우리 우주의 모양은? 우주는 어떤 모양을 가지고 있습니까? 고전적 공간 토폴로지

> 우주의 모양은 무엇입니까?

우주는 어떤 형태로 존재합니까?: 무한한 공간의 탐사, WMAP CMB 지도, 우주의 기하학, 그리고 사진으로 추정되는 모양.

우주가 어떤 모양인지 생각해 볼 가치가 있습니까? 우리는 무엇을 다루고 있습니까? 구체? 원뿔? 평평한? 그리고 그것을 어떻게 정의할 것인가?

우주는 우리가 존재하고 그 너머로 우리가 탈출할 수 없는 유일한 장소입니다(아무도 없기 때문에). 물리 법칙, 자연적 영구 및 분출 중금속 덕분에 우리는 많은 은하 중 하나에서 길을 잃은 작은 암석 공에 생명을 만들 수 있었습니다.

그러나 당신은 당신이 사는 곳을 알고 싶지 않습니까? 우리가 고향 행성 지구에서 했던 것처럼 외부에서 모든 것을 볼 수 있는 기회를 얻기 위해서입니다. 당신이 볼? 끝없는 어둠? 거품이 많이? 스노볼? 외계인의 손에 쥐 미로 또는 다른 무엇입니까? 우주의 모양은 무엇입니까?

답은 훨씬 간단하지만 더 이상합니다. 사람들은 고대에 우주의 모양에 대해 생각하기 시작했습니다. 그리고 사람들은 정보 부족으로 인해 아주 멋진 것들을 제공했습니다. 힌두교 문헌에서 그것은 사람의 모양을 한 달걀이었다. 그리스인들은 허공에 떠 있는 섬을 보았습니다. 아리스토텔레스는 우주가 무한한 구체 또는 거북이의 모양을 가지고 있다고 말합니다.

흥미롭게도 Albert Einstein의 기여는 이러한 각 모델을 테스트하는 데 도움이 됩니다. 과학자들은 세 가지 좋아하는 모양을 제시했습니다: 양의 곡선, 음의 곡선 및 평평한. 우리는 우주가 4차원으로 존재하고 모든 인물이 러브크래프트의 미친 기하학에 경계를 두고 있다는 것을 이해합니다. 그러니 상상력을 최대한 발휘하고 가자!

양의 곡선 버전을 사용하면 4차원 구를 얻습니다. 이 품종은 끝이 있지만 뚜렷한 경계가 없습니다. 더 구체적으로 말하면, 두 개의 입자가 시작점으로 돌아가기 전에 교차합니다. 집에서도 테스트할 수 있습니다. 풍선을 잡고 시작점으로 돌아올 때까지 직선을 그립니다.

이 종은 3차원에 적합하며 우주에 엄청난 양의 에너지가 있을 때 나타납니다. 완전히 휘거나 닫히려면 공간이 확장을 중지해야 합니다. 이것은 가장자리를 만들 수 있는 대규모 에너지 매장량이 있는 경우에 발생합니다. 현대 데이터에 따르면 확장은 끝이 없는 과정입니다. 그래서 이 시나리오는 끝났습니다.

우주의 음으로 휘어진 모양은 4차원 안장입니다. 공간과 시간의 경계가 없는 열린 공간입니다. 여기에는 에너지가 거의 없으므로 우주는 팽창을 멈추지 않을 것입니다. 두 입자가 직선을 따라 발사되면 결코 만나지 않고 다른 방향으로 갈 때까지 단순히 발산합니다.

임계 에너지 양이 극단 사이에서 변동하면 무한대 이후에는 팽창이 멈춥니다. 이것은 평평한 우주입니다. 여기서 두 입자는 평행하게 이동하지만 결코 분리되거나 만나지 않습니다.

이 세 가지 형태는 상상하기 쉽지만 더 많은 옵션이 있습니다. 축구공은 구형 우주의 아이디어를 연상시킵니다. 도넛은 기술적으로 평평하지만 특정 지점에서 연결됩니다. 일부는 거대한 따뜻하고 시원한 지점이이 옵션에 찬성한다고 믿습니다. 사진에서 주장하는 우주의 모양을 볼 수 있습니다.

그래서 우리는 파이프에 왔습니다. 이것은 또 다른 종류의 음의 곡률입니다. 그 끝 중 하나는 좁아지고 다른 하나는 넓습니다. 전반전에는 모든 것이 좁고 2차원적으로 존재했다. 그리고 넓은 곳에서는 최대 거리까지 이동할 수 있지만 반대 방향으로 돌아와야 합니다(굽은 곳에서 방향이 바뀝니다).

그럼? 우리는 무엇을 다루고 있습니까? 베이글? 관악기? 거대한 치즈 머리? 과학자들은 여전히 ​​파이프와 안장 옵션을 배제하지 않았습니다.

불평하는 사람들은 이 모든 것이 무의미하며 우리는 진실을 결코 알지 못할 것이라고 주장할 것입니다. 그러나 너무 범주적이지 맙시다. 최신 플랑크 데이터는 우리 우주가... 평평하다는 것을 보여줍니다! 무한히 유한하고 완전히 구부러지지 않고 정확한 임계 에너지 양을 가지고 있습니다.

우리가 우주가 어떻게 생겼는지 알아낼 수 있을 뿐만 아니라 더 많은 정보를 찾기 위해 끊임없이 노력하는 사람들이 있다는 것은 상상도 할 수 없는 일입니다. "평면"이 지루해 보인다면 아직 정보가 충분하지 않다는 것을 잊지 마십시오. 따라서 우리 모두는 거대한 도넛에 존재할 수 있습니다.

아주 큰 공을 상상해보십시오. "외부에서"는 3차원처럼 보이지만 그 표면(구)은 2차원입니다. 구에는 두 개의 독립적인 이동 방향만 있기 때문입니다. 당신이 아주 작고 이 공의 표면에 살았다면, 당신은 당신이 구 위에 사는 것이 아니라 크고 평평한 2차원 표면에 살고 있다고 가정할 수 있을 것입니다. 그러나 동시에 구체의 거리를 정확하게 측정했다면 평평한 표면이 아니라 큰 구체의 표면에 살고 있다는 것을 이해하게 될 것입니다( 약 번역아마도 지구의 표면과 유추하는 것이 더 나을 것입니다.)
구면의 곡률에 대한 아이디어는 우주 전체에 적용될 수 있습니다. 이것은 획기적인 발전이었다. 아인슈타인의 일반 상대성 이론. 공간과 시간은 단일 기하학적 단위로 결합되었습니다. 시공간, 그리고 이 시공간은 기하학, 그것은 수 꼬인, 마치 거대한 공의 표면이 구부러진 것처럼.
큰 공의 표면을 하나의 것으로 볼 때 구체의 전체 공간을 전체적으로 느낍니다. 수학자들은 구의 표면을 사랑하므로 이 정의는 구의 일부가 아니라 구 전체를 설명합니다. 시공간의 기하학을 설명하는 주요 측면 중 하나는 우리가 전체 공간과 모든 시간을 설명해야 한다는 것입니다. 이것은 "모든 것"과 "항상"을 "한 병에" 기술할 필요가 있음을 의미합니다. 시공간 기하학은 모든 공간과 모든 시간을 하나의 수학 단위로 합친 기하학입니다.

시공간의 기하학을 결정짓는 것은 무엇인가?

기본적으로 물리학자는 다음과 같은 방식으로 작업합니다. 물리학자가 설명하려는 시스템을 가장 잘 설명하는 솔루션을 가진 운동 방정식을 찾습니다. 아인슈타인의 방정식대표하다 시공간의 고전적인 운동 방정식. 양자 효과를 얻을 때 고려되지 않았기 때문에 고전적입니다. 따라서 시공간 기하학은 양자 불확실성이 전혀 없는 독점적인 고전적 개념으로 취급됩니다. 이것이 정확한 이론에 가장 근접한 이유입니다.
아인슈타인의 방정식에 따르면, 주어진 방향으로의 시공의 곡률은 시공이 아닌 모든 시공에서 모든 것의 에너지 및 운동량과 직접적으로 관련됩니다. 즉, 아인슈타인의 방정식은 중력을 무중력과 연관시키고 기하학을 비 기하학과 연관시킵니다. 곡률은 중력이고 다른 모든 것은 전자와 쿼크로 구성되며 원자는 차례로 물질, 전자기 복사, 각 입자로 구성됩니다. 시간과 동시에 아인슈타인의 방정식에 따라 이 곡률을 결정합니다.

시공간의 기하학은 무엇입니까?

방금 언급했듯이 주어진 시공간에 대한 완전한 설명은 다음을 포함합니다. 모든 공간, 하지만 또한 항상. 다시 말해서 시공간은 지금까지 일어났고 앞으로도 일어날 모든 사건을 포함합니다.
사실, 이제 우리가 그러한 개념에서 너무 문자 그대로라면 문제에 부딪힐 수 있습니다. 왜냐하면 우주에서 방금 일어났고 여전히 일어날 에너지 분포와 운동량 밀도의 가장 작은 변화를 모두 고려할 수 없기 때문입니다. 우주. 그러나 다행히도 인간의 마음은 다음과 같은 개념으로 작동할 수 있습니다. 추출그리고 근사, 그래서 우리는 관측 가능한 우주를 대규모, 예를 들어 은하단의 규모에서 아주 잘 설명하는 추상 모델을 구축할 수 있습니다.
그러나 방정식을 풀기 위해서는 이것으로 충분하지 않습니다. 또한 시공간의 곡률에 대한 단순화된 가정을 할 필요가 있습니다. 우리가 만드는 첫 번째 가정은 시공간은 공간과 시간으로 깔끔하게 나눌 수 있다. 그러나 이것은 항상 가능한 것은 아닙니다. 예를 들어 블랙홀을 회전시키는 경우 공간과 시간이 함께 "회전"하므로 깔끔하게 분리할 수 없습니다. 그러나 우리 우주가 이런 식으로 회전할 수 있다는 징후는 없습니다. 따라서 우리는 시공간이 다음과 같이 기술될 수 있다고 가정할 수 있습니다. 시간에 따라 변하는 공간.
빅뱅 이론의 다음으로 중요한 가정은 다음과 같습니다. 공간은 어느 지점에서나 어느 방향으로나 동일하게 보입니다.. 어느 방향에서나 동일하게 보이는 성질을 등방성(isotropy)이라고 하고, 어느 지점에서나 동일하게 보이는 성질을 균일성(uniformity)이라고 한다. 따라서 우리는 우리의 공간이 균질 및 등방성. 우주론자들은 이 가정을 최대 대칭. 이것은 대규모로 볼 때 충분히 합리적인 가정이라고 믿어집니다.
우주의 시공간 기하학에 대한 아인슈타인의 방정식을 풀 때 우주론자들은 시공간을 왜곡할 수 있고 할 수 있는 세 가지 주요 유형의 에너지를 고려합니다.
1. 진공 에너지
2. 방사선
3. 일반 사항
방사선과 일반 물질은 압력과 밀도에 관련된 일부 상태 방정식과 함께 우주를 채우는 균질한 가스로 간주됩니다.
에너지원의 균질성과 최대 대칭성에 대한 가정을 한 후, 아인슈타인의 방정식은 가장 간단한 계산 방법을 사용하여 풀기 쉬운 두 개의 미분 방정식으로 줄일 수 있습니다. 솔루션에서 우리는 두 가지를 얻습니다. 공간의 기하학그리고 시간이 지남에 따라 공간의 차원이 어떻게 변하는가.

개방형, 폐쇄형 또는 평면형?

시간의 모든 순간에 모든 지점의 공간이 모든 방향에서 동일하게 보인다면 그러한 공간은 다음과 같아야 합니다. 일정한 곡률. 곡률이 점에서 점으로 바뀌면 공간은 점과 방향에 따라 다르게 보일 것입니다. 따라서 공간이 최대 대칭인 경우 모든 점에서 곡률은 동일해야 합니다..
이 요구 사항은 가능한 지오메트리를 일정한 양수, 음수 및 곡률이 0인 공간(평면)의 세 가지로 좁힙니다. 진공 에너지(람다 항)가 없는 경우 일반 물질만 있고 복사, 곡률, 모든 것 외에도 진화 시간에 대한 질문에 답합니다.
양의 곡률: 일정한 양의 곡률을 갖는 N차원 공간은 N차원 구입니다. 공간이 일정한 양의 곡률을 갖는 우주론적 모델을 닫은우주론적 모델. 이러한 모델에서 공간은 빅뱅 당시 0의 부피에서 팽창하다가 어느 시점에서 최대 부피에 도달하여 "빅 크런치"까지 축소되기 시작합니다.
제로 곡률: 곡률이 0인 공간을 호출합니다. 평평한우주. 그러한 평평한 공간은 비-컴팩트하고, 단지 확장된 것처럼 모든 방향으로 무한히 확장된다. 열려 있는우주. 그러한 우주는 시간이 지남에 따라 무한히 확장됩니다.
음의 곡률: 음의 곡률이 일정한 N차원 공간은 N차원 의사구입니다. 그러한 독특한 세계가 다소 친숙한 것과 비교할 수 있는 유일한 것은 쌍곡면, 즉 2차원 초구체입니다. 음의 곡률을 갖는 공간은 부피가 무한합니다. 음의 곡률이 있는 공간에서 열려 있는우주. 또한 평평한 것과 마찬가지로 시간이 지남에 따라 무한히 확장됩니다.
우주가 열릴 것인지 닫힐 것인지를 결정하는 것은 무엇입니까? 닫힌 우주의 경우 총 에너지 밀도는 평평한 우주에 해당하는 에너지 밀도보다 커야 합니다. 임계 밀도. 허락하다 . 그 다음에 닫힌 우주에서 w는 1보다 크고, 평평한 우주에서 w=1, 그리고 열린 우주 w는 1보다 작습니다.
위의 모든 것은 먼지와 방사선과 같은 일반적인 유형의 물질만 고려하고 무시된 경우에만 해당됩니다. 진공 에너지, 잘 존재할 수 있습니다. 진공 에너지 밀도는 일정하며 우주 상수.

암흑물질은 어디에서 오는가?

우주에는 별이나 뜨거운 가스 또는 가시광선이나 다른 파장의 복사선을 방출하는 것과 같은 많은 것들이 있습니다. 그리고 이 모든 것은 눈으로 보거나 망원경을 사용하거나 복잡한 도구를 사용하여 볼 수 있습니다. 그러나 이것이 우리 우주의 전부는 아닙니다. 지난 20년 동안 천문학자들은 우주에 보이지 않는 물질이 많이 있다는 증거를 발견했습니다.
예를 들어, 별과 성간 가스의 형태로 보이는 물질은 은하를 중력으로 묶기에 충분하지 않다는 것이 밝혀졌습니다. 흩어지지 않기 위해 평균 은하에 얼마나 많은 물질이 실제로 필요한지 추정한 결과 물리학자와 천문학자는 다음과 같은 결론에 도달했습니다. 우주의 대부분의 물질은 보이지 않는다. 이 물질을 암흑 물질그리고 그것은 우주론에 매우 중요합니다.
우주에는 암흑 물질이 있는데, 그것은 무엇일 수 있습니까? 무엇으로 만들 수 있습니까? 그것이 일반 물질과 같은 쿼크로 구성되어 있다면 초기 우주에서 지금보다 훨씬 더 많은 헬륨과 중수소가 생성되었을 것입니다. 입자 물리학자들은 암흑 물질이 초대칭 입자, 매우 무겁지만 현재 가속기에서 관찰되는 일반 입자와 매우 약하게 상호 작용합니다.
따라서 우주에서 보이는 물질은 평평한 우주에 필요한 것보다 훨씬 적습니다. 따라서 우주에 다른 것이 없다면 열려 있어야합니다. 그러나 우주를 "닫을" 만큼 암흑 물질이 충분합니까? 다시 말해, w B가 일반 물질의 밀도이고 w D가 암흑 물질의 밀도라면 w B + w D = 1의 관계가 성립합니까? 은하단의 움직임에 대한 연구에 따르면 전체 밀도는 임계 밀도의 약 30%이고 가시 물질은 약 5%, 암흑 물질은 25%입니다.
그러나 이것이 끝이 아닙니다. 우리는 여전히 우주에 하나의 에너지원인 우주 상수가 더 있습니다.

우주 상수는 어떻습니까?

아인슈타인은 자신의 작업 결과를 좋아하지 않았습니다. 그의 운동 방정식에 따르면 일반 물질로 채워진 우주는 팽창해야 합니다. 그러나 아인슈타인은 우주가 항상 같은 크기로 유지된다는 이론을 원했습니다. 그리고 이를 위해 그는 방정식에 현재 다음과 같은 용어를 추가했습니다. 우주 용어, 일반 물질과 방사선의 에너지 밀도에 추가될 때 우주가 팽창하거나 수축하지 않고 영원히 동일하게 유지되는 것을 방지했습니다.
그러나 허블이 우리 우주가 팽창하고 있다는 것을 발견한 후, 아인슈타인의 우주론적 용어는 잊혀지고 "버려졌다". 그러나 얼마 후 가상 입자와 반입자의 양자 진동에 의해 우주 상수가 자연스럽게 동적으로 나타난다는 상대론적 양자 이론에 의해 이에 대한 관심이 각성되었다. 이것은 양자 제로 에너지 준위라고 하며 매우 가능한 후보입니다. 진공 에너지시공간. 그러나 양자 이론에는 고유한 "문제"가 있습니다. 이 진공 에너지를 너무 크게 만들지 않는 방법이며, 이것이 물리학자들이 초대칭 이론을 탐구하는 이유 중 하나입니다.
우주 상수는 양수인지 음수인지에 따라 우주의 팽창 속도를 높이거나 늦출 수 있습니다. 그리고 일반 물질과 방사선 외에 시공간에 우주상수를 더하면 위에서 설명한 열린 우주 또는 닫힌 우주의 가장 단순한 경우보다 그림이 훨씬 더 혼란스러워집니다.

자, 답은 무엇입니까?

빅뱅 직후, 방사선 지배의 시대, 우리 우주의 진화의 처음 만 년에서 10만 년 동안 지속되었습니다. 이제 물질의 지배적인 형태는 일반 물질과 진공 에너지입니다. 최근 천문학자들의 관찰에 따르면,
1. 우리 우주는 정확하고 평평하다: 우주 마이크로파 배경 복사는 우주가 뜨겁고 뜨거운 광자 가스로 가득 차 있던 시대의 유물입니다. 그러나 그 이후로 우주의 팽창으로 인해 이러한 광자는 냉각되었으며 현재 온도는 2.73K입니다. 그러나 이 복사는 약간 불균일하며 현재 위치에서 볼 수 있는 불균일의 각도 크기는 공간에 따라 다릅니다. 우주의 곡률. 따라서 우주 마이크로파 배경의 이방성을 관찰하면 우리의 우주는 평평하다.
2. 우주에는 우주 상수가 있다: 우주에는 진공 에너지가 있거나 최소한 진공 에너지처럼 작용하여 우주를 빠르게 팽창시키는 무언가가 있습니다. 멀리 떨어진 초신성의 적색편이에 대한 데이터는 우주의 가속 팽창의 증거입니다.
3. 우주의 대부분의 물질은 암흑물질의 형태로 존재한다: 은하의 운동에 대한 연구는 별, 은하, 행성 및 성간 가스 형태의 일반 물질은 우주 전체 물질의 극히 일부일 뿐이라는 결론에 이르게 합니다.
현 시대로


따라서 이제 우주에서 진공 에너지 밀도는 암흑 물질의 에너지 밀도의 두 배 이상이며 중입자 가시 물질의 기여는 단순히 무시할 수 있습니다. 따라서 평평한 우주는 영원히 팽창해야 합니다.

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우주 구조의 다음 버전은 울름 대학교(Universität Ulm)의 물리학자 프랭크 슈타이너(Frank Steiner)가 제안했으며, 한 번 발사된 Wilkinson Microwave Anisotropy Probe(WMAP) 우주 탐사선이 수집한 데이터를 동료들과 함께 재분석했습니다. 배경 방사선을 자세히 캡처합니다.

그러나 우주의 가장자리에 대해 서두르지 마십시오. 사실이 다면체는 자체적으로 닫혀 있습니다. 즉, 면 중 하나에 도달하면 이 다차원 "Mobius 루프"의 반대쪽을 통해 내부로 돌아갑니다.

이 프레젠테이션에서 흥미로운 결론이 나옵니다. 예를 들어, "초고속" 로켓을 타고 직선으로 비행한 후에는 결국 출발점으로 돌아갈 수 있습니다. 또는 "매우 큰" 망원경을 사용하면 공간의 다른 부분에 있는 동일한 물체를 볼 수 있습니다. 오직 유한함 덕분에 빛의 속도는 삶의 여러 단계에서.

과학자들은 그러한 관찰을 시도했지만 "거울 반사"와 유사한 것은 발견되지 않았습니다. 모델이 잘못되었거나 현대 관측 천문학의 "범위"가 충분하지 않기 때문입니다. 그럼에도 불구하고 우주의 모양과 크기에 대한 논의는 계속되고 있습니다.

이제 슈타이너와 그의 동료들은 새로운 장작을 불 속에 던졌습니다.

플랑크의 무게는 약 2톤입니다. 라그랑주 지점 L2를 순항해야 합니다. 위성이 축을 중심으로 회전함에 따라 전례 없는 정밀도와 감도로 완전한 마이크로파 배경 지도를 점차적으로 캡처합니다(ESA/AOES Medialab 및 ESA/C. Carreau 그림).

독일 물리학자는 우주의 여러 모델을 편집하고 마이크로파 배경 밀도 파가 어떻게 형성되는지 테스트했습니다. 그는 도넛 우주가 관측된 우주 마이크로파 배경과 가장 잘 일치하며 심지어 직경까지 계산했다고 주장합니다. 도넛의 지름은 560억 광년으로 밝혀졌습니다.

사실, 이 토러스는 아주 평범하지 않습니다. 과학자들은 그것을 3-torus라고 부릅니다. 그것의 진정한 형태는 상상하기 어렵지만, 연구원들은 적어도 그것을 만들려고 시도하는 방법을 설명합니다.

먼저 일반 "도넛"이 어떻게 형성되는지 상상해보십시오. 종이 한 장을 가져다가 튜브로 접어서 두 개의 반대쪽 가장자리를 붙입니다. 그런 다음 튜브를 원환체로 굴려 반대되는 두 개의 "출구"를 함께 붙입니다.

3 토러스를 사용하면 시트가 아니라 큐브가 초기 성분으로 사용되는 것을 제외하고 모든 것이 동일하며 평면의 가장자리가 아니라 각 쌍의 반대면을 접착해야합니다. 또한 큐브를 면 중 하나를 통해 떠난 후 반대쪽 면을 통해 다시 안으로 들어간 것을 알 수 있도록 접착제로 붙입니다.

슈타이너의 연구에 대해 논평한 몇몇 전문가들은 그것이 우주가 "고차원 도넛"이라는 것을 결정적으로 증명하지 않고 이 형태가 가장 가능성이 있는 것 중 하나라고만 말합니다. 또한 일부 과학자들은 12면체(이것은 정확하지 않지만 종종 축구공과 비교됨)가 여전히 "좋은 후보"라고 덧붙입니다.

이에 대한 Frank의 대답은 간단합니다. WMAP에서 수행한 것보다 배경 복사를 더 정확하게 측정한 후에 형식 간의 최종 선택을 할 수 있습니다. 그리고 그러한 조사는 2008년 10월 31일에 발사될 예정인 유럽 플랑크 위성에 의해 곧 수행될 것입니다.

“철학적 관점에서 나는 우주가 유한하고 언젠가 우리가 우주를 완전히 탐험하고 그것에 대해 모든 것을 배울 수 있다는 생각을 좋아합니다. 그러나 물리학의 문제는 철학으로 해결할 수 없기 때문에 플랑크가 답을 줄 수 있기를 바랍니다.”라고 슈타이너는 말합니다.

고대에 사람들은 지구가 평평하고 세 마리의 고래 위에 서 있다고 생각했지만 우리의 에큐멘은 둥글고 항상 서쪽으로 항해하면 잠시 후 출발점으로 돌아올 것입니다. 동쪽. 우주에 대한 관점도 비슷한 방식으로 바뀌었습니다. 한때 뉴턴은 공간이 평평하고 무한하다고 믿었습니다. 아인슈타인은 우리의 세계가 무한하고 비뚤어졌을 뿐만 아니라 폐쇄되도록 허용했습니다. 배경 복사를 연구하는 과정에서 얻은 최신 데이터는 우주가 자체적으로 폐쇄되어 있을 수 있음을 나타냅니다. 당신이 항상 지구에서 날아간다면 어느 시점에서 당신은 마젤란의 배 중 하나처럼 우주 전체를 우회하고 세계 일주 여행을하면서 어느 시점에서 접근하기 시작하고 결국 돌아올 것입니다. 전 세계를 한 바퀴 돌고 스페인 항구 Sanlúcar de Barrameda로 항해했습니다.

우리 우주가 빅뱅의 결과로 태어났다는 가설은 이제 일반적으로 받아들여지는 것으로 간주됩니다. 태초의 물질은 매우 뜨겁고 밀도가 높으며 빠르게 팽창했습니다. 그러자 우주의 온도는 수천도까지 떨어졌다. 그 순간의 물질은 전자, 양성자 및 알파 입자(헬륨 핵)로 구성되었습니다. 즉, 고도로 이온화된 가스 플라즈마였으며 빛과 모든 전자기파에 불투명했습니다. 그 당시 시작된 핵과 전자의 재결합(연결), 즉 수소와 헬륨의 중성 원자 형성은 우주의 광학적 특성을 근본적으로 변화시켰습니다. 대부분의 전자파에 투명해졌습니다.

따라서 빛과 전파를 연구하면 재조합 후에 일어난 일만 볼 수 있으며 이전에 일어난 모든 일은 이온화 된 물질의 일종의 "방화벽"에 의해 우리에게 닫힙니다. 뜨거운 물질이 훨씬 더 일찍 투명하게 된 유물 중성미자와 어떤 밀도의 물질이 장애물이 되지 않는 1차 중력파를 등록하는 방법을 알아야만 우주의 역사를 훨씬 더 깊이 들여다볼 수 있습니다. 그것은 미래의 문제이며, 그것과는 거리가 멀고, 가장 가깝습니다.

중성 원자의 형성 이후 우리 우주는 약 1,000배 팽창했으며, 재결합 시대의 복사는 오늘날 지구에서 약 3도 켈빈 온도의 유물 마이크로파 배경으로 관찰됩니다. 1965년 대형 무선 안테나를 테스트할 때 처음 발견된 이 배경은 거의 모든 방향에서 동일합니다. 현대 데이터에 따르면, 유물 광자는 원자보다 1억 배나 더 많기 때문에 우리 세계는 단순히 우주 생명의 맨 처음 몇 분 안에 방출되는 강하게 붉어진 빛의 흐름에 휩싸입니다.

고전적 공간 토폴로지

100 메가파섹보다 큰 규모에서 우리가 보는 우주의 일부는 매우 균질합니다. 물질 은하의 모든 조밀한 덩어리, 그 은하단 및 초은하단은 더 짧은 거리에서만 관찰됩니다. 또한 우주는 등방성입니다. 즉, 속성은 모든 방향에서 동일합니다. 이러한 실험적 사실은 물질 분포의 구형 대칭과 공간적 균질성을 가정하는 모든 고전적 우주론적 모델의 기초가 됩니다.

1922년 Alexander Friedman이 발견한 아인슈타인의 일반 상대성 이론(GR) 방정식의 고전 우주론 솔루션은 가장 간단한 토폴로지를 가지고 있습니다. 공간 섹션은 평면(무한 솔루션의 경우) 또는 구(유한 솔루션의 경우)와 유사합니다. 그러나 그러한 우주에는 대안이 있다는 것이 밝혀졌습니다. 즉, 가장자리와 경계가 없는 우주, 자체적으로 닫힌 유한 체적의 우주입니다.

프리드먼이 발견한 첫 번째 솔루션은 한 종류의 물질로만 채워진 우주를 설명했습니다. 물질의 평균 밀도의 차이로 인해 다른 그림이 나타났습니다. 임계 수준을 초과하면 양의 공간 곡률, 유한 치수 및 수명을 가진 닫힌 우주가 얻어집니다. 팽창은 점차 느려지고 멈추고 한 지점까지 수축으로 대체되었습니다. 임계 밀도 이하의 밀도를 가진 우주는 음의 곡률을 가지며 무한히 팽창했으며 인플레이션율은 일정한 값을 갖는 경향이 있습니다. 이 모델을 개방형이라고 합니다. 평평한 우주는 밀도가 임계값과 정확히 같은 중간 경우가 무한대이며 그 순간 공간 단면은 곡률이 0인 평평한 유클리드 공간입니다. 평평한 것은 열린 것과 같이 무한히 팽창하지만 팽창 속도는 0에 가깝습니다. 나중에 균질하고 등방성인 우주가 시간에 따라 변하는 다성분 물질로 채워진 보다 복잡한 모델이 발명되었습니다.

현대 관측에 따르면 우주는 이제 가속 팽창하고 있습니다(2006년 3호 "우주의 사건 지평선 너머" 참조). 그러한 행동은 공간이 이 물질의 에너지 밀도에 가까운 높은 음압을 갖는 어떤 물질(종종 암흑 에너지라고 함)으로 채워져 있으면 가능합니다. 암흑 에너지의 이러한 속성은 일종의 반중력의 출현으로 이어지며, 이는 일반 물질의 인력을 대규모로 극복합니다. 최초의 그러한 모델(소위 람다 항 포함)은 알버트 아인슈타인 자신이 제안했습니다.

이 물질의 압력이 일정하지 않고 시간이 지남에 따라 증가하면 우주의 특별한 팽창 방식이 발생합니다. 이 경우, 크기의 증가는 매우 빠르게 축적되어 유한한 시간 동안 우주가 무한대가 됩니다. 은하에서 소립자에 이르기까지 모든 물질적 물체의 파괴와 함께 공간 차원의 급격한 팽창을 빅 립(Big Rip)이라고 합니다.

이 모든 모델은 우주의 특별한 위상적 특성을 가정하지 않으며 우리의 일반적인 공간과 유사하게 나타냅니다. 이 사진은 천문학자들이 적외선, 가시광선, 자외선 및 X선 복사를 기록하는 망원경의 도움으로 받는 데이터와 잘 일치합니다. 그리고 라디오 관측 데이터, 즉 유물 배경에 대한 자세한 연구만으로도 과학자들은 우리 세계가 그렇게 간단하게 배열되어 있는지 의심하게 되었습니다.

과학자들은 우리 우주의 첫 천년 동안 일어난 사건들로부터 우리를 분리시키는 "불의 벽" 뒤를 볼 수 없을 것입니다. 그러나 우주로 발사된 실험실의 도움으로 우리는 매년 뜨거운 플라즈마가 따뜻한 가스로 변한 후에 일어난 일에 대해 점점 더 많이 알게 됩니다.

궤도 라디오 수신기

우주 마이크로파 배경 복사의 위력을 측정한 WMAP(Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) 우주 천문대에서 얻은 첫 번째 결과는 2003년 1월에 발표되었으며 오늘날까지도 그 이해가 완료되지 않은 오랫동안 기다려온 정보가 포함되어 있습니다. 일반적으로 물리학은 물질의 상태 방정식, 팽창 법칙, 초기 섭동의 스펙트럼과 같은 새로운 우주론적 데이터를 설명하는 데 사용됩니다. 그러나 이번에는 검출된 방사선의 각도 불균일성의 특성에 대해 완전히 다른 설명, 즉 기하학적 설명이 필요했습니다. 더 정확히는 토폴로지.

WMAP의 주요 목적은 우주 마이크로파 배경(또는 마이크로파 배경이라고도 함)의 온도에 대한 상세한 지도를 구축하는 것이었습니다. WMAP은 하늘에서 거의 정반대인 두 지점에서 오는 신호를 동시에 등록하는 초고감도 무선 수신기입니다. 천문대는 2001년 6월 지구에서 150만 킬로미터 떨어진 소위 라그랑주 점 L2에 위치한 특히 조용하고 "조용한" 궤도로 발사되었습니다. 840kg의 이 위성은 실제로 태양 주위를 공전하고 있지만 지구와 태양의 중력장의 작용으로 공전 주기는 정확히 1년으로 지구 어디에서도 날아가지 않는다. 인공위성은 지상의 인공 활동으로 인한 간섭이 잔류 무선 방출 수신을 방해하지 않도록 먼 궤도로 발사되었습니다.

우주 전파 관측소에서 얻은 데이터를 기반으로 전례 없는 정확도로 수많은 우주 매개변수를 결정할 수 있었습니다. 첫째, 우주의 총 밀도와 임계 밀도의 비율은 1.02 ± 0.02입니다(즉, 우리 우주는 평평하거나 매우 작은 곡률로 닫혀 있습니다). 둘째, 우리 세계의 확장을 특징짓는 허블 상수는 72±2km/s/Mpc입니다. 셋째, 우주의 나이는 134억 3000만년이고, 재결합 시간에 해당하는 적색편이는 1088±2(평균값, 재결합 경계의 두께가 명시된 오차보다 훨씬 큼)이다. 이론가들에게 가장 충격적인 결과는 유물 방사선 교란의 각도 스펙트럼, 더 정확하게는 2차 및 3차 고조파의 너무 작은 값이었습니다.

이러한 스펙트럼은 다양한 구형 고조파(다극)의 합으로 온도 맵을 표시하여 구성됩니다. 이 경우 가변 구성 요소는 구에 정수 횟수(4중극자 2배, 팔극자 3배 등)에 맞는 섭동의 일반적인 그림과 구별됩니다. 구형 고조파의 수가 많을수록 설명하는 배경의 고주파수 진동이 더 많아지고 해당 "반점"의 각도 크기가 작아집니다. 이론적으로 구형 고조파의 수는 무한하지만 실제 관측 지도의 경우 관측이 수행된 각도 분해능에 의해 제한됩니다.

모든 구형 고조파의 정확한 측정을 위해서는 전체 천구의 지도가 필요하며 WMAP은 불과 1년 만에 검증된 버전을 받습니다. 이렇게 상세하지 않은 최초의 지도는 1992년 유물 및 COBE(Cosmic Background Explorer) 실험에서 획득되었습니다.

베이글은 어떻게 커피 컵처럼 생겼습니까?
틈과 접착 없이 변형이 있을 때 보존되는 물체의 속성을 탐구하는 수학 위상학의 한 분야가 있습니다. 우리가 관심을 갖고 있는 기하학적 몸체가 유연하고 쉽게 변형된다고 상상해 보십시오. 이 경우 예를 들어 정육면체나 피라미드는 구나 병으로, 토러스("도넛")는 손잡이가 있는 커피 컵으로 쉽게 변형될 수 있지만 구를 원형으로 바꾸는 것은 불가능합니다. 이 쉽게 변형되는 몸체를 찢고 붙이지 않으면 손잡이가 있는 컵. 구체를 연결되지 않은 두 조각으로 나누려면 하나의 닫힌 절단을 만드는 것으로 충분하고 토러스로 동일한 작업을 수행하려면 두 개의 절단만 할 수 있습니다. 위상 학자들은 납작한 원환체, 뿔이 있는 구 또는 Klein 병과 같은 모든 종류의 이국적인 구조를 좋아합니다. 그래서 스스로 닫힌 3차원 우주는 6차원 공간에 살면서만 쉽게 상상할 수 있습니다. 우주 위상학자들은 아직 시간을 침범하지 않고 어떤 것에도 얽매이지 않고 단순히 선형으로 흐를 수 있는 기회를 남깁니다. 따라서 오늘날 7차원 공간에서 작업할 수 있는 능력은 십이면체 우주가 얼마나 복잡한지를 이해하기에 충분합니다.

최종 CMB 온도 지도는 5가지 다른 주파수 범위에서 전파 방출의 강도를 보여주는 지도의 공들인 분석을 기반으로 합니다.

뜻밖의 결정

구면 고조파의 대부분에 대해 얻은 실험 데이터는 모델 계산과 일치했습니다. 사중극자와 8극자의 두 가지 고조파만이 이론가들이 기대하는 수준보다 훨씬 낮은 것으로 밝혀졌습니다. 더욱이 이러한 큰 편차가 우연히 발생할 가능성은 극히 적습니다. 사중극자와 팔극자의 억제는 이미 COBE 데이터에서 언급되었습니다. 그러나 그 해에 얻은 지도는 해상도가 낮고 노이즈가 커서 이 문제에 대한 논의는 더 나은 시기로 미뤘습니다. 우주 마이크로파 배경의 강도에서 가장 큰 두 가지 변동의 진폭이 너무 작은 것으로 밝혀진 이유는 무엇입니까? 처음에는 완전히 이해할 수 없었습니다. 관측 가능한 전체 우주의 규모에서 작용하여 더 균질하게 만들고 동시에 더 작은 규모에서 작업을 중단하여 변동을 허용해야 하기 때문에 억제를 위한 물리적 메커니즘을 생각해내는 것은 아직 가능하지 않았습니다. 더 강하게. 이것이 아마도 그들이 대안적인 방법을 찾기 시작했고 발생한 질문에 대한 위상학적 답변을 찾은 이유일 것입니다. 물리적 문제에 대한 수학적 해결책은 놀라울 정도로 우아하고 예상치 못한 것으로 밝혀졌습니다. 우주가 자체적으로 닫힌 12면체라고 가정하는 것으로 충분했습니다. 그러면 저주파 고조파의 억제는 배경 복사의 공간적 고주파 변조로 설명될 수 있습니다. 이 효과는 닫힌 십이면체 공간의 다른 부분을 통해 재결합 플라즈마의 동일한 영역을 반복적으로 관찰하기 때문에 발생합니다. 낮은 고조파는 우주의 다른 측면을 통한 무선 신호 통과로 인해 자체적으로 소멸됩니다. 이러한 세계의 토폴로지 모델에서 12면체의 면 중 하나 근처에서 발생하는 이벤트는 이 영역이 동일하고 실제로 우주의 동일한 부분이기 때문에 가깝고 반대쪽 면에 있는 것으로 판명되었습니다. 이 때문에 정반대 방향에서 지구로 오는 잔류 빛은 1차 플라즈마의 동일한 영역에서 방출되는 것으로 판명되었습니다. 이 상황은 가시적 사건 지평선보다 약간 더 큰 우주에서도 CMB 스펙트럼의 낮은 고조파를 억제합니다.

이방성 맵
기사의 본문에 언급된 사중극자는 가장 낮은 구면 조화가 아닙니다. 그 외에도 모노폴(제로 고조파)과 다이폴(1차 고조파)이 있습니다. 모노폴의 크기는 오늘날 2.728K인 배경 복사의 평균 온도에 의해 결정됩니다. 일반 배경에서 이를 빼면 쌍극자 성분이 가장 큰 것으로 밝혀져 반구 중 하나의 온도가 얼마나 되는지 보여줍니다 우리를 둘러싼 공간은 다른 공간보다 높습니다. 이 구성 요소의 존재는 주로 CMB에 대한 지구와 은하수의 움직임에 의해 발생합니다. 도플러 효과로 인해 온도는 운동 방향으로 상승하고 반대 방향으로 하강합니다. 이 상황은 CMB에 대해 어떤 물체의 속도를 결정하는 것을 가능하게 할 것이고, 따라서 전체 우주에 대해 국부적으로 정지해 있는 오랫동안 기다려온 절대 좌표계를 도입할 것입니다.

지구의 운동과 관련된 쌍극자 이방성의 크기는 3.353*10-3 K입니다. 이것은 약 400km/s의 속도로 배경 복사에 대한 상대적인 태양의 운동에 해당합니다. 동시에 우리는 별자리 레오와 성배의 경계 방향으로 "비행"하고 별자리 물병 자리에서 "비행"합니다. 우리 은하는 그것이 속한 지역 은하군과 함께 약 600km/s의 속도로 유물에 대해 상대적으로 움직입니다.

배경 지도의 다른 모든 섭동(4중극자 이상으로 시작)은 재결합 경계에서 물질의 밀도, 온도 및 속도의 불균일성과 우리 은하의 전파 방출로 인해 발생합니다. 쌍극자 성분을 뺀 후 다른 모든 편차의 총 진폭은 18 * 10-6K에 불과한 것으로 나타났습니다. 은하수의 자체 복사(주로 은하계 적도면에 집중됨)를 제외하기 위해 마이크로파 관찰 배경은 22.8GHz에서 93.5GHz 범위의 5개 주파수 대역에서 수행됩니다.

토르와의 조합

구 또는 평면보다 토폴로지가 더 복잡한 가장 단순한 본체는 토러스입니다. 손에 도넛을 들고 있는 사람이라면 누구나 상상할 수 있습니다. 평평한 원환체의 또 다른 더 정확한 수학적 모델은 일부 컴퓨터 게임의 화면에서 설명됩니다. 정사각형 또는 직사각형이며 반대쪽이 식별되며 움직이는 물체가 아래로 내려가면 위에서 나타납니다. 화면의 왼쪽 테두리를 넘으면 오른쪽 뒤에서 나타나며 그 반대의 경우도 마찬가지입니다. 이러한 토러스는 유한 체적을 갖고 경계가 없는 중요하지 않은 토폴로지가 있는 세계의 가장 간단한 예입니다.

3차원 공간에서 큐브로 유사한 절차를 수행할 수 있습니다. 반대면을 식별하면 3차원 토러스가 형성됩니다. 그러한 정육면체 내부를 둘러싼 공간을 들여다보면 그 부피가 상당히 유한한 유일하고 유일한(반복되지 않는) 부분의 사본으로 구성된 무한한 세계를 볼 수 있습니다. 그러한 세계에는 경계가 없지만 원래 큐브의 가장자리에 평행하게 선택된 세 방향이 있으며 이를 따라 원래 개체의 주기적인 행이 관찰됩니다. 이 그림은 거울 벽이 있는 큐브 내부에서 볼 수 있는 것과 매우 유사합니다. 사실, 그러한 세계의 거주자는 세상의 웃음의 방에서와 같이 얼굴이 아니라 머리를 볼 것입니다. 더 정확한 모델은 6대의 TV 카메라와 6대의 평면 LCD 모니터가 장착된 방으로 반대편에 있는 필름 카메라로 촬영한 이미지를 표시합니다. 이 모델에서 보이는 세계는 다른 텔레비전 차원으로의 탈출로 인해 스스로 닫힙니다.

위에서 설명한 저주파 고조파 억제의 그림은 빛이 초기 부피를 가로지르는 시간이 충분히 작은 경우, 즉 우주적 규모에 비해 초기 몸체의 치수가 작은 경우 정확합니다. 관측이 가능한 우주 부분(소위 우주의 지평선)의 치수가 초기 토폴로지 볼륨의 치수보다 작은 것으로 판명되면 상황은 우리가 보는 것과 어떤 식으로든 다르지 않을 것입니다 일반적인 무한 아인슈타인 우주이며 CMB 스펙트럼의 이상은 관찰되지 않습니다.

이러한 정육면체 세계에서 가능한 최대 공간 스케일은 원래 몸체의 치수에 의해 결정됩니다. 두 몸체 사이의 거리는 원래 정육면체의 주 대각선의 절반을 초과할 수 없습니다. 재결합 경계에서 우리에게 오는 빛은 마치 거울 벽에 반사되는 것처럼 길을 따라 원래 큐브를 여러 번 교차할 수 있습니다. 이 때문에 방사선의 각도 구조가 왜곡되고 저주파 변동이 고주파가 됩니다. 결과적으로 초기 부피가 작을수록 가장 낮은 대규모 각도 변동의 억제가 더 강해지며, 이는 잔존 배경을 연구함으로써 우리 우주의 크기를 추정할 수 있음을 의미합니다.

3D 모자이크

평평한 위상학적으로 복잡한 3차원 우주는 정육면체, 평행육면체 및 육각기둥을 기반으로만 구축할 수 있습니다. 곡선 공간의 경우 더 넓은 범주의 도형이 이러한 속성을 가지고 있습니다. 이 경우 WMAP 실험에서 얻은 각도 스펙트럼은 우주의 십이면체 모델과 가장 잘 일치합니다. 12개의 오각형 면을 가진 이 정다면체는 오각형 패치로 꿰매어진 축구공과 비슷합니다. 작은 양의 곡률을 가진 공간에서 정십이면체는 구멍과 상호 교차 없이 전체 공간을 채울 수 있습니다. 12면체의 크기와 곡률 사이의 특정 비율로 120개의 구형 12면체가 이를 위해 필요합니다. 더욱이, 수백 개의 "볼"의 이 복잡한 구조는 180도 회전된 반대 면이 식별되는 단 하나의 12면체로 구성된 위상학적으로 동일한 구조로 축소될 수 있습니다.

이러한 12면체로 형성된 우주는 여러 가지 흥미로운 속성을 가지고 있습니다. 선호하는 방향이 없으며 대부분의 다른 모델보다 CMB의 가장 낮은 각도 고조파의 크기를 더 잘 설명합니다. 이러한 그림은 물질의 실제 밀도 대 임계 밀도의 비율이 1.013인 닫힌 세계에서만 발생하며, 이는 오늘날의 관찰(1.02 ± 0.02)이 허용하는 값 ​​범위 내에 속합니다.

지구의 평범한 거주자에게 이러한 모든 복잡한 토폴로지는 언뜻보기에는 큰 의미가 없습니다. 그러나 물리학자와 철학자에게는 완전히 다른 문제입니다. 전체로서의 세계관과 우리 세계의 구조를 설명하는 통일된 이론 모두에서 이 가설은 큰 관심거리입니다. 따라서 유물 스펙트럼에서 변칙성을 발견한 과학자들은 제안된 위상 이론을 확인하거나 반박할 수 있는 다른 사실을 찾기 시작했습니다.

사운딩 플라즈마
CMB 변동 스펙트럼에서 빨간색 선은 이론 모델의 예측을 나타냅니다. 주변의 회색 회랑은 허용 편차이고 검은 점은 관찰 결과입니다. 대부분의 데이터는 WMAP 실험에서 얻었고 가장 높은 고조파에 대해서만 CBI(풍선)와 ACBAR(남극지반) 연구 결과를 추가했다. 유물 방사선의 변동 각도 스펙트럼의 정규화 된 플롯에서 몇 가지 최대 값이 표시됩니다. 이들은 소위 "음향 피크" 또는 "사하로프 진동"입니다. 그들의 존재는 이론적으로 Andrei Sakharov에 의해 예측되었습니다. 이러한 피크는 도플러 효과로 인한 것으로 재결합 시 플라즈마의 이동으로 인해 발생합니다. 진동의 최대 진폭은 재결합의 순간에 인과 관계가 있는 영역(음향 지평선)의 크기에 해당합니다. 더 작은 규모에서 플라즈마 진동은 광자 점도에 의해 감쇠된 반면, 대규모에서는 섭동이 서로 독립적이고 위상이 같지 않았습니다. 따라서 현대에 관측된 최대 변동은 오늘날 음의 지평이 보이는 각도, 즉 재결합 당시 단생을 살았던 1차 플라즈마의 영역에 해당한다. 최대값의 정확한 위치는 우주의 총 밀도와 임계 밀도의 비율에 따라 다릅니다. 관측에 따르면 가장 높은 첫 번째 피크는 대략 200번째 고조파에 위치하며 이론에 따르면 평평한 유클리드 우주에 높은 정확도로 해당합니다.

두 번째 및 후속 음향 피크에는 우주론적 매개변수에 대한 많은 정보가 포함되어 있습니다. 그들의 존재 자체가 재결합 시대에 플라즈마의 음향 진동의 "위상"이라는 사실을 반영합니다. 그러한 연결이 없으면 첫 번째 피크만 관찰되고 모든 작은 규모의 변동 가능성이 동일할 것입니다. 그러나 이러한 서로 다른 규모의 변동의 인과 관계가 발생하려면 이(서로 매우 멀리 떨어져 있는) 영역이 서로 상호 작용할 수 있어야 합니다. 인플레이션 우주 모델에서 자연적으로 발생하는 상황이며 CMB 변동의 각도 스펙트럼에서 두 번째 및 후속 피크의 확실한 탐지는 이 시나리오의 가장 중요한 확인 중 하나입니다.

유물 복사의 관찰은 열 스펙트럼의 최대값에 가까운 영역에서 수행되었습니다. 3K의 온도에 대해 1mm의 무선 파장에 있습니다. WMAP은 3mm에서 1.5cm의 약간 더 긴 파장에서 관측을 수행했으며 이 범위는 최대값에 매우 가깝고 우리 은하의 별에서 오는 노이즈가 더 적습니다.

다면적 세계

12면체 모델에서 사건의 지평선과 그것에 매우 가까운 재결합 경계는 12면체의 12면 각각과 교차합니다. 재결합 경계와 원래 다면체의 교차점은 천구의 반대 지점에 위치한 마이크로파 배경 지도에서 6쌍의 ​​원을 형성합니다. 이 원의 각지름은 70도입니다. 이 원은 원래 12면체의 반대쪽 면에 놓여 있습니다. 즉, 기하학적으로나 물리적으로 일치합니다. 결과적으로 각 원 쌍을 따라 CMB 변동 분포가 일치해야 합니다(180도 회전 고려). 사용 가능한 데이터에 따르면 이러한 원이 아직 감지되지 않았습니다.

그러나이 현상은 더 복잡합니다. 원은 배경 배경에 대해 고정되어 있는 관찰자에게만 동일하고 대칭입니다. 반면에 지구는 충분히 빠른 속도로 그에 대해 상대적으로 움직이기 때문에 상당한 쌍극자 성분이 배경 복사에 나타납니다. 이 경우 원이 타원으로 바뀌고 크기, 하늘의 위치 및 원을 따라 나타나는 평균 온도가 변경됩니다. 그러한 왜곡이 있는 상태에서 동일한 원을 감지하는 것이 훨씬 더 어려워지고 오늘날 사용 가능한 데이터의 정확성이 불충분해집니다. 그런 원의 존재 여부를 파악하는 데 도움이 되는 새로운 관찰이 필요합니다.

다중 연결 인플레이션

위상학적으로 복잡한 모든 우주론적 모델의 가장 심각한 문제는 아마도 그 중 상당수가 이미 발생했으며 주로 이론적인 성격의 문제일 것입니다. 오늘날 우주 진화의 인플레이션 시나리오는 표준으로 간주됩니다. 관측 가능한 우주의 높은 균질성과 등방성을 설명하기 위해 제안되었습니다. 그에 따르면 처음에 태어난 우주는 다소 이질적이었습니다. 그런 다음 인플레이션 과정에서 우주가 지수에 가까운 법칙에 따라 팽창할 때 초기 차원은 여러 자릿수만큼 증가했습니다. 오늘날 우리는 이질성이 여전히 남아 있는 큰 우주의 작은 부분만을 봅니다. 사실, 그것들은 우리가 접근할 수 있는 영역 안에서는 보이지 않을 정도로 넓은 공간적 범위를 가지고 있습니다. 인플레이션 시나리오는 단연코 가장 잘 발달된 우주론이다.

다중 연결된 우주의 경우 이러한 일련의 이벤트는 적합하지 않습니다. 그 안에는 모든 고유한 부분과 가장 가까운 사본 중 일부가 관찰 가능합니다. 이 경우 관측된 지평선보다 훨씬 큰 규모로 기술된 구조나 과정이 존재할 수 없습니다.

우리 우주의 다중 연결이 확인되면 우주론이 발전해야 할 방향은 이미 명확합니다. 이들은 인플레이션이없는 모델과 인플레이션이 약한 소위 모델로 인플레이션 동안 우주의 크기가 증가합니다. 몇 번(또는 수십 번). 그러한 모델은 아직 없으며 과학자들은 세계의 친숙한 그림을 보존하기 위해 우주 전파 망원경을 사용하여 얻은 결과에서 결함을 적극적으로 찾고 있습니다.

가공 아티팩트

WMAP 데이터에 대한 독립적인 연구를 수행한 그룹 중 하나는 우주 마이크로파 배경 복사의 4중극자와 8극자 성분이 서로 가까운 방향을 가지며 은하 적도와 거의 일치하는 평면에 놓여 있다는 사실에 주목했습니다. 이 그룹의 결론은 마이크로파 배경 관측에서 은하의 배경을 빼는 오류가 있었고 고조파의 실제 값이 완전히 다릅니다.

WMAP 관측은 특히 우주적 ​​배경과 지역적 배경을 정확하게 분리하기 위해 5가지 다른 주파수에서 수행되었습니다. 그리고 핵심 WMAP 팀은 관측 처리가 올바르게 수행되었다고 믿고 제안된 설명을 거부합니다.

2003년 초에 출판된 이용 가능한 우주론적 데이터는 WMAP 관측 첫 해의 결과를 처리한 후 얻은 것입니다. 제안된 가설을 테스트하려면 평소와 같이 정확도를 높여야 합니다. 2006년 초까지 WMAP은 4년 동안 지속적으로 관측을 해왔고 이는 정확도를 두 배로 늘리기에 충분해야 하지만 이러한 데이터는 아직 발표되지 않았습니다. 우리는 조금 기다려야 하며, 아마도 우주의 12면체 토폴로지에 대한 우리의 가정이 매우 결정적이 될 것입니다.

Mikhail Prokhorov, 물리 및 수학 과학 박사

아인슈타인의 일반 상대성 이론은 4차원 시공간의 기하학 연구를 다룬다. 그러나 3차원 공간 자체의 형태(기하학적)에 대한 질문은 아직까지 불명확하다.

은하의 분포를 연구함으로써 과학자들은 고도의 정확도로 우리 우주가 공간적으로 균질하고 대규모로 등방성이라는 결론에 도달했습니다. 이것은 우리 세계의 기하학이 균질하고 등방성인 3차원 다양체의 기하학이라는 것을 의미합니다. 이러한 다양체는 3차원 평면, 3차원 구 및 3차원 쌍곡면의 세 가지뿐입니다. 첫 번째 다양체는 일반적인 3차원 유클리드 공간에 해당합니다. 두 번째 경우, 우주는 구형입니다. 이것은 세계가 닫혀 있고 직선으로 이동하는 것만으로도 우주의 같은 지점에 도달할 수 있음을 의미합니다(지구 주위를 여행하는 것처럼). 마지막으로 쌍곡면 형태의 공간은 열린 3차원 다양체에 해당하며, 삼각형의 각의 합은 항상 180도 미만입니다. 따라서 우주의 대규모 구조 만 연구하면 3 차원 공간의 기하학을 명확하게 결정할 수 없지만 가능한 옵션이 크게 줄어 듭니다.

이번 호의 진전으로 현재 우주에서 관측 가능한 가장 정확한 우주 마이크로파 배경 복사에 대한 연구가 가능해졌습니다. 사실은 3차원 공간의 모양이 우주에서 광자의 전파에 상당한 영향을 미친다는 것입니다. 3차원 매니폴드의 약간의 곡률조차도 우주 마이크로파 배경 복사의 스펙트럼에 상당한 영향을 미칠 것입니다. 이 주제에 대한 현대 연구에 따르면 우주의 기하학은 매우 정확하고 평평합니다. 공간이 구부러져 있으면 해당 곡률 반경은 우주에서 인과 관계로 연결된 영역보다 10,000 더 큽니다.

3차원 다양체의 기하학 문제는 미래 우주의 진화와 밀접한 관련이 있습니다. 3차원 쌍곡면 형태의 공간의 경우 우주의 팽창은 영원히 지속되는 반면 구형 기하학의 경우 팽창은 수축으로 대체되고 우주는 다시 특이점으로 붕괴됩니다. 그러나 현대 자료에 따르면 오늘날 우주의 팽창 속도는 3차원 다양체의 곡률에 의해 결정되는 것이 아니라 일정한 밀도를 갖는 특정 물질인 암흑 에너지에 의해 결정됩니다. 더욱이 암흑 에너지의 밀도가 미래에 일정하게 유지된다면 우주 전체 밀도에 대한 암흑 에너지의 기여도는 시간이 지남에 따라 증가할 것이고 곡률의 기여는 감소할 것입니다. 이것은 3차원 다양체의 기하학이 우주의 진화에 큰 영향을 미치지 않을 가능성이 높다는 것을 의미합니다. 물론, 미래의 암흑 에너지의 특성에 대해 신뢰할 수 있는 예측을 하는 것은 불가능하며, 그 특성에 대한 보다 정확한 연구만이 우주의 미래 운명을 밝힐 수 있을 것입니다.