste nakupine materije - galaksije, njihove klastere i superklastere - opažamo samo na manjim udaljenostima. Štoviše, Svemir je također izotropan, odnosno njegova su svojstva ista duž bilo kojeg smjera. Ove eksperimentalne činjenice temelj su svih klasičnih kozmoloških modela, koji pretpostavljaju sfernu simetriju i prostornu homogenost raspodjele materije.

Klasična kozmološka rješenja jednadžbi Einsteinove opće teorije relativnosti (OTR), koja je 1922. pronašao Alexander Friedman, imaju najjednostavniju topologiju. Njihovi prostorni presjeci nalikuju ravninama (za beskonačna rješenja) ili sferama (za ograničena rješenja). No pokazalo se da takvi svemiri imaju alternativu: svemir konačnog volumena koji nema rubova ni granica, zatvoren u sebe.

Prva rješenja koja je pronašao Friedman opisala su svemire ispunjene samo jednom vrstom materije. Različite slike nastale su zbog razlika u prosječnoj gustoći materije: ako bi ona prelazila kritičnu razinu, dobivao se zatvoreni svemir s pozitivnom prostornom zakrivljenošću, konačnim dimenzijama i vijekom trajanja. Njegovo se širenje postupno usporavalo, zaustavljalo i zamijenilo sabijanje do točke. Svemir s gustoćom ispod kritične imao je negativnu zakrivljenost i širio se neograničeno, stopa njegove inflacije težila je nekoj konstantnoj vrijednosti. Ovaj se model naziva otvorenim. Ravni Svemir, srednji slučaj s gustoćom točno jednakom kritičnoj, je beskonačan i njegovi trenutni prostorni presjeci su ravni euklidski prostor s nultom zakrivljenošću. Ravna se, baš kao i otvorena, širi neograničeno, ali brzina njenog širenja teži nuli. Kasnije su izmišljeni složeniji modeli u kojima je homogeni i izotropni svemir ispunjen višekomponentnom materijom koja se mijenjala tijekom vremena.

Suvremena promatranja pokazuju da se Svemir sada širi ubrzanom brzinom (vidi “Izvan horizonta univerzalnih događaja”, br. 3, 2006.). Ovakvo ponašanje je moguće ako je prostor ispunjen nekom tvari (često zvanom tamna energija) s visokim negativnim tlakom, bliskim gustoći energije te tvari. Ovo svojstvo tamne energije dovodi do pojave neke vrste antigravitacije, koja nadilazi gravitacijske sile obične materije u velikim razmjerima. Prvi takav model (s tzv. lambda članom) predložio je sam Albert Einstein.

Poseban način širenja svemira nastaje ako pritisak te materije ne ostaje konstantan, već raste s vremenom. U ovom slučaju, povećanje veličine raste tako brzo da Svemir postaje beskonačan u konačnom vremenu. Takva oštra inflacija prostornih dimenzija, popraćena uništavanjem svih materijalnih objekata, od galaksija do elementarnih čestica, naziva se Big Rip.

Svi ti modeli ne pretpostavljaju nikakva posebna topološka svojstva Svemira i prikazuju ga sličnim našem poznatom prostoru. Ova se slika dobro slaže s podacima koje astronomi dobivaju pomoću teleskopa koji bilježe infracrveno, vidljivo, ultraljubičasto i rendgensko zračenje. I samo podaci radiopromatranja, točnije detaljna studija kozmičke mikrovalne pozadine, naveli su znanstvenike na sumnju da je naš svijet strukturiran tako jednostavno.

Znanstvenici neće moći pogledati dalje od "vatrenog zida" koji nas dijeli od događaja u prvih tisuću godina života našeg Svemira. Ali uz pomoć laboratorija lansiranih u svemir, svake godine saznajemo sve više o tome što se dogodilo nakon transformacije vruće plazme u topli plin

Orbitalni radio prijemnik

Prvi rezultati dobiveni od strane svemirske zvjezdarnice WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe), koja je mjerila snagu kozmičkog mikrovalnog pozadinskog zračenja, objavljeni su u siječnju 2003. godine i sadržavali su toliko dugo očekivanih informacija da njihovo razumijevanje danas nije dovršeno. Fizika se obično koristi za objašnjenje novih kozmoloških podataka: jednadžbi stanja tvari, zakona širenja i spektra početnih poremećaja. No ovaj put priroda otkrivene kutne nehomogenosti zračenja zahtijevala je potpuno drugačije objašnjenje - geometrijsko. Točnije, topološki.

Glavni cilj WMAP-a bio je izgraditi detaljnu kartu temperature kozmičkog mikrovalnog pozadinskog zračenja (ili, kako se još naziva, mikrovalnog pozadinskog zračenja). WMAP je ultraosjetljivi radio prijamnik koji istovremeno detektira signale koji dolaze s dvije gotovo dijametralno suprotne točke na nebu. Zvjezdarnica je lansirana u lipnju 2001. u posebno mirnu i "tihu" orbitu, koja se nalazi u takozvanoj Lagrangeovoj točki L2, milijun i pol kilometara od Zemlje. Ovaj 840 kg težak satelit zapravo je u orbiti oko Sunca, ali zahvaljujući zajedničkom djelovanju gravitacijskih polja Zemlje i Sunca, njegov orbitalni period je točno godinu dana, te ne odlijeće od Zemlje. Satelit je lansiran u tako daleku orbitu kako smetnje uzrokovane zemaljskim ljudskim djelovanjem ne bi smetale prijemu kozmičkog mikrovalnog pozadinskog zračenja.

Na temelju podataka dobivenih svemirskim radijskim opservatorijem bilo je moguće odrediti ogroman broj kozmoloških parametara s neviđenom točnošću. Prvo, omjer ukupne gustoće Svemira i kritične gustoće je 1,02±0,02 (odnosno, naš je Svemir ravan ili zatvoren s vrlo malom zakrivljenošću). Drugo, Hubbleova konstanta, koja karakterizira širenje našeg svijeta na velikim razmjerima, 72±2 km/s/Mpc. Treće, starost Svemira je 13,4 ± 0,3 milijarde godina, a crveni pomak koji odgovara vremenu rekombinacije je 1088 ± 2 (ovo je prosječna vrijednost, debljina granice rekombinacije znatno je veća od naznačene pogreške). Najsenzacionalniji rezultat za teoretičare bio je kutni spektar poremećaja reliktnog zračenja, točnije vrijednost drugog i trećeg harmonika bila je premala.

Takav se spektar konstruira predstavljanjem temperaturne karte kao zbroja raznih sfernih harmonika (multipola). U ovom slučaju iz opće slike poremećaja izdvajaju se varijabilne komponente koje na sferu stanu cijeli broj puta: kvadrupol 2 puta, oktupol 3 puta i tako dalje. Što je veći broj sfernog harmonika, to više visokofrekventnih pozadinskih oscilacija opisuje i manja je kutna veličina odgovarajućih "mrlja". Teoretski, broj sfernih harmonika je beskonačan, ali za pravu kartu promatranja ograničen je kutnom rezolucijom s kojom su opažanja napravljena.

Za ispravno mjerenje svih sfernih harmonika potrebna je karta cijele nebeske sfere, a WMAP svoju verificiranu verziju dobiva unutar godinu dana. Prve takve ne baš detaljne karte dobivene su 1992. u eksperimentima Relic i COBE (Cosmic Background Explorer).

Po čemu je pecivo slično šalici za kavu?
Postoji grana matematike - topologija, koja proučava svojstva tijela koja su sačuvana pod bilo kojom deformacijom bez lomova ili lijepljenja. Zamislimo da je geometrijsko tijelo koje nas zanima savitljivo i lako se deformira. U ovom slučaju, na primjer, kocka ili piramida lako se mogu pretvoriti u kuglu ili bocu, torus ("krafna") u šalicu za kavu s ručkom, ali neće biti moguće kuglu pretvoriti u šalicu s ručkom ako ne trgate i ne lijepite ovo lako deformabilno tijelo. Da biste podijelili sferu na dva nepovezana dijela, dovoljno je napraviti jedan zatvoreni rez, ali isto možete učiniti s torusom samo dva rezova. Topolozi naprosto obožavaju sve vrste egzotičnih konstrukcija poput ravnog torusa, rožnate sfere ili Kleinove boce, koje se mogu ispravno prikazati samo u prostoru dvostruko većeg broja dimenzija. Isto tako, naš trodimenzionalni Svemir, zatvoren u sebe, lako je zamisliti samo živeći u šestodimenzionalnom prostoru. Neko vrijeme kozmički topolozi još nisu posegnuli, ostavljajući mu priliku da jednostavno teče linearno, bez da bude zaključan u bilo što. Dakle, sposobnost rada u prostoru od sedam dimenzija danas je sasvim dovoljna da shvatimo koliko je složen naš dodekaedarski Svemir strukturiran.

Konačna mapa CMB temperature izgrađena je iz mukotrpne analize karata koje pokazuju intenzitet radio emisije u pet različitih frekvencijskih raspona

Neočekivana odluka

Za većinu sfernih harmonika dobiveni eksperimentalni podaci podudaraju se s izračunima modela. Samo su dva harmonika, kvadrupolni i oktupolni, bili jasno ispod razine koju su teoretičari očekivali. Štoviše, vjerojatnost da bi tako velika odstupanja mogla nastati slučajno iznimno je mala. U podacima COBE zabilježeno je potiskivanje kvadrupola i oktupola. Međutim, karte dobivene tih godina imale su lošu rezoluciju i veliki šum, pa je rasprava o ovom pitanju odgođena za bolja vremena. Zbog čega su se amplitude dviju najvećih fluktuacija u intenzitetu kozmičkog mikrovalnog pozadinskog zračenja pokazale tako male, u početku je bilo potpuno nejasno. Još uvijek nije bilo moguće smisliti fizički mehanizam za njihovo suzbijanje, budući da on mora djelovati na razini cijelog Svemira koji promatramo, čineći ga homogenijim, au isto vrijeme prestati djelovati na manjim razinama, dopuštajući mu da jače fluktuirati. Vjerojatno su zato počeli tražiti alternativne putove i našli topološki odgovor na postavljeno pitanje. Matematičko rješenje fizičkog problema pokazalo se iznenađujuće elegantnim i neočekivanim: bilo je dovoljno pretpostaviti da je Svemir dodekaedar zatvoren u sebe. Tada se potiskivanje niskofrekventnih harmonika može objasniti prostornom visokofrekventnom modulacijom pozadinskog zračenja. Ovaj se učinak javlja zbog opetovanog promatranja istog područja rekombinirajuće plazme kroz različite dijelove zatvorenog dodekaedarskog prostora. Ispada da se čini da se niski harmonici sami poništavaju zbog prolaska radio signala kroz različite aspekte Svemira. U takvom topološkom modelu svijeta, događaji koji se odvijaju u blizini jedne od strana dodekaedra ispadaju blizu suprotne strane, budući da su ta područja identična i zapravo su jedan te isti dio Svemira. Zbog toga se ispostavlja da reliktnu svjetlost koja dolazi na Zemlju s dijametralno suprotnih strana emitira isto područje primarne plazme. Ova okolnost dovodi do potiskivanja nižih harmonika CMB spektra čak iu svemiru koji je samo malo veći od vidljivog horizonta događaja.

Mapa anizotropije
Kvadrupol koji se spominje u tekstu članka nije najniži sferni harmonik. Osim njega, postoje monopol (nulti harmonik) i dipol (prvi harmonik). Veličina monopola određena je prosječnom temperaturom kozmičkog mikrovalnog pozadinskog zračenja, koja danas iznosi 2,728 K. Nakon što se oduzme od opće pozadine, najveća je dipolna komponenta, koja pokazuje koliko je viša temperatura u jednoj od polutke prostora koji nas okružuje je nego u drugoj. Prisutnost ove komponente uzrokovana je uglavnom kretanjem Zemlje i Mliječne staze u odnosu na reliktnu pozadinu. Zbog Dopplerovog efekta temperatura u smjeru kretanja raste, a u suprotnom opada. Ova će okolnost omogućiti određivanje brzine bilo kojeg objekta u odnosu na kozmičko mikrovalno pozadinsko zračenje i time uvesti dugo očekivani apsolutni koordinatni sustav, lokalno u mirovanju u odnosu na cijeli Svemir.

Veličina anizotropije dipola povezana s kretanjem Zemlje je 3,353*10-3 K. To odgovara gibanju Sunca u odnosu na pozadinu CMB brzinom od oko 400 km/s. Pritom “letimo” u smjeru granice zviježđa Lava i Kaleža, a “odlijećemo” od zviježđa Vodenjaka. Naša galaksija, zajedno s lokalnom skupinom galaksija kojoj pripada, kreće se u odnosu na relikt brzinom od oko 600 km/s.

Svi ostali poremećaji (od kvadrupola i iznad) na pozadinskoj karti uzrokovani su nehomogenostima u gustoći, temperaturi i brzini materije na granici rekombinacije, kao i radijskom emisijom naše Galaksije. Nakon oduzimanja dipolne komponente, ukupna amplituda svih ostalih odstupanja ispada samo 18 * 10-6 K. Kako bi se isključilo vlastito zračenje Mliječne staze (uglavnom koncentrirano u ravnini galaktičkog ekvatora), promatranja mikrovalne pozadine su provodi se u pet frekvencijskih pojasa u rasponu od 22,8 GHz do 93 ,5 GHz.

Kombinacije s torusom

Najjednostavnije tijelo s topologijom složenijom od sfere ili ravnine je torus. Svatko tko je držao bagel u rukama može to zamisliti. Drugi ispravniji matematički model ravnog torusa demonstriraju ekrani nekih računalnih igara: to je kvadrat ili pravokutnik, čije su suprotne strane identificirane, a ako pokretni objekt ide prema dolje, pojavljuje se odozgo; prelazi lijevi rub ekrana, pojavljuje se iza desnog i obrnuto. Takav torus je najjednostavniji primjer svijeta s netrivijalnom topologijom, koji ima konačni volumen i nema nikakvih granica.

U trodimenzionalnom prostoru sličan se postupak može izvesti s kockom. Ako identificiramo njegove suprotne strane, formira se trodimenzionalni torus. Ako iz unutrašnjosti takve kocke pogledate okolni prostor, možete vidjeti beskonačan svijet, koji se sastoji od kopija svog jednog jedinog i jedinstvenog (neponavljajućeg) dijela, čiji je volumen potpuno konačan. U takvom svijetu nema granica, ali postoje tri različita smjera paralelna s rubovima izvorne kocke, duž kojih se promatraju periodični nizovi izvornih objekata. Ova slika je vrlo slična onome što se može vidjeti unutar kocke sa zrcalnim zidovima. Istina, gledajući bilo koje njegovo lice, stanovnik takvog svijeta vidjet će potiljak, a ne lice, kao u zemaljskoj zabavištu. Ispravniji model bila bi soba opremljena sa 6 televizijskih kamera i 6 ravnih LCD monitora, na kojima se prikazuje slika snimljena filmskom kamerom smještenom nasuprot. U ovom se modelu vidljivi svijet zatvara u sebe zahvaljujući pristupu drugoj televizijskoj dimenziji.

Gore opisana slika potiskivanja niskofrekventnih harmonika točna je ako je vrijeme potrebno da svjetlost prijeđe početni volumen dovoljno kratko, odnosno ako su dimenzije početnog tijela male u odnosu na kozmološka mjerila. Ako se dimenzije vidljivog dijela Svemira (tzv. horizonta Svemira) pokažu manjim od dimenzija izvornog topološkog volumena, tada se situacija neće razlikovati od one koju ćemo vidjeti u uobičajenom beskonačnom Einsteinov svemir, te se neće uočiti nikakve anomalije u spektru kozmičkog mikrovalnog pozadinskog zračenja.

Maksimalno moguće prostorno mjerilo u takvom kubičnom svijetu određeno je dimenzijama izvornog tijela; udaljenost između bilo koja dva tijela ne smije premašiti polovicu glavne dijagonale izvorne kocke. Svjetlost koja nam dolazi s granice rekombinacije može usput nekoliko puta prijeći izvornu kocku, kao da se reflektira u njezinim zidovima zrcala, zbog toga se kutna struktura zračenja iskrivljuje i niskofrekventne fluktuacije postaju visokofrekventne. Kao rezultat toga, što je početni volumen manji, to je jače potiskivanje nižih velikih kutnih fluktuacija, što znači da proučavanjem CMB-a možemo procijeniti veličinu našeg Svemira.

3D mozaici

Ravni topološki složeni trodimenzionalni Svemir može se izgraditi samo na temelju kocke, paralelopipeda i šesterokutnih prizmi. U slučaju zakrivljenog prostora takva svojstva ima šira klasa figura. U isto vrijeme, najbolji kutni spektri dobiveni u WMAP eksperimentu su u skladu s modelom svemira koji ima oblik dodekaedra. Ovaj pravilni poliedar, koji ima 12 peterokutnih stranica, podsjeća na nogometnu loptu sašivenu od peterokutnih zakrpa. Ispostavilo se da u prostoru s blagom pozitivnom zakrivljenošću pravilni dodekaedri mogu ispuniti cijeli prostor bez rupa ili međusobnih sjecišta. Uz određeni omjer između veličine dodekaedra i zakrivljenosti, to zahtijeva 120 sfernih dodekaedra. Štoviše, ova složena struktura od stotina "lopti" može se svesti na topološki ekvivalentnu, koja se sastoji od samo jednog dodekaedra, čija su suprotna lica identificirana, rotirana za 180 stupnjeva.

Svemir formiran od takvog dodekaedra ima niz zanimljivih svojstava: nema preferirane smjerove i opisuje veličinu najnižih kutnih harmonika CMB-a bolje od većine drugih modela. Takva slika nastaje samo u zatvorenom svijetu s omjerom stvarne gustoće materije i kritične gustoće od 1,013, što spada u raspon vrijednosti dopuštenih današnjim promatranjima (1,02 ± 0,02).

Za prosječnog stanovnika Zemlje sve ove topološke zavrzlame na prvi pogled nemaju preveliki značaj. Ali za fizičare i filozofe to je sasvim druga stvar. I za svjetonazor u cjelini i za jedinstvenu teoriju koja objašnjava strukturu našeg svijeta, ova hipoteza je od velikog interesa. Stoga su, otkrivši anomalije u spektru relikvija, znanstvenici počeli tražiti druge činjenice koje bi mogle potvrditi ili opovrgnuti predloženu topološku teoriju.

Zvučna plazma
Na spektru CMB fluktuacija, crvena linija označava predviđanja teorijskog modela. Sivi koridor oko njega su dopuštena odstupanja, a crne točke su rezultati promatranja. Većina podataka dobivena je iz WMAP eksperimenta, a samo za najviše harmonike dodani su rezultati iz studija CBI (balon) i ACBAR (zemaljski Antarktik). Normalizirani grafikon kutnog spektra CMB fluktuacija pokazuje nekoliko maksimuma. To su takozvani “akustični vrhovi” ili “Sakharovljeve oscilacije”. Njihovo postojanje teoretski je predvidio Andrej Saharov. Ovi vrhovi su posljedica Dopplerovog efekta i uzrokovani su kretanjem plazme u trenutku rekombinacije. Maksimalna amplituda oscilacija javlja se unutar veličine uzročno povezanog područja (zvučnog horizonta) u trenutku rekombinacije. Na manjim su skalama oscilacije plazme bile oslabljene viskoznošću fotona, a na velikim su skalama poremećaji neovisni jedan o drugome i nisu bili fazni. Stoga se maksimalne fluktuacije opažene u modernom dobu događaju pod kutovima pod kojima je danas vidljiv zvučni horizont, odnosno područje primarne plazme koja je živjela jedan život u trenutku rekombinacije. Točan položaj maksimuma ovisi o omjeru ukupne gustoće Svemira prema kritičnoj. Promatranja pokazuju da se prvi, najviši vrh nalazi otprilike na 200. harmoniku, što prema teoriji s velikom točnošću odgovara ravnom Euklidskom svemiru.

Puno informacija o kozmološkim parametrima sadržano je u drugom i sljedećim akustičkim vrhovima. Samo njihovo postojanje odražava činjenicu da su akustične oscilacije u plazmi "fazne" tijekom ere rekombinacije. Da nema te veze, tada bi se promatrao samo prvi vrh, a fluktuacije na svim manjim skalama bile bi jednako vjerojatne. Ali da bi se pojavio takav uzročno-posljedični odnos između oscilacija na različitim skalama, te (međusobno vrlo udaljene) regije morale su biti u mogućnosti međusobno djelovati. Upravo je to situacija koja se prirodno javlja u modelu inflacijskog svemira, a pouzdana detekcija drugog i sljedećih vrhova u kutnom spektru CMB fluktuacija jedna je od najznačajnijih potvrda ovog scenarija.

Promatranja kozmičkog mikrovalnog pozadinskog zračenja provedena su u području blizu maksimuma toplinskog spektra. Za temperaturu od 3K to je na radio valnoj duljini od 1 mm. WMAP je svoja promatranja provodio na nešto većim valnim duljinama: od 3 mm do 1,5 cm. Taj je raspon prilično blizu maksimuma i sadrži niži šum zvijezda naše galaksije.

Višestruki svijet

U dodekaedarskom modelu, horizont događaja i granica rekombinacije koja leži vrlo blizu njega sijeku svako od 12 lica dodekaedra. Sjecište rekombinacijske granice i izvornog poliedra tvori 6 pari krugova na mikrovalnoj pozadinskoj karti, smještenih na suprotnim točkama nebeske sfere. Kutni promjer ovih krugova je 70 stupnjeva. Te kružnice leže na suprotnim stranama izvornog dodekaedra, odnosno geometrijski i fizički se podudaraju. Kao rezultat toga, distribucija fluktuacija CMB duž svakog para krugova trebala bi se podudarati (uzimajući u obzir rotaciju za 180 stupnjeva). Na temelju dostupnih podataka, takvi krugovi još nisu otkriveni.

Ali ovaj je fenomen, kako se pokazalo, složeniji. Krugovi će biti identični i simetrični samo za promatrača koji miruje u odnosu na reliktnu pozadinu. Zemlja se u odnosu na nju kreće prilično velikom brzinom, zbog čega se u pozadinskom zračenju pojavljuje značajna dipolna komponenta. U tom slučaju krugovi se pretvaraju u elipse, mijenjaju se njihove veličine, položaj na nebu i prosječna temperatura duž kruga. Postaje mnogo teže otkriti identične krugove u prisutnosti takvih iskrivljenja, a točnost podataka koji su danas dostupni postaje nedovoljna; potrebna su nova promatranja koja će pomoći da se utvrdi postoje li oni ili ne.

Višestruko povezana inflacija

Možda najozbiljniji problem svih topološki složenih kozmoloških modela, a nemali broj njih se već pojavio, uglavnom je teorijske prirode. Danas se inflacijski scenarij evolucije Svemira smatra standardnim. Predloženo je da se objasni visoka homogenost i izotropnost vidljivog svemira. Prema njemu, u početku je svemir koji je rođen bio prilično heterogen. Zatim, tijekom procesa inflacije, kada se Svemir širio prema zakonu bliskom eksponencijalnom, njegova se izvorna veličina povećala za mnogo redova veličine. Danas vidimo samo mali dio Velikog svemira, u kojem još postoje nehomogenosti. Istina, oni imaju tako velik prostorni opseg da su nevidljivi unutar nama dostupnog područja. Inflatorni scenarij najbolje je razvijena kozmološka teorija dosad.

Za višestruko povezani svemir takav slijed događaja ne odgovara. U njemu je dostupan za promatranje sav njegov jedinstveni dio i neki od njegovih najbližih primjeraka. U tom slučaju strukture ili procesi opisani mjerilima mnogo većim od promatranog horizonta ne mogu postojati.

Smjerovi u kojima će se kozmologija morati razvijati ako se potvrdi multipovezanost našeg Svemira već su jasni: to su neinflacijski modeli i tzv. modeli sa slabom inflacijom, u kojima se veličina Svemira povećava samo nekoliko puta ( ili desetke puta) tijekom inflacije. Takvih modela još nema, a znanstvenici, pokušavajući sačuvati poznatu sliku svijeta, aktivno traže nedostatke u rezultatima dobivenim pomoću svemirskog radioteleskopa.

Obrada artefakata

Jedna od skupina koja je provela nezavisne studije WMAP podataka skrenula je pozornost na činjenicu da kvadrupolne i oktupolne komponente CMB-a imaju blisku orijentaciju jedna prema drugoj i leže u ravnini koja se gotovo podudara s galaktičkim ekvatorom. Zaključak ove grupe: dogodila se pogreška pri oduzimanju galaktičke pozadine od podataka promatranja mikrovalne pozadine i stvarna vrijednost harmonika je potpuno drugačija.

Promatranja WMAP-a provedena su na 5 različitih frekvencija kako bi se točno razdvojila kozmološka i lokalna pozadina. Glavni tim WMAP-a vjeruje da su opažanja ispravno obrađena i odbacuje predloženo objašnjenje.

Dostupni kozmološki podaci, objavljeni još početkom 2003. godine, dobiveni su obradom rezultata samo prve godine WMAP motrenja. Za testiranje predloženih hipoteza, kao i obično, potrebno je povećanje točnosti. Do početka 2006. WMAP je kontinuirano promatrao četiri godine, što bi trebalo biti dovoljno za udvostručenje njegove točnosti, ali podaci tek trebaju biti objavljeni. Moramo malo pričekati i možda će naše pretpostavke o dodekaedarskoj topologiji Svemira postati potpuno demonstrativne.

Mihail Prohorov, doktor fizikalnih i matematičkih znanosti

Einsteinova opća teorija relativnosti proučava geometriju 4-dimenzionalnog prostor-vremena. Međutim, pitanje samog oblika (geometrije) trodimenzionalnog prostora ostalo je do danas nejasno.

Proučavajući raspored galaksija, znanstvenici su došli do zaključka da je naš Svemir, s visokim stupnjem točnosti, prostorno homogen i izotropan na velikim skalama. To znači da je geometrija našeg svijeta geometrija homogene i izotropne trodimenzionalne mnogostrukosti. Postoje samo tri takve mnogostrukosti: trodimenzionalna ravnina, trodimenzionalna sfera i trodimenzionalni hiperboloid. Prva mnogostrukost odgovara uobičajenom trodimenzionalnom euklidskom prostoru. U drugom slučaju, Svemir ima oblik kugle. To znači da je svijet zatvoren i da bismo mogli doći do iste točke u svemiru jednostavnim kretanjem u ravnoj liniji (kao da putujemo oko Zemlje). Konačno, prostor u obliku hiperboloida odgovara otvorenom trodimenzionalnom mnogoznačniku, čiji je zbroj kutova trokuta uvijek manji od 180 stupnjeva. Dakle, proučavanje samo velike strukture Svemira ne dopušta nam jednoznačno određivanje geometrije trodimenzionalnog prostora, ali značajno smanjuje moguće opcije.

Proučavanje kozmičkog mikrovalnog pozadinskog zračenja, trenutno najpreciznijeg kozmološkog promatranja, omogućuje napredak u ovom pitanju. Činjenica je da oblik trodimenzionalnog prostora ima značajan utjecaj na širenje fotona u Svemiru - čak i blaga zakrivljenost trodimenzionalnog razvodnika značajno bi utjecala na spektar kozmičkog mikrovalnog pozadinskog zračenja. Suvremena istraživanja na ovu temu govore da je geometrija Svemira ravna s visokim stupnjem točnosti. Ako je prostor zakrivljen, tada je odgovarajući radijus zakrivljenosti 10 000 veći od uzročno povezanog područja u Svemiru.

Pitanje geometrije trodimenzionalne mnogostrukosti usko je povezano s evolucijom Svemira u budućnosti. Za prostor u obliku trodimenzionalnog hiperboloida, širenje Svemira trajalo bi zauvijek, dok bi za sferičnu geometriju širenje ustupilo mjesto kompresiji, nakon čega bi uslijedio kolaps Svemira natrag u singularnost. Međutim, na temelju suvremenih podataka, brzina širenja Svemira danas nije određena zakrivljenošću trodimenzionalne mnogostrukosti, već tamnom energijom, određenom tvari konstantne gustoće. Štoviše, ako gustoća tamne energije u budućnosti ostane konstantna, njen će doprinos ukupnoj gustoći Svemira s vremenom samo rasti, a doprinos zakrivljenosti će se smanjivati. To znači da geometrija trodimenzionalne mnogostrukosti vjerojatno nikada neće imati značajan utjecaj na evoluciju Svemira. Naravno, nemoguće je dati bilo kakva pouzdana predviđanja o svojstvima tamne energije u budućnosti, a samo točnija istraživanja njezinih svojstava mogu rasvijetliti buduću sudbinu Svemira.