Matagal nang ipinapalagay ng mga kosmologist na ang uniberso ay walang hanggan, ngunit hindi walang limitasyon. Nangangahulugan ito na mayroon itong limitadong mga sukat, ngunit imposibleng makarating sa "katapusan ng mundo". Kahit na may isang tao na sinubukang tumawid sa Uniberso, babalik siya sa punto kung saan siya nagsimula - katulad ng mga taong gumawa ng isang round-the-world trip sa paligid ng Earth.

Ang matagal nang hypothesis ng finiteness ng uniberso ay naging lalong popular bilang resulta ng pag-aaral ng cosmic microwave background, o cosmic microwave background radiation na naiwan sa uniberso pagkatapos ng Big Bang. Iminumungkahi ng mga siyentipiko na kung ang uniberso ay may walang limitasyong mga sukat, posibleng makahanap ng mga alon ng lahat ng posibleng haba sa loob nito. Gayunpaman, alam nating lahat na ang spectrum ng background ng microwave ay napakalimitado - at iyon ang dahilan kung bakit ito tinawag na gayon.

“Ang uniberso ay may mga katangian ng isang instrumentong pangmusika,” paliwanag ni Frank Steiner mula sa Unibersidad ng Ulm sa Alemanya. "At ang mga wavelength sa loob nito ay hindi maaaring lumampas sa haba ng mismong instrumento.

Sa ngayon, ang mga cosmologist ay nakabuo ng ilang hypotheses para sa hugis ng uniberso. Ang pinakasikat ay isang pumpkin (o isang American football ball) at isang bagel, pati na rin ang tatlong bagel, na kakaibang konektado sa isa't isa. Ang ilang mga physicist ay nagmungkahi pa ng isang magandang modelo, na tila hiniram mula sa Eastern philosophy, tungkol sa uniberso, na isang koridor ng mga salamin na may mga imahe ng iba't ibang mga bagay na paulit-ulit na paulit-ulit sa kalangitan. Ang mga "light portrait" na ito ay maaaring makita mula sa mga di-umano'y pader ng uniberso at sa gayon ay nadoble nang maraming beses. Si Glen Starkman mula sa Case Western Reserve University sa Cleveland (Ohio, USA) at ang kanyang mga kasamahan ay nagsimulang subukan na kahit papaano ay pagsamahin ang mga iminungkahing modelo sa pang-eksperimentong data, ngunit hindi pa nakakapili kung aling hugis ang pinakaangkop sa ating Uniberso.

Kasabay nito, sinimulan ni Steiner at ng kanyang mga kasamahan na muling suriin ang data mula sa 2003 spacecraft ng NASA na kilala bilang Wilkinson Microwave Anisotropic Probe at sinubukan itong gamitin upang suportahan ang kanilang hypothesis na ang uniberso ay hugis tulad ng isang donut at tatlong donut. Nais din ng mga siyentipiko na subukan ang malawakang hypothesis ng isang walang limitasyon at "walang sukat" na uniberso.

Ito ay lumabas na ang data mula sa spacecraft ay pinakamahusay na nagpapatunay sa teorya ng uniberso sa anyo ng isang donut. Sinubukan din ng mga siyentipiko na hulaan ang malamang na laki ng uniberso - ayon sa impormasyong nakuha gamit ang Probe, maaari itong umabot sa 56 bilyong light years.

Si Jean-Pierre Luminet ng Paris Observatory sa France ay may hawak na hypothesis na ang uniberso ay hugis tulad ng American football o isang kalabasa. Gayunpaman, talagang nagustuhan niya ang gawa ni Steiner. Sa kanyang opinyon, ang pagsusuri ng isang kasamahan mula sa Alemanya ay nagpapakita na ang isang bagel ay isang malamang na anyo ng Uniberso, ngunit hindi pa rin tinatanggihan ang ideya ng isang kalabasa (bola ng soccer). "Sa tingin ko ang aking soccer ball ay buhay pa at maayos," biro ni Lumine.

Si Steiner mismo ay naniniwala na ang pag-aaral ng relic radiation, na ngayon ay isinasagawa ng European Planck satellite, ay mas tumpak na matukoy ang hugis ng uniberso. Naniniwala din si Glen Starkman na wala pang sapat na data. "Mula sa isang pilosopikal na pananaw, gusto ko ang ideya na ang uniberso ay may hangganan," sabi niya. "Gayunpaman, ang pisika ay hindi mapagkakatiwalaan ng pilosopiya, at samakatuwid ay mag-iingat ako na huwag gumawa ng mga konklusyon hanggang sa lumitaw ang bagong pang-eksperimentong data."

Noong sinaunang panahon, naisip ng mga tao na ang lupa ay patag at nakatayo sa tatlong balyena, pagkatapos ay lumabas na ang aming ecumene ay bilog at kung maglayag ka sa lahat ng oras sa kanluran, pagkatapos ng ilang sandali ay babalik ka sa iyong panimulang punto mula sa silangan. Ang mga pananaw sa uniberso ay nagbago sa katulad na paraan. Sa isang pagkakataon, naniniwala si Newton na ang espasyo ay patag at walang katapusan. Pinahintulutan ni Einstein na ang ating Mundo ay hindi lamang walang hangganan at baluktot, ngunit sarado din. Ang pinakabagong data na nakuha sa proseso ng pag-aaral ng background radiation ay nagpapahiwatig na ang Uniberso ay maaaring sarado sa sarili nito. Lumalabas na kung lilipad ka mula sa lupa sa lahat ng oras, pagkatapos ay sa isang punto ay magsisimula kang lapitan ito at sa huli ay babalik, lampasan ang buong Uniberso at gagawa ng isang paglalakbay sa buong mundo, tulad ng isa sa mga barko ni Magellan, nang umikot sa buong mundo, tumulak sa daungan ng Sanlúcar de Barrameda ng Espanya.

Ang hypothesis na ang ating uniberso ay ipinanganak bilang resulta ng Big Bang ay itinuturing na ngayong pangkalahatang tinatanggap. Ang bagay sa simula ay napakainit, siksik at mabilis na lumawak. Pagkatapos ang temperatura ng uniberso ay bumaba sa ilang libong degree. Ang sangkap sa sandaling iyon ay binubuo ng mga electron, proton at alpha particle (helium nuclei), iyon ay, ito ay isang highly ionized gas - plasma, opaque sa liwanag at anumang electromagnetic waves. Ang recombination (koneksyon) ng nuclei at mga electron na nagsimula sa oras na iyon, iyon ay, ang pagbuo ng mga neutral na atom ng hydrogen at helium, ay radikal na nagbago ng mga optical na katangian ng Uniberso. Ito ay naging transparent sa karamihan ng mga electromagnetic wave.

Kaya, sa pamamagitan ng pag-aaral ng mga ilaw at radio wave, makikita lamang ng isa kung ano ang nangyari pagkatapos ng recombination, at lahat ng nangyari noon ay sarado sa atin ng isang uri ng "nagniningas na pader" ng ionized na bagay. Posible na tumingin ng mas malalim sa kasaysayan ng Uniberso kung matututunan lamang natin kung paano magrehistro ng mga relic neutrino, kung saan ang mainit na bagay ay naging transparent nang mas maaga, at ang mga pangunahing gravitational wave, kung saan ang bagay ng anumang density ay hindi isang balakid, ngunit ito ay isang bagay ng hinaharap, at malayo dito. ang pinakamalapit.

Mula nang mabuo ang mga neutral na atomo, ang ating Uniberso ay lumawak nang humigit-kumulang 1,000 beses, at ang radiation ng panahon ng recombination ay sinusunod ngayon sa Earth bilang isang relic microwave background na may temperatura na halos tatlong degrees Kelvin. Ang background na ito, na unang natuklasan noong 1965 nang subukan ang isang malaking radio antenna, ay halos pareho sa lahat ng direksyon. Ayon sa modernong data, mayroong isang daang milyong beses na mas maraming relic photon kaysa sa mga atomo, kaya't ang ating mundo ay naliligo lamang sa mga daloy ng malakas na pamumula na liwanag na ibinubuga sa mga unang minuto ng buhay ng Uniberso.

Topology ng klasikal na espasyo

Sa mga kaliskis na mas malaki sa 100 megaparsec, ang bahagi ng Uniberso na nakikita natin ay medyo homogenous. Ang lahat ng mga siksik na kumpol ng bagay - mga kalawakan, ang kanilang mga kumpol at mga supercluster - ay inoobserbahan lamang sa mas maikling distansya. Bukod dito, ang Uniberso ay isotropic din, iyon ay, ang mga katangian nito ay pareho sa anumang direksyon. Ang mga eksperimentong katotohanang ito ay sumasailalim sa lahat ng mga klasikal na modelong kosmolohikal na nagpapalagay ng spherical symmetry at spatial homogeneity ng pamamahagi ng bagay.

Ang mga klasikal na solusyon sa kosmolohiya ng mga pangkalahatang relativity (GR) equation ni Einstein, na natagpuan noong 1922 ni Alexander Friedman, ay may pinakasimpleng topology. Ang kanilang mga spatial na seksyon ay kahawig ng mga eroplano (para sa mga walang katapusang solusyon) o mga sphere (para sa mga bounded na solusyon). Ngunit ang gayong mga uniberso, lumalabas, ay may isang kahalili: isang uniberso na walang mga gilid at hangganan, isang uniberso na may hangganan na dami na sarado sa sarili nito.

Ang mga unang solusyon na natagpuan ni Friedman ay inilarawan ang mga uniberso na puno ng isang uri lamang ng bagay. Ang iba't ibang mga larawan ay lumitaw dahil sa pagkakaiba sa average na density ng bagay: kung ito ay lumampas sa kritikal na antas, isang saradong uniberso na may positibong spatial curvature, may hangganan na mga sukat at habang-buhay ay nakuha. Ang pagpapalawak nito ay unti-unting bumagal, huminto at napalitan ng pag-urong hanggang sa isang punto. Ang uniberso na may density sa ibaba ng kritikal ay may negatibong curvature at lumawak nang walang hanggan, ang inflation rate nito ay may pare-parehong halaga. Ang modelong ito ay tinatawag na bukas. Ang patag na Uniberso, isang intermediate case na may densidad na eksaktong katumbas ng kritikal, ay walang katapusan at ang mga instant spatial na seksyon nito ay flat Euclidean space na may zero curvature. Ang isang patag, tulad ng isang bukas, ay lumalawak nang walang katiyakan, ngunit ang bilis ng pagpapalawak nito ay may posibilidad na zero. Nang maglaon, naimbento ang mas kumplikadong mga modelo, kung saan ang isang homogenous at isotropic na uniberso ay napuno ng isang multi-component matter na nagbabago sa paglipas ng panahon.

Ang mga modernong obserbasyon ay nagpapakita na ang Uniberso ay lumalawak na ngayon nang may bilis (tingnan ang "Beyond the Universe's Event Horizon", No. 3, 2006). Posible ang gayong pag-uugali kung ang espasyo ay napuno ng ilang substance (kadalasang tinatawag na dark energy) na may mataas na negatibong presyon na malapit sa density ng enerhiya ng substance na ito. Ang pag-aari na ito ng madilim na enerhiya ay humahantong sa paglitaw ng isang uri ng anti-gravity, na nagtagumpay sa mga kaakit-akit na puwersa ng ordinaryong bagay sa isang malaking sukat. Ang unang gayong modelo (na may tinatawag na lambda term) ay iminungkahi mismo ni Albert Einstein.

Ang isang espesyal na paraan ng pagpapalawak ng Uniberso ay lumitaw kung ang presyon ng bagay na ito ay hindi nananatiling pare-pareho, ngunit tumataas sa paglipas ng panahon. Sa kasong ito, ang pagtaas ng laki ay nabubuo nang napakabilis na ang uniberso ay nagiging walang hanggan sa isang takdang panahon. Ang ganitong matalim na inflation ng spatial na sukat, na sinamahan ng pagkasira ng lahat ng materyal na bagay, mula sa mga kalawakan hanggang sa elementarya na mga particle, ay tinatawag na Big Rip.

Ang lahat ng mga modelong ito ay hindi ipinapalagay ang anumang mga espesyal na topological na katangian ng Uniberso at kinakatawan ito katulad ng aming karaniwang espasyo. Ang larawang ito ay sumasang-ayon sa data na natatanggap ng mga astronomo sa tulong ng mga teleskopyo na nagtatala ng infrared, visible, ultraviolet at X-ray radiation. At tanging ang data ng mga obserbasyon sa radyo, lalo na ang isang detalyadong pag-aaral ng relict background, ay nagduda sa mga siyentipiko na ang ating mundo ay diretsong nakaayos.

Ang mga siyentipiko ay hindi maaaring tumingin sa likod ng "pader ng apoy" na naghihiwalay sa atin mula sa mga kaganapan sa unang libong taon ng buhay ng ating Uniberso. Ngunit sa tulong ng mga laboratoryo na inilunsad sa kalawakan, bawat taon ay natututo tayo ng higit pa tungkol sa kung ano ang nangyari pagkatapos ng pagbabago ng mainit na plasma sa mainit na gas.

Orbital radio receiver

Ang mga unang resulta na nakuha ng WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) na obserbatoryo sa kalawakan, na sumukat sa kapangyarihan ng cosmic microwave background radiation, ay nai-publish noong Enero 2003 at naglalaman ng napakaraming pinakahihintay na impormasyon na ang pag-unawa nito ay hindi pa nakumpleto kahit ngayon. Karaniwan, ginagamit ang pisika upang ipaliwanag ang bagong data ng kosmolohikal: ang mga equation ng estado ng bagay, ang mga batas ng pagpapalawak, at ang spectra ng mga paunang kaguluhan. Ngunit sa oras na ito, ang likas na katangian ng nakitang angular inhomogeneity ng radiation ay nangangailangan ng isang ganap na naiibang paliwanag - isang geometriko. Mas eksakto - topological.

Ang pangunahing layunin ng WMAP ay upang bumuo ng isang detalyadong mapa ng temperatura ng cosmic microwave background (o, bilang ito ay tinatawag din, ang microwave background). Ang WMAP ay isang ultra-sensitive na radio receiver na sabay na nagrerehistro ng mga signal na nagmumula sa dalawang halos magkasalungat na punto sa kalangitan. Ang obserbatoryo ay inilunsad noong Hunyo 2001 sa isang partikular na kalmado at "tahimik" na orbit, na matatagpuan sa tinatawag na Lagrangian point L2, isa at kalahating milyong kilometro mula sa Earth. Ang 840 kg na satellite na ito ay aktwal na nasa orbit sa paligid ng Araw, ngunit dahil sa pinagsamang pagkilos ng mga gravitational field ng Earth at ng Araw, ang panahon ng rebolusyon nito ay eksaktong isang taon, at hindi ito lumilipad palayo sa Earth kahit saan. Ang satellite ay inilunsad sa isang napakalayong orbit upang ang interference mula sa terrestrial na gawa ng tao ay hindi makagambala sa pagtanggap ng relict radio emission.

Batay sa data na nakuha ng space radio observatory, posible na matukoy ang isang malaking bilang ng mga cosmological parameter na may hindi pa naganap na katumpakan. Una, ang ratio ng kabuuang density ng Uniberso sa kritikal ay 1.02 ± 0.02 (iyon ay, ang ating Uniberso ay patag o sarado na may napakaliit na kurbada). Pangalawa, ang Hubble constant, na nagpapakilala sa pagpapalawak ng ating Mundo sa malaking sukat, ay 72±2 km/s/MPc. Pangatlo, ang edad ng Uniberso ay 13.4 ± 0.3 bilyong taon at ang redshift na tumutugma sa oras ng recombination ay 1088 ± 2 (ito ay isang average na halaga, ang kapal ng hangganan ng recombination ay mas malaki kaysa sa ipinahiwatig na error). Ang pinakakahindik-hindik na resulta para sa mga theoreticians ay ang angular spectrum ng relic radiation disturbances, mas tiyak, ang masyadong maliit na halaga ng pangalawa at pangatlong harmonics.

Ang ganitong spectrum ay itinayo sa pamamagitan ng pagrepresenta sa mapa ng temperatura bilang kabuuan ng iba't ibang spherical harmonics (multipoles). Sa kasong ito, ang mga variable na bahagi ay nakikilala mula sa pangkalahatang larawan ng mga perturbations na umaangkop sa globo ng isang integer na bilang ng beses: isang quadrupole - 2 beses, isang octupole - 3 beses, at iba pa. Kung mas mataas ang bilang ng spherical harmonic, mas mataas ang dalas ng mga oscillations ng background na inilalarawan nito at mas maliit ang angular na laki ng kaukulang "mga spot". Sa teorya, ang bilang ng mga spherical harmonics ay walang katapusan, ngunit para sa isang tunay na pagmamasid na mapa ito ay limitado sa pamamagitan ng angular na resolusyon kung saan ginawa ang mga obserbasyon.

Para sa tamang pagsukat ng lahat ng spherical harmonics, kailangan ng mapa ng buong celestial sphere, at matatanggap ng WMAP ang na-verify na bersyon nito sa loob lamang ng isang taon. Ang unang gayong hindi masyadong detalyadong mga mapa ay nakuha noong 1992 sa mga eksperimento ng Relic at COBE (Cosmic Background Explorer).

Ano ang hitsura ng bagel sa isang tasa ng kape?
Mayroong tulad ng isang sangay ng matematika - topology, na explores ang mga katangian ng mga katawan na napanatili sa ilalim ng alinman sa kanilang mga deformations nang walang gaps at gluing. Isipin na ang geometric na katawan na interesado tayo ay nababaluktot at madaling ma-deform. Sa kasong ito, halimbawa, ang isang kubo o isang pyramid ay madaling mabago sa isang globo o isang bote, isang torus ("donut") sa isang tasa ng kape na may hawakan, ngunit hindi posible na gawing isang globo ang isang tasa na may hawakan kung hindi mo mapunit at idikit itong madaling ma-deform na katawan. Upang hatiin ang isang globo sa dalawang hindi magkakaugnay na piraso, sapat na upang gumawa ng isang closed cut, at upang gawin ang parehong sa isang torus, maaari ka lamang gumawa ng dalawang hiwa. Gustung-gusto lang ng mga topologist ang lahat ng uri ng mga kakaibang konstruksyon tulad ng flat torus, horned sphere, o Klein bottle, na maaari lamang ilarawan nang tama sa isang espasyo na may dobleng dami ng dimensyon. Kaya't ang ating tatlong-dimensional na Uniberso, na nakasara sa sarili nito, ay madaling maisip sa pamamagitan lamang ng pamumuhay sa isang anim na dimensyon na espasyo. Ang mga cosmic topologist ay hindi pa nakakasagabal sa oras, na nag-iiwan dito ng pagkakataon na dumaloy lamang nang linearly, nang walang pagla-lock sa anumang bagay. Kaya't ang kakayahang magtrabaho sa espasyo ng pitong dimensyon ngayon ay sapat na upang maunawaan kung gaano kakomplikado ang ating dodecahedral Universe.

Ang panghuling mapa ng temperatura ng CMB ay batay sa isang maingat na pagsusuri ng mga mapa na nagpapakita ng intensity ng paglabas ng radyo sa limang magkakaibang hanay ng frequency.

Isang hindi inaasahang desisyon

Para sa karamihan ng spherical harmonics, ang nakuhang pang-eksperimentong data ay kasabay ng mga kalkulasyon ng modelo. Dalawang harmonika lamang, quadrupole at octupole, ang naging malinaw na mababa sa antas na inaasahan ng mga teorista. Bukod dito, napakaliit ng posibilidad na ang ganitong malalaking paglihis ay maaaring mangyari sa pamamagitan ng pagkakataon. Ang pagsugpo sa quadrupole at octupole ay nabanggit nang maaga sa data ng COBE. Gayunpaman, ang mga mapa na nakuha noong mga taong iyon ay may mahinang resolusyon at malaking ingay, kaya ang pagtalakay sa isyung ito ay ipinagpaliban hanggang sa mas magandang panahon. Sa anong dahilan ang mga amplitude ng dalawang pinakamalaking-scale na pagbabagu-bago sa intensity ng cosmic microwave background ay naging napakaliit, sa una ito ay ganap na hindi maintindihan. Sa ngayon, hindi pa posible na makabuo ng isang pisikal na mekanismo para sa kanilang pagsupil, dahil dapat itong kumilos sa sukat ng buong nakikitang Uniberso, na ginagawa itong mas homogenous, at sa parehong oras ay huminto sa pagtatrabaho sa mas maliliit na kaliskis, na nagpapahintulot dito. upang mag-fluctuate nang mas malakas. Ito marahil ang dahilan kung bakit nagsimula silang maghanap ng mga alternatibong paraan at nakahanap ng topological na sagot sa tanong na lumitaw. Ang solusyon sa matematika ng pisikal na problema ay naging nakakagulat na elegante at hindi inaasahang: sapat na upang ipalagay na ang Uniberso ay isang dodecahedron na sarado sa sarili nito. Pagkatapos ay ang pagsugpo sa mga low-frequency harmonic ay maaaring ipaliwanag sa pamamagitan ng spatial high-frequency modulation ng background radiation. Ang epektong ito ay lumitaw dahil sa paulit-ulit na pagmamasid sa parehong rehiyon ng recombining plasma sa pamamagitan ng iba't ibang bahagi ng closed dodecahedral space. Lumalabas na ang mababang harmonics, tulad nito, ay pinapatay ang kanilang sarili dahil sa pagpasa ng isang signal ng radyo sa iba't ibang mga facet ng Uniberso. Sa ganitong topological na modelo ng mundo, ang mga kaganapan na nagaganap malapit sa isa sa mga mukha ng dodecahedron ay lumalabas na malapit at sa kabaligtaran na mukha, dahil ang mga rehiyong ito ay magkapareho at sa katunayan ay isa at parehong bahagi ng Uniberso. Dahil dito, ang relict light na dumarating sa Earth mula sa magkabilang panig ay lumalabas na ibinubuga ng parehong rehiyon ng pangunahing plasma. Ang sitwasyong ito ay humahantong sa pagsugpo sa mas mababang harmonics ng CMB spectrum kahit na sa isang Uniberso na bahagyang mas malaki kaysa sa nakikitang horizon ng kaganapan.

Mapa ng anisotropy
Ang quadrupole na binanggit sa teksto ng artikulo ay hindi ang pinakamababang spherical harmonic. Bilang karagdagan dito, mayroong isang monopole (zero harmonic) at isang dipole (unang harmonic). Ang magnitude ng monopole ay tinutukoy ng average na temperatura ng background radiation, na ngayon ay 2.728 K. Matapos ibawas ito mula sa pangkalahatang background, ang dipole component ay lumalabas na ang pinakamalaking, na nagpapakita kung gaano kalaki ang temperatura sa isa sa mga hemispheres ng espasyong nakapaligid sa atin ay mas mataas kaysa sa iba. Ang pagkakaroon ng bahaging ito ay pangunahing sanhi ng paggalaw ng Earth at ng Milky Way na may kaugnayan sa CMB. Dahil sa epekto ng Doppler, tumataas ang temperatura sa direksyon ng paggalaw at bumababa sa kabilang direksyon. Ang sitwasyong ito ay gagawing posible upang matukoy ang bilis ng anumang bagay na may paggalang sa CMB at sa gayon ay ipakilala ang pinakahihintay na absolute coordinate system, na lokal na nakapahinga nang may paggalang sa buong Uniberso.

Ang magnitude ng dipole anisotropy na nauugnay sa paggalaw ng Earth ay 3.353*10-3 K. Ito ay tumutugma sa paggalaw ng Araw na may kaugnayan sa background radiation sa bilis na humigit-kumulang 400 km/s. Kasabay nito, "lumipad" tayo sa direksyon ng hangganan ng mga konstelasyon na Leo at Chalice, at "lumipad palayo" mula sa konstelasyon na Aquarius. Ang ating Galaxy, kasama ang lokal na grupo ng mga kalawakan, kung saan ito nabibilang, ay gumagalaw na may kaugnayan sa relic sa bilis na humigit-kumulang 600 km/s.

Ang lahat ng iba pang mga perturbation (nagsisimula sa quadrupole at sa itaas) sa background na mapa ay sanhi ng mga inhomogeneities sa density, temperatura, at bilis ng matter sa recombination boundary, pati na rin ang radio emission mula sa ating Galaxy. Matapos ibawas ang bahagi ng dipole, ang kabuuang amplitude ng lahat ng iba pang mga deviations ay lumalabas na 18 * 10-6 K lamang. Upang ibukod ang sariling radiation ng Milky Way (pangunahin na puro sa eroplano ng galactic equator), mga obserbasyon ng microwave ang background ay isinasagawa sa limang frequency band sa hanay mula 22.8 GHz hanggang 93 .5 GHz.

Mga kumbinasyon kay Thor

Ang pinakasimpleng katawan na may topology na mas kumplikado kaysa sa isang sphere o isang eroplano ay isang torus. Maiisip ito ng sinumang may hawak na donut sa kanilang mga kamay. Ang isa pang mas tamang modelo ng matematika ng isang flat torus ay ipinapakita ng mga screen ng ilang mga laro sa computer: ito ay isang parisukat o isang parihaba, ang magkabilang panig nito ay nakikilala, at kung ang gumagalaw na bagay ay bumaba, ito ay lilitaw mula sa itaas; tumatawid sa kaliwang hangganan ng screen, lumilitaw ito mula sa likod ng kanan, at vice versa. Ang nasabing torus ay ang pinakasimpleng halimbawa ng isang mundo na may hindi walang kuwentang topology na may hangganan na dami at walang mga hangganan.

Sa tatlong-dimensional na espasyo, ang isang katulad na pamamaraan ay maaaring gawin sa isang kubo. Kung matukoy mo ang magkasalungat na mukha nito, mabubuo ang isang three-dimensional torus. Kung titingnan mo ang loob ng tulad ng isang kubo sa nakapalibot na espasyo, makikita mo ang isang walang katapusang mundo na binubuo ng mga kopya ng nag-iisa at natatanging (hindi umuulit) na bahagi nito, na ang dami nito ay medyo may hangganan. Sa ganoong mundo, walang mga hangganan, ngunit mayroong tatlong napiling direksyon na kahanay sa mga gilid ng orihinal na kubo, kung saan ang mga pana-panahong hilera ng orihinal na mga bagay ay sinusunod. Ang larawang ito ay halos kapareho ng makikita sa loob ng isang kubo na may salamin na mga dingding. Totoo, sa pagtingin sa alinman sa mga aspeto nito, ang naninirahan sa gayong mundo ay makikita ang kanyang ulo, at hindi ang kanyang mukha, tulad ng sa makalupang silid ng pagtawa. Ang isang mas tamang modelo ay isang silid na nilagyan ng 6 na TV camera at 6 na flat LCD monitor, na nagpapakita ng larawang kinunan ng film camera na matatagpuan sa tapat. Sa modelong ito, ang nakikitang mundo ay nagsasara sa sarili nito dahil sa paglabas sa ibang dimensyon ng telebisyon.

Ang larawan ng pagsugpo sa mga low-frequency harmonic na inilarawan sa itaas ay tama kung ang oras kung saan ang ilaw ay tumatawid sa paunang dami ay sapat na maliit, iyon ay, kung ang mga sukat ng paunang katawan ay maliit kumpara sa mga cosmological na kaliskis. Kung ang mga sukat ng bahagi ng Uniberso na naa-access para sa pagmamasid (ang tinatawag na abot-tanaw ng Uniberso) ay lumabas na mas maliit kaysa sa mga sukat ng paunang topological volume, kung gayon ang sitwasyon ay hindi mag-iiba sa anumang paraan mula sa kung ano ang nakikita natin sa ang karaniwang walang katapusang Einsteinian Universe, at walang mga anomalya sa spectrum ng CMB ang makikita.

Ang maximum na posibleng spatial scale sa naturang kubiko na mundo ay tinutukoy ng laki ng orihinal na katawan - ang distansya sa pagitan ng alinmang dalawang katawan ay hindi maaaring lumampas sa kalahati ng pangunahing dayagonal ng orihinal na kubo. Ang liwanag na dumarating sa amin mula sa hangganan ng recombination ay maaaring tumawid sa orihinal na kubo nang maraming beses sa daan, na parang makikita sa mga dingding ng salamin nito, dahil dito, ang angular na istraktura ng radiation ay nabaluktot at ang mababang-dalas na pagbabagu-bago ay nagiging mataas na dalas. Bilang isang resulta, mas maliit ang paunang volume, mas malakas ang pagsugpo sa pinakamababang malakihang angular na pagbabagu-bago, na nangangahulugang sa pamamagitan ng pag-aaral ng relic background, maaari mong tantiyahin ang laki ng ating Uniberso.

3D mosaic

Ang isang patag na topologically complex na three-dimensional na Universe ay maaari lamang itayo batay sa mga cube, parallelepiped at hexagonal prisms. Sa kaso ng curved space, ang isang mas malawak na klase ng mga figure ay nagtataglay ng mga naturang katangian. Sa kasong ito, ang angular spectra na nakuha sa eksperimentong WMAP ay pinakamahusay na sumasang-ayon sa dodecahedral na modelo ng Uniberso. Ang regular na polyhedron na ito, na may 12 pentagonal na mukha, ay kahawig ng isang soccer ball na natahi mula sa pentagonal patch. Lumalabas na sa isang puwang na may maliit na positibong kurbada, ang mga regular na dodecahedron ay maaaring punan ang buong espasyo nang walang mga butas at magkasanib na interseksyon. Sa isang tiyak na ratio sa pagitan ng laki ng dodecahedron at ng curvature, 120 spherical dodecahedrons ang kailangan para dito. Bukod dito, ang kumplikadong istraktura na ito ng daan-daang "bola" ay maaaring mabawasan sa isang topologically equivalent, na binubuo lamang ng isang dodecahedron, kung saan ang mga magkasalungat na mukha na pinaikot ng 180 degrees ay nakilala.

Ang uniberso na nabuo mula sa naturang dodecahedron ay may isang bilang ng mga kagiliw-giliw na katangian: wala itong ginustong mga direksyon, at ito ay mas mahusay kaysa sa karamihan ng iba pang mga modelo na naglalarawan ng magnitude ng pinakamababang angular harmonics ng CMB. Ang ganitong larawan ay lumitaw lamang sa isang saradong mundo na may ratio ng aktwal na density ng bagay sa kritikal na isa sa 1.013, na nasa loob ng saklaw ng mga halaga na pinapayagan ng mga obserbasyon ngayon (1.02 ± 0.02).

Para sa isang ordinaryong naninirahan sa Earth, ang lahat ng mga topological intricacies na ito sa unang tingin ay walang gaanong kahulugan. Ngunit para sa mga pisiko at pilosopo - isang ganap na naiibang bagay. Parehong para sa pananaw sa mundo sa kabuuan at para sa isang pinag-isang teorya na nagpapaliwanag sa istruktura ng ating mundo, ang hypothesis na ito ay may malaking interes. Samakatuwid, sa pagtuklas ng mga anomalya sa spectrum ng relic, nagsimulang maghanap ang mga siyentipiko ng iba pang mga katotohanan na maaaring kumpirmahin o pabulaanan ang iminungkahing topological theory.

Tunog na Plasma
Sa CMB fluctuation spectrum, ang pulang linya ay nagpapahiwatig ng mga hula ng teoretikal na modelo. Ang kulay abong koridor sa paligid nito ay ang pinahihintulutang mga paglihis, at ang mga itim na tuldok ay ang mga resulta ng mga obserbasyon. Karamihan sa data ay nakuha sa eksperimento ng WMAP, at para lamang sa pinakamataas na harmonika, idinagdag ang mga resulta ng CBI (balloon) at ACBAR (antarctic ground). Sa normalized na balangkas ng angular spectrum ng pagbabagu-bago ng relic radiation, maraming maxima ang nakikita. Ito ang mga tinatawag na "acoustic peaks", o "Sakharov oscillations". Ang kanilang pag-iral ay theoretically hinulaang ni Andrei Sakharov. Ang mga taluktok na ito ay dahil sa Doppler effect at sanhi ng paggalaw ng plasma sa oras ng recombination. Ang pinakamataas na amplitude ng mga oscillations ay nahuhulog sa laki ng nauugnay na rehiyon (sound horizon) sa sandali ng recombination. Sa mas maliliit na kaliskis, ang mga oscillations ng plasma ay pinahina ng lagkit ng photon, habang sa malalaking kaliskis, ang mga perturbation ay independyente sa bawat isa at wala sa phase. Samakatuwid, ang pinakamataas na pagbabagu-bago na naobserbahan sa modernong panahon ay nahuhulog sa mga anggulo kung saan nakikita ang sound horizon ngayon, iyon ay, ang rehiyon ng pangunahing plasma na nabuhay ng isang buhay sa oras ng recombination. Ang eksaktong posisyon ng maximum ay depende sa ratio ng kabuuang density ng Uniberso sa kritikal na isa. Ipinapakita ng mga obserbasyon na ang una, pinakamataas na rurok ay matatagpuan humigit-kumulang sa ika-200 na harmonic, na, ayon sa teorya, ay tumutugma sa isang patag na Euclidean Universe na may mataas na katumpakan.

Ang isang pulutong ng impormasyon tungkol sa mga cosmological parameter ay nakapaloob sa pangalawa at kasunod na acoustic peak. Ang kanilang pag-iral ay sumasalamin sa katotohanan ng "phasing" ng acoustic oscillations sa plasma sa panahon ng recombination. Kung walang ganoong koneksyon, kung gayon ang unang peak lamang ang makikita, at ang pagbabagu-bago sa lahat ng mas maliliit na kaliskis ay pantay na posibleng mangyari. Ngunit upang maganap ang gayong sanhi na ugnayan ng pagbabagu-bago sa iba't ibang antas, ang mga (napakalayo sa isa't isa) mga rehiyon ay dapat na nakipag-ugnayan sa isa't isa. Ang sitwasyong ito ang natural na bumangon sa inflationary Universe model, at ang kumpiyansa na pagtuklas ng pangalawa at kasunod na mga taluktok sa angular spectrum ng pagbabago-bago ng CMB ay isa sa pinakamabigat na kumpirmasyon ng senaryo na ito.

Ang relict radiation ay naobserbahan sa isang rehiyon na malapit sa maximum ng thermal spectrum. Para sa temperatura na 3K, ito ay nasa radio wavelength na 1mm. Isinagawa ng WMAP ang mga obserbasyon nito sa bahagyang mas mahabang wavelength: mula 3 mm hanggang 1.5 cm. Ang saklaw na ito ay medyo malapit sa maximum, at mayroon itong mas mababang ingay mula sa mga bituin ng ating Galaxy.

Multifaceted mundo

Sa modelong dodecahedral, ang horizon ng kaganapan at ang hangganan ng recombination na napakalapit dito ay nagsalubong sa bawat isa sa 12 mukha ng dodecahedron. Ang intersection ng recombination boundary at ang orihinal na polyhedron ay bumubuo ng 6 na pares ng mga bilog sa microwave background map na matatagpuan sa magkabilang punto ng celestial sphere. Ang angular diameter ng mga bilog na ito ay 70 degrees. Ang mga bilog na ito ay namamalagi sa kabaligtaran ng mga mukha ng orihinal na dodecahedron, iyon ay, sila ay tumutugma sa geometriko at pisikal. Bilang isang resulta, ang pamamahagi ng mga pagbabago sa radiation ng background ng cosmic microwave sa bawat pares ng mga bilog ay dapat na magkasabay (isinasaalang-alang ang pag-ikot ng 180 degrees). Batay sa magagamit na data, ang mga naturang lupon ay hindi pa natukoy.

Ngunit ang hindi pangkaraniwang bagay na ito, tulad ng nangyari, ay mas kumplikado. Magiging pareho at simetriko ang mga bilog para lamang sa isang tagamasid na nakatigil na nauugnay sa background ng background. Ang Earth, sa kabilang banda, ay gumagalaw na may kaugnayan dito sa isang sapat na mataas na bilis, dahil sa kung saan lumilitaw ang isang makabuluhang bahagi ng dipole sa background radiation. Sa kasong ito, ang mga bilog ay nagiging mga ellipse, ang kanilang laki, lokasyon sa kalangitan at ang average na temperatura sa kahabaan ng bilog ay nagbabago. Nagiging mas mahirap na tuklasin ang magkatulad na mga lupon sa pagkakaroon ng mga naturang pagbaluktot, at ang katumpakan ng data na magagamit ngayon ay nagiging hindi sapat - kailangan ng mga bagong obserbasyon upang makatulong na malaman kung sila ay naroroon o wala.

Multilinked inflation

Marahil ang pinakaseryosong problema sa lahat ng topologically complex na cosmological models, at marami na sa mga ito ang lumitaw na, ay higit sa lahat ay may teoretikal na kalikasan. Ngayon, ang inflationary scenario ng ebolusyon ng Uniberso ay itinuturing na pamantayan. Iminungkahi na ipaliwanag ang mataas na homogeneity at isotropy ng nakikitang uniberso. Ayon sa kanya, sa una ang Uniberso na ipinanganak ay medyo inhomogeneous. Pagkatapos, sa proseso ng inflation, nang lumawak ang Uniberso ayon sa isang batas na malapit sa exponential, ang mga unang sukat nito ay tumaas ng maraming order ng magnitude. Ngayon ay nakikita lamang natin ang isang maliit na bahagi ng Big Universe, kung saan nananatili pa rin ang mga heterogeneity. Totoo, mayroon silang napakalaking spatial na lawak na hindi sila nakikita sa loob ng lugar na naa-access sa amin. Ang inflationary scenario ay sa ngayon ang pinakamahusay na binuo cosmological theory.

Para sa isang multiply connected universe, ang ganitong pagkakasunod-sunod ng mga kaganapan ay hindi angkop. Sa loob nito, ang lahat ng natatanging bahagi nito at ang ilan sa mga pinakamalapit na kopya nito ay magagamit para sa pagmamasid. Sa kasong ito, hindi maaaring umiral ang mga istruktura o prosesong inilalarawan ng mga kaliskis na mas malaki kaysa sa naobserbahang abot-tanaw.

Ang mga direksyon kung saan ang kosmolohiya ay kailangang paunlarin kung ang multiply na pagkakakonekta ng ating Uniberso ay nakumpirma na ay malinaw na: ito ay mga non-inflationary na modelo at ang tinatawag na mga modelo na may mahinang inflation, kung saan ang laki ng uniberso sa panahon ng inflation ay tumataas lamang. ilang beses (o sampu-sampung beses). Wala pang gayong mga modelo, at ang mga siyentipiko, na sinusubukang mapanatili ang pamilyar na larawan ng mundo, ay aktibong naghahanap ng mga bahid sa mga resulta na nakuha gamit ang isang teleskopyo ng radyo sa espasyo.

Pagproseso ng mga artifact

Ang isa sa mga grupo na nagsagawa ng mga independiyenteng pag-aaral ng data ng WMAP ay nakakuha ng pansin sa katotohanan na ang quadrupole at octupole na bahagi ng cosmic microwave background radiation ay may malapit na oryentasyon sa isa't isa at nakahiga sa isang eroplano na halos kasabay ng galactic equator. Ang konklusyon ng pangkat na ito ay mayroong isang error kapag ang pagbabawas ng background ng Galaxy mula sa data ng mga obserbasyon ng background ng microwave at ang tunay na magnitude ng mga harmonika ay ganap na naiiba.

Ang mga obserbasyon ng WMAP ay isinagawa sa 5 iba't ibang mga frequency partikular upang maayos na paghiwalayin ang kosmological at lokal na mga background. At ang pangunahing koponan ng WMAP ay naniniwala na ang pagproseso ng mga obserbasyon ay ginawa nang tama at tinatanggihan ang iminungkahing paliwanag.

Ang magagamit na cosmological data, na inilathala noong unang bahagi ng 2003, ay nakuha pagkatapos iproseso ang mga resulta ng unang taon lamang ng mga obserbasyon sa WMAP. Upang subukan ang mga iminungkahing hypotheses, gaya ng dati, kinakailangan ang pagtaas ng katumpakan. Sa simula ng 2006, ang WMAP ay gumagawa ng tuluy-tuloy na mga obserbasyon sa loob ng apat na taon, na dapat ay sapat na upang doblehin ang katumpakan, ngunit ang mga data na ito ay hindi pa nai-publish. Kailangan nating maghintay ng kaunti, at marahil ang ating mga pagpapalagay tungkol sa dodecahedral topology ng Uniberso ay magkakaroon ng ganap na konklusibong kalikasan.

Mikhail Prokhorov, Doktor ng Physical and Mathematical Sciences

Bilang karagdagan sa mga klasikal na modelong kosmolohikal, pinapayagan ka ng pangkalahatang relativity na lumikha ng napaka, napaka, napaka-exotic na mga haka-haka na mundo.

Mayroong ilang mga klasikal na modelo ng kosmolohiya na binuo sa tulong ng pangkalahatang relativity, na dinagdagan ng homogeneity at isotropy ng espasyo (tingnan ang "PM" No. 6, 2012, Paano natuklasan ang pagpapalawak ng Uniberso). Ang saradong uniberso ni Einstein ay may palaging positibong kurbada ng espasyo, na nagiging static dahil sa pagpapakilala ng tinatawag na cosmological parameter sa GR equation, na nagsisilbing antigravitational field. Sa accelerating de Sitter universe na may non-curved space, walang ordinaryong bagay, ngunit ito ay napuno din ng isang antigravitating field. Mayroon ding mga sarado at bukas na uniberso ni Alexander Friedman; ang hangganan ng mundo ng Einstein - de Sitter, na unti-unting binabawasan ang rate ng pagpapalawak sa zero sa paglipas ng panahon, at sa wakas, ang Lemaitre universe ay lumalaki mula sa isang ultra-compact na panimulang estado, ang progenitor ng Big Bang cosmology. Lahat sila, at lalo na ang modelo ni Lemaitre, ay naging mga nauna sa modernong pamantayang modelo ng ating Uniberso.

Gayunpaman, mayroong iba pang mga uniberso, na nabuo din ng isang napaka-malikhain, gaya ng nakaugalian na ngayong sabihin, ang paggamit ng mga equation ng GR. Sila ay tumutugma nang mas kaunti (o hindi tumutugma sa lahat) sa mga resulta ng astronomical at astrophysical na mga obserbasyon, ngunit ang mga ito ay madalas na napakaganda, at kung minsan kahit na eleganteng paradoxical. Totoo, ang mga mathematician at astronomer ay nag-imbento ng mga ito sa napakaraming dami na kailangan nating limitahan ang ating sarili sa ilan lamang sa mga pinakakawili-wiling halimbawa ng mga haka-haka na mundo.

Mula sa string hanggang sa pancake

Matapos ang hitsura (noong 1917) ng seminal na gawain nina Einstein at de Sitter, maraming mga siyentipiko ang nagsimulang gumamit ng mga equation ng General Relativity upang lumikha ng mga modelong kosmolohiya. Isa sa mga unang gumawa nito ay ang New York mathematician na si Edward Kasner, na naglathala ng kanyang solusyon noong 1921.

Ang kanyang uniberso ay napaka kakaiba. Ito ay hindi lamang may gravitating matter, kundi pati na rin isang antigravitating field (sa madaling salita, walang Einsteinian cosmological parameter). Tila sa perpektong walang laman na mundong ito, walang maaaring mangyari. Gayunpaman, inamin ni Kasner na ang kanyang hypothetical na uniberso ay nagbago nang hindi pantay sa iba't ibang direksyon. Lumalawak ito sa kahabaan ng dalawang coordinate axes, ngunit lumiliit sa kahabaan ng ikatlong axis. Samakatuwid, ang puwang na ito ay malinaw na anisotropic at geometrically katulad ng isang ellipsoid. Dahil ang tulad ng isang ellipsoid ay nakaunat sa dalawang direksyon at kinontrata kasama ang pangatlo, ito ay unti-unting nagiging flat pancake. Kasabay nito, ang uniberso ng Kasner ay hindi nangangahulugang humihina; ang dami nito ay tumataas ayon sa proporsyon ng edad. Sa paunang sandali, ang edad na ito ay katumbas ng zero - at, samakatuwid, ang volume ay zero din. Gayunpaman, ang mga uniberso ni Kasner ay isinilang hindi mula sa isang puntong singularity, tulad ng mundo ng Lemaitre, ngunit mula sa isang bagay na parang walang katapusang manipis na spoke - ang paunang radius nito ay katumbas ng infinity sa isang axis at zero sa dalawa.

Ano ang sikreto ng ebolusyon ng walang laman na mundong ito? Dahil ang puwang nito ay "nagbabago" nang iba sa magkakaibang direksyon, ang mga puwersa ng gravitational tidal ay lumitaw, na tumutukoy sa dinamika nito. Tila maaaring maalis ang mga ito sa pamamagitan ng pagpantay sa mga rate ng pagpapalawak sa lahat ng tatlong palakol at sa gayon ay inaalis ang anisotropy, ngunit hindi pinapayagan ng matematika ang gayong mga kalayaan. Totoo, maaaring itakda ng isa ang dalawa sa tatlong bilis na katumbas ng zero (sa madaling salita, ayusin ang mga sukat ng uniberso kasama ang dalawang coordinate axes). Sa kasong ito, ang mundo ng Kasner ay lalago sa isang direksyon lamang, at mahigpit na proporsyonal sa oras (ito ay madaling maunawaan, dahil ito ay kung paano dapat tumaas ang dami nito), ngunit ito lamang ang maaari nating makamit.

Ang uniberso ng Kazner ay maaaring manatili sa sarili lamang sa ilalim ng kondisyon ng kumpletong kawalan. Kung magdadagdag ka ng kaunting bagay dito, unti-unti itong mag-evolve tulad ng isotropic na Einstein-de Sitter universe. Sa parehong paraan, kapag ang isang nonzero na parameter ng Einstein ay idinagdag sa mga equation nito, ito (mayroon man o walang matter) ay asymptotically papasok sa mode ng exponential isotropic expansion at magiging isang de Sitter universe. Gayunpaman, ang gayong "mga additives" ay talagang nagbabago lamang sa ebolusyon ng umusbong na sansinukob. Sa oras ng kapanganakan nito, halos hindi sila gumaganap ng isang papel, at ang uniberso ay nagbabago ayon sa parehong senaryo.

Bagama't ang mundo ng Kasner ay dynamic na anisotropic, ang curvature nito sa anumang oras ay pareho sa lahat ng coordinate axes. Gayunpaman, pinapayagan ng mga equation ng GR ang pagkakaroon ng mga uniberso na hindi lamang umuusbong sa mga rate ng anisotropic, ngunit mayroon ding anisotropic curvature. Ang ganitong mga modelo ay itinayo noong unang bahagi ng 1950s ng American mathematician na si Abraham Taub. Ang mga espasyo nito ay maaaring kumilos tulad ng mga bukas na uniberso sa ilang direksyon, at bilang mga sarado sa iba. Bukod dito, sa paglipas ng panahon, maaari nilang baguhin ang sign mula sa plus hanggang minus at mula minus hanggang plus. Ang kanilang espasyo ay hindi lamang pumipintig, ngunit literal na lumiliko sa loob. Sa pisikal na paraan, ang mga prosesong ito ay maaaring iugnay sa mga gravitational wave, na nag-deform nang napakalakas sa espasyo na lokal nilang binago ang geometry nito mula sa spherical hanggang sa hugis ng saddle at vice versa. Sa pangkalahatan, kakaibang mundo, bagaman posible sa matematika.

Ang mga mundo ay nagbabago

Di-nagtagal pagkatapos ng paglalathala ng gawa ni Kazner, lumitaw ang mga artikulo ni Alexander Friedman, ang una noong 1922, ang pangalawa noong 1924. Ang mga papel na ito ay nagpakita ng nakakagulat na mga eleganteng solusyon sa mga equation ng GR, na may lubos na nakabubuo na epekto sa pag-unlad ng kosmolohiya. Ang konsepto ni Friedman ay batay sa palagay na, sa karaniwan, ang bagay ay ipinamamahagi sa kalawakan bilang simetriko hangga't maaari, iyon ay, ganap na homogenous at isotropic. Nangangahulugan ito na ang geometry ng espasyo sa bawat sandali ng isang solong oras ng kosmiko ay pareho sa lahat ng mga punto nito at sa lahat ng direksyon (mahigpit na nagsasalita, ang naturang oras ay kailangan pa ring matukoy nang tama, ngunit sa kasong ito ang problemang ito ay malulutas). Kasunod nito na ang bilis ng pagpapalawak (o pag-urong) ng uniberso sa anumang naibigay na sandali ay muling independiyente sa direksyon. Samakatuwid, ang mga uniberso ni Friedmann ay hindi katulad ng modelo ni Kasner.

Sa unang artikulo, gumawa si Friedman ng isang modelo ng isang saradong uniberso na may palaging positibong kurbada ng espasyo. Ang mundong ito ay bumangon mula sa isang estado ng paunang punto na may walang katapusang density ng bagay, lumalawak sa isang tiyak na maximum na radius (at, dahil dito, maximum na dami), pagkatapos nito ay bumagsak muli sa parehong espesyal na punto (sa wikang matematika, isang singularity).

Gayunpaman, hindi tumigil doon si Friedman. Sa kanyang opinyon, ang natagpuang solusyong kosmolohikal ay hindi nangangahulugang limitado sa pagitan sa pagitan ng inisyal at panghuling singularidad, maaari itong ipagpatuloy sa oras kapwa pasulong at paatras. Ang resulta ay isang walang katapusang grupo ng mga uniberso na nakasabit sa axis ng oras, na naghahangganan sa isa't isa sa mga punto ng singularity. Sa wika ng pisika, nangangahulugan ito na ang saradong uniberso ni Friedmann ay maaaring mag-oscillate nang walang katiyakan, namamatay pagkatapos ng bawat pag-urong at muling ipanganak sa bagong buhay sa kasunod na pagpapalawak. Ito ay isang mahigpit na pana-panahong proseso, dahil ang lahat ng mga oscillation ay nagpapatuloy sa parehong haba ng panahon. Samakatuwid, ang bawat siklo ng pagkakaroon ng uniberso ay eksaktong kopya ng lahat ng iba pang mga siklo.

Ganito ang komento ni Friedman sa modelong ito sa kanyang aklat na The World as Space and Time: “Higit pa rito, posible ang mga kaso kapag pana-panahong nagbabago ang radius ng curvature: ang uniberso ay lumiliit sa isang punto (sa wala), at muli mula sa isang puntong dinadala nito. ang radius nito sa isang tiyak na halaga, at muli, binabawasan ang radius ng curvature nito, nagiging punto ito, atbp. Sa hindi sinasadya, ang alamat ng Hindu na mitolohiya tungkol sa mga panahon ng buhay ay naaalala; posible rin na magsalita tungkol sa "paglikha ng mundo mula sa wala," ngunit sa ngayon ang lahat ng ito ay dapat ituring bilang mga kakaibang katotohanan na hindi matibay na makumpirma ng hindi sapat na astronomikal na pang-eksperimentong materyal.

Ilang taon pagkatapos ng paglalathala ng mga artikulo ni Friedman, ang kanyang mga modelo ay nakakuha ng katanyagan at pagkilala. Si Einstein ay naging seryosong interesado sa ideya ng isang oscillating universe, at hindi siya nag-iisa. Si Richard Tolman, propesor ng mathematical physics at physical chemistry sa Caltech, ay pumalit noong 1932. Hindi siya isang purong mathematician, tulad ni Friedman, o isang astronomer at astrophysicist, tulad nina de Sitter, Lemaitre, at Eddington. Si Tolman ay isang kinikilalang dalubhasa sa statistical physics at thermodynamics, na una niyang pinagsama sa kosmolohiya.

Ang mga resulta ay napaka nontrivial. Tolman ay dumating sa konklusyon na ang kabuuang entropy ng kosmos ay dapat tumaas mula sa cycle sa cycle. Ang akumulasyon ng entropy ay humahantong sa katotohanan na ang pagtaas ng bahagi ng enerhiya ng uniberso ay puro sa electromagnetic radiation, na mula sa pag-ikot hanggang sa pag-ikot ay nakakaapekto sa dinamika nito nang higit at mas malakas. Dahil dito, ang haba ng mga pag-ikot ay tumataas, ang bawat susunod ay nagiging mas mahaba kaysa sa nauna. Nagpapatuloy ang mga oscillations, ngunit hindi na nagiging pana-panahon. Bilang karagdagan, sa bawat bagong cycle, ang radius ng Tolman universe ay tumataas. Dahil dito, sa yugto ng pinakamataas na pagpapalawak, mayroon itong pinakamaliit na kurbada, at ang geometry nito ay higit pa at parami nang parami ang lumalapit sa Euclidean.

Si Richard Tolman, sa pagbuo ng kanyang modelo, ay hindi nakuha ang isang kawili-wiling posibilidad na nakuha ng pansin nina John Barrow at Mariusz Dąbrowski noong 1995. Ipinakita nila na ang oscillatory regime ng uniberso ni Tolman ay hindi maibabalik na nawasak sa pamamagitan ng pagpapakilala ng isang antigravitational cosmological parameter. Sa kasong ito, ang uniberso ng Tolman sa isa sa mga cycle ay hindi na umuurong sa isang singularidad, ngunit lumalawak sa pagtaas ng acceleration at nagiging isang uniberso ng de Sitter, na ginagawa ng uniberso ng Kazner sa isang katulad na sitwasyon. Ang anti-gravity, tulad ng kasipagan, ay nagtagumpay sa lahat!

Universe sa Mixer

Noong 1967, natuklasan ng mga American astrophysicist na sina David Wilkinson at Bruce Partridge na ang relic microwave radiation na natuklasan tatlong taon na ang nakaraan mula sa anumang direksyon ay dumarating sa Earth na may halos parehong temperatura. Sa tulong ng isang napaka-sensitibong radiometer na naimbento ng kanilang kababayan na si Robert Dicke, ipinakita nila na ang mga pagbabago sa temperatura ng mga photon sa background ng cosmic microwave ay hindi lalampas sa isang ikasampu ng isang porsyento (ayon sa modernong data, mas mababa ang mga ito). Dahil ang radiation na ito ay lumitaw nang mas maaga kaysa sa 400,000 taon pagkatapos ng Big Bang, ang mga resulta ng Wilkinson at Partridge ay nagmungkahi na kahit na ang ating uniberso ay hindi halos ganap na isotropic sa oras ng kapanganakan, nakuha nito ang pag-aari na ito nang walang pagkaantala.

Ang hypothesis na ito ay bumubuo ng isang malaking problema para sa kosmolohiya. Sa unang mga modelong kosmolohiko, ang isotropy ng espasyo ay ipinapalagay sa simula pa lamang bilang isang matematikal na pagpapalagay. Gayunpaman, sa kalagitnaan ng huling siglo, napag-alaman na ang mga equation ng GR ay ginagawang posible na makabuo ng maraming non-isotropic na uniberso. Sa konteksto ng mga resultang ito, ang halos perpektong isotropy ng cosmic microwave background ay nangangailangan ng paliwanag.

Ang ganitong paliwanag ay lumitaw lamang noong unang bahagi ng 1980s at naging ganap na hindi inaasahan. Ito ay binuo sa panimula ng bagong teoretikal na konsepto ng superfast (tulad ng karaniwang sinasabi nila, inflationary) na pagpapalawak ng Uniberso sa mga unang sandali ng pagkakaroon nito (tingnan ang "PM" No. 7, 2012, Makapangyarihang inflation). Sa ikalawang kalahati ng 1960s, ang agham ay hindi pa hinog para sa gayong mga rebolusyonaryong ideya. Ngunit, tulad ng alam mo, sa kawalan ng naselyohang papel, nakasulat sila nang payak.

Kaagad pagkatapos ng paglalathala ng artikulo nina Wilkinson at Partridge, sinubukan ng kilalang Amerikanong kosmologist na si Charles Mizner na ipaliwanag ang isotropy ng microwave radiation gamit ang medyo tradisyonal na paraan. Ayon sa kanyang hypothesis, ang mga inhomogeneities ng unang bahagi ng Uniberso ay unti-unting naglaho dahil sa mutual na "friction" ng mga bahagi nito, dahil sa pagpapalitan ng neutrino at light fluxes (sa kanyang unang publikasyon, tinawag ni Mizner ang dapat na epekto na neutrino viscosity). Ayon sa kanya, ang gayong lagkit ay maaaring mabilis na pakinisin ang paunang kaguluhan at gawing halos perpektong homogenous at isotropic ang Uniberso.

Ang programa ng pananaliksik ni Mizner ay mukhang maganda, ngunit walang mga praktikal na resulta. Ang pangunahing dahilan para sa pagkabigo nito, muli, ay ipinahayag sa pamamagitan ng pagsusuri ng microwave radiation. Anumang mga prosesong kinasasangkutan ng friction ay bumubuo ng init, ito ay isang elementarya na kinahinatnan ng mga batas ng thermodynamics. Kung ang mga pangunahing inhomogeneities ng Uniberso ay na-smooth out dahil sa neutrino o ilang iba pang lagkit, ang density ng enerhiya ng cosmic microwave background radiation ay makabuluhang mag-iiba mula sa naobserbahang halaga.

Tulad ng ipinakita ng American astrophysicist na si Richard Matzner at ang nabanggit na niyang English na kasamahan na si John Barrow noong huling bahagi ng 1970s, ang mga malalapit na proseso ay makakaalis lamang ng pinakamaliit na cosmological inhomogeneities. Para sa kumpletong "smoothing" ng Uniberso, ang iba pang mga mekanismo ay kinakailangan, at sila ay natagpuan sa balangkas ng inflationary theory.

Gayunpaman, nakakuha si Mizner ng maraming kawili-wiling resulta. Sa partikular, noong 1969 naglathala siya ng isang bagong modelo ng kosmolohiya, na ang pangalan ay hiniram niya ... mula sa isang kasangkapan sa kusina, isang home mixer na ginawa ng kumpanya. Mga Produkto ng Sunbeam! Mixmaster Universe sa lahat ng oras ay tumatalo sa pinakamalakas na mga kombulsyon, na, ayon kay Mizner, ay pinipilit ang liwanag na umikot sa mga saradong landas, paghahalo at pag-homogenize ng mga nilalaman nito. Gayunpaman, ang pag-aaral sa ibang pagkakataon ng modelong ito ay nagpakita na kahit na ang mga photon sa mundo ni Misner ay gumagawa ng mahabang paglalakbay, ang kanilang epekto sa paghahalo ay napakaliit.

Gayunpaman Mixmaster Universe napaka interesante. Tulad ng saradong uniberso ni Friedmann, ito ay lumalabas mula sa zero volume, lumalawak sa isang tiyak na maximum, at muling kumukuha sa ilalim ng sarili nitong gravity. Ngunit ang ebolusyon na ito ay hindi maayos, tulad ng Friedman, ngunit ganap na magulo at samakatuwid ay ganap na hindi mahulaan sa detalye. Sa kabataan, ang uniberso na ito ay umuusad nang matindi, lumalawak sa dalawang direksyon at kumukuha sa isang pangatlo - tulad ng sa Kasner. Gayunpaman, ang mga oryentasyon ng mga pagpapalawak at contraction ay hindi pare-pareho - sila ay random na nagbabago ng mga lugar. Bukod dito, ang dalas ng mga oscillation ay depende sa oras at may posibilidad na infinity habang papalapit ang paunang instant. Ang gayong uniberso ay dumaranas ng magulong mga pagpapapangit, tulad ng halaya na nanginginig sa isang platito. Ang mga pagpapapangit na ito, muli, ay maaaring bigyang-kahulugan bilang ang pagpapakita ng mga gravitational wave na gumagalaw sa iba't ibang direksyon, mas marahas kaysa sa modelo ng Kasner.

Mixmaster Universe pumasok sa kasaysayan ng kosmolohiya bilang ang pinaka kumplikadong haka-haka na uniberso na nilikha batay sa "dalisay" na pangkalahatang relativity. Mula sa simula ng 1980s, ang pinaka-kagiliw-giliw na mga konsepto ng ganitong uri ay nagsimulang gumamit ng mga ideya at mathematical apparatus ng quantum field theory at elementary particle theory, at pagkatapos, nang walang gaanong pagkaantala, superstring theory.

Huwag subukang burahin ang nakaraan. Hinuhubog ka nito ngayon at tinutulungan kang maging kung sino ka bukas.

Ziad K. Abdelnoir

Ang sansinukob, kahit na higit pa sa iyo at sa akin, ay hinubog ng mga kondisyong umiral sa panahon ng pagsilang nito. Ngunit anong anyo ang kinuha nito? Pinili ko ang isang tanong mula sa mambabasa na si Tom Berry na nagtatanong:

Naiintindihan ko na ang uniberso ay may hugis ng isang saddle. Nagtataka ako kung bakit, sa sandali ng Big Bang, ang lahat ng bagay ay hindi lumipad nang pantay-pantay sa lahat ng direksyon at hindi nagbigay sa uniberso ng isang spherical na hugis?

Magsimula tayo sa pamamagitan ng pag-alis ng isang dimensyon at pag-usapan kung ano ang bumubuo sa isang two-dimensional na ibabaw. Malamang na isipin mo ang isang eroplano - tulad ng isang sheet ng papel. Maaari itong i-roll sa isang silindro, at kahit na ang ibabaw ay magiging self-bonded - maaari kang pumunta mula sa isang gilid patungo sa isa pa, ito ay magiging isang patag na ibabaw.

Ano ang ibig sabihin nito? Halimbawa, maaari kang gumuhit ng isang tatsulok at magdagdag ng mga sukat ng mga panloob na sulok. Kung makakakuha tayo ng 180 degrees, kung gayon ang ibabaw ay patag. Kung gumuhit ka ng dalawang parallel na linya, mananatili sila sa kabuuan.

Ngunit ito ay isa lamang sa mga pagpipilian.

Ang ibabaw ng isang globo ay two-dimensional, ngunit hindi flat. Ang anumang linya ay magsisimulang bilugan, at kung idaragdag mo ang mga sulok ng tatsulok, makakakuha ka ng halagang higit sa 180 degrees. Sa pamamagitan ng pagguhit ng mga parallel na linya (mga linya na nagsisimula bilang parallel), makikita mo na kalaunan ay magtatagpo sila at magsalubong. Ang ganitong mga ibabaw ay may positibong kurbada.

Ang saddle surface, sa kabilang banda, ay kumakatawan sa isa pang uri ng non-planar two-dimensional surface. Ito ay malukong sa isang direksyon at matambok sa kabilang direksyon, patayo na direksyon, at isang ibabaw na may negatibong curvature. Kung gumuhit ka ng isang tatsulok dito, makukuha mo ang kabuuan ng mga anggulo na mas mababa sa 180 degrees. Dalawang magkatulad na linya ay maghihiwalay sa magkaibang direksyon.

Maaari mo ring isipin ang isang patag na bilog na piraso ng papel. Kung gupitin mo ang isang wedge mula dito at idikit ito muli, makakakuha ka ng ibabaw na may positibong kurbada. Kung ipasok mo ang wedge na ito sa isa pang katulad na piraso, makakakuha ka ng isang ibabaw ng negatibong curvature, tulad ng sa larawan.

Ang isang two-dimensional na ibabaw ay medyo madaling katawanin mula sa isang three-dimensional na espasyo. Ngunit sa ating tatlong-dimensional na uniberso, ang mga bagay ay medyo mas kumplikado.

Tulad ng para sa curvature ng uniberso, mayroon kaming tatlong mga pagpipilian:

Positibong curvature, tulad ng isang globo sa mas matataas na sukat
- negatibo, tulad ng saddle sa mas matataas na sukat
- zero (flat) - tulad ng isang three-dimensional na sala-sala

Iisipin ng isang tao na ang pagkakaroon ng Big Bang ay nagmumungkahi ng una, spherical na opsyon, dahil ang Uniberso ay tila pareho sa lahat ng direksyon - ngunit hindi ito ganoon. Mayroong isang napaka-kagiliw-giliw na dahilan kung bakit ang uniberso ay pareho sa lahat ng direksyon - at ito ay walang kinalaman sa curvature.

Ang katotohanan na ang Uniberso ay pareho sa lahat ng mga lugar (homogeneous) at mga direksyon (isotropic) ay nagpapatunay sa pagkakaroon ng Big Bang, ang hypothesis na nagsasabing ang lahat ay nagsimula mula sa isang mainit at siksik na homogenous na estado kung saan ang mga unang kondisyon at batas ng ang kalikasan ay pareho sa lahat ng dako.

Sa paglipas ng panahon, ang maliliit na paglihis ay humahantong sa paglitaw ng mga istruktura - mga bituin, kalawakan, kumpol, at malalaking void. Ngunit ang dahilan para sa homogeneity ng uniberso ay ang lahat ay may parehong simula, at hindi sa kurbada.

Ngunit masusukat natin ang dami ng kurbada.

Ang larawan ay nagpapakita ng mga pattern ng pagbabagu-bago na nakuha sa background na cosmic radiation. Ang mga peak ng fluctuation, ang pinakamainit at pinakamalamig na lugar sa mga partikular na angular na kaliskis, ay nakadepende sa kung paano gumagana ang Uniberso at kung saan ito gawa. Kung ang Uniberso ay may negatibong kurbada (saddle), ang Uniberso ay may posibilidad sa isang mas maliit na sukat, kung positibo - sa isang mas malaki.

Ang dahilan ay pareho sa aming inilarawan - kung paano kumikilos ang mga tuwid na linya sa mga ibabaw na ito.

Samakatuwid, kailangan lang nating pag-aralan ang mga pagbabago-bago ng background na cosmic microwave radiation, at masusukat natin ang curvature ng nakikitang Uniberso.

At ano ang makukuha natin?

At nakuha namin na ang halaga ng curvature na ipinapakita sa mga asul na bilog ay humigit-kumulang 0.5%. Ipinahihiwatig nito na ang kurbada ng uniberso ay hindi nakikilala sa isang eroplano.

Talagang lumawak ito nang pantay-pantay sa lahat ng direksyon, ngunit wala itong kinalaman sa curvature. Siyempre, sa mga kaliskis na mas malaki kaysa sa maaari nating obserbahan, ang kurbada ng Uniberso ay maaaring hindi zero. Ang proseso ng inflationary na naganap pagkatapos ng Big Bang ay mabilis na nagpapataas sa bawat seksyon ng uniberso.

Ibig sabihin, posibleng positibo o negatibo ang kurbada ng sansinukob, na parang saddle o globo, na nakakagapos sa sarili, at maaari tayong lumabas mula sa isang dulo at makarating sa kabilang dulo. Hindi ito maitatanggi - ngunit sa naobserbahang bahagi ay hindi. At para sa amin, ang Uniberso ay hindi nakikilala mula sa isang patag. Ngunit, tulad ng ipinapakita sa figure sa bahagi D, maaari mong ipagpalagay na ang iyong espasyo ay patag, ngunit ang uniberso ay maaaring hindi patag. Ito ay isang konklusyon mula sa impormasyong mayroon tayo.

Isipin ang isang napakalaking bola. Bagama't ito ay "mula sa labas" ay tila tatlong-dimensional, ang ibabaw nito - ang globo - ay dalawang-dimensional, dahil mayroon lamang dalawang independiyenteng direksyon ng paggalaw sa globo. Kung ikaw ay napakaliit at nakatira sa ibabaw ng bolang ito, maaari mong ipagpalagay na hindi ka nakatira sa isang globo, ngunit sa isang malaking flat two-dimensional na ibabaw. Ngunit kung sa parehong oras ay gumawa ka ng tumpak na mga sukat ng mga distansya sa isang globo, mauunawaan mo na hindi ka nakatira sa isang patag na ibabaw, ngunit sa ibabaw ng isang malaking globo ( tinatayang transl. Marahil ay mas mahusay na gumuhit ng isang pagkakatulad sa ibabaw ng globo).
Ang ideya ng curvature ng ibabaw ng isang globo ay maaaring ilapat sa buong uniberso. Ito ay isang malaking tagumpay sa Pangkalahatang Teorya ng Relativity ni Einstein. Ang espasyo at oras ay pinagsama sa iisang geometric na yunit na tinatawag space-time, at nagkaroon ng space-time na ito geometry, maaaring ito ay baluktot, kung paanong ang ibabaw ng isang malaking bola ay hubog.
Kapag tiningnan mo ang ibabaw ng isang malaking bola bilang isang bagay, nararamdaman mo ang buong espasyo ng globo sa kabuuan. Gustung-gusto ng mga mathematician ang ibabaw ng isang globo kaya ang kahulugang ito ay naglalarawan sa buong globo, hindi lamang bahagi nito. Ang isa sa mga pangunahing aspeto ng paglalarawan ng geometry ng space-time ay kailangan nating ilarawan ang lahat ng espasyo at lahat ng oras sa kabuuan nito. Nangangahulugan ito na kinakailangang ilarawan ang "lahat" at "palaging" "sa isang bote." Ang space-time geometry ay ang geometry ng lahat ng espasyo kasama ang lahat ng oras na magkasama bilang isang mathematical unit.

Ano ang tumutukoy sa geometry ng space-time?

Karaniwan, gumagana ang mga physicist sa sumusunod na paraan - naghahanap sila ng mga equation ng paggalaw na ang mga solusyon ay pinakamahusay na naglalarawan sa sistema na gustong ilarawan ng mga physicist. Ang equation ni Einstein kumakatawan klasikal na equation ng paggalaw ng space-time. Ito ay klasikal dahil ang mga quantum effect ay hindi isinasaalang-alang noong ito ay nakuha. At sa gayon, ang space-time na geometry ay itinuturing bilang isang eksklusibong klasikal na konsepto, na walang anumang quantum uncertainties. Iyon ang dahilan kung bakit ito ang pinakamahusay na pagtatantya sa eksaktong teorya.
Ayon sa mga equation ni Einstein, ang curvature ng spacetime sa isang partikular na direksyon ay direktang nauugnay sa enerhiya at momentum ng lahat sa lahat ng spacetime na hindi spacetime. Sa madaling salita, iniuugnay ng mga equation ni Einstein ang gravity sa non-gravity at geometry sa non-geometry. Ang curvature ay gravity, at lahat ng iba pa ay mga electron at quark, at kung aling mga atom ang binubuo, na kung saan, ay binubuo ng matter, electromagnetic radiation, bawat particle - ang carrier ng interaksyon (maliban sa gravity) - "nabubuhay" sa isang hubog na espasyo- oras at sa parehong oras ay tinutukoy ang curvature na ito ayon sa mga equation ni Einstein.

Ano ang geometry ng ating space-time?

Gaya ng nabanggit, ang kumpletong paglalarawan ng isang ibinigay na espasyo-oras ay kinabibilangan ng hindi lamang lahat ng espasyo, ngunit din lahat ng oras. Sa madaling salita, kasama sa space-time ang lahat ng mga kaganapan na nangyari at mangyayari pa.
Totoo, ngayon, kung tayo ay masyadong literal sa ganoong konsepto, maaari tayong magkaroon ng mga problema, dahil hindi natin maisasaalang-alang ang lahat ng pinakamaliit na pagbabago sa pamamahagi ng enerhiya at momentum density sa Uniberso na katatapos lang mangyari at mangyayari pa rin sa ang kalawakan. Ngunit, sa kabutihang palad, ang pag-iisip ng tao ay nagagawang gumana sa mga konsepto tulad ng abstraction at pagtatantya, upang makabuo tayo ng abstract na modelo na halos naglalarawan sa nakikitang uniberso nang medyo mahusay sa malalaking sukat, halimbawa, ang mga kaliskis ng mga kumpol ng kalawakan.
Ngunit upang malutas ang mga equation, ito ay hindi sapat. Kinakailangan din na gumawa ng ilang nagpapasimpleng pagpapalagay tungkol sa kurbada ng espasyo-oras. Ang unang pagpapalagay na ginagawa natin ay iyon ang spacetime ay maaaring maayos na hatiin sa espasyo at oras. Ito, gayunpaman, ay hindi laging posible, halimbawa, sa ilang mga kaso ng umiikot na mga black hole, ang espasyo at oras ay "mag-iikot" nang magkasama at sa gayon ay hindi maaaring maayos na paghiwalayin. Gayunpaman, walang indikasyon na ang ating uniberso ay maaaring umikot sa ganitong paraan. Kaya, maaari nating gawin ang pagpapalagay na ang space-time ay maaaring ilarawan bilang espasyo na nagbabago sa paglipas ng panahon.
Ang susunod na mahalagang palagay na sumusunod mula sa teorya ng Big Bang ay iyon pareho ang hitsura ng espasyo sa anumang direksyon sa anumang punto. Ang pag-aari na magmukhang pareho sa anumang direksyon ay tinatawag na isotropy, at ang hitsura ng pareho sa anumang punto ay tinatawag na pagkakapareho. Kaya, ipinapalagay namin na ang aming espasyo homogenous at isotropic. Tinatawag ito ng mga cosmologist na palagay maximum na simetrya. Ito ay pinaniniwalaan na ito ay isang makatwirang sapat na pagpapalagay sa isang malaking sukat.
Sa paglutas ng mga equation ni Einstein para sa spacetime geometry ng ating uniberso, isinasaalang-alang ng mga cosmologist ang tatlong pangunahing uri ng enerhiya na nagagawa at gumagawa ng warp spacetime:
1. vacuum na enerhiya
2. radiation
3. ordinaryong bagay
Ang radyasyon at ordinaryong bagay ay itinuturing bilang isang homogenous na gas na pumupuno sa Uniberso, na may ilang equation ng estado na may kaugnayan sa presyon sa density.
Pagkatapos gumawa ng mga pagpapalagay tungkol sa homogeneity ng mga pinagmumulan ng enerhiya at tungkol sa maximum symmetry, ang mga equation ni Einstein ay maaaring bawasan sa dalawang differential equation na madaling lutasin gamit ang pinakasimpleng paraan ng pagkalkula. Mula sa mga solusyon nakakakuha tayo ng dalawang bagay: geometry ng espasyo at pagkatapos kung paano nagbabago ang mga sukat ng espasyo sa paglipas ng panahon.

Bukas, sarado o patag?

Kung sa bawat sandali ng oras ang espasyo sa bawat punto ay mukhang pareho sa lahat ng direksyon, kung gayon ang ganoong espasyo ay dapat na mayroon pare-pareho ang kurbada. Kung ang curvature ay nagbabago mula sa isang punto hanggang sa punto, ang espasyo ay magiging iba sa iba't ibang mga punto at sa iba't ibang direksyon. Samakatuwid, kung ang espasyo ay pinakamataas na simetriko, kung gayon ang kurbada sa lahat ng mga punto ay dapat na pareho.
Ang kinakailangang ito ay medyo nagpapaliit sa mga posibleng geometry sa tatlo: espasyo na may pare-parehong positibo, negatibo, at zero na kurbada (flat). Sa kaso kapag walang vacuum energy (lambda term), mayroon lamang ordinaryong bagay at radiation, ang curvature, bilang karagdagan sa lahat, ay sumasagot din sa tanong ng oras ng ebolusyon:
positibong kurbada: Ang isang N-dimensional na espasyo na may pare-parehong positibong curvature ay isang N-dimensional na sphere. Ang cosmological model kung saan ang espasyo ay may palaging positibong curvature ay tinatawag sarado modelo ng kosmolohiya. Sa gayong modelo, ang espasyo ay lumalawak mula sa zero volume sa oras ng Big Bang, pagkatapos ay sa isang punto ng oras ay umabot sa pinakamataas na volume nito at nagsisimulang lumiit hanggang sa "Big Crunch".
Zero curvature: Ang isang puwang na may zero curvature ay tinatawag patag space. Ang ganitong patag na espasyo ay hindi siksik, ito ay umaabot nang walang hanggan sa lahat ng direksyon, tulad ng pinalawak lamang bukas space. Ang gayong uniberso ay lumalawak nang walang hanggan sa oras.
Negatibong kurbada: Ang isang N-dimensional na espasyo na may palaging negatibong curvature ay isang N-dimensional na pseudosphere. Ang tanging bagay na kung saan ang gayong kakaibang mundo ay maihahambing sa higit o hindi gaanong pamilyar ay isang hyperboloid, na isang dalawang-dimensional na hypersphere. Ang isang puwang na may negatibong curvature ay walang hanggan sa volume. Sa isang puwang na may negatibong kurbada, bukas Sansinukob. Ito rin, tulad ng isang patag, ay lumalawak nang walang hanggan sa oras.
Ano ang tumutukoy kung ang uniberso ay bukas o sarado? Para sa isang saradong Uniberso, ang kabuuang density ng enerhiya ay dapat na mas malaki kaysa sa density ng enerhiya na naaayon sa isang patag na Uniberso, na tinatawag na kritikal na density. Hayaan mong . Pagkatapos sa isang saradong uniberso w ay mas malaki sa 1, sa isang patag na uniberso w=1, at sa bukas na uniberso w ay mas mababa sa 1.
Ang lahat ng nasa itaas ay totoo lamang sa kaso kung ang mga ordinaryong uri ng bagay lamang ang isinasaalang-alang - maalikabok at radiation, at napapabayaan. vacuum na enerhiya, na maaaring naroroon. Ang densidad ng enerhiya ng vacuum ay pare-pareho, tinatawag din pare-pareho ang kosmolohiya.

Saan nagmula ang madilim na bagay?

Mayroong maraming mga bagay sa uniberso tulad ng mga bituin o mainit na gas o anumang bagay na naglalabas ng nakikitang liwanag o radiation sa iba pang mga wavelength. At ang lahat ng ito ay maaaring makita ng mga mata, o sa tulong ng mga teleskopyo, o sa ilang kumplikadong mga instrumento. Gayunpaman, hindi lang ito ang nasa ating Uniberso - sa nakalipas na dalawang dekada, nakahanap ang mga astronomo ng ebidensya na mayroong maraming bagay na hindi nakikita sa Uniberso.
Halimbawa, napag-alaman na ang nakikitang bagay sa anyo ng mga bituin at interstellar gas ay hindi sapat upang mapanatili ang gravitationally bound ng mga galaxy. Ang mga pagtatantya ng kung gaano karaming bagay ang talagang kailangan para sa isang karaniwang kalawakan upang hindi magkahiwalay ang nagbunsod sa mga pisiko at astronomo sa konklusyon na karamihan sa mga bagay sa uniberso ay hindi nakikita. Ang sangkap na ito ay tinatawag na madilim na bagay at ito ay napakahalaga para sa kosmolohiya.
Dahil may madilim na bagay sa Uniberso, ano kaya ito? Ano ang maaaring gawin nito? Kung ito ay binubuo ng mga quark, tulad ng ordinaryong bagay, kung gayon mas maraming helium at deuterium ang dapat na ginawa sa unang bahagi ng Uniberso kaysa mayroon ngayon sa ating Uniberso. Ang mga particle physicist ay may opinyon na ang dark matter ay binubuo ng mga supersymmetric na particle, na napakabigat, ngunit napakahinang nakikipag-ugnayan sa mga ordinaryong particle, na ngayon ay sinusunod sa mga accelerator.
Ang nakikitang bagay sa Uniberso, samakatuwid, ay mas mababa kaysa sa kinakailangan kahit para sa isang patag na Uniberso. Samakatuwid, kung wala nang iba pa sa Uniberso, dapat itong bukas. Gayunpaman, mayroon bang sapat na madilim na bagay upang "isara" ang Uniberso? Sa madaling salita, kung ang w B ay ang density ng ordinaryong bagay, at ang w D ay ang density ng dark matter, kung gayon ang kaugnayan w B + w D = 1 ay humahawak? Ang pag-aaral ng mga paggalaw sa mga kumpol ng kalawakan ay nagmumungkahi na ang kabuuang density ay humigit-kumulang 30% ng kritikal, habang ang nakikitang bagay ay humigit-kumulang 5%, at dark matter 25%.
Ngunit hindi ito ang katapusan - mayroon pa tayong isa pang pinagmumulan ng enerhiya sa Uniberso - ang cosmological constant.

Paano naman ang cosmological constant?

Hindi nagustuhan ni Einstein ang mga resulta ng kanyang sariling gawain. Ayon sa kanyang mga equation ng paggalaw, isang uniberso na puno ng ordinaryong bagay ay dapat lumawak. Ngunit nais ni Einstein ang isang teorya kung saan ang uniberso ay palaging mananatiling pareho ang laki. At para magawa ito, idinagdag niya sa equation ang isang terminong kilala ngayon bilang terminong kosmolohikal, na, kapag idinagdag sa densidad ng enerhiya ng ordinaryong bagay at radiation, ay humadlang sa uniberso na lumawak at hindi kailanman kumukuha, ngunit nananatiling pareho magpakailanman.
Gayunpaman, pagkatapos matuklasan ni Hubble na ang ating uniberso ay lumalawak, ang Einstein cosmological term ay nakalimutan at "inabandona". Gayunpaman, pagkaraan ng ilang panahon, ang interes dito ay nagising sa pamamagitan ng relativistic quantum theories, kung saan ang cosmological constant ay dynamic na lumilitaw sa natural na paraan mula sa quantum oscillations ng virtual particle at antiparticle. Ito ay tinatawag na quantum zero energy level at ito ay isang napaka-posibleng kandidato para sa vacuum na enerhiya space-time. Gayunpaman, ang quantum theory ay may sariling "problema" - kung paano hindi gagawing masyadong malaki ang vacuum energy na ito, at ito ang isa sa mga dahilan kung bakit ginagalugad ng mga physicist ang mga supersymmetric na teorya.
Ang cosmological constant ay maaaring mapabilis o pabagalin ang paglawak ng uniberso, depende sa kung ito ay positibo o negatibo. At kapag ang cosmological constant ay idinagdag sa space-time bilang karagdagan sa ordinaryong bagay at radiation, ang larawan ay nagiging mas nakakalito kaysa sa pinakasimpleng mga kaso ng isang bukas o saradong Uniberso na inilarawan sa itaas.

Well, ano ang sagot?

Halos kaagad pagkatapos ng Big Bang, panahon ng pangingibabaw ng radiation, na tumagal ng unang sampu hanggang isang daang libong taon ng ebolusyon ng ating Uniberso. Ngayon ang nangingibabaw na anyo ng bagay ay ordinaryong bagay at vacuum na enerhiya. Ayon sa kamakailang mga obserbasyon ng mga astronomo,
1. Ang ating Uniberso ay patag na may mahusay na katumpakan: Ang cosmic microwave background radiation ay isang relic mula sa isang panahon kung kailan ang uniberso ay mainit at puno ng mainit na photon gas. Mula noon, gayunpaman, dahil sa pagpapalawak ng Uniberso, ang mga photon na ito ay lumamig, at ngayon ang kanilang temperatura ay 2.73 K. Gayunpaman, ang radiation na ito ay bahagyang inhomogeneous, ang kanilang angular na laki ng inhomogeneities, na nakikita mula sa ating kasalukuyang posisyon, ay nakasalalay sa spatial. kurbada ng Uniberso. Kaya, ang mga obserbasyon ng anisotropy ng cosmic microwave background ay nagpapahiwatig lamang na ang aming Ang uniberso ay patag.
2. Mayroong isang cosmological constant sa Uniberso: May vacuum energy sa uniberso, o kahit isang bagay na kumikilos tulad ng vacuum energy, na nagiging sanhi ng mabilis na paglawak ng uniberso. Ang data sa mga redshift ng malalayong supernovae ay katibayan ng pinabilis na paglawak ng Uniberso.
3. Karamihan sa mga bagay sa uniberso ay nasa anyo ng madilim na bagay: Ang pag-aaral ng paggalaw ng mga kalawakan ay humahantong sa konklusyon na ang ordinaryong bagay sa anyo ng mga bituin, kalawakan, planeta at interstellar gas ay isang maliit na bahagi lamang ng lahat ng bagay sa uniberso.
Tulad ng kasalukuyang panahon


Kaya ngayon sa Uniberso ang vacuum energy density ay higit sa dalawang beses ang energy density ng dark matter, at ang kontribusyon ng baryonic visible matter ay maaaring mapabayaan lamang. Kaya't ang ating patag na uniberso ay dapat lumawak magpakailanman.

<< Ilang taon na ang ating uniberso? | Talaan ng nilalaman | Paglilibot sa Kasaysayan ng Uniberso >>