alex.4
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.).