Nowy obraz wszechświata

22.05.04, 16:43
Wszechświat jest jak piłka



ZOBACZ TAKŻE

• Na jakim świecie żyjemy? Rozmowa z Krzysztofem Ciesielskim (21-05-04, 16:27)
• Bryły platońskie (21-05-04, 16:27)



Kosmos sklejony bokami



Piotr Cieśliński 21-05-2004, ostatnia aktualizacja 21-05-2004 16:25

Wszechświat jest skończony i ma symetrię bryły platońskiej. Żart? Wcale nie.
Taki wniosek może płynąć z obliczeń polskich kosmologów

Minęły tysiąclecia, nim ludzie odkryli, że świat, na którym żyją, nie jest
płaski i bezkresny, lecz ograniczony do powierzchni kuli. Jednak bezmiar
kosmosu rozpościerającego się nad głowami wciąż wydawał się nieskończony. Jak
się okazuje, to też może być tylko złudzeniem.

- Znaleźliśmy sygnał, który może świadczyć o tym, że Wszechświat nie ma
nieskończonej objętości i rozmiaru - mówi dr Stanisław Bajtlik z Centrum
Astronomicznego im. Mikołaja Kopernika w Warszawie. Szczegóły obliczeń zawiera
praca, którą napisał wraz z grupą kosmologów Centrum Astronomii Uniwersytetu w
Toruniu: Boundem Roukemą, Bartoszem Lwem, Magdaleną Cechowską i Andrzejem
Mareckim (ukaże się w "Astronomy & Astrophysics").

Bóg nie gra w kości. Woli piłkę nożną

Czyżby z waszych rachunków wynikało, że kosmos ma jakiś kraniec, za którym
niczego już nie ma? - pytam dr. Bajtlika.

Nie. Próżno byłoby szukać granicy przestrzeni kosmicznej. Ale gdybyśmy wsiedli
w rakietę i lecieli prosto przed siebie, to po pewnym czasie moglibyśmy wrócić
do punktu wyjścia. Podobnie zresztą jak w podróży dokoła kuli ziemskiej. Nasz
glob jest skończony, ale bez końca można iść przed siebie i w żadnym kierunku
nie napotkamy żadnego brzegu.

Oczywiście, kosmos nie jest wcale ciasny i na taką podróż dookoła, nawet z
szybkością światła, nie starczyłoby życia. Z pracy toruńsko-warszawskiej grupy
kosmologów wynika, że rozmiar Wszechświata wynosi około 30 mld lat świetlnych.

Co więcej, ich obliczenia sugerują również, jaki Wszechświat ma kształt (albo
topologię, jak mówią matematycy). Przestrzeń bowiem nie ma symetrii kulistej,
jak można byłoby sobie wyobrażać przez analogię do ograniczonej powierzchni Ziemi.

Jaki więc jest nasz kosmos? Przypomina jedną z brył platońskich -
dwunastościan foremny - taką piłkę złożoną z 12 pięciokątnych ścian.

Kosmos z Alicji w krainie czarów

Cały nasz kosmos, gwiazdy i galaktyki, zanurzony jest we wnętrzu takiej piłki,
ale wyjść poza nią nie można, bo jej naprzeciwległe ściany są ze sobą parami
"sklejone". Próbując więc wyjść na zewnątrz przez jedną ze ścian, w
rzeczywistości zataczamy koło wokół całej piłki i od razu wchodzimy z powrotem
do środka przez ścianę położoną z drugiej strony.

Trudno to sobie wyobrazić, bo żeby w całej krasie zobaczyć bryłę, jaka
powstanie po sklejeniu parami ścian dwunastościanu, trzeba byłoby oglądać ją w
przestrzeni aż siedmiowymiarowej.

W wielkim uproszczeniu - wnętrze piłki przypomina komnatę, której ściany,
podłoga i sufit są wyłożone lustrami. Choć ma skończony rozmiar, sprawia
wrażenie, że rozpościera się w nieskończoność we wszystkich kierunkach. Jednak
to, co widać na zewnątrz, to tylko wielokrotne odbicia tego, co znajduje się w
środku zamkniętej komnaty.

Wszechświat jak wanna

Na pierwszy ślad skończonego Wszechświata wpadł rok temu prof. Max Tegmark z
Uniwersytetu Pensylwanii. - Byłoby to dobre wyjaśnienie dziwnej asymetrii
dostrzeżonej przeze mnie w pomiarach tzw. mikrofalowego promieniowania tła -
mówił mi wtedy uczony.

Promieniowanie tła pochodzi od rozgrzanego gazu, jaki wypełniał kosmos mniej
więcej 300 tys. lat po Wielkim Wybuchu. W gazie rozchodziły się fale, jak na
morzu, co można dziś wyczytać z temperatury promieniowania. Najnowsze pomiary
wykonała niedawno sonda WMAP, a analizując je, prof. Tegmark zauważył, że w
wypełniającym wczesny Wszechświat gorącym gazie nie było bardzo długich fal. Z
tego zaś wysnuł wniosek, że kosmos ma pewien skończony rozmiar (w małej wannie
nie utworzą się tak długie fale jak na powierzchni rozległego morza).

Kilka miesięcy później zespół Jean-Pierre'a Lumineta z obserwatorium
paryskiego napisał w "Nature", że najlepszym wyjaśnieniem tego faktu jest
zamknięty wszechświat o lekko zakrzywionej przestrzeni i symetrii dwunastościanu.

Jak się upewnić, czy mają Panowie rację? - pytałem prof. Tegmarka. - Szukając
identycznych obrazów po przeciwnych stronach nieba - odpowiedział.

Polskie kręgi na niebie

Jeśli przestrzeń kosmiczna jest ograniczona, to patrząc w dwóch przeciwnych
kierunkach, powinniśmy móc zobaczyć ten sam fragment kosmosu, a więc np. te
same galaktyki czy gromady. Takie poszukiwania są utrudnione, bo te obiekty
się zmieniają. Możemy widzieć obrazy tych samych galaktyk, ale pochodzące z
innego okresu, a więc niepodobne na pierwszy rzut oka.

Lepszym kryterium jest mikrofalowe promieniowanie tła, bo wiadomo, że ono
narodziło się w jednym i tym samym momencie. Miało też dostatecznie dużo
czasu, by - jeśli Wszechświat jest skończony - przemierzyć go wzdłuż i wszerz.

Teoria mówi, że w skończonym kosmosie powinniśmy dostrzec w promieniowaniu tła
jednakowe okręgi po przeciwnych stronach nieba. Jak się zdaje, jako pierwsi na
takie właśnie ślady natrafili kosmologowie w Toruniu. Dostrzegli sześć par
jednakowych okręgów - znakomicie pasujących do symetrii dwunastościanu.

- Hipoteza o skończonym kosmosie musi być jeszcze potwierdzona przez inne
grupy badawcze - dodaje dr. Bajtlik. - Będziemy też szukali tego samego efektu
na nowych, lepszych mapach nieba, jakie za kilka lat wykona europejska sonda
Planck (startuje w 2007 r.).
    • alex.4 Re: Nowy obraz wszechświata 22.05.04, 16:45
      Wszechświata częścią jest Białystok stąd taki dziwny wątek. Dziwny bo taki nie
      realny. Ale rónocześnie ważny. Jeśli badania te się potwierdzą zmienia się obraz
      nasz wszechświata. Dla mnie jest to bardzo ekscytujące.
      pozdr
      • Gość: jarek-NY Re: Nowy obraz wszechświata IP: *.phil.east.verizon.net 22.05.04, 17:48
        Juz dawno, dawno temu ktos zadal sobie pytanie. Dlaczego w nocy niebo jest
        ciemne? Przeciez gdyby wszechswiat mial nieskonczona liczbe gwiazd, to z
        kazdego kierunku docieraloby do nas swiatlo jakiejs gwiazdy, bo istnienie
        gwiazdy w danym punkcie nieba byloby tylko kwestia odleglosci. W nocy byloby
        tak jasno, ze nie moglibysmy zobaczyc poszczegolnych gwiazd.

        Dlatego naukowcy zaczeli budowac teorie, ze wszechswiat jest skonczony i
        nieograniczony lub skonczony i ograniczony.

        Tak naprawde, to jednak bardzo malo wiemy o budowie wszechswiata. Wszystko
        zaczelo sie od poteznego wybuchu. Przed wybychem nie istnialo prznajmniej dla
        materii skupionej w malej kulce (a wiec i nas) pojecia czasu, przestrzeni.
        Nasza wiedza (i ewentualnie innych cywilizacji powstalych z tego wybychu)
        ogranicza sie czasowo do tych milliardow lat po wybuchu a przestrzennie - wiek
        naszego wszechswiata pomnozony przez predkosc swiatla.

        Co jest dalej, co bylo przed wybuchem nie ma przynajmniej dla nas zadnego
        sensu. Dla nas nie na nic i przed wybuchem nie bylo nic.
        • alex.4 Re: Nowy obraz wszechświata 22.05.04, 18:00
          Troche wiemy. Wiemy, ze tempo ekspansji wszechświata raczej przyśpiesza, choc
          wydawałoby się, że powinno słabnać. Przez to nalezy odżucić modele w których
          nastapi ponowny kolaps. Juz dawno sugerowano, że masa wszechświata jest zbyt
          mała aby doszło do ponownego kolapsu. Mniej oczywiste jest to z czego własciwie
          zbudowany jest wszechświat. Jeszcze niedawno wszystko wskazywało, że znana
          materia stanowi tylko drobny ułamek masy wszechświata. Zimna ciemna materia czy
          neutrina stanowią małą część wszecgświata. Najprawdopodobniej resztę stanowią
          dziwbne cząstki, które postrzegany tylko przez wpływ jaki wywołuja grawitacyjny.
          Jasne wielu rzeczy nie wiemy. Nie wiemy np. ilu wymiarowa jest na prawdę
          przestrzeń. Teoria superstrun jest na razie nie testowalna i szybko sie to
          jeszcze nie zmeini.
          Wiele rzeczy jest jeszce bardzo niejasnych, ale to chyba jest najpiekniejsze, że
          jeszcze sporo rzeczy zostanie odkryte
          pozdr
          • Gość: jarek-NY Re: Nowy obraz wszechświata IP: *.phil.east.verizon.net 22.05.04, 18:54
            Tak, zgadzam sie - troche wiemy.

            Mam jednak wrazenie, ze jedno odkrycie przynosi zawsze wiele nowych zagadek.
            - dlaczego w pierwszych sekundach (minutach?) ekspansja byla tak gwaltowna?
            Szybsza od predkosci swiatla?
            - skad sie wzielo tak duzo ciemnej materii i ile jej wlasciwie jest?
            -Czy neutrina maja mase czy tez nie maja (wiekszosc twierdzi. ze maja). Jezeli
            tak, to jaka czesc masy wszechswiata stanowia neutrina.
            -wiekszosc rzeczywiscie sie sklania ze grawitacja nie zatrzyma ekspansji
            wszechswiata, ale nie jest to w 100% udowodnione.
            - Jaka jest ilosc i rozmieszczenie antymaterii we wszechswiecie.
            - Dlaczego niektore obiekty wydaja sie starsze niz wynika to z obliczen
            teorytycznych i obecnej dlugosci fal promieniowania reliktowego?
            - dlaczego jest tak duzo czastek elementarnych? Czy moze nie sa one elementarne
            ale z czegos zlozone?
            - jak powiazac ze soba silne i slabe oddzialywania?
            - tak naprawde to wiemy bardzo malo o istocie grawitacji.
            • alex.4 Re: Nowy obraz wszechświata 22.05.04, 19:09
              Modele inflacyjne przynoszą wiele rozwiązań, ale budzą tez wiele watpliwości. Od
              inflacji zaproponowanej przez A.Gutha model uległ przewartościowaniu. I pytanie
              czy einstein miał racje wprowadzając stała kosmologiczną??????
              Dlaczego musiała istnieć asymetria miedzy materia a antymateria, skoro materia
              jest powszechnie obserwowana a antymateria nie.
              Starsze to już nie. Żeczywiście w pewnym monencie (historia się powtarza)
              wydawało sie, że niektóre obiekty (gromady kuliste) wydają się starsze niz
              wszechświat, ale dzięki skorygowaniu pomiarów odległości zagrożenie zostało
              zażegnane.
              I stare pytanie dlaczego jeśli trochę zmienic stałę fizyczne to wszechświat nie
              bedzie nadawał się do zycia.
              Każde odkrycie powoduje powstanie nowych pytań. Szczególnie kiedy wydawało się,
              że powinno byc odwrotnie niż jest. Zwiekszanie się prędkości ekspansji
              wszechświta było sporym zaskoczeniem. Ale kiedyś nierozumiałę były kwazary, a
              błyski gamma wywoływały sprzeczne ze sobą wytłumaczenia. Na szczęście wiedza
              przyrasta bardzo szybko. Wystarczy porównać poglądy kosmologów na świat jeszcze
              15 lat temu i zobaczyć, że sporo się zmieniło. Wtedy ciemna materia nadal
              wydawała się zbytnia ekstrawagancją
              Nadal wiemy bardzo mało. Ale to jest najbardzioej eksytujące odkrycia narastaja
              lawinowo i ciągle coś ulega przwartościowaniu. Im wiedza obszar nieznajomy jest
              mniejszy, tym odkrycia stają się mniej spektakularne.
              pozdr
              • Gość: jarek-NY Re: Nowy obraz wszechświata IP: *.phil.east.verizon.net 22.05.04, 20:10
                Teoria inflacji jest tak mi obca mentalnie, ze jakos w nia nie wierze. Cos
                instynktownie mnie od niej odrzuca. Ciekawi mnie jednak co myslisz o tym
                osobliwym stanie czasoprzestrzeni przed wybuchem. Pojecie czasu i przestrzeni
                nie mialo zadnego sensu dla materii tam uwiezionej. Czy istnial jednak jakis
                dodatkowy (uniwersalny) czas w wymiarze, w ktorym zakrzywiona jest nasza
                czasoprzen?

                • alex.4 Re: Nowy obraz wszechświata 23.05.04, 16:28
                  uniwersalny czas????
                  Szkoda, że teoria superstrun na razie jest nieweryfikowalna. jest bardzo
                  elegancka, likwiduje wiele problemów (jak zbyt dużą liczbę cząstek
                  elementarnych). Jesli jest prawdziwa to dyskusja o tym co było przed nabiera
                  sensu.
                  Mnie użekała wizja wirtualnej fluktuacji kwantowej. W sumie takie proste
                  rozwiązanie....
                  pozdr
    • alex.4 Re: Nowy obraz wszechświata 24.05.04, 10:40
      Czasami wystarczy pomysł, aby odtworzyć nowy sposób patrzenia na świat, nnowy
      obraz badań. Tak było z soczewkowaniem grawitacyjnym. Dopiero 10 lat temu
      Ch.Speidel wpadł na pomysł, że część widocznych galaktyk to obraz widoczbny
      dzięki soczewkowaniu grawitacyjnemu odległych obiektów. Dzięki wykorzystaniu
      tego zjawiska w badaniach i pojawieniu się nowej generacji teleskopów
      znaleziono obiekty które ustniały już gdy wszechświat miał 3% czy 5% swojego
      obecnego wieku (np. z=7,0, z=6,58, z= 6,54). Galaktyki te istniały w czasie gdy
      wszechświat miał mniej niż 1 mld lat. Dzięki temu nasza wiedza o bardzo młodym
      wszeświecie mogła ulec znaczącemu zwiększeniu.
      pozdr
      • Gość: jarek-NY Re: Nowy obraz wszechświata IP: *.phil.east.verizon.net 25.05.04, 00:12
        O soczewkowaniu grawitacyjnym troche slyszalem. Przyznam jednak, ze kilka
        ostatnich lat troche przespalem. Postanowilem troche poczytac na internecie i
        chetnie wroce do tego watku. Tu raczej na ten temat nie mam z kim rozmawiac.
        • Gość: jarek-NY Re: Nowy obraz wszechświata IP: *.phil.east.verizon.net 30.05.04, 04:24
          Reanimuje ten watek, bo potrzeuje troche wolnego czasu, a ostatnio mi go
          brakuje.
          • alex.4 Re: Nowy obraz wszechświata 30.05.04, 18:14
            to się nazywa względność czasu:))))
            pozdr
Pełna wersja