Kako znamo da je svemir ravno? Otkrivanje topologije svemira

How do spacecraft navigate in space ? (Lipanj 2019).

Anonim

Kadgod govorimo o širenju svemira, svatko želi znati kako će to završiti. Naravno, kažu, činjenica da se većina galaksija koje vidimo ubrzava od nas u svim smjerovima, doista je zanimljiva. Naravno, kažu, Big Bang ima smisla, jer je sve bilo bliže prije milijarde godina.

Ali kako to završava? Radi li ovo zauvijek? Da li se galaksije u konačnici usporavaju, zaustavljaju, a zatim se natječu zajedno u Big Crunchu? Hoćemo li dobiti neprekidni ciklus Big Bangova zauvijek i zauvijek?

Napravili smo hrpu članaka o mnogim različitim aspektima ovog pitanja, a trenutni zaključci astronoma su postigli da je zato što je svemir ravnodušan, nikad se neće srušiti i pokrenuti još jedan Big Bang.

Ali čekajte, što znači reći da je svemir "stan"? Zašto je to važno i kako znamo?

Prije nego što počnemo razgovarati o flatness svemira, moramo razgovarati o flatness u cjelini. Što znači reći da je nešto ravno?

Ako ste u četvrtastoj sobi i prošetali kutovima, vratit ćete se na početnu točku nakon što ste napravili četiri okretaja od 90 stupnjeva. Možeš reći da je vaša soba ravna. Ovo je geometrija Euklidiana.

ako napravite isto putovanje na površini Zemlje. Započnite na ekvatoru, skrenite s 90 stupnjeva, krenite prema Sjevernom polu, napravite još jedan skok od 90 stupnjeva, vratite se na ekvator, još jedan zavoj od 90 stupnjeva i vratite se na početnu točku.

U jednoj situaciji, napravili ste četiri okretaja kako biste se vratili na početnu točku, u drugoj situaciji to je samo trebalo. To je zato što je topologija površine na kojoj ste hodali odlučili što se događa kada se okrene 90 stupnjeva.

Možete zamisliti još ekstremniji primjer, gdje se šetate unutar kratera, a potrebno je više od četiri navrata da se vrate na početnu točku.

Druga analogija, naravno, je ideja paralelnih linija. Ako otpustite dvije paralelne linije na Sjevernom stupu, odstupaju se jedna od druge, slijedeći topologiju Zemlje, a zatim se vraćaju zajedno.

Je li to? Sjajno.

A što je s samim svemirom? Možete zamisliti tu istu analogiju. Snimanje leti u svemir na raketu za milijarde svjetlosnih godina, obavljajući 90-stupanjske manevre i vraćajući se na početnu točku.

Ne možete to učiniti za tri ili pet, trebate četiri, što znači da je topologija svemira ravna. Što je potpuno intuitivno, zar ne? Mislim, to bi bila tvoja pretpostavka.

Ali astronomi su bili skeptični i trebali su sigurno znati, pa su krenuli na testiranje ove pretpostavke.

Da bi se dokazala ravnost svemira, morat ćete put dugo putovati. A astronomi koriste najveće moguće promatranje koje mogu napraviti. Kozmičko mikrovalno pozadinsko zračenje, poslije rasprostiranja Velikog praska, vidljivo u svim smjerovima kao crveno pomaknuto, moment koji je blijedio kad je svemir postalo prozirno oko 380.000 godina nakon Velikog praska.

Kad je ovo zračenje bilo oslobođeno, cijeli svemir je iznosio približno 2.700 C. To je bio trenutak kad je dovoljno cool da su fotoni konačno slobodni lutati po svemiru. Ekspanzija svemira ispružila je ove fotone tijekom 13, 8 milijardi godišnjeg putovanja, prebacujući ih u mikrovalni spektar, samo 2, 7 stupnjeva iznad apsolutne nula.

S najrelevantnijim svemirskim teleskopima koji su dostupni, astronomi su u stanju otkriti sitne varijacije u temperaturi ovog pozadinskog zračenja.

A ovdje je dio koji mi puše svaki put kada razmišljam o tome. Te male varijacije temperature odgovaraju najvećoj strukturi ljestvice promatranog svemira. Regija koja je bila djelić stupnja toplije postala je ogromna klastera galaksije, stotine milijuna svjetlosnih godina.

Kozmičko mikrovalno pozadinsko zračenje samo daje i daje, a kada je riječ o prepoznavanju topologije svemira, on ima odgovor koji nam je potreban. Ako je svemir bilo zakrivljeno na bilo koji način, ove promjene temperature izgledale bi iskrivljene u usporedbi s stvarnom veličinom koja danas vidimo ove strukture.

Ali nisu. Najbolje od svoje sposobnosti, ESA-in Planckov svemirski teleskop, uopće ne može otkriti izobličenja. Svemir je ravno.

Pa, to baš i nije točno. Prema najboljim mjerenjima koje su astronomi ikada uspjeli napraviti, zakrivljenost svemira spada u raspon pogrešaka koji ukazuju na to da je ravna. Buduća promatranja nekih superplaneskog teleskopa mogla bi pokazati blagu zakrivljenost, ali za sada, najbolja mjerenja vani kažu

,

ravan.

Kažemo da je svemir ravno, a to znači da će paralelne linije uvijek ostati paralelne. Krugovi od 90 stupnjeva ponašaju se kao pravi zavrsi od 90 stupnjeva, a sve ima smisla.

Ali koje su implikacije za cijeli svemir? Što nam to govori?

Nažalost, najveća stvar je ono što nam ne govori. Još uvijek ne znamo je li svemir konačan ili beskonačan. Ako bismo mogli izmjeriti njezinu zakrivljenost, mogli bismo znati da smo u konačnom svemiru i da dobijemo osjećaj onoga što je njezina stvarna istinska veličina, izvan izvan vidljivog svemira možemo izmjeriti.

Znamo da je volumen svemira barem 100 puta veći nego što možemo promatrati. Barem. Ako se ravnotežne šipke za ravnotežu sruše, minimalna veličina univerzuma raste.

I zapamtite, beskonačni svemir je još uvijek na stolu.

Druga stvar je da to zapravo uzrokuje problem za izvornu teoriju Big Banga, koja zahtijeva razvoj teorije poput inflacije.

Budući da je svemir sada ravna, morao je biti ravna u prošlosti, kada je svemir bio nevjerojatno gusta singularnost. I za održavanje ove razine ravnosti preko 13, 8 milijardi godina širenja, u vrsti nevjerojatne.

Zapravo, astronomi procjenjuju da je svemir morao biti ravno do 1 dio unutar 1 × 10 57 dijelova.

Što se čini kao luda slučajnost. Razvoj inflacije, međutim, to rješava širenjem svemira nerazumljivom količinom trenutka nakon Velikog praska. Univerzumi prije i poslije inflacije mogu imati znatno različite razine zakrivljenosti.

U starim danima, kozmolozi su rekli da ravnost svemira ima implikacije za svoju budućnost. Ako je svemir bio zakrivljen, gdje biste mogli završiti čitavo putovanje s manje od četiri zavoja, to znači da je zatvorena i da je predodređeno da se sruši na sebe.

I bilo je više od četiri zavoja, bilo je otvoreno i namjerno se proširilo zauvijek.

Pa, to više nije važno. Godine 1998. astronomi su otkrili tamnu energiju, koja je ta tajanstvena sila koja ubrzava širenje svemira. Bez obzira je li svemir otvoren, zatvoren ili ravna, nastavit će širenje. Zapravo, ta ekspanzija će ubrzati zauvijek.

Nadam se da vam ovo daje malo više razumijevanja onoga što kozmolozi misle kad kažu da je svemir ravno. A kako znamo da je stan? Vrlo precizna mjerenja u kozmičkom mikrovalnom pozadinskom zračenju.

menu
menu