კოსმოლოგები დიდი ხანია ვარაუდობენ, რომ სამყარო უსასრულოა, მაგრამ არა უსაზღვრო. ეს ნიშნავს, რომ მას აქვს შეზღუდული ზომები, მაგრამ შეუძლებელია "სამყაროს დასასრულამდე" მოხვედრა. მაშინაც კი, თუ ვინმე ცდილობდა სამყაროს გადალახვას, ის დაბრუნდებოდა იმ წერტილში, საიდანაც დაიწყო - ისევე როგორც მათ, ვინც დედამიწის გარშემო მოგზაურობდა.

სამყაროს სასრულობის დიდი ხნის ჰიპოთეზა განსაკუთრებით პოპულარული გახდა კოსმოსური მიკროტალღური ფონის, ანუ დიდი აფეთქების შემდეგ სამყაროში დარჩენილი კოსმოსური მიკროტალღური ფონის გამოსხივების შესწავლის შედეგად. მეცნიერები ვარაუდობენ, რომ სამყაროს შეუზღუდავი ზომები რომ ჰქონდეს, მასში ყველა სავარაუდო სიგრძის ტალღების პოვნა შესაძლებელი იქნებოდა. თუმცა, ყველამ ვიცით, რომ მიკროტალღური ფონის სპექტრი ძალიან შეზღუდულია - და ამიტომაც მას ასე უწოდებენ.

"სამყაროს აქვს მუსიკალური ინსტრუმენტის თვისებები", - განმარტავს გერმანიის ულმის უნივერსიტეტიდან ფრანკ შტაინერი. ”და მის შიგნით ტალღის სიგრძე არ შეიძლება აღემატებოდეს თავად ინსტრუმენტის სიგრძეს.

დღემდე კოსმოლოგებმა სამყაროს ფორმის შესახებ რამდენიმე ჰიპოთეზა გამოთქვეს. ყველაზე პოპულარული იყო გოგრა (ან ამერიკული ფეხბურთის ბურთი) და ბაგელი, ასევე სამი ბაგელი, რომლებიც უცნაურად იყო დაკავშირებული ერთმანეთთან. ზოგიერთმა ფიზიკოსმა შემოგვთავაზა მშვენიერი მოდელი, აშკარად ნასესხები აღმოსავლური ფილოსოფიიდან, სამყაროს შესახებ, რომელიც წარმოადგენს სარკეების დერეფანს სხვადასხვა ობიექტების გამოსახულებით, რომლებიც მრავალჯერ მეორდება ცაში. ეს "მსუბუქი პორტრეტები" შეიძლება აისახოს სამყაროს სავარაუდო კედლებიდან და ამით მრავალჯერ გაიმეოროს. გლენ სტარკმანმა კლივლენდში (ოჰაიო, აშშ) Case Western Reserve University-დან და მისმა კოლეგებმა დაიწყეს შემოთავაზებული მოდელების ექსპერიმენტულ მონაცემებთან გაერთიანების მცდელობა, მაგრამ ჯერ არ აურჩევიათ რომელი ფორმა შეეფერება ჩვენს სამყაროს ყველაზე მეტად.

ამავდროულად, შტაინერმა და მისმა კოლეგებმა დაიწყეს ნასას 2003 წლის კოსმოსური ხომალდის მონაცემების ხელახალი ანალიზი, რომელიც ცნობილია როგორც ვილკინსონის მიკროტალღური ანისოტროპული ზონდი და ცდილობდნენ გამოეყენებინათ ისინი თავიანთი ჰიპოთეზის გასამყარებლად, რომ სამყაროს ფორმის დონატი და სამი დონატი. მეცნიერებს ასევე სურდათ შეემოწმებინათ ფართოდ გავრცელებული ჰიპოთეზა უსაზღვრო და „განზომილებიანი“ სამყაროს შესახებ.

აღმოჩნდა, რომ კოსმოსური ხომალდის მონაცემები საუკეთესოდ ამტკიცებს სამყაროს თეორიას დონატის სახით. მეცნიერები ასევე ცდილობდნენ გამოეცნოთ სამყაროს სავარაუდო ზომა - ზონდის გამოყენებით მიღებული ინფორმაციის მიხედვით, მას შეუძლია მიაღწიოს 56 მილიარდ სინათლის წელს.

საფრანგეთში, პარიზის ობსერვატორიის ჟან-პიერ ლუმინეტი ამტკიცებს ჰიპოთეზას, რომ სამყარო ამერიკული ფეხბურთის ან გოგრის ფორმისაა. თუმცა, მას ძალიან მოეწონა შტაინერის ნამუშევარი.მისი აზრით, გერმანელი კოლეგის ანალიზი აჩვენებს, რომ ბაგელი არის სამყაროს საკმაოდ სავარაუდო ფორმა, მაგრამ მაინც არ უარყოფს გოგრის (ფეხბურთის ბურთის) იდეას. "ვფიქრობ, ჩემი ფეხბურთის ბურთი ჯერ კიდევ ცოცხალი და კარგად არის", - ხუმრობს ლუმინი.

თავად შტაინერი თვლის, რომ რელიქტური გამოსხივების შესწავლა, რომელსაც ახლა ევროპული პლანკის თანამგზავრი ახორციელებს, უფრო ზუსტად განსაზღვრავს სამყაროს ფორმას. გლენ სტარკმანი ასევე მიიჩნევს, რომ ჯერ არ არის საკმარისი მონაცემები. „ფილოსოფიური თვალსაზრისით, მე მომწონს იდეა, რომ სამყარო სასრულია“, - ამბობს ის. ”თუმცა, ფიზიკას არ შეიძლება ენდოს ფილოსოფია და ამიტომ ფრთხილად ვიქნები, არ გამოვიტან დასკვნები, სანამ ახალი ექსპერიმენტული მონაცემები არ გამოჩნდება.”

ძველად ხალხს ეგონათ, რომ დედამიწა ბრტყელია და დგას სამ ვეშაპზე, შემდეგ აღმოჩნდა, რომ ჩვენი ეკუმენა მრგვალია და თუ თქვენ მუდმივად ცურავთ დასავლეთისკენ, მაშინ გარკვეული პერიოდის შემდეგ დაუბრუნდებით საწყის წერტილს. აღმოსავლეთით. სამყაროს შეხედულებები ანალოგიურად შეიცვალა. ერთ დროს ნიუტონს სჯეროდა, რომ სივრცე ბრტყელი და უსასრულო იყო. აინშტაინმა დაუშვა, რომ ჩვენი სამყარო ყოფილიყო არა მხოლოდ უსაზღვრო და მრუდე, არამედ დახურულიც. ფონური გამოსხივების შესწავლის პროცესში მიღებული უახლესი მონაცემები მიუთითებს იმაზე, რომ სამყარო შესაძლოა საკუთარ თავში იყოს ჩაკეტილი. გამოდის, რომ თუ დედამიწიდან მუდმივად მიფრინავთ, რაღაც მომენტში დაიწყებთ მის მიახლოებას და საბოლოოდ დაბრუნდებით, გვერდის ავლით მთელ სამყაროს და განახორციელებთ მოგზაურობას მსოფლიოს გარშემო, ისევე როგორც მაგელანის ერთ-ერთი ხომალდი, მთელი მსოფლიო შემოიარა, ესპანეთის პორტ სანლუკარ დე ბარამედასკენ გაემართა.

ჰიპოთეზა იმის შესახებ, რომ ჩვენი სამყარო დიდი აფეთქების შედეგად დაიბადა, ახლა ზოგადად მიღებულია. მატერია თავიდან იყო ძალიან ცხელი, მკვრივი და სწრაფად ფართოვდებოდა. შემდეგ სამყაროს ტემპერატურა რამდენიმე ათას გრადუსამდე დაეცა. ნივთიერება იმ მომენტში შედგებოდა ელექტრონების, პროტონებისა და ალფა ნაწილაკებისგან (ჰელიუმის ბირთვები), ანუ ეს იყო უაღრესად იონიზირებული გაზი - პლაზმა, სინათლისთვის გაუმჭვირვალე და ნებისმიერი ელექტრომაგნიტური ტალღები. ბირთვებისა და ელექტრონების რეკომბინაციამ (დაკავშირებამ) იმ დროს დაწყებულმა, ანუ წყალბადისა და ჰელიუმის ნეიტრალური ატომების წარმოქმნამ რადიკალურად შეცვალა სამყაროს ოპტიკური თვისებები. იგი გამჭვირვალე გახდა ელექტრომაგნიტური ტალღების უმეტესობისთვის.

ამრიგად, სინათლისა და რადიოტალღების შესწავლით, მხოლოდ იმის დანახვაა შესაძლებელი, რაც მოხდა რეკომბინაციის შემდეგ და ყველაფერი, რაც ადრე მოხდა, ჩვენთვის იკეტება იონიზებული მატერიის ერთგვარი „ცეცხლოვანი კედლით“. სამყაროს ისტორიაში ბევრად უფრო ღრმად ჩახედვა შესაძლებელია მხოლოდ იმ შემთხვევაში, თუ ვისწავლით, თუ როგორ უნდა დაარეგისტრიროთ რელიქტური ნეიტრინოები, რომელთათვისაც ცხელი მატერია გაცილებით ადრე გამჭვირვალე გახდა და პირველადი გრავიტაციული ტალღები, რომლისთვისაც ნებისმიერი სიმკვრივის მატერია არ არის დაბრკოლება. მომავლის საქმეა და მისგან შორს, უახლოესი.

ნეიტრალური ატომების ჩამოყალიბების შემდეგ, ჩვენი სამყარო გაფართოვდა დაახლოებით 1000-ჯერ და რეკომბინაციის ეპოქის გამოსხივება დღეს დედამიწაზე შეიმჩნევა, როგორც რელიქტური მიკროტალღური ფონი, რომლის ტემპერატურაა დაახლოებით სამი გრადუსი კელვინი. ეს ფონი, რომელიც პირველად აღმოაჩინეს 1965 წელს დიდი რადიო ანტენის ტესტირებისას, პრაქტიკულად ყველა მიმართულებით ერთნაირია. თანამედროვე მონაცემებით, ას მილიონჯერ მეტი რელიქტური ფოტონებია, ვიდრე ატომები, ამიტომ ჩვენი სამყარო უბრალოდ ბანაობს ძლიერ გაწითლებული სინათლის ნაკადებში, რომლებიც გამოსხივებულია სამყაროს სიცოცხლის პირველ წუთებში.

კლასიკური სივრცის ტოპოლოგია

100 მეგაპარსეკზე დიდ მასშტაბებზე, სამყაროს ის ნაწილი, რომელსაც ჩვენ ვხედავთ, საკმაოდ ერთგვაროვანია. მატერიის ყველა მკვრივი გროვა - გალაქტიკები, მათი გროვები და სუპერგროვები - შეინიშნება მხოლოდ მცირე მანძილზე. უფრო მეტიც, სამყარო ასევე იზოტროპულია, ანუ მისი თვისებები იგივეა ნებისმიერი მიმართულებით. ეს ექსპერიმენტული ფაქტები საფუძვლად უდევს ყველა კლასიკურ კოსმოლოგიურ მოდელს, რომელიც ითვალისწინებს მატერიის განაწილების სფერულ სიმეტრიას და სივრცით ჰომოგენურობას.

აინშტაინის ზოგადი ფარდობითობის (GR) განტოლებების კლასიკურ კოსმოლოგიურ ამონახსნებს, რომლებიც 1922 წელს იპოვა ალექსანდრე ფრიდმანმა, უმარტივესი ტოპოლოგია აქვთ. მათი სივრცითი მონაკვეთები ჰგავს სიბრტყეებს (უსასრულო ამონახსნებისთვის) ან სფეროებს (შეზღუდული ამონახსნებისთვის). მაგრამ ასეთ სამყაროებს, თურმე, აქვთ ალტერნატივა: სამყარო კიდეებისა და საზღვრების გარეშე, სასრული მოცულობის სამყარო თავისთავად დახურული.

ფრიდმანის მიერ ნაპოვნი პირველი გადაწყვეტილებები აღწერდა სამყაროებს, რომლებიც სავსეა მხოლოდ ერთი სახის მატერიით. მატერიის საშუალო სიმკვრივის სხვაობის გამო წარმოიშვა სხვადასხვა სურათები: თუ ის აჭარბებდა კრიტიკულ დონეს, მიიღებდა დახურულ სამყაროს დადებითი სივრცითი გამრუდებით, სასრული ზომებითა და სიცოცხლის ხანგრძლივობით. მისი გაფართოება თანდათან შენელდა, შეჩერდა და შეიცვალა შეკუმშვამდე. კრიტიკულზე დაბალი სიმკვრივის მქონე სამყაროს ჰქონდა უარყოფითი გამრუდება და უსასრულოდ გაფართოვდა, მისი ინფლაციის მაჩვენებელი რაღაც მუდმივ მნიშვნელობამდე მიისწრაფოდა. ამ მოდელს ეწოდება ღია. ბრტყელი სამყარო, შუალედური შემთხვევა, რომლის სიმკვრივე ზუსტად უდრის კრიტიკულს, არის უსასრულო და მისი მყისიერი სივრცითი მონაკვეთები არის ბრტყელი ევკლიდური სივრცე ნულოვანი გამრუდებით. ბრტყელი, ისევე როგორც ღია, ფართოვდება განუსაზღვრელი ვადით, მაგრამ მისი გაფართოების სიჩქარე ნულისკენ მიისწრაფვის. მოგვიანებით გამოიგონეს უფრო რთული მოდელები, რომლებშიც ერთგვაროვანი და იზოტროპული სამყარო სავსე იყო მრავალკომპონენტიანი მატერიით, რომელიც დროთა განმავლობაში იცვლება.

თანამედროვე დაკვირვებები აჩვენებს, რომ სამყარო ახლა ფართოვდება აჩქარებით (იხ. „სამყაროს მოვლენის ჰორიზონტის მიღმა“, No3, 2006 წ.). ასეთი ქცევა შესაძლებელია, თუ სივრცე ივსება რაიმე ნივთიერებით (ხშირად ბნელ ენერგიით) მაღალი უარყოფითი წნევით, ამ ნივთიერების ენერგიის სიმკვრივესთან ახლოს. ბნელი ენერგიის ეს თვისება იწვევს ერთგვარი ანტი-გრავიტაციის გაჩენას, რომელიც გადალახავს ჩვეულებრივი მატერიის მიმზიდველ ძალებს დიდი მასშტაბით. პირველი ასეთი მოდელი (ე.წ. ლამბდა ტერმინით) თავად ალბერტ აინშტაინმა შემოგვთავაზა.

სამყაროს გაფართოების სპეციალური რეჟიმი წარმოიქმნება, თუ ამ მატერიის წნევა არ რჩება მუდმივი, მაგრამ იზრდება დროთა განმავლობაში. ამ შემთხვევაში, ზომის ზრდა იმდენად სწრაფად ყალიბდება, რომ სამყარო სასრულ დროში უსასრულო ხდება. სივრცითი განზომილებების ასეთ მკვეთრ ინფლაციას, რომელსაც თან ახლავს ყველა მატერიალური ობიექტის განადგურება, გალაქტიკებიდან ელემენტარულ ნაწილაკებამდე, ეწოდება დიდი რიპი.

ყველა ეს მოდელი არ იღებს სამყაროს რაიმე განსაკუთრებულ ტოპოლოგიურ თვისებებს და წარმოადგენს მას ჩვენი ჩვეული სივრცის მსგავსად. ეს სურათი კარგად ემთხვევა იმ მონაცემებს, რომლებსაც ასტრონომები იღებენ ტელესკოპების დახმარებით, რომლებიც ჩაწერენ ინფრაწითელ, ხილულ, ულტრაიისფერ და რენტგენის გამოსხივებას. და მხოლოდ რადიო დაკვირვების მონაცემებმა, კერძოდ, რელიქტური ფონის დეტალურმა შესწავლამ, მეცნიერებს დააეჭვა, რომ ჩვენი სამყარო ასე პირდაპირაა მოწყობილი.

მეცნიერები ვერ შეძლებენ გაიხედონ „ცეცხლის კედლის“ მიღმა, რომელიც გვაშორებს ჩვენი სამყაროს ცხოვრების პირველი ათასი წლის მოვლენებს. მაგრამ კოსმოსში გაშვებული ლაბორატორიების დახმარებით, ყოველწლიურად უფრო და უფრო მეტს ვიგებთ იმის შესახებ, თუ რა მოხდა ცხელი პლაზმის თბილ გაზად გადაქცევის შემდეგ.

ორბიტალური რადიო მიმღები

WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) კოსმოსური ობსერვატორიის მიერ მიღებული პირველი შედეგები, რომელიც გაზომავდა კოსმოსური მიკროტალღური ფონის გამოსხივების ძალას, გამოქვეყნდა 2003 წლის იანვარში და შეიცავდა იმდენ ნანატრ ინფორმაციას, რომ მისი გაგება დღესაც არ დასრულებულა. ჩვეულებრივ, ფიზიკას იყენებენ ახალი კოსმოლოგიური მონაცემების ასახსნელად: მატერიის მდგომარეობის განტოლებები, გაფართოების კანონები და საწყისი აშლილობის სპექტრები. მაგრამ ამჯერად გამოსხივების გამოვლენილი კუთხოვანი არაჰომოგენურობის ბუნება სულ სხვა ახსნას მოითხოვდა - გეომეტრიულს. უფრო ზუსტად - ტოპოლოგიური.

WMAP-ის მთავარი მიზანი იყო კოსმოსური მიკროტალღური ფონის (ან, როგორც მას ასევე უწოდებენ, მიკროტალღური ფონის) ტემპერატურის დეტალური რუქის აგება. WMAP არის ულტრამგრძნობიარე რადიო მიმღები, რომელიც ერთდროულად აღრიცხავს ცის ორი თითქმის დიამეტრალურად საპირისპირო წერტილიდან მოსულ სიგნალებს. ობსერვატორია 2001 წლის ივნისში გაუშვეს განსაკუთრებით მშვიდ და "მშვიდ" ორბიტაზე, რომელიც მდებარეობს ეგრეთ წოდებულ ლაგრანგის წერტილში L2, დედამიწიდან მილიონნახევარი კილომეტრის დაშორებით. ეს 840 კგ თანამგზავრი ფაქტობრივად მზის გარშემო ორბიტაზე იმყოფება, მაგრამ დედამიწისა და მზის გრავიტაციული ველების ერთობლივი მოქმედების გამო, მისი რევოლუციის პერიოდი ზუსტად ერთი წელია და ის დედამიწიდან არსად დაფრინავს. თანამგზავრი გაუშვა ისეთ შორეულ ორბიტაზე, რომ ხმელეთის ხელოვნური აქტივობის ჩარევამ ხელი არ შეუშალა რელიქტური რადიო გამოსხივების მიღებას.

კოსმოსური რადიოობსერვატორიის მიერ მოპოვებული მონაცემების საფუძველზე, უპრეცედენტო სიზუსტით იქნა შესაძლებელი კოსმოლოგიური პარამეტრების უზარმაზარი რაოდენობის დადგენა. პირველ რიგში, სამყაროს მთლიანი სიმკვრივის თანაფარდობა კრიტიკულთან არის 1,02 ± 0,02 (ანუ ჩვენი სამყარო ბრტყელია ან დახურულია ძალიან მცირე გამრუდებით). მეორეც, ჰაბლის მუდმივი, რომელიც ახასიათებს ჩვენი სამყაროს ფართომასშტაბიან გაფართოებას, არის 72±2 კმ/წმ/მფ. მესამე, სამყაროს ასაკი არის 13,4 ± 0,3 მილიარდი წელი და რეკომბინაციის დროს შესაბამისი წითელში ცვლა არის 1088 ± 2 (ეს არის საშუალო მნიშვნელობა, რეკომბინაციის საზღვრის სისქე გაცილებით დიდია, ვიდრე მითითებული შეცდომა). თეორეტიკოსებისთვის ყველაზე სენსაციური შედეგი იყო რელიქტური გამოსხივების დარღვევების კუთხური სპექტრი, უფრო ზუსტად, მეორე და მესამე ჰარმონიის ძალიან მცირე მნიშვნელობა.

ასეთი სპექტრი აგებულია ტემპერატურის რუქის სხვადასხვა სფერული ჰარმონიების (მრავალპოლუსების) ჯამის სახით წარმოდგენით. ამ შემთხვევაში, ცვლადი კომპონენტები განასხვავებენ პერტურბაციების ზოგადი სურათიდან, რომლებიც ჯდება სფეროზე მთელი რიცხვით: ოთხჯერ - 2-ჯერ, რვაპოლში - 3-ჯერ და ა.შ. რაც უფრო მაღალია სფერული ჰარმონიის რიცხვი, მით უფრო მაღალი სიხშირის რხევები აღწერს მას და მით უფრო მცირეა შესაბამისი "ლაქების" კუთხური ზომა. თეორიულად, სფერული ჰარმონიების რაოდენობა უსასრულოა, მაგრამ რეალური დაკვირვების რუქისთვის ის შემოიფარგლება იმ კუთხური გარჩევადობით, რომლითაც დაკვირვებები ხდებოდა.

ყველა სფერული ჰარმონიის სწორი გაზომვისთვის საჭიროა მთელი ციური სფეროს რუკა და WMAP იღებს დამოწმებულ ვერსიას მხოლოდ ერთ წელიწადში. პირველი ასეთი არც თუ ისე დეტალური რუქები იქნა მიღებული 1992 წელს Relic და COBE (Cosmic Background Explorer) ექსპერიმენტებში.

როგორ ჰგავს ბაგელი ყავის ფინჯანს?
არსებობს მათემატიკის ასეთი ფილიალი - ტოპოლოგია, რომელიც იკვლევს სხეულების თვისებებს, რომლებიც შენარჩუნებულია მათი ნებისმიერი დეფორმაციის ქვეშ, ხარვეზებისა და წებოვნების გარეშე. წარმოიდგინეთ, რომ გეომეტრიული სხეული, რომელიც ჩვენ გვაინტერესებს, არის მოქნილი და ადვილად დეფორმირებული. ამ შემთხვევაში, მაგალითად, კუბი ან პირამიდა შეიძლება ადვილად გარდაიქმნას სფეროდ ან ბოთლად, ტორუსი („დონატი“) სახელურით ყავის ფინჯნად, მაგრამ სფეროს გადაქცევა შეუძლებელი იქნება. თასი სახელურით, თუ არ დახეხეთ და არ დააწებებთ ამ ადვილად დეფორმირებად სხეულს. იმისთვის, რომ სფერო გავყოთ ორ შეუერთებელ ნაწილად, საკმარისია ერთი დახურული ჭრილის გაკეთება, ხოლო ტორუსით იგივეს გაკეთება შეგიძლიათ მხოლოდ ორი ჭრილობის გაკეთება. ტოპოლოგებს უბრალოდ უყვართ ყველა სახის ეგზოტიკური კონსტრუქცია, როგორიცაა ბრტყელი ტორუსი, რქოვანი სფერო ან კლეინის ბოთლი, რომელთა სწორად გამოსახვა მხოლოდ ორჯერ მეტი განზომილებების მქონე სივრცეშია შესაძლებელი. ასე რომ, ჩვენი სამგანზომილებიანი სამყარო, საკუთარ თავზე დახურული, ადვილად წარმოსადგენია მხოლოდ ექვსგანზომილებიან სივრცეში ცხოვრებით. კოსმოსური ტოპოლოგები ჯერ არ არღვევენ დროს, რის გამოც მას უბრალოდ წრფივად, არაფერში ჩაკეტვის გარეშე აძლევენ შესაძლებლობას. ასე რომ, დღეს შვიდი განზომილების სივრცეში მუშაობის უნარი სავსებით საკმარისია იმის გასაგებად, თუ რამდენად რთულია ჩვენი დოდეკაედრული სამყარო.

საბოლოო CMB ტემპერატურის რუკა დაფუძნებულია რუქების უმტკივნეულო ანალიზზე, რომელიც აჩვენებს რადიო გამოსხივების ინტენსივობას ხუთ სხვადასხვა სიხშირის დიაპაზონში.

მოულოდნელი გადაწყვეტილება

სფერული ჰარმონიკის უმეტესობისთვის მიღებული ექსპერიმენტული მონაცემები ემთხვეოდა მოდელის გამოთვლებს. მხოლოდ ორი ჰარმონია, ოთხპოლუსი და რვაპოლუსი, აღმოჩნდა, რომ აშკარად დაბალი იყო თეორეტიკოსების მოსალოდნელ დონეზე. უფრო მეტიც, ალბათობა იმისა, რომ ასეთი დიდი გადახრები შეიძლება მოხდეს შემთხვევით, ძალიან მცირეა. ოთხპოლუსიანი და რვაპოლური დათრგუნვა აღინიშნა ჯერ კიდევ COBE მონაცემებში. თუმცა, იმ წლებში მოპოვებულ რუკებს ჰქონდათ ცუდი გარჩევადობა და დიდი ხმაური, ამიტომ ამ საკითხის განხილვა უკეთესი დროისთვის გადაიდო. რატომ აღმოჩნდა კოსმოსური მიკროტალღური ფონის ინტენსივობის ორი ყველაზე მასშტაბური რყევების ამპლიტუდები ასეთი მცირე, თავიდან ეს სრულიად გაუგებარი იყო. ჯერ კიდევ ვერ მოხერხდა მათი ჩახშობის ფიზიკური მექანიზმის გამომუშავება, რადგან მან უნდა იმოქმედოს მთელი დაკვირვებადი სამყაროს მასშტაბით, გახადოს იგი უფრო ერთგვაროვანი და, ამავე დროს, შეწყვიტოს მუშაობა მცირე მასშტაბებზე, რაც მისცეს რყევის საშუალებას. უფრო ძლიერად. ალბათ ამიტომაც დაიწყეს ალტერნატიული გზების ძებნა და გაჩენილ კითხვაზე ტოპოლოგიური პასუხი იპოვეს. ფიზიკური პრობლემის მათემატიკური ამოხსნა საოცრად ელეგანტური და მოულოდნელი აღმოჩნდა: საკმარისი იყო ვივარაუდოთ, რომ სამყარო თავისთავად დახურული დოდეკაედონია. შემდეგ დაბალი სიხშირის ჰარმონიკის ჩახშობა შეიძლება აიხსნას ფონის გამოსხივების სივრცითი მაღალი სიხშირის მოდულაციით. ეს ეფექტი წარმოიქმნება რეკომბინირებული პლაზმის ერთი და იგივე რეგიონის განმეორებით დაკვირვების გამო დახურული დოდეკაედრული სივრცის სხვადასხვა ნაწილში. გამოდის, რომ დაბალი ჰარმონიები, როგორც იქნა, ქრება რადიოსიგნალის გავლის გამო სამყაროს სხვადასხვა ასპექტში. მსოფლიოს ასეთ ტოპოლოგიურ მოდელში, დოდეკაედრონის ერთ-ერთი სახის მახლობლად მომხდარი მოვლენები აღმოჩნდება ახლოს და მოპირდაპირე სახეზე, რადგან ეს რეგიონები იდენტურია და სინამდვილეში სამყაროს ერთი და იგივე ნაწილია. ამის გამო დედამიწაზე დიამეტრულად საპირისპირო მხარეებიდან შემომავალი რელიქტური შუქი აღმოჩნდება პირველადი პლაზმის ერთი და იგივე რეგიონის მიერ. ეს გარემოება იწვევს CMB სპექტრის ქვედა ჰარმონიის ჩახშობას სამყაროშიც კი, რომელიც მხოლოდ ოდნავ აღემატება ხილულ მოვლენათა ჰორიზონტს.

ანიზოტროპიული რუკა
სტატიის ტექსტში ნახსენები ოთხპოლუსი არ არის ყველაზე დაბალი სფერული ჰარმონია. გარდა ამისა, არსებობს მონოპოლი (ნულოვანი ჰარმონია) და დიპოლი (პირველი ჰარმონია). მონოპოლის სიდიდე განისაზღვრება ფონის გამოსხივების საშუალო ტემპერატურით, რომელიც დღეს არის 2,728 კ. ზოგადი ფონის გამოკლების შემდეგ დიპოლური კომპონენტი აღმოჩნდება ყველაზე დიდი, რაც აჩვენებს, თუ რამხელაა ტემპერატურა ერთ ნახევარსფეროში. ჩვენს გარშემო არსებული სივრცე უფრო მაღალია ვიდრე სხვა. ამ კომპონენტის არსებობა ძირითადად გამოწვეულია დედამიწისა და ირმის ნახტომის მოძრაობით CMB-თან შედარებით. დოპლერის ეფექტის გამო ტემპერატურა მატულობს მოძრაობის მიმართულებით და მცირდება საპირისპირო მიმართულებით. ეს გარემოება შესაძლებელს გახდის ნებისმიერი ობიექტის სიჩქარის დადგენას CMB-თან მიმართებაში და ამით დანერგვას დიდი ხნის ნანატრი აბსოლუტური კოორდინატთა სისტემა, რომელიც ლოკალურად ისვენებს მთელ სამყაროსთან მიმართებაში.

დედამიწის მოძრაობასთან დაკავშირებული დიპოლის ანისოტროპიის სიდიდე არის 3,353*10-3 K. ეს შეესაბამება მზის მოძრაობას ფონური გამოსხივების მიმართ დაახლოებით 400 კმ/წმ სიჩქარით. ამავდროულად, ჩვენ "ვფრინავთ" თანავარსკვლავედების ლომისა და ჭალის საზღვრის მიმართულებით და "ვფრინავთ" თანავარსკვლავედის მერწყულიდან. ჩვენი გალაქტიკა გალაქტიკათა ადგილობრივ ჯგუფთან ერთად, სადაც ის ეკუთვნის, რელიქვიასთან შედარებით მოძრაობს დაახლოებით 600 კმ/წმ სიჩქარით.

ყველა სხვა დარღვევა (დაწყებული ოთხპოლუსიდან და ზემოთ) ფონის რუკაზე გამოწვეულია მატერიის სიმკვრივის, ტემპერატურისა და სიჩქარის არაერთგვაროვნებით რეკომბინაციის საზღვარზე, ისევე როგორც ჩვენი გალაქტიკიდან რადიო გამოსხივებით. დიპოლური კომპონენტის გამოკლების შემდეგ, ყველა სხვა გადახრის მთლიანი ამპლიტუდა აღმოჩნდება მხოლოდ 18 * 10-6 კ. ირმის ნახტომის საკუთარი გამოსხივების გამორიცხვის მიზნით (ძირითადად კონცენტრირებული გალაქტიკური ეკვატორის სიბრტყეში), მიკროტალღური დაკვირვებები. ფონი ხორციელდება ხუთ სიხშირულ დიაპაზონში 22,8 გჰც-დან 93 ,5 გჰც-მდე დიაპაზონში.

კომბინაციები თორთან

უმარტივესი სხეული, რომლის ტოპოლოგიით უფრო რთულია, ვიდრე სფერო ან სიბრტყე, არის ტორუსი. ვისაც ხელში დონატი ეჭირა, შეუძლია ამის წარმოდგენა. ბრტყელი ტორუსის კიდევ ერთი უფრო სწორი მათემატიკური მოდელი ნაჩვენებია ზოგიერთი კომპიუტერული თამაშის ეკრანებით: ეს არის კვადრატი ან მართკუთხედი, რომლის მოპირდაპირე მხარეები იდენტიფიცირებულია და თუ მოძრავი ობიექტი ქვევით ჩადის, ის ზემოდან ჩნდება; ეკრანის მარცხენა საზღვრის გადაკვეთისას ის ჩნდება მარჯვენა უკნიდან და პირიქით. ასეთი ტორუსი არის სამყაროს უმარტივესი მაგალითი არატრივიალური ტოპოლოგიით, რომელსაც აქვს სასრული მოცულობა და არავითარი საზღვრები.

სამგანზომილებიან სივრცეში ანალოგიური პროცედურა შეიძლება გაკეთდეს კუბიკით. თუ ამოიცნობთ მის საპირისპირო სახეებს, მაშინ იქმნება სამგანზომილებიანი ტორუსი. თუ ასეთ კუბის შიგნით შეხედავთ მიმდებარე სივრცეს, ნახავთ უსასრულო სამყაროს, რომელიც შედგება მისი ერთი და უნიკალური (არაგანმეორებადი) ნაწილის ასლებისაგან, რომლის მოცულობა საკმაოდ სასრულია. ასეთ სამყაროში არ არსებობს საზღვრები, მაგრამ არსებობს სამი შერჩეული მიმართულება ორიგინალური კუბის კიდეების პარალელურად, რომელთა გასწვრივ შეინიშნება ორიგინალური ობიექტების პერიოდული რიგები. ეს სურათი ძალიან ჰგავს იმას, რაც ჩანს კუბის შიგნით სარკისებური კედლებით. მართალია, მისი რომელიმე ასპექტის შემხედვარე, ასეთი სამყაროს მკვიდრი დაინახავს თავის თავს და არა სახეს, როგორც სიცილის მიწიერ ოთახში. უფრო სწორი მოდელი იქნება ოთახი, რომელიც აღჭურვილია 6 სატელევიზიო კამერით და 6 ბრტყელი LCD მონიტორით, რომლებიც აჩვენებენ მოპირდაპირე კამერის მიერ გადაღებულ სურათს. ამ მოდელში ხილული სამყარო თავის თავზე იხურება სხვა სატელევიზიო განზომილებაში გასვლის გამო.

ზემოთ აღწერილი დაბალი სიხშირის ჰარმონიკის ჩახშობის სურათი სწორია, თუ დრო, რომლის დროსაც შუქი კვეთს საწყის მოცულობას, საკმარისად მცირეა, ანუ თუ საწყისი სხეულის ზომები მცირეა კოსმოლოგიურ მასშტაბებთან შედარებით. თუ სამყაროს დაკვირვებისთვის ხელმისაწვდომი ნაწილის ზომები (ე.წ. სამყაროს ჰორიზონტი) აღმოჩნდება უფრო მცირე ვიდრე საწყისი ტოპოლოგიური მოცულობის ზომები, მაშინ სიტუაცია არანაირად არ განსხვავდება იმისგან, რასაც ჩვენ ვხედავთ. ჩვეულებრივი უსასრულო აინშტაინის სამყარო და CMB სპექტრის ანომალიები არ შეინიშნება.

ასეთ კუბურ სამყაროში მაქსიმალური შესაძლო სივრცითი მასშტაბი განისაზღვრება თავდაპირველი სხეულის ზომით - მანძილი ნებისმიერ ორ სხეულს შორის არ შეიძლება აღემატებოდეს თავდაპირველი კუბის მთავარი დიაგონალის ნახევარს. რეკომბინაციის საზღვრიდან ჩვენამდე მოსულ შუქს შეუძლია გზაზე რამდენჯერმე გადაკვეთოს თავდაპირველი კუბი, თითქოს აისახება მის სარკის კედლებში, ამის გამო გამოსხივების კუთხური სტრუქტურა დამახინჯებულია და დაბალი სიხშირის რყევები ხდება მაღალი სიხშირე. შედეგად, რაც უფრო მცირეა საწყისი მოცულობა, მით უფრო ძლიერია ყველაზე დაბალი ფართომასშტაბიანი კუთხური რყევების ჩახშობა, რაც ნიშნავს, რომ რელიქტური ფონის შესწავლით შეიძლება შეფასდეს ჩვენი სამყაროს ზომა.

3D მოზაიკა

ბრტყელი ტოპოლოგიურად რთული სამგანზომილებიანი სამყარო შეიძლება აშენდეს მხოლოდ კუბების, პარალელეპიპედების და ექვსკუთხა პრიზმების საფუძველზე. მოხრილი სივრცის შემთხვევაში, ფიგურების უფრო ფართო კლასს აქვს ასეთი თვისებები. ამ შემთხვევაში, WMAP ექსპერიმენტში მიღებული კუთხური სპექტრები საუკეთესოდ ეთანხმება სამყაროს დოდეკაედრულ მოდელს. ეს რეგულარული პოლიედონი, რომელსაც აქვს 12 ხუთკუთხა სახე, ჰგავს ფეხბურთის ბურთს, რომელიც შეკერილია ხუთკუთხა ლაქებისგან. გამოდის, რომ მცირე დადებითი მრუდის მქონე სივრცეში რეგულარულ დოდეკაედრონებს შეუძლიათ შეავსონ მთელი სივრცე ხვრელებისა და ურთიერთგადაკვეთის გარეშე. დოდეკედრის ზომასა და გამრუდებას შორის გარკვეული თანაფარდობით, ამისათვის საჭიროა 120 სფერული დოდეკედრონი. უფრო მეტიც, ასობით „ბურთის“ ეს რთული სტრუქტურა შეიძლება შემცირდეს ტოპოლოგიურად ეკვივალენტად, რომელიც შედგება მხოლოდ ერთი დოდეკედრისგან, რომელშიც იდენტიფიცირებულია 180 გრადუსით შემობრუნებული საპირისპირო სახეები.

ასეთი დოდეკაედრონისგან წარმოქმნილ სამყაროს აქვს მრავალი საინტერესო თვისება: მას არ აქვს სასურველი მიმართულებები და ის უკეთ აღწერს CMB-ის ყველაზე დაბალი კუთხური ჰარმონიკის სიდიდეს, ვიდრე სხვა მოდელები. ასეთი სურათი წარმოიქმნება მხოლოდ დახურულ სამყაროში მატერიის ფაქტობრივი სიმკვრივის თანაფარდობით კრიტიკულთან 1.013, რომელიც მიეკუთვნება დღევანდელი დაკვირვებით დაშვებულ მნიშვნელობებს (1.02 ± 0.02).

დედამიწის ჩვეულებრივი მკვიდრისთვის, ყველა ამ ტოპოლოგიურ სირთულეებს ერთი შეხედვით დიდი მნიშვნელობა არ აქვს. მაგრამ ფიზიკოსებისა და ფილოსოფოსებისთვის - სრულიად განსხვავებული საკითხია. როგორც მთლიანობაში მსოფლმხედველობისთვის, ასევე ჩვენი სამყაროს სტრუქტურის ახსნილი ერთიანი თეორიისთვის, ეს ჰიპოთეზა დიდ ინტერესს იწვევს. ამიტომ, რელიქვიის სპექტრში ანომალიების აღმოჩენის შემდეგ, მეცნიერებმა დაიწყეს სხვა ფაქტების ძებნა, რომლებსაც შეეძლოთ შემოთავაზებული ტოპოლოგიური თეორიის დადასტურება ან უარყოფა.

ხმოვანი პლაზმა
CMB რყევების სპექტრზე წითელი ხაზი მიუთითებს თეორიული მოდელის პროგნოზებზე. მის გარშემო ნაცრისფერი დერეფანი არის დასაშვები გადახრები, შავი წერტილები კი დაკვირვების შედეგია. მონაცემების უმეტესობა მიღებული იქნა WMAP ექსპერიმენტში და მხოლოდ უმაღლესი ჰარმონიებისთვის არის დამატებული CBI (ბალონი) და ACBAR (ანტარქტიდის მიწა) კვლევების შედეგები. რელიქტური გამოსხივების რყევების კუთხოვანი სპექტრის ნორმალიზებულ ნაკვეთზე რამდენიმე მაქსიმუმი ჩანს. ეს არის ეგრეთ წოდებული „აკუსტიკური მწვერვალები“, ანუ „სახაროვის რხევები“. მათი არსებობა თეორიულად იწინასწარმეტყველა ანდრეი სახაროვმა. ეს მწვერვალები გამოწვეულია დოპლერის ეფექტით და გამოწვეულია პლაზმის მოძრაობით რეკომბინაციის დროს. რხევების მაქსიმალური ამპლიტუდა მოდის მიზეზობრივად დაკავშირებული რეგიონის (ბგერის ჰორიზონტის) ზომაზე რეკომბინაციის მომენტში. უფრო მცირე მასშტაბებში პლაზმური რხევები ასუსტებდა ფოტონის სიბლანტეს, ხოლო დიდ მასშტაბებში არეულობა ერთმანეთისგან დამოუკიდებელი იყო და არ იყო ფაზაში. მაშასადამე, თანამედროვე ეპოქაში დაფიქსირებული მაქსიმალური რყევები მოდის იმ კუთხით, რომლითაც დღეს ჩანს ხმის ჰორიზონტი, ანუ პირველადი პლაზმის რეგიონი, რომელიც ერთჯერადად ცხოვრობდა რეკომბინაციის დროს. მაქსიმუმის ზუსტი პოზიცია დამოკიდებულია სამყაროს მთლიანი სიმკვრივის თანაფარდობაზე კრიტიკულთან. დაკვირვებები აჩვენებს, რომ პირველი, უმაღლესი მწვერვალი მდებარეობს დაახლოებით მე-200 ჰარმონიაში, რომელიც თეორიის მიხედვით შეესაბამება ბრტყელ ევკლიდეს სამყაროს მაღალი სიზუსტით.

კოსმოლოგიური პარამეტრების შესახებ ბევრ ინფორმაციას შეიცავს მეორე და მომდევნო აკუსტიკური მწვერვალები. მათი არსებობა ასახავს პლაზმაში აკუსტიკური რხევების „ფაზირების“ ფაქტს რეკომბინაციის ეპოქაში. ასეთი კავშირი რომ არ ყოფილიყო, მაშინ მხოლოდ პირველი მწვერვალი დაფიქსირდებოდა და რყევები ყველა მცირე მასშტაბებზე თანაბრად სავარაუდო იქნებოდა. მაგრამ იმისათვის, რომ მოხდეს სხვადასხვა მასშტაბის რყევების ასეთი მიზეზობრივი კავშირი, ამ (ერთმანეთისგან ძალიან შორს) რეგიონებს უნდა შეეძლოთ ერთმანეთთან ურთიერთქმედება. ეს არის ეს სიტუაცია, რომელიც ბუნებრივად წარმოიქმნება ინფლაციური სამყაროს მოდელში და CMB რყევების კუთხური სპექტრის მეორე და შემდგომი მწვერვალების თავდაჯერებული აღმოჩენა ამ სცენარის ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი დადასტურებაა.

რელიქტური გამოსხივება დაფიქსირდა თერმული სპექტრის მაქსიმუმთან ახლოს მდებარე რეგიონში. 3K ტემპერატურისთვის ის არის 1მმ რადიოტალღის სიგრძეზე. WMAP-მა ჩაატარა დაკვირვებები ოდნავ უფრო დიდ ტალღის სიგრძეზე: 3 მმ-დან 1,5 სმ-მდე, ეს დიაპაზონი საკმაოდ ახლოსაა მაქსიმუმთან და მას აქვს დაბალი ხმაური ჩვენი გალაქტიკის ვარსკვლავებიდან.

მრავალმხრივი სამყარო

დოდეკაედრულ მოდელში მოვლენის ჰორიზონტი და მასთან ძალიან ახლოს მდებარე რეკომბინაციის საზღვარი კვეთს თორმეტკუთხედის 12 სახეს. რეკომბინაციის საზღვრის კვეთა და თავდაპირველი პოლიედონი ქმნის 6 წყვილ წრეს მიკროტალღური ფონის რუკაზე, რომელიც მდებარეობს ციური სფეროს მოპირდაპირე წერტილებზე. ამ წრეების კუთხოვანი დიამეტრი 70 გრადუსია. ეს წრეები დევს თავდაპირველი დოდეკედრის საპირისპირო სახეებზე, ანუ გეომეტრიულად და ფიზიკურად ემთხვევა ერთმანეთს. შედეგად, კოსმოსური მიკროტალღური ფონის გამოსხივების რყევების განაწილება თითოეული წყვილი წრის გასწვრივ უნდა ემთხვეოდეს (როტაციის გათვალისწინებით 180 გრადუსით). არსებული მონაცემებით, ასეთი წრეები ჯერ არ არის გამოვლენილი.

მაგრამ ეს ფენომენი, როგორც აღმოჩნდა, უფრო რთულია. წრეები იქნება იგივე და სიმეტრიული მხოლოდ დამკვირვებლისთვის, რომელიც სტაციონარულია ფონის ფონზე. დედამიწა, თავის მხრივ, მოძრაობს მასთან შედარებით საკმარისად მაღალი სიჩქარით, რის გამოც მნიშვნელოვანი დიპოლური კომპონენტი ჩნდება ფონის რადიაციაში. ამ შემთხვევაში, წრეები იქცევა ელიფსებად, იცვლება მათი ზომა, მდებარეობა ცაში და საშუალო ტემპერატურა წრის გასწვრივ. გაცილებით რთული ხდება იდენტური წრეების აღმოჩენა ასეთი დამახინჯების არსებობისას და დღეს არსებული მონაცემების სიზუსტე არასაკმარისი ხდება - საჭიროა ახალი დაკვირვებები, რათა გაერკვნენ, არიან თუ არა ისინი.

მრავალკავშირიანი ინფლაცია

შესაძლოა, ყველა ტოპოლოგიურად რთული კოსმოლოგიური მოდელის ყველაზე სერიოზული პრობლემა და მათი მნიშვნელოვანი რაოდენობა უკვე წარმოიშვა, ძირითადად თეორიული ხასიათისაა. დღეს სამყაროს ევოლუციის ინფლაციური სცენარი სტანდარტად ითვლება. შემოთავაზებული იყო დაკვირვებადი სამყაროს მაღალი ჰომოგენურობისა და იზოტროპიის ახსნა. მისი თქმით, თავდაპირველად სამყარო, რომელიც დაიბადა, საკმაოდ არაერთგვაროვანი იყო. შემდეგ, ინფლაციის პროცესში, როდესაც სამყარო გაფართოვდა ექსპონენციასთან მიახლოებული კანონის მიხედვით, მისი საწყისი ზომები გაიზარდა მასშტაბების მრავალი რიგით. დღეს ჩვენ ვხედავთ დიდი სამყაროს მხოლოდ მცირე ნაწილს, რომელშიც ჯერ კიდევ რჩება ჰეტეროგენურობა. მართალია, მათ აქვთ ისეთი დიდი სივრცითი არეალი, რომ ჩვენთვის ხელმისაწვდომ ზონაში უხილავია. ინფლაციური სცენარი საუკეთესოდ განვითარებული კოსმოლოგიური თეორიაა.

მრავალჯერ დაკავშირებული სამყაროსთვის მოვლენების ასეთი თანმიმდევრობა არ არის შესაფერისი. მასში, მისი მთელი უნიკალური ნაწილი და მისი უახლოესი ასლები ხელმისაწვდომია დაკვირვებისთვის. ამ შემთხვევაში, დაკვირვებულ ჰორიზონტზე გაცილებით დიდი მასშტაბებით აღწერილი სტრუქტურები ან პროცესები ვერ იარსებებს.

მიმართულებები, რომლებშიც კოსმოლოგია უნდა განვითარდეს, თუ ჩვენი სამყაროს მრავალჯერადი კავშირი დადასტურდება, უკვე ნათელია: ეს არის არაინფლაციური მოდელები და ეგრეთ წოდებული მოდელები სუსტი ინფლაციით, რომლებშიც სამყაროს ზომა ინფლაციის დროს მხოლოდ იზრდება. რამდენჯერმე (ან ათჯერ). ასეთი მოდელები ჯერ არ არსებობს და მეცნიერები, რომლებიც ცდილობენ შეინარჩუნონ სამყაროს ნაცნობი სურათი, აქტიურად ეძებენ ხარვეზებს კოსმოსური რადიო ტელესკოპის გამოყენებით მიღებულ შედეგებში.

არტეფაქტების დამუშავება

ერთ-ერთმა ჯგუფმა, რომელმაც ჩაატარა WMAP მონაცემების დამოუკიდებელი კვლევები, ყურადღება გაამახვილა იმ ფაქტზე, რომ კოსმოსური მიკროტალღური ფონის გამოსხივების ოთხპოლუსიანი და რვაპოლური კომპონენტები ერთმანეთთან მჭიდრო ორიენტირებით არიან და დევს სიბრტყეში, რომელიც თითქმის ემთხვევა გალაქტიკურ ეკვატორს. ამ ჯგუფის დასკვნა არის ის, რომ გალაქტიკის ფონის გამოკლებისას დაფიქსირდა შეცდომა მიკროტალღური ფონის დაკვირვების მონაცემებს და ჰარმონიის რეალური სიდიდე სრულიად განსხვავებულია.

WMAP დაკვირვებები განხორციელდა 5 სხვადასხვა სიხშირეზე, სპეციალურად კოსმოლოგიური და ლოკალური ფონის სწორად გამიჯვნის მიზნით. ხოლო WMAP-ის ძირითადი გუნდი თვლის, რომ დაკვირვების დამუშავება სწორად მოხდა და უარყოფს შემოთავაზებულ განმარტებას.

ხელმისაწვდომი კოსმოლოგიური მონაცემები, გამოქვეყნებული ჯერ კიდევ 2003 წლის დასაწყისში, მიღებული იქნა WMAP დაკვირვების მხოლოდ პირველი წლის შედეგების დამუშავების შემდეგ. შემოთავაზებული ჰიპოთეზების შესამოწმებლად, როგორც ყოველთვის, საჭიროა სიზუსტის გაზრდა. 2006 წლის დასაწყისისთვის WMAP უწყვეტ დაკვირვებებს ახორციელებდა ოთხი წლის განმავლობაში, რაც საკმარისი უნდა იყოს სიზუსტის გასაორმაგებლად, მაგრამ ეს მონაცემები ჯერ არ გამოქვეყნებულა. ცოტა უნდა დაველოდოთ და შესაძლოა ჩვენი ვარაუდები სამყაროს დოდეკაედრული ტოპოლოგიის შესახებ სრულიად დამაჯერებელ ხასიათს მიიღებს.

მიხაილ პროხოროვი, ფიზიკა-მათემატიკის მეცნიერებათა დოქტორი

კლასიკური კოსმოლოგიური მოდელების გარდა, ფარდობითობის ზოგადი თეორია საშუალებას გაძლევთ შექმნათ ძალიან, ძალიან, ძალიან ეგზოტიკური წარმოსახვითი სამყაროები.

არსებობს რამდენიმე კლასიკური კოსმოლოგიური მოდელი, რომელიც აგებულია ფარდობითობის ზოგადი თეორიის დახმარებით, რომელსაც ავსებს სივრცის ჰომოგენურობა და იზოტროპია (იხ. „PM“ No. 6, 2012, როგორ აღმოაჩინეს სამყაროს გაფართოება). აინშტაინის დახურულ სამყაროს აქვს სივრცის მუდმივი დადებითი გამრუდება, რომელიც სტატიკური ხდება GR განტოლებებში ეგრეთ წოდებული კოსმოლოგიური პარამეტრის შეყვანის გამო, რომელიც მოქმედებს როგორც ანტიგრავიტაციული ველი. აჩქარებულ დე სიტერის სამყაროში არამრუდი სივრცით, არ არის ჩვეულებრივი მატერია, მაგრამ ის ასევე სავსეა ანტიგრავიტაციული ველით. ასევე არსებობს ალექსანდრე ფრიდმანის დახურული და ღია სამყარო; აინშტაინის სასაზღვრო სამყარო - დე სიტერი, რომელიც თანდათანობით ამცირებს გაფართოების სიჩქარეს ნულამდე დროთა განმავლობაში და ბოლოს, ლემაიტრის სამყარო იზრდება ულტრა კომპაქტური საწყისი მდგომარეობიდან, დიდი აფეთქების კოსმოლოგიის წინაპარი. ყველა მათგანი და განსაკუთრებით ლემაიტრის მოდელი გახდა ჩვენი სამყაროს თანამედროვე სტანდარტული მოდელის წინამორბედი.

თუმცა არის სხვა სამყაროები, რომლებიც ასევე წარმოიქმნება GR განტოლებების ძალიან კრეატიული, როგორც ახლა ჩვეულებრივად ამბობენ, გამოყენებით. ისინი ბევრად ნაკლებად შეესაბამება (ან საერთოდ არ შეესაბამება) ასტრონომიული და ასტროფიზიკური დაკვირვებების შედეგებს, მაგრამ ისინი ხშირად ძალიან ლამაზი და ზოგჯერ ელეგანტურად პარადოქსულია. მართალია, მათემატიკოსებმა და ასტრონომებმა გამოიგონეს ისინი ისეთი რაოდენობით, რომ ჩვენ მოგვიწევს შემოვიფარგლოთ წარმოსახვითი სამყაროების მხოლოდ რამდენიმე ყველაზე საინტერესო მაგალითით.

სიმიდან ბლინიდან

აინშტაინისა და დე სიტერის მთავარი ნაშრომის გამოჩენის შემდეგ (1917 წელს), ბევრმა მეცნიერმა დაიწყო ფარდობითობის ზოგადი განტოლებების გამოყენება კოსმოლოგიური მოდელების შესაქმნელად. ერთ-ერთი პირველი, ვინც ეს გააკეთა, იყო ნიუ-იორკელი მათემატიკოსი ედვარდ კასნერი, რომელმაც გამოაქვეყნა თავისი ამოხსნა 1921 წელს.

მისი სამყარო ძალიან უჩვეულოა. მას არა მხოლოდ არ აქვს გრავიტაციული მატერია, არამედ ანტიგრავიტაციული ველიც (სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, არ არსებობს აინშტაინის კოსმოლოგიური პარამეტრი). როგორც ჩანს, ამ იდეალურ ცარიელ სამყაროში საერთოდ არაფერი შეიძლება მოხდეს. თუმცა, კასნერმა აღიარა, რომ მისი ჰიპოთეტური სამყარო არათანაბრად განვითარდა სხვადასხვა მიმართულებით. იგი ფართოვდება ორი საკოორდინატო ღერძის გასწვრივ, მაგრამ ვიწროვდება მესამე ღერძის გასწვრივ. მაშასადამე, ეს სივრცე აშკარად ანიზოტროპული და გეომეტრიულად მსგავსია ელიფსოიდის. ვინაიდან ასეთი ელიფსოიდი გაჭიმულია ორი მიმართულებით და იკუმშება მესამეზე, ის თანდათან იქცევა ბრტყელ ბლინად. ამავდროულად, კასნერის სამყარო სულაც არ თხელდება; მისი მოცულობა ასაკის პროპორციულად იზრდება. საწყის მომენტში ეს ასაკი ნულის ტოლია - და, შესაბამისად, მოცულობაც ნულის ტოლია. თუმცა, კასნერის სამყაროები იბადებიან არა წერტილოვანი სინგულარობიდან, როგორიც ლემაიტრის სამყაროა, არამედ რაღაც უსასრულოდ თხელი ლაპარაკის მსგავსი - მისი საწყისი რადიუსი უდრის უსასრულობას ერთი ღერძის გასწვრივ და ნულის ტოლია დანარჩენი ორის გასწვრივ.

რა არის ამ ცარიელი სამყაროს ევოლუციის საიდუმლო? ვინაიდან მისი სივრცე განსხვავებულად "ინაცვლებს" სხვადასხვა მიმართულებით, წარმოიქმნება გრავიტაციული მოქცევის ძალები, რომლებიც განსაზღვრავენ მის დინამიკას. როგორც ჩანს, მათი აღმოფხვრა შესაძლებელია სამივე ღერძის გასწვრივ გაფართოების სიჩქარის გათანაბრებით და ამით ანიზოტროპიის აღმოფხვრით, მაგრამ მათემატიკა არ იძლევა ასეთ თავისუფლებებს. მართალია, სამი სიჩქარიდან ორი შეიძლება დააყენოთ ნულის ტოლი (სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, დააფიქსიროთ სამყაროს ზომები ორი კოორდინატთა ღერძის გასწვრივ). ამ შემთხვევაში, კასნერის სამყარო გაიზრდება მხოლოდ ერთი მიმართულებით და დროის მკაცრად პროპორციულად (ეს ადვილი გასაგებია, რადგან ასე უნდა გაიზარდოს მისი მოცულობა), მაგრამ ეს არის ყველაფერი, რისი მიღწევაც შეგვიძლია.

კაზნერის სამყარო თავისთავად შეიძლება დარჩეს მხოლოდ სრული სიცარიელის პირობებში. თუ მას ცოტა მატერიას დაუმატებთ, ის თანდათან განვითარდება, როგორც იზოტროპული აინშტაინ-დე სიტერის სამყარო. ანალოგიურად, როდესაც მის განტოლებებს ემატება აინშტაინის არანოლოვანი პარამეტრი, ის (მატერიასთან ან მის გარეშე) ასიმპტომურად შევა ექსპონენციალური იზოტროპული გაფართოების რეჟიმში და გადაიქცევა დე სიტერის სამყაროდ. თუმცა, ასეთი "დანამატები" ნამდვილად ცვლის მხოლოდ უკვე გაჩენილი სამყაროს ევოლუციას. მისი დაბადების დროს ისინი პრაქტიკულად არ თამაშობენ როლს და სამყაროც იგივე სცენარის მიხედვით ვითარდება.

მიუხედავად იმისა, რომ კასნერის სამყარო დინამიურად ანისოტროპულია, მისი გამრუდება ნებისმიერ დროს ერთნაირია ყველა კოორდინატთა ღერძის გასწვრივ. თუმცა, GR განტოლებები იძლევა სამყაროების არსებობის საშუალებას, რომლებიც არა მხოლოდ ანიზოტროპული სიჩქარით ვითარდებიან, არამედ აქვთ ანისოტროპული გამრუდებაც. ასეთი მოდელები 1950-იანი წლების დასაწყისში ამერიკელმა მათემატიკოსმა აბრაამ ტაუბმა ააგო. მისი სივრცეები შეიძლება მოიქცეს როგორც ღია სამყაროები ზოგიერთი მიმართულებით და როგორც დახურული, ზოგიერთში. უფრო მეტიც, დროთა განმავლობაში მათ შეუძლიათ შეცვალონ ნიშანი პლუსიდან მინუსზე და მინუსიდან პლუსზე. მათი სივრცე არა მხოლოდ პულსირებს, არამედ ფაქტიურად იქცევა შიგნით. ფიზიკურად, ეს პროცესები შეიძლება ასოცირებული იყოს გრავიტაციულ ტალღებთან, რომლებიც ისე ძლიერ დეფორმირებენ სივრცეს, რომ ადგილობრივად ცვლის მის გეომეტრიას სფერულიდან უნაგირის ფორმისკენ და პირიქით. ზოგადად, უცნაური სამყაროები, თუმცა მათემატიკურად შესაძლებელია.

სამყაროები მერყეობენ

კაზნერის ნაშრომის გამოქვეყნებიდან მალევე გამოჩნდა ალექსანდრე ფრიდმანის სტატიები, პირველი 1922 წელს, მეორე 1924 წელს. ეს ნაშრომები წარმოადგენდა GR განტოლებების გასაოცრად ელეგანტურ ამონახსნებს, რამაც უკიდურესად კონსტრუქციული გავლენა მოახდინა კოსმოლოგიის განვითარებაზე. ფრიდმანის კონცეფცია ემყარება იმ ვარაუდს, რომ საშუალოდ მატერია ნაწილდება გარე სივრცეში რაც შეიძლება სიმეტრიულად, ანუ სრულიად ერთგვაროვანი და იზოტროპული. ეს ნიშნავს, რომ სივრცის გეომეტრია ერთი კოსმოსური დროის ყოველ მომენტში ერთნაირია მის ყველა წერტილში და ყველა მიმართულებით (მკაცრად რომ ვთქვათ, ასეთი დრო ჯერ კიდევ სწორად უნდა განისაზღვროს, მაგრამ ამ შემთხვევაში ეს პრობლემა გადასაჭრელია). აქედან გამომდინარეობს, რომ სამყაროს გაფართოების (ან შეკუმშვის) სიჩქარე ნებისმიერ მოცემულ მომენტში კვლავ დამოუკიდებელია მიმართულებისგან. ამრიგად, ფრიდმანის სამყაროები სრულიად განსხვავდებიან კასნერის მოდელისგან.

პირველ სტატიაში ფრიდმანმა ააგო დახურული სამყაროს მოდელი სივრცის მუდმივი დადებითი გამრუდებით. ეს სამყარო წარმოიქმნება საწყისი წერტილის მდგომარეობიდან მატერიის უსასრულო სიმკვრივით, ფართოვდება გარკვეულ მაქსიმალურ რადიუსამდე (და, შესაბამისად, მაქსიმალურ მოცულობამდე), რის შემდეგაც იგი კვლავ იშლება იმავე სპეციალურ წერტილში (მათემატიკურ ენაში, სინგულარობა).

თუმცა ფრიდმანი ამით არ გაჩერებულა. მისი აზრით, ნაპოვნი კოსმოლოგიური გადაწყვეტა სულაც არ შემოიფარგლება საწყის და საბოლოო სინგულარობას შორის ინტერვალით, ის შეიძლება გაგრძელდეს დროში როგორც წინ, ასევე უკან. შედეგი არის სამყაროების უსასრულო თაიგულები, რომლებიც დაჭიმულია დროის ღერძზე, რომლებიც ერთმანეთს ესაზღვრება სინგულარობის წერტილებში. ფიზიკის ენაზე, ეს ნიშნავს, რომ ფრიდმანის დახურულ სამყაროს შეუძლია განუსაზღვრელი ვადით რხევა, კვდება ყოველი შეკუმშვის შემდეგ და ხელახლა იბადება ახალ სიცოცხლეში შემდგომი გაფართოების დროს. ეს არის მკაცრად პერიოდული პროცესი, რადგან ყველა რხევა გრძელდება იმავე დროის განმავლობაში. ამრიგად, სამყაროს არსებობის თითოეული ციკლი არის ყველა სხვა ციკლის ზუსტი ასლი.

აი, როგორ კომენტარს აკეთებს ფრიდმენი ამ მოდელზე თავის წიგნში „სამყარო, როგორც სივრცე და დრო“: „უფრო მეტიც, შესაძლებელია შემთხვევები, როდესაც გამრუდების რადიუსი პერიოდულად იცვლება: სამყარო იკუმშება წერტილამდე (არაფერამდე), შემდეგ ისევ ის წერტილიდან, რომელიც მოაქვს. მისი რადიუსი გარკვეულ მნიშვნელობამდე, შემდეგ ისევ, მისი გამრუდების რადიუსის შემცირებით, ის იქცევა წერტილად და ა.შ. უნებურად იხსენებს ინდუისტური მითოლოგიის ლეგენდას ცხოვრების პერიოდების შესახებ; ასევე შესაძლებელია საუბარი "სამყაროს შექმნაზე არაფრისგან", მაგრამ ამ დროისთვის ეს ყველაფერი კურიოზულ ფაქტებად უნდა მივიჩნიოთ, რომლებიც მტკიცედ ვერ დადასტურდება არასაკმარისი ასტრონომიული ექსპერიმენტული მასალის მიერ.

ფრიდმანის სტატიების გამოქვეყნებიდან რამდენიმე წლის შემდეგ მისმა მოდელებმა მოიპოვეს პოპულარობა და აღიარება. აინშტაინი სერიოზულად დაინტერესდა რხევადი სამყაროს იდეით და ის მარტო არ იყო. რიჩარდ ტოლმანი, მათემატიკური ფიზიკისა და ფიზიკური ქიმიის პროფესორი Caltech-ში, აიღო თანამდებობა 1932 წელს. ის არც წმინდა მათემატიკოსი იყო, როგორიც ფრიდმანი იყო, არც ასტრონომი და ასტროფიზიკოსი, როგორც დე სიტერი, ლემერი და ედინგტონი. ტოლმანი იყო სტატისტიკური ფიზიკისა და თერმოდინამიკის აღიარებული სპეციალისტი, რომელიც მან პირველად გააერთიანა კოსმოლოგიასთან.

შედეგები ძალიან არატრივიალური იყო. ტოლმანი მივიდა დასკვნამდე, რომ კოსმოსის მთლიანი ენტროპია ციკლიდან ციკლამდე უნდა გაიზარდოს. ენტროპიის დაგროვება იწვევს იმ ფაქტს, რომ სამყაროს ენერგიის მზარდი ნაწილი კონცენტრირებულია ელექტრომაგნიტურ გამოსხივებაში, რაც ციკლიდან ციკლამდე გავლენას ახდენს მის დინამიკაზე უფრო და უფრო ძლიერად. ამის გამო, ციკლების ხანგრძლივობა იზრდება, ყოველი შემდეგი უფრო გრძელი ხდება ვიდრე წინა. რხევები გრძელდება, მაგრამ წყვეტს პერიოდულობას. გარდა ამისა, ყოველ ახალ ციკლში იზრდება ტოლმანის სამყაროს რადიუსი. შესაბამისად, მაქსიმალური გაფართოების სტადიაზე მას აქვს უმცირესი გამრუდება და მისი გეომეტრია სულ უფრო და უფრო მეტი დრო უახლოვდება ევკლიდესს.

რიჩარდ ტოლმანმა თავისი მოდელის შექმნისას გამოტოვა საინტერესო შესაძლებლობა, რომელზეც ჯონ ბაროუმ და მარიუშ დაბროვსკიმ 1995 წელს მიიპყრეს ყურადღება. მათ აჩვენეს, რომ ტოლმანის სამყაროს რხევითი რეჟიმი შეუქცევადად ნადგურდება ანტიგრავიტაციული კოსმოლოგიური პარამეტრის შემოღებით. ამ შემთხვევაში, ტოლმანის სამყარო ერთ-ერთ ციკლზე აღარ იკუმშება სინგულარად, არამედ ფართოვდება მზარდი აჩქარებით და გადაიქცევა დე სიტერის სამყაროდ, რასაც კასნერის სამყარო აკეთებს მსგავს სიტუაციაში. ანტიგრავიტაცია, ისევე როგორც შრომისმოყვარეობა, ყველაფერს სძლევს!

სამყარო მიქსერში

1967 წელს ამერიკელმა ასტროფიზიკოსებმა დევიდ უილკინსონმა და ბრიუს პარტრიჯმა აღმოაჩინეს, რომ სამი წლით ადრე აღმოჩენილი მიკროტალღური გამოსხივება, რომელიც აღმოჩენილია ნებისმიერი მიმართულებით, დედამიწაზე მოდის თითქმის იგივე ტემპერატურით. მათი თანამემამულე რობერტ დიკის მიერ გამოგონილი უაღრესად მგრძნობიარე რადიომეტრის დახმარებით მათ აჩვენეს, რომ კოსმოსური მიკროტალღური ფონის ფოტონების ტემპერატურის მერყეობა არ აღემატება პროცენტის მეათედს (თანამედროვე მონაცემებით, ისინი ბევრად ნაკლებია). ვინაიდან ეს გამოსხივება დიდი აფეთქებიდან 400 000 წელზე ადრე გაჩნდა, უილკინსონისა და პარტრიჯის შედეგებმა აჩვენა, რომ მაშინაც კი, თუ ჩვენი სამყარო არ იყო თითქმის იდეალურად იზოტროპული დაბადების მომენტში, მან ეს თვისება დიდი შეფერხების გარეშე შეიძინა.

ეს ჰიპოთეზა წარმოადგენდა მნიშვნელოვან პრობლემას კოსმოლოგიისთვის. პირველ კოსმოლოგიურ მოდელებში სივრცის იზოტროპია თავიდანვე უბრალოდ მათემატიკური ვარაუდის სახით იყო დაშვებული. თუმცა უკვე გასული საუკუნის შუა ხანებში ცნობილი გახდა, რომ GR განტოლებები შესაძლებელს ხდის მრავალი არაიზოტროპული სამყაროს აგებას. ამ შედეგების კონტექსტში, კოსმოსური მიკროტალღური ფონის თითქმის იდეალური იზოტროპია საჭიროებდა განმარტებას.

ასეთი ახსნა მხოლოდ 1980-იანი წლების დასაწყისში გაჩნდა და სრულიად მოულოდნელი აღმოჩნდა. იგი აშენდა სამყაროს ზესწრაფი (როგორც ჩვეულებრივ ამბობენ, ინფლაციური) გაფართოების ფუნდამენტურად ახალ თეორიულ კონცეფციაზე მისი არსებობის პირველ მომენტებში (იხ. "PM" No. 7, 2012, ყოვლისშემძლე ინფლაცია). 1960-იანი წლების მეორე ნახევარში მეცნიერება უბრალოდ არ იყო მომწიფებული ასეთი რევოლუციური იდეებისთვის. მაგრამ, მოგეხსენებათ, ბეჭედი ქაღალდის არარსებობის შემთხვევაში, ისინი წერენ უბრალო.

უილკინსონისა და პარტრიჯის სტატიის გამოქვეყნებისთანავე, გამოჩენილი ამერიკელი კოსმოლოგი ჩარლზ მიზნერი ცდილობდა აეხსნა მიკროტალღური გამოსხივების იზოტროპია საკმაოდ ტრადიციული საშუალებების გამოყენებით. მისი ჰიპოთეზის თანახმად, ადრეული სამყაროს არაჰომოგენურობა თანდათან გაქრა მისი ნაწილების ურთიერთ "ხახუნის" გამო, ნეიტრინოსა და სინათლის ნაკადების გაცვლის გამო (თავის პირველ პუბლიკაციაში მიზნერმა ამ სავარაუდო ეფექტს ნეიტრინოს სიბლანტე უწოდა). მისი თქმით, ასეთ სიბლანტეს შეუძლია სწრაფად გაასწოროს საწყისი ქაოსი და სამყაროს თითქმის სრულყოფილად ერთგვაროვანი და იზოტროპული გახადოს.

მიზნერის კვლევის პროგრამა ლამაზად გამოიყურებოდა, მაგრამ პრაქტიკული შედეგი არ მოიტანა. მისი წარუმატებლობის მთავარი მიზეზი ისევ მიკროტალღური გამოსხივების ანალიზით გამოვლინდა. ნებისმიერი პროცესი, რომელიც მოიცავს ხახუნს, წარმოქმნის სითბოს, ეს არის თერმოდინამიკის კანონების ელემენტარული შედეგი. თუ სამყაროს პირველადი არაერთგვაროვნება გამოსწორდებოდა ნეიტრინოს ან სხვა სიბლანტის გამო, კოსმოსური მიკროტალღური ფონის გამოსხივების ენერგიის სიმკვრივე მნიშვნელოვნად განსხვავდებოდა დაკვირვებული სიდიდისგან.

როგორც ამერიკელმა ასტროფიზიკოსმა რიჩარდ მაცნერმა და მისმა უკვე ნახსენებმა ინგლისელმა კოლეგამ ჯონ ბაროუმ აჩვენეს 1970-იანი წლების ბოლოს, ბლანტი პროცესებს შეუძლიათ აღმოფხვრას მხოლოდ უმცირესი კოსმოლოგიური არაერთგვაროვნება. სამყაროს სრული „დაგლუვებისთვის“ სხვა მექანიზმები იყო საჭირო და ისინი ინფლაციური თეორიის ფარგლებში აღმოაჩინეს.

მიუხედავად ამისა, მიზნერმა ბევრი საინტერესო შედეგი მიიღო. კერძოდ, 1969 წელს მან გამოაქვეყნა ახალი კოსმოლოგიური მოდელი, რომლის სახელიც ისესხა ... სამზარეულოს ტექნიკიდან, სახლის მიქსერიდან, რომელიც წარმოებულია კომპანიის მიერ. მზის სხივების პროდუქტები! Mixmaster Universeმთელი დრო სცემს უძლიერეს კრუნჩხვებს, რაც, მიზნერის აზრით, აიძულებს სინათლეს ცირკულაციას დახურულ ბილიკებზე, შერევას და მის შიგთავსს ჰომოგენიზაციას. თუმცა, ამ მოდელის შემდგომმა ანალიზმა აჩვენა, რომ მიუხედავად იმისა, რომ ფოტონები მისნერის სამყაროში გრძელ მოგზაურობებს აკეთებენ, მათი შერევის ეფექტი ძალიან მცირეა.

თუმცა Mixmaster Universeძალიან საინტერესო. ფრიდმანის დახურული სამყაროს მსგავსად, ის აღმოცენდება ნულოვანი მოცულობიდან, ფართოვდება გარკვეულ მაქსიმუმამდე და ისევ იკუმშება საკუთარი გრავიტაციის ქვეშ. მაგრამ ეს ევოლუცია არ არის გლუვი, როგორც ფრიდმენის, არამედ აბსოლუტურად ქაოტური და, შესაბამისად, სრულიად არაპროგნოზირებადი დეტალებში. ახალგაზრდობაში ეს სამყარო ინტენსიურად რხევა, ფართოვდება ორი მიმართულებით და იკუმშება მესამეში - კასნერის მსგავსად. თუმცა, გაფართოებისა და შეკუმშვის ორიენტაციები არ არის მუდმივი - ისინი შემთხვევით ცვლიან ადგილებს. უფრო მეტიც, რხევების სიხშირე დამოკიდებულია დროზე და მიისწრაფვის უსასრულობისკენ საწყის მომენტის მიახლოებისას. ასეთი სამყარო განიცდის ქაოტურ დეფორმაციებს, როგორიცაა ჟელე, რომელიც თეფშზე კანკალებს. ეს დეფორმაციები, ისევ და ისევ, შეიძლება განიმარტოს, როგორც გრავიტაციული ტალღების გამოვლინება, რომლებიც მოძრაობენ სხვადასხვა მიმართულებით, ბევრად უფრო ძალადობრივი, ვიდრე კასნერის მოდელში.

Mixmaster Universeშევიდა კოსმოლოგიის ისტორიაში, როგორც ყველაზე რთული წარმოსახვითი სამყარო, რომელიც შეიქმნა "სუფთა" ზოგადი ფარდობითობის საფუძველზე. 1980-იანი წლების დასაწყისიდან ამ ტიპის ყველაზე საინტერესო ცნებებმა დაიწყეს კვანტური ველის თეორიისა და ელემენტარული ნაწილაკების თეორიის იდეებისა და მათემატიკური აპარატის გამოყენება, შემდეგ კი, დიდი შეფერხების გარეშე, სუპერსიმების თეორია.

ნუ ეცდებით წარსულის წაშლას. ის აყალიბებს თქვენ დღეს და გეხმარებათ გახდეთ ის, ვინც იქნებით ხვალ.

Ziad K. Abdelnoir

სამყარო, უფრო მეტად, ვიდრე მე და შენ, ყალიბდება იმ პირობებით, რომლებიც არსებობდა მისი დაბადების დროს. მაგრამ რა ფორმა მიიღო? მე ავირჩიე მკითხველის ტომ ბერის შეკითხვა, რომელიც სვამს:

მე მესმის, რომ სამყაროს უნაგირის ფორმა აქვს. მაინტერესებს, დიდი აფეთქების მომენტში რატომ არ დაფრინავდა მთელი მატერია თანაბრად ყველა მიმართულებით და არ მისცა სამყაროს სფერული ფორმა?

დავიწყოთ ერთი განზომილების მოხსნით და ვისაუბროთ იმაზე, თუ რა ქმნის ორგანზომილებიან ზედაპირს. თქვენ ალბათ წარმოგიდგენიათ თვითმფრინავი - ფურცლის მსგავსი. ის შეიძლება დაიბრუნოს ცილინდრში და მიუხედავად იმისა, რომ ზედაპირი თვითშეკრული იქნება - შეგიძლიათ ერთი მხრიდან მეორეზე გადასვლა, ის მაინც ბრტყელი ზედაპირი იქნება.

Რას ნიშნავს? მაგალითად, შეგიძლიათ დახაზოთ სამკუთხედი და დაამატოთ შიდა კუთხეების ზომები. თუ მივიღებთ 180 გრადუსს, მაშინ ზედაპირი ბრტყელია. თუ თქვენ დახაზავთ ორ პარალელურ ხაზს, ისინი ასე დარჩება მთელს მანძილზე.

მაგრამ ეს მხოლოდ ერთ-ერთი ვარიანტია.

სფეროს ზედაპირი ორგანზომილებიანია, მაგრამ არა ბრტყელი. ნებისმიერი ხაზი იწყებს დამრგვალებას და თუ დაამატებთ სამკუთხედის კუთხეებს, მიიღებთ მნიშვნელობას 180 გრადუსზე მეტს. პარალელური ხაზების დახაზვით (ხაზები, რომლებიც პარალელურად იწყება), დაინახავთ, რომ საბოლოოდ ისინი ერთმანეთს შეხვდებიან და იკვეთებიან. ასეთ ზედაპირებს აქვთ დადებითი გამრუდება.

მეორეს მხრივ, უნაგირის ზედაპირი წარმოადგენს არაპლაპეტური ორგანზომილებიანი ზედაპირის სხვა ტიპს. ის ერთი მიმართულებით არის ჩაზნექილი და მეორე მიმართულებით ამოზნექილი, პერპენდიკულარული მიმართულებით და წარმოადგენს ზედაპირს უარყოფითი გამრუდებით. თუ მასზე სამკუთხედს დახატავთ, მიიღებთ 180 გრადუსზე ნაკლები კუთხეების ჯამს. ორი პარალელური ხაზი განსხვავდება სხვადასხვა მიმართულებით.

თქვენ ასევე შეგიძლიათ წარმოიდგინოთ ბრტყელი მრგვალი ქაღალდი. თუ მისგან სელს ამოჭრით და ისევ წებოთი დააწებებთ, მიიღებთ ზედაპირს დადებითი გამრუდებით. თუ ამ სელს სხვა მსგავს ნაჭერში ჩასვამთ, მიიღებთ უარყოფითი გამრუდების ზედაპირს, როგორც სურათზეა.

ორგანზომილებიანი ზედაპირი საკმაოდ მარტივი გამოსატანია სამგანზომილებიანი სივრციდან. მაგრამ ჩვენს სამგანზომილებიან სამყაროში ყველაფერი გარკვეულწილად უფრო რთულია.

რაც შეეხება სამყაროს გამრუდებას, ჩვენ გვაქვს სამი ვარიანტი:

დადებითი გამრუდება, როგორც სფერო უფრო მაღალ ზომებში
- ნეგატიური, უნაგირის მსგავსი უფრო მაღალ განზომილებაში
- ნულოვანი (ბრტყელი) - როგორც სამგანზომილებიანი გისოსი

შეიძლება ვიფიქროთ, რომ დიდი აფეთქების არსებობა პირველ, სფერულ ვარიანტს გვთავაზობს, რადგან სამყარო, როგორც ჩანს, ერთი და იგივეა ყველა მიმართულებით - მაგრამ ეს ასე არ არის. არსებობს ძალიან საინტერესო მიზეზი, რის გამოც სამყარო ყველა მიმართულებით ერთნაირია - და მას არაფერი აქვს საერთო გამრუდებასთან.

ის ფაქტი, რომ სამყარო ყველა ადგილას ერთნაირია (ერთგვაროვანი) და მიმართულებებით (იზოტროპული) ადასტურებს დიდი აფეთქების არსებობას, რომლის ჰიპოთეზა ამბობს, რომ ყველაფერი დაიწყო ცხელი და მკვრივი ერთგვაროვანი მდგომარეობიდან, რომელშიც საწყისი პირობები და კანონებია. ბუნება ყველგან ერთნაირი იყო.

დროთა განმავლობაში, მცირე გადახრები იწვევს სტრუქტურების - ვარსკვლავების, გალაქტიკების, გროვების და დიდი სიცარიელის გამოჩენას. მაგრამ სამყაროს ერთგვაროვნების მიზეზი არის ის, რომ ყველაფერს ერთი და იგივე დასაწყისი ჰქონდა და არა გამრუდებაში.

მაგრამ ჩვენ შეგვიძლია გავზომოთ გამრუდების რაოდენობა.

სურათზე ნაჩვენებია ფონის კოსმოსური გამოსხივების რყევების ნიმუშები. რყევების მწვერვალები, ყველაზე ცხელი და ცივი ადგილები კონკრეტულ კუთხოვან მასშტაბებზე, დამოკიდებულია იმაზე, თუ როგორ მუშაობს სამყარო და რისგან შედგება იგი. თუ სამყაროს აქვს უარყოფითი გამრუდება (უნაგი), სამყარო მიდრეკილია უფრო მცირე მასშტაბისკენ, თუ დადებითი - უფრო დიდისკენ.

მიზეზი იგივეა, რაც აღვწერეთ - როგორ იქცევა სწორი ხაზები ამ ზედაპირებზე.

ამიტომ, ჩვენ უბრალოდ უნდა შევისწავლოთ ფონური კოსმოსური მიკროტალღური გამოსხივების რყევები და ჩვენ შევძლებთ გავზომოთ დაკვირვებადი სამყაროს გამრუდება.

და რას მივიღებთ?

და მივიღებთ, რომ ლურჯ წრეებში ნაჩვენები გამრუდების რაოდენობა არის დაახლოებით 0,5%. ეს იმაზე მეტყველებს, რომ სამყაროს გამრუდება სიბრტყისგან არ განსხვავდება.

ის მართლაც თანაბრად გაფართოვდა ყველა მიმართულებით, მაგრამ ამას არაფერი აქვს საერთო გამრუდებასთან. რა თქმა უნდა, იმაზე ბევრად დიდ მასშტაბებზე, ვიდრე ჩვენ შეგვიძლია დავაკვირდეთ, სამყაროს გამრუდება შეიძლება იყოს ნულოვანი. დიდი აფეთქების შემდეგ მომხდარი ინფლაციური პროცესი ექსპონენტურად ზრდის სამყაროს თითოეულ მონაკვეთს.

ანუ შესაძლებელია სამყაროს გამრუდება დადებითი ან უარყოფითი იყოს, ის ჰგავს უნაგირს ან სფეროს, შეიძლება იყოს თავისთავად და ჩვენ შეგვიძლია ერთი ბოლოდან გასვლა და მეორეზე გასვლა. ეს არ არის გამორიცხული - მაგრამ დაკვირვებულ ნაწილში ასე არ არის. ჩვენთვის კი სამყარო არ განსხვავდება ბრტყელისაგან. მაგრამ, როგორც ფიგურაში ნაჩვენებია ნაწილი D, შეგიძლიათ ჩავთვალოთ, რომ თქვენი სივრცე ბრტყელია, მაგრამ სამყარო შეიძლება არ იყოს ბრტყელი. ეს არის დასკვნა იმ ინფორმაციით, რაც ჩვენ გვაქვს.

წარმოიდგინეთ ძალიან დიდი ბურთი. მიუხედავად იმისა, რომ ის „გარედან“ თითქოს სამგანზომილებიანია, მისი ზედაპირი – სფერო – ორგანზომილებიანია, რადგან სფეროზე მოძრაობის მხოლოდ ორი დამოუკიდებელი მიმართულებაა. თუ ძალიან პატარა იყავით და ამ ბურთის ზედაპირზე იცხოვრებდით, კარგად შეგეძლოთ ჩათვალოთ, რომ საერთოდ არ ცხოვრობთ სფეროზე, არამედ დიდ ბრტყელ ორგანზომილებიან ზედაპირზე. მაგრამ თუ ამავდროულად თქვენ გააკეთეთ მანძილების ზუსტი გაზომვა სფეროზე, მიხვდებით, რომ თქვენ ცხოვრობთ არა ბრტყელ ზედაპირზე, არამედ დიდი სფეროს ზედაპირზე ( დაახლ. თარგმნა.ალბათ ჯობია ანალოგიის დახატვა გლობუსის ზედაპირთან).
სფეროს ზედაპირის გამრუდების იდეა შეიძლება გამოყენებულ იქნას მთელ სამყაროზე. ეს იყო უზარმაზარი გარღვევა აინშტაინის ფარდობითობის ზოგადი თეორია. სივრცე და დრო გაერთიანდა ერთ გეომეტრიულ ერთეულში, რომელსაც ე.წ სივრცე-დროდა ეს სივრცე-დრო ჰქონდა გეომეტრია, ეს შეიძლება იყოს გადაუგრიხეს, ისევე როგორც უზარმაზარი ბურთის ზედაპირი მოხრილია.
როდესაც თქვენ უყურებთ დიდი ბურთის ზედაპირს, როგორც ერთ საგანს, თქვენ გრძნობთ სფეროს მთელ სივრცეს მთლიანობაში. მათემატიკოსებს უყვართ სფეროს ზედაპირი ისე, რომ ეს განმარტება აღწერს მთელ სფეროს და არა მხოლოდ მის ნაწილს. სივრცე-დროის გეომეტრიის აღწერის ერთ-ერთი მთავარი ასპექტი არის ის, რომ ჩვენ უნდა აღვწეროთ მთელი სივრცე და დრო მთლიანად. ეს ნიშნავს, რომ აუცილებელია "ყველაფერი" და "ყოველთვის" "ერთ ბოთლში" აღწერა. სივრცე-დროის გეომეტრია არის მთელი სივრცის გეომეტრია, პლუს ყველა დროის ერთად, როგორც ერთი მათემატიკური ერთეული.

რა განსაზღვრავს სივრცე-დროის გეომეტრიას?

ძირითადად, ფიზიკოსები მუშაობენ შემდეგნაირად - ისინი ეძებენ მოძრაობის განტოლებებს, რომელთა ამონახსნები საუკეთესოდ აღწერს იმ სისტემას, რომლის აღწერაც ფიზიკოსებს სურთ. აინშტაინის განტოლებაწარმოადგენს სივრცე-დროის მოძრაობის კლასიკური განტოლება. ის კლასიკურია, რადგან მისი მიღებისას კვანტური ეფექტები არ იყო გათვალისწინებული. ამრიგად, სივრცე-დროის გეომეტრია განიხილება, როგორც ექსკლუზიურად კლასიკური კონცეფცია, ყოველგვარი კვანტური გაურკვევლობის გარეშე. ამიტომაც არის საუკეთესო მიახლოება ზუსტ თეორიასთან.
აინშტაინის განტოლებების მიხედვით, დროის სივრცის გამრუდება მოცემული მიმართულებით პირდაპირ კავშირშია იმ ყველაფრის ენერგიასა და იმპულსთან მთელ სივრცეში, რაც არ არის სივრცე-დრო. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, აინშტაინის განტოლებები აკავშირებს გრავიტაციას არაგრავიტაციასთან და გეომეტრიას არაგეომეტრიასთან. გამრუდება არის გრავიტაცია, დანარჩენი ყველაფერი არის ელექტრონები და კვარკები, რომელთაგან შედგება ატომები, რომლებიც, თავის მხრივ, შედგება მატერიისგან, ელექტრომაგნიტური გამოსხივებისგან, თითოეული ნაწილაკი - ურთიერთქმედების მატარებელი (გარდა გრავიტაციისა) - "ცხოვრობს" მრუდე სივრცეში- დრო და ამავდროულად განსაზღვრავს ამ გამრუდებას აინშტაინის განტოლებების მიხედვით.

როგორია ჩვენი სივრცე-დროის გეომეტრია?

როგორც აღვნიშნეთ, მოცემული სივრცე-დროის სრული აღწერა მოიცავს არა მხოლოდ მთელი სივრცე, მაგრამ ასევე მუდმივად. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, სივრცე-დრო მოიცავს ყველა მოვლენას, რომელიც ოდესმე მომხდარა და ოდესმე მოხდება.
მართალია, ახლა, თუ ჩვენ ძალიან პირდაპირი ვიქნებით ასეთ კონცეფციაში, შეიძლება პრობლემები შეგვხვდეს, რადგან ჩვენ არ შეგვიძლია გავითვალისწინოთ სამყაროში ენერგიის განაწილებისა და იმპულსის სიმკვრივის ყველა უმცირესი ცვლილება, რაც ახლახან მოხდა და კვლავ მოხდება. სამყარო. მაგრამ, საბედნიეროდ, ადამიანის გონებას შეუძლია იმუშაოს ისეთი ცნებებით, როგორიცაა აბსტრაქციადა დაახლოებაასე რომ, ჩვენ შეგვიძლია ავაშენოთ აბსტრაქტული მოდელი, რომელიც უხეშად აღწერს დაკვირვებად სამყაროს საკმაოდ კარგად დიდ მასშტაბებზე, მაგალითად, გალაქტიკათა გროვების მასშტაბებზე.
მაგრამ განტოლებების ამოსახსნელად ეს საკმარისი არ არის. ასევე აუცილებელია გარკვეული გამარტივებული ვარაუდების გაკეთება სივრცე-დროის გამრუდებასთან დაკავშირებით. პირველი ვარაუდი, რომელსაც ჩვენ ვაკეთებთ არის ის სივრცე-დრო შეიძლება სწორად დაიყოს სივრცედ და დროს. თუმცა, ეს ყოველთვის არ არის შესაძლებელი, მაგალითად, შავი ხვრელების დატრიალების ზოგიერთ შემთხვევაში სივრცე და დრო ერთად „ტრიალებს“ და, შესაბამისად, არ შეიძლება ერთმანეთისგან კარგად განცალკევება. თუმცა, არ არსებობს რაიმე ნიშანი იმისა, რომ ჩვენს სამყაროს შეუძლია ამ გზით ბრუნვა. ამრიგად, ჩვენ შეგვიძლია გამოვთქვათ ვარაუდი, რომ სივრცე-დრო შეიძლება აღწერილი იყოს როგორც სივრცე, რომელიც დროთა განმავლობაში იცვლება.
შემდეგი მნიშვნელოვანი დაშვება, რომელიც გამომდინარეობს დიდი აფეთქების თეორიიდან, არის ის სივრცე ერთნაირად გამოიყურება ნებისმიერი მიმართულებით, ნებისმიერ წერტილში. თვისებას, რომ ერთნაირად გამოიყურებოდეს ნებისმიერი მიმართულებით, ეწოდება იზოტროპია, ხოლო ნებისმიერ წერტილში ერთნაირად გამოიყურებოდეს ერთგვაროვნება. ამრიგად, ჩვენ ვვარაუდობთ, რომ ჩვენი სივრცე ერთგვაროვანი და იზოტროპული. კოსმოლოგები ამ ვარაუდს უწოდებენ მაქსიმალური სიმეტრია. ითვლება, რომ ეს არის საკმაოდ გონივრული ვარაუდი ფართო მასშტაბით.
ჩვენი სამყაროს სივრცე-დროის გეომეტრიის აინშტაინის განტოლებების ამოხსნისას, კოსმოლოგები განიხილავენ ენერგიის სამ ძირითად ტიპს, რომელსაც შეუძლია და ამახინჯებს სივრცე-დროს:
1. ვაკუუმის ენერგია
2. გამოსხივება
3. ჩვეულებრივი მატერია
რადიაცია და ჩვეულებრივი მატერია განიხილება, როგორც ჰომოგენური აირი, რომელიც ავსებს სამყაროს, მდგომარეობის გარკვეული განტოლებით, რომელიც აკავშირებს წნევას სიმკვრივესთან.
ენერგიის წყაროების ჰომოგენურობისა და მაქსიმალური სიმეტრიის შესახებ ვარაუდების გაკეთების შემდეგ, აინშტაინის განტოლებები შეიძლება შემცირდეს ორ დიფერენციალურ განტოლებამდე, რომელთა ამოხსნაც მარტივია გამოთვლის უმარტივესი მეთოდების გამოყენებით. გადაწყვეტილებებიდან ჩვენ ვიღებთ ორ რამეს: სივრცის გეომეტრიადა მერე როგორ იცვლება სივრცის ზომები დროთა განმავლობაში.

ღია, დახურული თუ ბინა?

თუ დროის ყოველ მომენტში სივრცე ყველა წერტილში ერთნაირად გამოიყურება ყველა მიმართულებით, მაშინ ასეთი სივრცე უნდა ჰქონდეს მუდმივი გამრუდება. თუ გამრუდება იცვლება წერტილიდან წერტილამდე, მაშინ სივრცე განსხვავებული იქნება სხვადასხვა წერტილიდან და სხვადასხვა მიმართულებით. ამიტომ, თუ სივრცე მაქსიმალურად სიმეტრიულია, მაშინ მრუდი ყველა წერტილში უნდა იყოს იგივე.
ეს მოთხოვნა გარკვეულწილად ავიწროებს შესაძლო გეომეტრიებს სამამდე: სივრცე მუდმივი დადებითი, უარყოფითი და ნულოვანი გამრუდებით (ბრტყელი). იმ შემთხვევაში, როდესაც არ არის ვაკუუმური ენერგია (ლამბდა ტერმინი), არის მხოლოდ ჩვეულებრივი მატერია და გამოსხივება, მრუდი, გარდა ყველაფრისა, ასევე პასუხობს ევოლუციის დროის კითხვას:
დადებითი გამრუდება: N-განზომილებიანი სივრცე მუდმივი დადებითი გამრუდებით არის N-განზომილებიანი სფერო. კოსმოლოგიურ მოდელს, რომელშიც სივრცეს აქვს მუდმივი დადებითი გამრუდება ე.წ დახურულიკოსმოლოგიური მოდელი. ასეთ მოდელში სივრცე დიდი აფეთქების დროს ნულოვანი მოცულობიდან ფართოვდება, შემდეგ დროის რაღაც მომენტში აღწევს მაქსიმალურ მოცულობას და იწყებს კლებას „დიდი კრუნჩამდე“.
ნულოვანი გამრუდება: ნულოვანი მრუდის მქონე სივრცეს ეწოდება ბინასივრცე. ასეთი ბრტყელი სივრცე არაკომპაქტურია, ის უსასრულოდ ვრცელდება ყველა მიმართულებით, ისევე როგორც მხოლოდ გაშლილი გახსნასივრცე. ასეთი სამყარო დროში უსასრულოდ ფართოვდება.
უარყოფითი გამრუდება: N-განზომილებიანი სივრცე მუდმივი უარყოფითი გამრუდებით არის N-განზომილებიანი ფსევდოსფერო. ერთადერთი, რისი შედარებაც შესაძლებელია ასეთი უნიკალური სამყაროს მეტ-ნაკლებად ნაცნობი, არის ჰიპერბოლოიდი, რომელიც არის ორგანზომილებიანი ჰიპერსფერო. უარყოფითი გამრუდების მქონე სივრცე უსასრულოა მოცულობით. უარყოფითი გამრუდების მქონე სივრცეში, გახსნასამყარო. ის ასევე, როგორც ბრტყელი, დროში უსასრულოდ ფართოვდება.
რა განსაზღვრავს სამყარო ღია იქნება თუ დახურული? დახურული სამყაროსთვის ენერგიის მთლიანი სიმკვრივე უნდა იყოს უფრო დიდი ვიდრე ბრტყელი სამყაროს შესაბამისი ენერგიის სიმკვრივე, რომელსაც ე.წ. კრიტიკული სიმკვრივე. დაე . მერე დახურულ სამყაროში w არის 1-ზე მეტი, ბრტყელ სამყაროში w=1 და in ღია სამყარო w არის 1-ზე ნაკლები.
ყოველივე ზემოთქმული მართალია მხოლოდ იმ შემთხვევაში, როდესაც მხედველობაში მიიღება მხოლოდ ჩვეულებრივი ტიპის მატერია - მტვრიანი და რადიაცია და უგულებელყოფილია. ვაკუუმის ენერგია, რომელიც შესაძლოა არსებობდეს. ვაკუუმის ენერგიის სიმკვრივე მუდმივია, ასევე ე.წ კოსმოლოგიური მუდმივი.

საიდან მოდის ბნელი მატერია?

სამყაროში უამრავი ნივთია, როგორიცაა ვარსკვლავები, ცხელი გაზი ან სხვა, რაც ასხივებს ხილულ სინათლეს ან გამოსხივებას სხვა ტალღის სიგრძეზე. და ამ ყველაფრის დანახვა შესაძლებელია ან თვალებით, ან ტელესკოპების დახმარებით, ან რაიმე რთული ინსტრუმენტებით. თუმცა, ეს არ არის ყველაფერი, რაც ჩვენს სამყაროშია - ბოლო ორი ათწლეულის განმავლობაში, ასტრონომებმა აღმოაჩინეს მტკიცებულება იმისა, რომ სამყაროში ბევრი უხილავი მატერიაა.
მაგალითად, აღმოჩნდა, რომ ვარსკვლავებისა და ვარსკვლავთშორისი გაზის სახით ხილული მატერია საკმარისი არ არის გალაქტიკების გრავიტაციულად შებოჭვის შესანარჩუნებლად. შეფასებებმა იმის შესახებ, თუ რამდენი მატერია ნამდვილად საჭიროა საშუალო გალაქტიკისთვის, რათა არ დაფრინდეს ერთმანეთისგან, მიიყვანა ფიზიკოსები და ასტრონომები იმ დასკვნამდე, რომ სამყაროს მატერიის უმეტესი ნაწილი უხილავია. ამ ნივთიერებას ე.წ ბნელი მატერიადა ეს ძალიან მნიშვნელოვანია კოსმოლოგიისთვის.
ვინაიდან სამყაროში არის ბნელი მატერია, რა შეიძლება იყოს ეს? რისგან შეიძლება დამზადდეს? თუ ის შედგებოდა კვარკებისგან, როგორც ჩვეულებრივი მატერია, მაშინ ადრეულ სამყაროში გაცილებით მეტი ჰელიუმი და დეიტერიუმი უნდა წარმოებულიყო, ვიდრე ახლა ჩვენს სამყაროშია. ნაწილაკების ფიზიკოსები თვლიან, რომ ბნელი მატერია შედგება სუპერსიმეტრიული ნაწილაკები, რომლებიც ძალიან მძიმეა, მაგრამ ძალიან სუსტად ურთიერთქმედებენ ჩვეულებრივ ნაწილაკებთან, რომლებიც ახლა შეინიშნება ამაჩქარებლებზე.
ამრიგად, სამყაროში ხილული მატერია გაცილებით ნაკლებია, ვიდრე საჭიროა ბრტყელი სამყაროსთვისაც კი. ამიტომ, თუ სამყაროში სხვა არაფერია, მაშინ ის ღია უნდა იყოს. თუმცა, არის თუ არა საკმარისი ბნელი მატერია სამყაროს "დახურვისთვის"? სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, თუ w B არის ჩვეულებრივი მატერიის სიმკვრივე, ხოლო w D არის ბნელი მატერიის სიმკვრივე, მაშინ მოქმედებს თუ არა კავშირი w B + w D = 1? გალაქტიკათა გროვებში მოძრაობების შესწავლა ვარაუდობს, რომ მთლიანი სიმკვრივე არის კრიტიკულის დაახლოებით 30%, ხოლო ხილული მატერია დაახლოებით 5%, ხოლო ბნელი მატერია 25%.
მაგრამ ეს არ არის დასასრული - ჩვენ ჯერ კიდევ გვაქვს ენერგიის კიდევ ერთი წყარო სამყაროში - კოსმოლოგიური მუდმივი.

რაც შეეხება კოსმოლოგიურ მუდმივობას?

აინშტაინს არ მოეწონა საკუთარი მუშაობის შედეგები. მისი მოძრაობის განტოლებების მიხედვით, ჩვეულებრივი მატერიით სავსე სამყარო უნდა გაფართოვდეს. მაგრამ აინშტაინს სურდა თეორია, რომლის მიხედვითაც სამყარო ყოველთვის იგივე ზომის იქნებოდა. და ამისათვის მან დაამატა განტოლებას ტერმინი, რომელიც ახლა ცნობილია როგორც კოსმოლოგიური ტერმინი, რომელიც ჩვეულებრივი მატერიისა და რადიაციის ენერგეტიკულ სიმკვრივეს დაემატა, ხელს უშლიდა სამყაროს ოდესმე გაფართოებას და არასოდეს შეკუმშვას, მაგრამ სამუდამოდ იგივე დარჩა.
თუმცა, მას შემდეგ რაც ჰაბლმა აღმოაჩინა, რომ ჩვენი სამყარო ფართოვდება, აინშტაინის კოსმოლოგიური ტერმინი დავიწყებას მიეცა და „მიტოვებული იყო“. თუმცა, გარკვეული პერიოდის შემდეგ, მის მიმართ ინტერესი გააღვიძა რელატივისტურმა კვანტურმა თეორიებმა, რომლებშიც კოსმოლოგიური მუდმივი დინამიურად ჩნდება ბუნებრივი გზით ვირტუალური ნაწილაკებისა და ანტინაწილაკების კვანტური რხევებიდან. ამას ეწოდება კვანტური ნულოვანი ენერგიის დონე და ძალიან სავარაუდო კანდიდატია ვაკუუმის ენერგიასივრცე-დრო. თუმცა, კვანტურ თეორიას აქვს თავისი „პრობლემები“ - როგორ არ გავხადოთ ეს ვაკუუმის ენერგია ძალიან დიდი და ეს არის ერთ-ერთი მიზეზი, რის გამოც ფიზიკოსები იკვლევენ სუპერსიმეტრიულ თეორიებს.
კოსმოლოგიურ მუდმივას შეუძლია ან დააჩქაროს ან შეანელოს სამყაროს გაფართოება, იმისდა მიხედვით, დადებითია თუ უარყოფითი. და როდესაც კოსმოლოგიური მუდმივი ემატება სივრცე-დროს, გარდა ჩვეულებრივი მატერიისა და გამოსხივებისა, სურათი ბევრად უფრო დამაბნეველი ხდება, ვიდრე ზემოთ აღწერილი ღია ან დახურული სამყაროს უმარტივესი შემთხვევები.

აბა, რა არის პასუხი?

დიდი აფეთქების შემდეგ თითქმის მაშინვე, რადიაციის დომინირების ეპოქა, რომელიც გაგრძელდა ჩვენი სამყაროს ევოლუციის პირველი ათიდან ასი ათასი წლის განმავლობაში. ახლა მატერიის დომინანტური ფორმებია ჩვეულებრივი მატერია და ვაკუუმის ენერგია. ასტრონომების ბოლო დაკვირვების თანახმად,
1. ჩვენი სამყარო ბრტყელია კარგი სიზუსტითკოსმოსური მიკროტალღური ფონის გამოსხივება არის რელიქვია იმ დროიდან, როდესაც სამყარო ცხელი იყო და სავსე იყო ცხელი ფოტონის გაზით. თუმცა მას შემდეგ, სამყაროს გაფართოების გამო, ეს ფოტონები გაცივდა და ახლა მათი ტემპერატურაა 2,73 კ. თუმცა, ეს გამოსხივება ოდნავ არაჰომოგენურია, მათი კუთხური ზომა, რომელიც ჩანს ჩვენი ამჟამინდელი პოზიციიდან, დამოკიდებულია სივრცით. სამყაროს გამრუდება. ასე რომ, დაკვირვებები კოსმოსური მიკროტალღური ფონის ანიზოტროპიაზე მიუთითებს მხოლოდ იმაზე, რომ ჩვენი სამყარო ბრტყელია.
2. სამყაროში არის კოსმოლოგიური მუდმივი: სამყაროში არის ვაკუუმური ენერგია, ან თუნდაც რაღაც, რომელიც მოქმედებს ვაკუუმური ენერგიის მსგავსად, რაც იწვევს სამყაროს სწრაფ გაფართოებას. შორეული ზეახალი ვარსკვლავების წითელ გადაადგილების შესახებ მონაცემები სამყაროს დაჩქარებული გაფართოების მტკიცებულებაა.
3. სამყაროს მატერიის უმეტესი ნაწილი ბნელი მატერიის სახითაა: გალაქტიკების მოძრაობის შესწავლას მივყავართ დასკვნამდე, რომ ჩვეულებრივი მატერია ვარსკვლავების, გალაქტიკების, პლანეტების და ვარსკვლავთშორისი გაზის სახით არის სამყაროში არსებული მატერიის მხოლოდ მცირე ნაწილი.
როგორც ამჟამინდელი ეპოქის


ასე რომ, ახლა სამყაროში ვაკუუმის ენერგიის სიმკვრივე ორჯერ აღემატება ბნელი მატერიის ენერგიის სიმკვრივეს და ბარიონული ხილული მატერიის წვლილი უბრალოდ შეიძლება უგულებელვყოთ. ასე რომ, ჩვენი ბრტყელი სამყარო სამუდამოდ უნდა გაფართოვდეს.

<< რამდენი წლისაა ჩვენი სამყარო? | Სარჩევი | სამყაროს ისტორიის ტური >>