Obecná biologie 

Proč je vesmír plochý? Plochý vesmír - nekonečná expanze, nulové zakřivení

Když astronomové a fyzici říkají, že vesmír je plochý, neznamená to, že je vesmír plochý, jako prostěradlo. to je na vlastnosti trojrozměrné plochosti-euklidovská (nekřivená) geometrie ve třech rozměrech. V astronomii je euklidovský svět praktickým srovnávacím modelem okolního prostoru. Hmota v takovém světě je distribuována rovnoměrně, to znamená, že jednotka objemu obsahuje stejné množství hmoty a izotropní, to znamená, že distribuce hmoty je ve všech směrech stejná. Hmota se tam navíc nevyvíjí (například rádiové zdroje nesvítí a supernovy neblikají) a prostor je popsán nejjednodušší geometrií. Je to velmi pohodlný svět, který lze popsat, ale nežít v něm, protože tam neexistuje žádný vývoj.

Je zřejmé, že takový model neodpovídá pozorovacím faktům. Hmota kolem nás je distribuována nehomogenně a anizotropně (někde jsou hvězdy a galaxie, ale někde nejsou), shluky hmoty se vyvíjejí (mění se v čase) a prostor, jak známe z experimentálně potvrzené teorie relativity, je zakřivený .

Co je zakřivení ve 3D prostoru? V euklidovském světě je součet úhlů libovolného trojúhelníku 180 stupňů - ve všech směrech a v jakémkoli objemu. V neeuklidovské geometrii - v zakřiveném prostoru - bude součet úhlů trojúhelníku záviset na zakřivení. Dva klasické příklady jsou trojúhelník na kouli, kde je zakřivení kladné, a trojúhelník na sedlové ploše, kde je zakřivení záporné. V prvním případě je součet úhlů trojúhelníku větší než 180 stupňů a v druhém případě je menší. Když obvykle mluvíme o kouli nebo sedle, představíme si zakřivené dvourozměrné povrchy, které obklopují trojrozměrná tělesa. Když mluvíme o vesmíru, musíme pochopit, že přecházíme na koncept trojrozměrného zakřiveného prostoru-například už nemluvíme o dvojrozměrném sférickém povrchu, ale o trojrozměrné hypersféře.

Proč je tedy vesmír plochý v trojrozměrném smyslu, když je prostor zakřivený nejen kupami galaxií, naší Galaxií a Sluncem, ale dokonce i Zemí? V kosmologii je vesmír vnímán jako celý objekt. A jako celý objekt má určité vlastnosti. Například, počínaje některými velmi velkými lineárními měřítky (zde můžete uvažovat o 60 megaparsecích [~ 180 milionů světelných let] a 150 Mpc), je hmota ve vesmíru distribuována rovnoměrně a izotropicky. V menším měřítku jsou pozorovány kupy a nadkupy galaxií a prázdnoty mezi nimi, to znamená, že je narušena homogenita.

Jak lze změřit plochost vesmíru jako celku, pokud jsou informace o rozložení hmoty v kupách omezeny citlivostí našich dalekohledů? Je nutné pozorovat jiné objekty v jiném rozsahu. To nejlepší, co nám příroda dala, je kosmické mikrovlnné pozadí neboli neboli, které po oddělení od hmoty 380 tisíc let po Velkém třesku obsahuje informace o rozložení této hmoty doslova od prvních okamžiků existence Vesmíru.

Zakřivení vesmíru je spojeno s kritickou hustotou rovnou 3H 2 / 8πG (kde H je Hubbleova konstanta, G je gravitační konstanta), která určuje jeho tvar. Hodnota parametru je velmi malá - asi 9,3 × 10 - 27 kg / m 3 nebo 5,5 atomů vodíku na metr krychlový. Tento parametr rozlišuje nejjednodušší kosmologické modely založené na Friedmannových rovnicích, které popisují: pokud je hustota vyšší než kritická, pak má prostor kladné zakřivení a expanze vesmíru v budoucnosti bude nahrazena kontrakcí; pokud je nižší než kritický, pak má prostor negativní zakřivení a expanze bude věčná; pokud je kritická hustota stejná, expanze bude také věčná s přechodem ve vzdálené budoucnosti do euklidovského světa.

Kosmologické parametry popisující hustotu vesmíru (a hlavní jsou hustota temné energie, hustota temné hmoty a hustota baryonické [viditelné] hmoty) jsou vyjádřeny jako poměr ke kritické hustotě. Podle měření záření kosmického mikrovlnného pozadí je relativní hustota temné energie Ω Λ = 0,6879 ± 0,0087 a relativní hustota veškeré hmoty (tj. Součet hustoty tmavé a viditelné hmoty) je Ω m = 0,3121 ± 0,0087.

Pokud sečteme všechny energetické složky vesmíru (hustotu temné energie, veškeré hmoty, stejně jako méně významné v naší době, hustotu záření a neutrin a další), pak dostaneme hustotu veškeré energie, která je vyjádřena jako poměr ke kritické hustotě vesmíru a označuje Ω 0. Pokud je tato relativní hustota 1, pak je zakřivení vesmíru 0. Odchylka Ω 0 od jednoty popisuje hustotu energie vesmíru Ω K spojenou se zakřivením. Měřením úrovně nehomogenit (kolísání) v distribuci reliktního záření pozadí jsou určeny všechny parametry hustoty, jejich celková hodnota a v důsledku toho parametr zakřivení Vesmíru.

Na základě výsledků pozorování, s přihlédnutím pouze k datům CMB (teplota, polarizace a čočka), bylo určeno, že parametr zakřivení je velmi malý k nule v rámci malých chyb: Ω K = -0,004 ± 0,015, - a při zohlednění zaznamenat údaje o distribuci kup galaxií a rychlosti expanze měření podle údajů o parametru supernov typu Ia Ω K = 0,0008 ± 0,0040. To znamená, že vesmír je plochý s vysokou přesností.

Proč je to důležité? Rovinatost vesmíru je jedním z hlavních ukazatelů éry velmi rychlých, popsaných inflačním modelem. Například v okamžiku narození mohl mít vesmír velmi velké zakřivení, zatímco nyní je podle údajů o radikálovém záření známo, že je plochý. Inflační expanze zplošťuje celý pozorovatelný prostor (což samozřejmě znamená velké měřítka, na kterých není zakřivení prostoru hvězdami a galaxiemi významné) stejným způsobem, jako zvětšení poloměru kruhu narovnává ten druhý a nekonečný poloměr kruh vypadá jako přímka.

V dávných dobách si lidé mysleli, „že Země je plochá a stojí na třech velrybách, pak se ukázalo, že náš ekumen je kulatý, a pokud budete neustále plachtit na západ, pak se po chvíli vrátíte do výchozího bodu z východu. Podobně se měnily i pohledy na Vesmír. Svého času Newton věřil, že prostor je plochý a nekonečný. Einstein dovolil, aby byl náš svět nejen neomezený a křivý, ale také uzavřený. Nejnovější údaje získané v procesu studia CMB naznačují, že vesmír může být uzavřen sám před sebou. Ukazuje se, že pokud budete neustále létat ze Země, v určitém okamžiku se k ní začnete přibližovat a nakonec se vrátíte zpět, obejdete celý vesmír a dokončíte cesta kolem světa, stejně jako jedna z magellanských lodí, která objela celý Země, plul do španělského přístavu Sanlúcar de Barrameda.

Hypotéza, že se náš vesmír zrodil v důsledku Velkého třesku, je nyní všeobecně přijímána. Hmota byla zpočátku velmi horká, hustá a rychle expandující. Poté teplota vesmíru klesla na několik tisíc stupňů. Látka v tuto chvíli sestávala z elektronů, protonů a částic alfa (jádra hélia), to znamená, že to byl vysoce ionizovaný plyn - plazma, která byla neprůhledná pro světlo a jakékoli elektromagnetické vlny... Rekombinace (kombinace) jader a elektronů, která začala v této době, tj. Tvorba neutrálních atomů vodíku a helia, se radikálně změnila optické vlastnosti Vesmír. Stala se transparentní pro většinu elektromagnetických vln.

Studiem světelných a rádiových vln lze tedy vidět pouze to, co se stalo po rekombinaci, a vše, co se stalo předtím, je pro nás uzavřeno jakousi „ohnivou stěnou“ ionizované hmoty. Nahlédnout do historie Vesmíru je možné mnohem hlouběji, pouze pokud se naučíme registrovat reliktní neutrina, u nichž se horká hmota stala transparentními mnohem dříve, a primární gravitační vlny, pro které hmota jakékoli hustoty není překážkou, ale toto je záležitost budoucnosti a zdaleka ne nejbližší.

Od vzniku neutrálních atomů se náš vesmír rozšířil přibližně 1 000krát a záření epochy rekombinace je dnes na Zemi pozorováno jako reliktní mikrovlnné pozadí s teplotou asi tři stupně Kelvina. Toto pozadí, poprvé objevené v roce 1965 při testování velké rádiové antény, je prakticky stejné ve všech směrech. Podle moderních údajů je reliktních fotonů stamilionkrát více než atomů, takže náš svět je prostě zaplaven proudy silně zarudlého světla vyzařovaného v prvních minutách života vesmíru.

Klasická topologie vesmíru

Na stupnicích větších než 100 megaparseků je část vesmíru, kterou vidíme, poměrně rovnoměrná. Všechny husté shluky hmoty - galaxie, jejich kupy a nadkupy - jsou pozorovány pouze na menších vzdálenostech. Navíc je vesmír také izotropní, to znamená, že jeho vlastnosti jsou stejné v libovolném směru. Tyto experimentální skutečnosti jsou základem všech klasických kosmologické modely, ve kterém se předpokládá sférická symetrie a prostorová homogenita rozložení hmoty.

Klasická kosmologická řešení rovnic obecná teorie Einsteinova relativita (GR), kterou v roce 1922 našel Alexander Friedman, má nejjednodušší topologii. Jejich prostorové řezy připomínají roviny (pro nekonečná řešení) nebo koule (pro ohraničená řešení). Ukázalo se však, že takové vesmíry mají alternativu: vesmír konečného objemu, který nemá žádné hrany a hranice, uzavřený sám o sobě.

První řešení, která Friedman našel, popsané vesmíry naplněné pouze jedním druhem látky. Kvůli rozdílu v průměrné hustotě hmoty vznikly různé obrázky: pokud překročil kritickou úroveň, získal se uzavřený vesmír s pozitivním prostorovým zakřivením, konečnými rozměry a životností. Jeho expanze se postupně zpomalovala, zastavovala a byla nahrazena kompresí do bodu. Vesmír s hustotou pod kritickou měl negativní zakřivení a nekonečně se rozpínal, přičemž jeho inflace dosahovala určité konstantní hodnoty. Tento model se nazývá otevřený. Plochý vesmír - mezilehlý případ s hustotou přesně rovnou kritickému - je nekonečný a jeho okamžité prostorové úseky jsou plochým euklidovským prostorem s nulovým zakřivením. Plochý, jako otevřený, se nekonečně dlouho rozpíná, ale rychlost jeho rozpínání má tendenci k nule. Později byly vynalezeny složitější modely, ve kterých byl homogenní a izotropní vesmír naplněn vícesložkovou hmotou, která se v průběhu času mění.

Moderní pozorování ukazují, že vesmír se nyní zrychluje (viz „Za horizontem univerzálních událostí“, č. 3, 2006). Toto chování je možné, pokud je prostor naplněn určitou látkou (často nazývanou temná energie) s vysokým podtlakem, blízkým hustotě energie této látky. Tato vlastnost temné energie vede ke vzniku jakési antigravitace, která ve velkém překonává přitažlivé síly běžné hmoty. První takový model (s tzv. Lambdachlen) navrhl sám Albert Einstein.

Zvláštní způsob rozpínání Vesmíru vzniká, pokud tlak této hmoty nezůstává konstantní, ale s časem se zvyšuje. V tomto případě nárůst velikosti roste tak rychle, že se vesmír v konečném čase stává nekonečným. Taková prudká inflace prostorových rozměrů, doprovázená destrukcí všech hmotných objektů, od galaxií do elementárních částic, se říkalo Big Rip.

Všechny tyto modely neznamenají žádné zvláštní topologické vlastnosti vesmír a představují jej podobně jako náš obvyklý prostor. Tento obrázek je v dobré shodě s údaji, které astronomové získávají pomocí dalekohledů, které zaznamenávají infračervené, viditelné, ultrafialové a rentgenové paprsky. A pouze data rádiových pozorování, konkrétně podrobná studie reliktního pozadí, přiměla vědce pochybovat, že je náš svět uspořádán tak přímočaře.

Vědcům bude dlouho trvat, než se podívají za „ohnivou zeď“, která nás odděluje od událostí prvních tisíc let života našeho vesmíru. Ale s pomocí laboratoří vypuštěných do vesmíru se každý rok stále více dozvídáme o tom, co se stalo po transformaci horké plazmy na teplý plyn.

Orbitální rádiový přijímač

První výsledky získané vesmírnou observatoří WMAP (Wilkinsonova mikrovlnná anizotropní sonda), která měřila výkon CMB, byly publikovány v lednu 2003 a obsahovaly tolik dlouho očekávaných informací, že její realizace není ani dnes úplná. K vysvětlení nových kosmologických dat se obvykle používá fyzika: stavové rovnice, zákony expanze a spektra počátečních poruch. Ale tentokrát povaha detekované úhlové nehomogenity záření vyžadovala úplně jiné vysvětlení - geometrické. Přesněji topologické.

Hlavním cílem WMAP bylo vytvořit podrobnou mapu teploty záření pozadí (nebo, jak se také nazývá, mikrovlnného pozadí). WMAP je mimořádně citlivý rádiový přijímač, který současně detekuje signály přicházející ze dvou téměř diametrálně opačných bodů na obloze. Hvězdárna byla vypuštěna v červnu 2001 na obzvláště klidnou a „tichou“ oběžnou dráhu umístěnou v takzvaném Lagrangeově bodě L2, jeden a půl milionu kilometrů od Země. Tento satelit o hmotnosti 840 kg je ve skutečnosti na oběžné dráze blízké Slunci, ale díky kombinovanému působení gravitačních polí Země a Slunce je jeho doba revoluce přesně jeden rok a ze Země neodletí. Družice byla vypuštěna na tak vzdálenou oběžnou dráhu, takže interference z pozemské technogenní činnosti nerušila příjem reliktního radiového záření.

Na základě údajů získaných vesmírnou rádiovou observatoří bylo možné určit s nebývalou přesností velké množství kosmologické parametry. Za prvé, poměr celkové hustoty vesmíru ke kritickému je 1,02 ± 0,02 (to znamená, že náš vesmír je plochý nebo uzavřený s velmi malým zakřivením). Za druhé, Hubblova konstanta, která ve velkém charakterizuje expanzi našeho světa, je 72 ± 2 km / s / Mpc. Za třetí, věk Vesmíru je 13,4 ± 0,3 miliardy let a červený posun odpovídající času rekombinace je 1088 ± 2 (to je průměrná hodnota, tloušťka hranice rekombinace je mnohem větší než uvedená chyba). Nejsenzačnějším výsledkem pro teoretiky bylo úhlové spektrum poruch reliktního záření, přesněji příliš malá hodnota druhé a třetí harmonické.

Takové spektrum je konstruováno tak, že prezentuje teplotní mapu jako součet různých sférických harmonických (multipólů). V tomto případě se z obecného obrazu poruch rozlišují proměnné složky, které se do sféry vejdou celé číslo: čtyřnásobek - 2krát, oktupole - 3krát atd. Čím vyšší je počet sférických harmonických, tím více vysokofrekvenčních oscilací pozadí popisuje a tím menší je úhlová velikost odpovídajících „skvrn“. Teoreticky je počet sférických harmonických nekonečný, ale pro skutečná karta pozorování, je omezeno úhlovým rozlišením, se kterým byla pozorování provedena.

Ke správnému měření všech sférických harmonických je zapotřebí mapa celé nebeské sféry a WMAP obdrží svoji ověřenou verzi jen za jeden rok. Ty první nejsou moc dobré podrobné mapy byly získány v roce 1992 v experimentech Relikt a COBE (Cosmic Background Explorer).

Jak vypadá bagel jako šálek kávy?
Existuje takové odvětví matematiky - topologie, která zkoumá vlastnosti těles, která jsou zachována při jakýchkoli deformacích bez zlomů a lepidel. Představte si, že geometrické těleso, které nás zajímá, je pružné a snadno deformovatelné. V tomto případě lze například kostku nebo pyramidu snadno přeměnit na kouli nebo láhev, torus („koblihu“) na šálek kávy s držadlem, ale nebude možné z koule udělat kouli šálek s držadlem, pokud toto snadno deformovatelné tělo. Abyste kouli rozdělili na dva nespojené kusy, stačí provést jeden uzavřený řez a totéž můžete udělat s torusem provedením dvou řezů. Topologové jednoduše zbožňují nejrůznější exotické stavby, jako je plochý torus, rohovitá koule nebo Kleinova láhev, které lze správně zobrazit pouze v prostoru s dvakrát velký počet Měření. Náš trojrozměrný vesmír, uzavřený na sebe, si tedy lze snadno představit pouze tím, že žijeme v šestidimenzionálním prostoru. Vesmírní topologové na chvíli ještě nezasáhli a nechali mu příležitost jednoduše plynout lineárně a před ničím se neuzavírat. Takže schopnost pracovat v prostoru sedmi dimenzí dnes stačí na to, abychom pochopili, jak složitý je náš dodekahedrální vesmír.

Konečná teplotní mapa CMB je postavena na pečlivé analýze map zobrazujících intenzitu radiového záření v pěti různých frekvenčních rozsazích

Nečekané rozhodnutí

U většiny sférických harmonických se získaná experimentální data shodovala s modelovými výpočty. Pouze dvě harmonické, quadrupole a octupole, byly jasně pod úrovní očekávanou teoretiky. Pravděpodobnost, že by k tak velkým odchylkám mohlo dojít náhodou, je navíc extrémně malá. Potlačení kvadrupólu a oktupolu bylo zaznamenáno již v datech COBE. Karty obdržené v těchto letech však měly špatné rozlišení a vysoký šum, takže diskuse o tomto problému byla odložena na lepší časy. Z jakého důvodu se amplitudy dvou největších kolísání intenzity CMB ukázaly být tak malé, zpočátku to bylo úplně nepochopitelné. Dosud nebylo možné přijít s fyzickým mechanismem, který by je potlačil, protože musí působit v měřítku celého pozorovaného vesmíru, dělat ho homogennějším a zároveň přestat pracovat v menších měřítcích, což mu umožňuje kolísat silněji. To je pravděpodobně důvod, proč začali hledat alternativní způsoby a našli topologickou odpověď na vzniklou otázku. Matematické řešení fyzický problém se ukázalo být překvapivě elegantní a nečekané: stačilo předpokládat, že Vesmír je dvanáctistěn uzavřený na sobě. Potom lze potlačení nízkofrekvenčních harmonických vysvětlit prostorovou vysokofrekvenční modulací záření pozadí. Tento efekt vzniká v důsledku vícenásobného pozorování stejné oblasti rekombinujícího plazmatu prostřednictvím různých částí uzavřeného dodekahedrálního prostoru. Ukazuje se, že se zdá, že nízké harmonické samy zanikají v důsledku průchodu rádiového signálu různými aspekty vesmíru. V takovém topologickém modelu světa se události, které se odehrávají poblíž jedné z tváří dvanáctistěnu, ukáží jako blízké protější tváři, protože tyto oblasti jsou totožné a ve skutečnosti jsou stejnou částí vesmíru. Z tohoto důvodu se ukázalo, že reliktní světlo přicházející na Zemi z diametrálně opačných stran je emitováno stejnou oblastí primárního plazmatu. Tato okolnost vede k potlačení nejnižších harmonických ve spektru reliktního záření i ve Vesmíru s jen o něco větším horizontem viditelných událostí.

Mapa anizotropie
Čtyřnásobek uvedený v textu článku není nejnižší sférickou harmonickou. Kromě toho existuje monopól (nulová harmonická) a dipól (první harmonická). Velikost monopolu je určena průměrnou teplotou reliktního záření, která je dnes 2,728 K. Po odečtení od obecného pozadí se dipólová složka ukazuje jako největší a ukazuje, jak moc je teplota na jedné z polokoulí prostoru, který nás obklopuje, je vyšší než v ostatních. Přítomnost této složky je způsobena především pohybem Země a Mléčná dráha vzhledem k reliktnímu pozadí. Díky Dopplerovu jevu teplota stoupá ve směru jízdy a v opačném směru klesá. Tato okolnost umožní určit rychlost jakéhokoli objektu ve vztahu k reliktnímu záření a zavést tak dlouho očekávaný absolutní souřadný systém, lokálně v klidu ve vztahu k celému vesmíru.

Velikost dipólové anizotropie spojené s pohybem Země je 3,353 * 10-3 K. To odpovídá pohybu Slunce vzhledem k pozadí CMB při rychlosti asi 400 km / s. Současně „letíme“ ve směru hranice souhvězdí Lva a Kalicha a „odlétáme“ ze souhvězdí Vodnáře. Naše Galaxie se spolu s místní skupinou galaxií, do které vstupuje, pohybuje vzhledem k relikvii rychlostí asi 600 km / s.

Všechny ostatní poruchy (počínaje kvadrupólem a vyššími) na mapě pozadí jsou způsobeny nehomogenitami hustoty, teploty a rychlosti hmoty na hranici rekombinace, jakož i radiovou emisí z naší Galaxie. Po odečtení dipólové složky je celková amplituda všech ostatních odchylek pouze 18 * 10-6 K. Aby se vyloučilo vlastní záření Mléčné dráhy (soustředěné hlavně v rovině galaktického rovníku), jsou pozorování mikrovlnného pozadí prováděné v pěti frekvenčních pásmech v rozmezí od 22,8 GHz do 93, 5 GHz.

Kombinace s torusem

Nejjednodušší těleso se složitější topologií než koule nebo letadlo je torus. Každý, kdo držel v rukou koblihu, ho může zastupovat. Další správnější matematický model plochého torusu ukazují obrazovky některých počítačové hry: je to čtverec nebo obdélník, jehož protilehlé strany jsou identifikovány, a pokud se pohybující předmět spustí dolů, objeví se shora; po překročení levého okraje obrazovky se objeví zpoza pravého a naopak. Takový torus je nejjednodušším příkladem světa s netriviální topologií, který má konečný objem a zároveň nemá žádné hranice.

V trojrozměrném prostoru lze podobný postup provést s krychlí. Pokud identifikujeme jeho protilehlé tváře, pak se vytvoří trojrozměrný torus. Pokud se podíváte na okolní prostor zevnitř takové krychle, můžete vidět nekonečný svět skládající se z kopií jeho jediné a jediné jedinečné (neopakující se) části, jejíž objem je docela konečný. V takovém světě neexistují žádné hranice, ale existují tři rozlišené směry rovnoběžné s okraji původní krychle, podél kterých jsou pozorovány periodické řady původních objektů. Tento obrázek je velmi podobný tomu, co lze vidět uvnitř krychle se zrcadlovými stěnami. Je pravda, že při pohledu na kteroukoli jeho stránku uvidí obyvatel takového světa jeho hlavu, a ne tvář, jako v pozemské komnatě smíchu. Správnějším modelem by byla místnost vybavená 6 televizními kamerami a 6 plochými LCD monitory, které zobrazují obraz pořízený kamerou umístěnou naproti. V tomto modelu viditelný svět se uzavírá do sebe kvůli východu do jiné televizní dimenze.

Výše popsaný obraz potlačení nízkofrekvenčních harmonických je správný, pokud je doba, za kterou světlo projde počátečním objemem, dostatečně malá, to znamená, že pokud jsou rozměry počátečního tělesa ve srovnání s kosmologickými měřítky malé. Pokud se rozměry části vesmíru přístupné pro pozorování (takzvaný horizont vesmíru) ukáží jako menší než rozměry počátečního topologického objemu, pak se situace nebude lišit od toho, co vidíme v běžném nekonečný Einsteinův vesmír a nebudou pozorovány žádné anomálie ve spektru reliktního záření.

Maximální možné prostorové měřítko v takovém světě krychle je určeno rozměry původního těla - vzdálenost mezi jakýmikoli dvěma tělesy nesmí překročit polovinu hlavní úhlopříčky původní krychle. Světlo, které k nám přichází z hranice rekombinace, může po cestě několikrát překročit původní krychli, jako by se odráželo v jejích zrcadlových stěnách, proto je úhlová struktura záření narušena a nízkofrekvenční fluktuace se stávají vysokofrekvenčními . Výsledkem je, že čím menší je počáteční objem, tím silnější je potlačení nejnižších velkých úhlových fluktuací, což znamená, že studiem reliktního pozadí lze odhadnout velikost našeho vesmíru.

3D mozaiky

Plochý topologicky složitý trojrozměrný vesmír lze postavit pouze na základě kostek, rovnoběžnostěnů a hexahedrálních hranolů. V případě zakřiveného prostoru má takové vlastnosti širší třída figur. V tomto případě úhlová spektra získaná v experimentu WMAP nejvíce dobře souhlasí s modelem vesmíru, který má tvar dvanáctistěnu. Tento pravidelný mnohostěn s 12 pětiúhelníkovými plochami připomíná fotbalový míč ušitý z pětiúhelníkových nášivek. Ukazuje se, že v prostoru s malým kladným zakřivením mohou pravidelné dvanáctistěn vyplňovat celý prostor bez děr a vzájemných průniků. Při určitém poměru mezi velikostí dvanáctistěnu a zakřivením to vyžaduje 120 sférických dvanáctistěnů. Tuto složitou strukturu stovek „koulí“ lze navíc zredukovat na topologicky ekvivalentní, skládající se pouze z jednoho jediného dodekaedru, ve kterém jsou identifikovány protilehlé plochy otočené o 180 stupňů.

Vesmír vytvořený z takového dvanáctistěnu má řadu zajímavých vlastností: neexistují v něm žádné zvolené směry a popisuje hodnotu nejnižších úhlových harmonických reliktního pozadí lépe než většina ostatních modelů. Takový obraz vzniká pouze v uzavřeném světě s poměrem skutečné hustoty hmoty ke kritické 1,013, který spadá do rozmezí hodnot povolených dnešními pozorováními (1,02 ± 0,02).

Pro běžného obyvatele Země nemají všechny tyto topologické spletitosti na první pohled velký význam. Ale pro fyziky a filozofy - úplně jiná záležitost. Tato hypotéza je velmi zajímavá jak pro světonázor jako celek, tak pro jednotnou teorii vysvětlující strukturu našeho světa. Poté, co vědci objevili anomálie ve spektru relikvie, začali hledat další skutečnosti, které by mohly navrhovanou topologickou teorii potvrdit nebo vyvrátit.

Znějící plazma
Na spektru fluktuací CMB červená čára označuje předpovědi teoretického modelu. Šedá chodba kolem ní je přípustnými odchylkami a černé tečky jsou výsledky pozorování. Většina dat byla získána v experimentu WMAP a pouze pro nejvyšší harmonické jsou přidány výsledky studií CBI (balón) a ACBAR (pozemní Antarktida). Na normalizovaném grafu úhlového spektra fluktuací CMB je vidět několik maxim. Jde o takzvané „akustické špičky“ nebo „Sacharovovy oscilace“. Jejich existenci teoreticky předpověděl Andrej Sacharov. Tyto píky jsou způsobeny Dopplerovým efektem a jsou způsobeny pohybem plazmy v době rekombinace. Maximální amplituda vibrací spadá na velikost kauzálně související oblasti (zvukový horizont) v době rekombinace. V menších měřítcích byly oscilace plazmy oslabeny viskozitou fotonu a ve velkých měřítcích byly odchylky navzájem nezávislé a nebyly fázovány. Proto maximální fluktuace pozorované v moderní éra, spadá pod úhly, ve kterých je dnes viditelný zvukový horizont, tedy oblast primární plazmy, která v okamžiku rekombinace žila jediným životem. Přesná poloha maxima závisí na poměru celkové hustoty vesmíru k kritickému. Pozorování ukazují, že první, nejvyšší vrchol se nachází asi na 200. harmonické, což podle teorie s vysokou přesností odpovídá plochému euklidovskému vesmíru.

Mnoho informací o kosmologických parametrech je obsaženo ve druhém a následujících akustických špičkách. Jejich samotná existence odráží skutečnost, že akustické kmity v plazmě jsou „fázovány“ v epochě rekombinace. Pokud by takové spojení neexistovalo, pak by byl pozorován pouze první vrchol a výkyvy ve všech menších měřítcích by byly stejně pravděpodobné. Ale aby mohl vzniknout takový příčinný vztah fluktuací v různých měřítcích, musely být tyto (velmi daleko od sebe) oblasti schopny vzájemně komunikovat. Právě tato situace přirozeně vzniká v modelu inflačního Vesmíru a sebevědomá detekce druhého a následných vrcholů v úhlovém spektru fluktuací CMB je jedním z nejvýznamnějších potvrzení tohoto scénáře.

Pozorování CMB byla provedena v oblasti blízké maximu tepelného spektra. Pro teplotu 3K je to na rádiové vlnové délce 1 mm. WMAP prováděl svá pozorování na mírně delších vlnových délkách: od 3 mm do 1,5 cm. Tento rozsah je dostatečně blízko maximu a v něm je hluk z hvězd naší Galaxie nižší.

Mnohostranný svět

V dodekaedrálním modelu protínají horizont událostí a hranice rekombinace ležící velmi blízko každé z 12 tváří dvanáctistěnu. Průsečík hranice rekombinace a počátečního mnohostěnu tvoří na mikrovlnné mapě pozadí 6 párů kruhů umístěných v opačných bodech nebeské sféry. Úhlový průměr těchto kruhů je 70 stupňů. Tyto kruhy leží na protilehlých tvářích původního dvanáctistěnu, to znamená, že se geometricky a fyzicky shodují. V důsledku toho by se rozdělení fluktuací CMB podél každého páru kruhů mělo shodovat (s přihlédnutím k rotaci o 180 stupňů). Na základě dostupných údajů zatím žádné takové kruhy nebyly nalezeny.

Ale tento jev, jak se ukázalo, je složitější povahy. Kruhy budou stejné a symetrické pouze pro pozorovatele, který je nehybný vzhledem k reliktnímu pozadí. Země se na druhou stranu vůči ní pohybuje dostatečně vysokou rychlostí, a proto se v radiaci pozadí objevuje významná dipólová složka. V tomto případě se kruhy mění na elipsy, mění se jejich velikost, umístění na obloze a průměrná teplota podél kruhu. Hledání identických kruhů za přítomnosti takovýchto zkreslení se stává mnohem obtížnějším a přesnost dnes dostupných údajů se stává nedostatečnou - jsou zapotřebí nová pozorování, která pomohou pochopit, zda existují nebo ne.

Vícenásobná inflace

Snad nejzávažnější problém všech topologicky složitých kosmologických modelů, kterých již existuje značný počet, má převážně teoretický charakter. Inflační scénář vývoje vesmíru je dnes považován za standardní. Bylo navrženo vysvětlit vysokou homogenitu a izotropii pozorovaného vesmíru. Vesmír, který se zrodil na počátku, byl podle něj dosti heterogenní. Poté, v procesu inflace, kdy se vesmír rozpínal podle zákona blízkého exponenciálnímu zákonu, se jeho původní rozměry zvýšily o mnoho řádů. Dnes vidíme jen malou část Velkého vesmíru, ve které stále přetrvávají nepravidelnosti. Je pravda, že mají tak velký prostorový rozsah, že jsou v oblasti přístupné nám neviditelní. Inflační scénář je dosud nejlépe vyvinutou kosmologickou teorií.

Pro mnohonásobně propojený vesmír není tato posloupnost událostí vhodná. K pozorování je k dispozici celá její jedinečná část a některé její nejbližší kopie. V tomto případě nemohou existovat struktury nebo procesy popsané měřítky mnohem většími než pozorovaný horizont.

Směry, kterými se bude muset kosmologie rozvíjet, pokud se potvrdí mnohospojenost našeho vesmíru, jsou již jasné: jedná se o neinflační modely a takzvané modely se slabou inflací, ve kterých velikost vesmíru během inflace se zvyšuje jen několikrát (nebo desítkykrát). Zatím takové modely neexistují a vědci, kteří se snaží zachovat známý obraz světa, aktivně hledají nedostatky ve výsledcích získaných vesmírným radioteleskopem.

Zpracování artefaktů

Jedna ze skupin, které prováděly nezávislé studie dat WMAP, upozornila na skutečnost, že kvadrupólové a oktupolové složky CMB mají blízkou orientaci a leží v rovině, která se téměř shoduje s galaktickým rovníkem. Závěr této skupiny: došlo k chybě při odečtení pozadí Galaxie od pozorovacích údajů mikrovlnného pozadí a skutečná hodnota harmonických je zcela odlišná.

Pozorování WMAP byla provedena na 5 různých frekvencích, konkrétně za účelem správného oddělení kosmologického a místního pozadí. A hlavní tým WMAP věří, že zpracování pozorování bylo provedeno správně, a odmítá navrhované vysvětlení.

Dostupné kosmologické údaje, publikované na začátku roku 2003, byly získány po zpracování výsledků pouze prvního roku pozorování WMAP. K testování navrhovaných hypotéz je jako obvykle zapotřebí zvýšení přesnosti. Začátkem roku 2006 WMAP provádí nepřetržitá pozorování po dobu čtyř let, což by mělo stačit na zdvojnásobení přesnosti, ale tato data ještě nebyla zveřejněna. Je třeba chvíli počkat a možná se naše předpoklady o dodekahedrální topologii vesmíru stanou zcela průkaznými.

Michail Prokhorov, doktor fyziky a matematiky

Před naším vesmírem existoval ještě jeden a ten, ve kterém žijeme, je plochý. Tyto dva objevy v roce 2010 změnily lidské chápání evoluce vesmíru. Vědci dokázali, že hmotnost vesmíru je 70 procent tajemné „temné energie“, která urychluje její expanzi. Pokud se obě teorie potvrdí, může to být nový krok k pochopení světa.

První objev provedl jeden z nejskvělejších fyziků naší doby - Roger Penrose z Oxfordské univerzity. Položil otázku: co předcházelo Velkému třesku, který podle dominantní teorie vyústil ve vznik času, hmoty a prostoru?

V důsledku svého výzkumu našel Penrose důkazy o existenci jiného vesmíru, který předcházel našemu. A obecně podle vědce probíhá vývoj vesmíru cyklicky: vesmíry se rodí, umírají a znovu se rodí z vlastního popela, prožívají období, která fyzik nazýval „eony“. Jeho teorie vysvětluje, proč byl vesmír původně velmi uspořádaný, což umožňovalo vznik velmi složitých objektů.

Druhou studii, publikovanou v Nature, provedli Christian Marinoni a Edlene Buzzi, francouzští fyzici z University of Provence. Vrací nás to k dávno zapomenuté teorii Alberta Einsteina, že náš vesmír je plochý. Najednou to Einstein opustil, protože to považoval za chybné. Je to však právě tato forma vesmíru, která umožnila vysvětlit existenci „temné energie“ - hlavní hnací silou Vesmír. Francouzští vědci dokázali, že 74 procent hmotnosti vesmíru je tato energie, což urychluje její expanzi.

Dnes dominuje teorie, že vesmír vznikl před 13,7 miliardami let z jednoho velkého bodu

hustota, která byla v důsledku Velkého třesku v prvních okamžicích jeho existence „horkou polévkou“ volných částic nevázaných do atomů. Teplota této „polévky“ byla tisíce milionů stupňů (tyto podmínky byly v poslední době úspěšně reprodukovány na Large Hadron Collider - LHC). Po vzniku se vesmír začal rychle rozpínat a ochlazovat, částice začaly vytvářet první nejjednodušší atomy (vodík) a gravitační síly dlouhou dobu pracovaly na sjednocení atomů do hmoty hvězd a galaxií.
Jeden z nejvíce aktuální problémy- otázka, proč se po Velkém třesku rychlost rozpínání Vesmíru nejen nezpomalila, ale naopak zvýšila? V důsledku toho vědci dospěli k závěru, že to do značné míry závisí na hmotnosti látky v ní obsažené. Li Celková váha hmoty vesmíru stačí k tomu, aby gravitační síla (čím větší, tím větší hmotnost) překonala primární odstředivou sílu Velkého třesku, pak se expanze Vesmíru zastaví a může dokonce vést k jeho zhroucení - kolaps, kterému vědci říkají Big Crunch. Pokud je však celková hmotnost nedostatečná, nic nemůže zastavit expanzi Vesmíru, bude mít tendenci stát se velkou černou prázdnotou, kde nakonec zmizí poslední hvězda.

Zbývá změřit hmotnost vesmíru, ale věda se zde setkala s mnoha překvapeními. První je, že obyčejná hmota, která tvoří galaxie, hvězdy a planety a která existuje jako světlo a jiné měřitelné záření, tvoří pouze 5 procent celé hmotnosti vesmíru, což absolutně nestačí na zpomalení jejího útěku. Zbývajících 25 procent odpovídá jinému „typu hmoty“, který naše přístroje nemohou přímo detekovat, protože se nic nevyzařuje. Tato záležitost je známá jako „temná“. Víme, kde to je (říká se tomu „černé díry“), protože můžeme měřit gravitační změny, ale nikdo to nikdy nedokázal „vidět“. Lze pouze předpokládat, z jakých částic se může skládat.

Opravdu, jaké vlastnosti by tyto částice měly mít? Je zcela zřejmé, že by se neměli rozpadat na jiné, lehčí, jinak by se museli rozpadnout už dávno za celou dobu existence Vesmíru. Tato skutečnost sama o sobě svědčí o tom, že v přírodě funguje nový, dosud neobjevený zákon o ochraně přírody, který zakazuje rozpad těchto částic. Zde je analogie se zákonem zachování elektrického náboje: elektron je nejlehčí částice s elektrickým nábojem, a proto se nerozpadá na lehčí částice (například neutrina a fotony).

Dále částice temné hmoty interagují s naší hmotou extrémně slabě, jinak by již byly detekovány v pozemských experimentech. Ve skutečnosti zde znalosti vědců o těchto zajímavých částicích končí a začíná nevyužité pole odhadů a předpokladů.

Takže s temnou hmotou, která je stejných 25 procent, je alespoň něco jasné. Co je ale těch dalších 70 procent? Vědci zatím nejsou schopni na tuto otázku dát jednoznačnou odpověď a používat termín „temná energie“. O tom se však ví ještě méně než o temné hmotě.

Nejneobvyklejší na tom všem je, že temná energie v určitém smyslu zažívá antigravitaci. Díky tomu expanze vesmíru nezpomaluje, ale zrychluje. Takový obraz, obecně řečeno, neodporuje obecné teorii relativity, ale pro tuto temnou energii musí mít zvláštní vlastnost - podtlak. To jej ostře odlišuje od běžných forem hmoty. Bez nadsázky lze říci, že povaha temné energie je hlavní hádanka základní fyzika XXI. století. Ačkoli již existuje jeden kandidát na tuto roli - obvyklé, známé vakuum. Je pravda, že jeho povaha také zůstává dodnes velmi tajemná.

Je to tato síla, která pravděpodobně určuje zvýšení rychlosti vzletu vesmíru. Právě tuto temnou energii zkoumali Penrose a vědci z Francie. Penrose analyzoval data ze satelitu WMAP (který měřil mikrovlnné záření, které prostupuje celým vesmírem a je příčinou velkého třesku). Objevil distribuční vzorce ve formě soustředných kruhů, které lze vysvětlit jako stopy existence jiných vesmírů (superpozice starého záření na nové). To znamená, že náš vesmír je jedním ze série mnoha a přijde čas, kdy zemře a bude znovuzrozen v důsledku nového Velkého třesku. Před „smrtí“ bude vesmír „hladký a lineární“.

Tento závěr potvrzují Buzzi a Marinoni, kteří dokázali měřením zkreslení světla pocházejícího z 500 párů galaxií, že žijeme v plochém vesmíru, a ne zakřiveném nebo sférickém, jak si mnozí mysleli. Na základě postulátu, že ke stanovení složení vesmíru lze použít geometrická měření, vědci studovali rozložení vzájemné orientace párů galaxií obíhajících kolem sebe. Ve vesmíru bez temné energie by toto rozdělení bylo sféricky symetrické, to znamená, že počet párů orientovaných v libovolném směru by byl stejný.

Pozorování ukázala, že ve skutečnosti, čím dále od Země jsou páry galaxií, tím více bylo asymetrické rozložení jejich orientace - více párů bylo umístěno podél linie pohledu ze Země. Navíc, kdyby byl vesmír sférický nebo zakřivený, pak bychom viděli obraz galaxií zdeformovaný, jako bychom se podívali do kovové koule a viděli bychom tam svoji pokřivenou tvář. V plochém prostoru nedochází k žádnému zkreslení, což bylo právě poznamenáno.

Co je temná hmota nebo skrytá hmota? A co temná energie?

Latentní hmota (v kosmologii a astrofyzice také temná hmota, temná hmota) je obecný název pro sadu astronomických objektů nepřístupných přímým pozorováním moderní prostředky astronomie (to znamená, že nevyzařují elektromagnetické nebo neutrinové záření dostatečné intenzity pro pozorování), ale pozorovatelné nepřímo gravitačními efekty působícími na viditelné objekty.
Obecný problém skryté hmoty se skládá ze dvou problémů:

* astrofyzikální, to znamená rozpor pozorované hmotnosti gravitačně vázaných objektů a jejich systémů, jako jsou galaxie a jejich kupy, s jejich pozorovatelnými parametry určenými gravitačními efekty;
* kosmologický - rozpor pozorovaných kosmologických parametrů získaných z astrofyzikálních údajů o průměrné hustotě vesmíru.

Povaha a složení latentní hmoty

Kromě přímých pozorování gravitačních účinků skryté hmoty existuje řada předmětů, které je obtížné přímo pozorovat, ale které mohou přispět ke složení skryté hmoty. V současné době se uvažuje o předmětech baryonické a nebaryonické povahy: pokud k těm prvním patří poměrně dobře známé astronomické objekty, pak neutrina, struny a hypotetické elementární částice vyplývající z klasické kvantové chromodynamiky (axionů) a supersymetrických extenzí kvantové teorie pole.
Abychom vysvětlili odchylku rychlostí rotace galaktických objektů od keplerovských, je třeba předpokládat přítomnost masivního temného halo galaxií. Mezi masivní objekty galaktických svatozářů patří slabě emitující kompaktní objekty, primárně hvězdy s nízkou hmotností-hnědí trpaslíci, substary nebo velmi hmotné planety podobné Jupiteru, jejichž hmotnost není dostatečná k zahájení termonukleárních reakcí v jejich hloubkách, ochlazovaní bílí trpaslíci, neutronové hvězdy a černé díry.

Co to je?

Co dnes víme o temné hmotě, která tvoří 95% hmotnosti vesmíru? Skoro nic. Ale pořád něco víme. Předně není pochyb o tom, že temná hmota existuje - to nezvratně dokládají výše uvedená fakta. Také víme jistě, že temná hmota existuje v několika formách. Po brzy XXI století, v důsledku mnohaletého pozorování v experimentech SuperKamiokande (Japonsko) a SNO (Kanada), bylo zjištěno, že neutrina mají hmotnost, vyšlo najevo, že od 0,3% do 3% z 95% skryté hmoty leží v neutrina, která jsou nám dlouho známá - jejich hmotnost je extrémně malá, ale počet ve vesmíru je asi miliardkrát větší než počet nukleonů: v každém kubický centimetr obsahuje v průměru 300 neutrin. Zbývajících 92–95% se skládá ze dvou částí - temné hmoty a temné energie. Bezvýznamnou frakcí temné hmoty je obyčejná baryonická hmota postavená z nukleonů; za zbytek jsou zjevně zodpovědné některé neznámé masivní slabě interagující částice (takzvaná studená temná hmota).

Baryonická temná hmota

Malá (4–5%) část temné hmoty je běžná hmota, která nevyzařuje nebo téměř nevyzařuje vlastní záření, a proto je neviditelná. Existenci několika tříd takových objektů lze považovat za experimentálně potvrzenou. Nejsložitější experimenty založené na stejných gravitačních čočkách vedly k objevu takzvaných masivních kompaktních haloobjektů, tedy umístěných na periferii galaktických disků. To vyžadovalo sledování milionů vzdálených galaxií během několika let. Když temné hmotné tělo prochází mezi pozorovatelem a vzdálenou galaxií, jeho jas se krátce sníží (nebo zvýší, protože temné tělo funguje jako gravitační čočka). V důsledku pečlivého hledání byly takové události identifikovány. Povaha masivních kompaktních haloobjektů není zcela jasná. S největší pravděpodobností se jedná buď o chlazené hvězdy (hnědí trpaslíci), nebo o objekty podobné planetám, které nejsou spojeny s hvězdami a cestují galaxií samy. Dalším zástupcem baryonické temné hmoty je horký plyn nedávno objevený v kupách galaxií rentgenovou astronomií, který ve viditelném rozsahu nesvítí.

Ne-baryonická temná hmota

Hlavními kandidáty na nebaryonickou temnou hmotu jsou takzvané WIMP (zkratka pro Weakly Interactive Massive Particles-slabě interagující masivní částice). Zvláštností WIMP je, že se v interakci s běžnou látkou téměř nijak neprojevují. To je důvod, proč jsou velmi skutečnou neviditelnou temnou hmotou, a proto je extrémně obtížné je odhalit. Hmotnost WIMP by měla být alespoň desetkrát větší než hmotnost protonů. Hledání WIMP bylo provedeno v mnoha experimentech za posledních 20-30 let, ale přes veškeré úsilí nebyly dosud nalezeny.

Jednou z myšlenek je, že pokud takové částice existují, pak by Země ve svém pohybu se Sluncem na oběžné dráze kolem středu Galaxie měla létat deštěm, sestávajícím z WIMP. Navzdory skutečnosti, že WIMP je extrémně slabě interagující částice, stále má velmi malou pravděpodobnost interakce s běžným atomem. Ve speciálních instalacích - velmi složitých a drahých - lze současně zaznamenat signál. Počet takových signálů by se měl v průběhu roku měnit, protože při pohybu na oběžné dráze kolem Slunce Země mění svoji rychlost a směr pohybu vzhledem k větru, který se skládá z WIMP. Experimentální skupina DAMA v italské podzemní laboratoři Gran Sasso uvádí pozorované roční rozdíly v počtu signálů. Jiné skupiny však tyto výsledky zatím nepotvrdily a otázka zůstává v zásadě otevřená.

Další způsob hledání WIMP je založen na předpokladu, že během miliard let jejich existence by různé astronomické objekty (Země, Slunce, střed naší Galaxie) měly zachytit WIMPy, které se hromadí ve středu těchto objektů, a, vzájemné zničení, způsobí tok neutrin ... Pokusy o detekci přebytečného toku neutrin ze středu Země směrem ke Slunci a středu Galaxie byly provedeny pomocí podzemních a podvodních detektorů neutrin MACRO, LVD (laboratoř Gran Sasso), NT-200 (Bajkalské jezero, Rusko), SuperKamiokande, AMANDA (stanice Scott -Amundsen, jižní pól), ale zatím nevedly k pozitivnímu výsledku.

Experimenty k hledání WIMP se také aktivně provádějí na urychlovačích částic. Podle Einsteinovy ​​slavné rovnice E = mc2 je energie ekvivalentní hmotnosti. V důsledku toho po urychlení částice (například protonu) na velmi vysokou energii a srážce s jinou částicí lze očekávat produkci párů dalších částic a antičástic (včetně WIMP), jejichž celková hmotnost se rovná celková energie kolidujících částic. Experimenty s urychlovačem ale zatím nevedly k pozitivnímu výsledku.

Temná energie

O temné energii lze říci ještě méně než o temné hmotě. Za prvé, je rovnoměrně rozložen v celém vesmíru, na rozdíl od běžné hmoty a jiných forem temné hmoty. V galaxiích a kupách galaxií je toho tolik jako mimo ně. Za druhé, má několik velmi zvláštních vlastností, které lze pochopit pouze analýzou rovnic teorie relativity a interpretací jejich řešení. Například temná energie zažívá antigravitaci: díky její přítomnosti se rychlost expanze vesmíru zvyšuje. Temná energie se jakoby sama tlačí od sebe a současně zrychluje rozptyl běžné hmoty shromážděné v galaxiích. A temná energie má také podtlak, díky kterému v látce vzniká síla, která brání jejímu roztažení.

Hlavním kandidátem na roli temné energie je vakuum. Hustota energie vakua se nemění s rozpínáním Vesmíru, což odpovídá podtlaku. Dalším kandidátem je hypotetické super slabé pole zvané kvintesence. Naděje na vyjasnění povahy temné energie jsou spojeny především s novými astronomická pozorování... Pokrok v tomto směru bezpochyby přinese lidstvu radikálně nové znalosti, protože temná energie by v každém případě měla být zcela neobvyklou látkou, zcela odlišnou od toho, čím se doposud zabývala fyzika.

Náš svět je tedy z 95% složen z něčeho, o čem téměř nic nevíme. K takové skutečnosti, o které není pochyb, je možné se vztahovat odlišně. Může způsobit úzkost, která vždy doprovází setkání s něčím neznámým. Nebo mrzutí, protože tak dlouhá a obtížná cesta konstruování fyzikální teorie popisující vlastnosti našeho světa vedla k tvrzení: většina Vesmíru je nám skrytá a není nám známa.

Světová věda stojí před řadou otázek, na jejichž přesné odpovědi zjevně nikdy nedostane. Věk vesmíru je jedním z nich. Do roku, dne, měsíce, minuty nebude pravděpodobně nikdy možné vypočítat. Ačkoli...

Najednou to vypadalo, že zúžení odhadovaného věku na 12–15 miliard let je velký úspěch.

A nyní NASA s hrdostí oznamuje, že věk vesmíru je nastaven s chybou „pouhých“ 0,2 miliardy let. A tento věk se rovná 13,7 miliardám let.

Navíc bylo možné zjistit, že první hvězdy se začaly formovat mnohem dříve, než se očekávalo.

Jak to bylo stanoveno?

Ukazuje se, že pomocí jednoho jediného zařízení se objevuje pod názvem MAP - mikrovlnná anizotropní sonda (sonda mikrovlnné anizotropie).

Nedávno byla přejmenována na Wilkinsonovu mikrovlnnou anizotropní sondu (WMAP) na počest Davida Wilkinsona, astrofyzika z Princetonské univerzity, který zemřel v roce 2002.

Zesnulý profesor David Wilkinson, po kterém byla pojmenována sonda WMAP.

Tato sonda, umístěná ve vzdálenosti asi 1,5 milionu kilometrů od Země, zaznamenávala parametry kosmického mikrovlnného pozadí (CMB) po celé obloze po celý rok.

Před deseti lety provedl další podobný přístroj, Cosmic Microwave Background Explorer (COBE), nejprve sférický průzkum CMB.

Společnost COBE objevila mikroskopické teplotní výkyvy v mikrovlnném pozadí, které odpovídají změnám hustoty hmoty v mladém vesmíru.

MAP, vybavený mnohem sofistikovanějším vybavením, rok nahlédl do hlubin vesmíru a dostal snímek s rozlišením 35krát lepším než jeho předchůdce.

Kosmické mikrovlnné pozadí je reliktní záření, které zbylo po Velkém třesku. Jedná se, relativně řečeno, o fotony, které zbyly po výbuchu světelného záření, ke kterému došlo v důsledku výbuchu, a během miliard let se ochladily do mikrovlnného stavu. Jinými slovy, je to nejstarší světlo ve vesmíru.

Membrana již napsal, že na podzim roku 2002 radioteleskop stupňového interferometru s úhlovým měřítkem umístěný na Jižní pól, zjistil, že kosmické pozadí mikrovlnné záření polarizované.


Mapa Hvězdná obloha zobrazování teplotních výkyvů kosmického mikrovlnného pozadí.

Polarizace ve vesmíru byla jednou z klíčových předpovědí standardní kosmologické teorie. Mladý vesmír byl podle ní zaplněn fotony, které neustále narážely na protony a elektrony.

V důsledku srážek se světlo polarizovalo a tento otisk zůstal i poté, co nabité částice vytvořily první neutrální atomy vodíku.

Očekávalo se, že tento objev pomůže přesně vysvětlit, jak se vesmír během zlomku sekundy rozpínal a jak vznikaly první hvězdy, a také zjistit vztah mezi „obyčejnými“ a „temnými“ typy hmoty a temnou energií.

Množství temné hmoty a energie ve vesmíru hraje klíčovou roli při určování tvaru vesmíru - přesněji jeho geometrie.

Vědci vycházejí z předpokladu, že pokud je hodnota hustoty hmoty a energie ve vesmíru menší než kritická hodnota, pak je vesmír otevřený a konkávní jako sedlo.

Pokud se hodnota hustoty hmoty a energie shoduje s kritickou hodnotou, pak je vesmír plochý, jako list papíru. Pokud je skutečná hustota vyšší, než je teoreticky považováno za kritické, pak by měl být vesmír uzavřený a sférický. V tomto případě se světlo vždy vrátí do původního zdroje.

Diagram ukazující poměr forem hmoty ve vesmíru.

Teorie expanze - jakýsi důsledek teorie Velkého třesku - předpovídá, že hustota hmoty a hmoty ve vesmíru je co nejblíže kritické, což znamená, že vesmír je plochý.

Hodnoty ze sondy MAP to potvrdily.

Byla také zjištěna další mimořádně zajímavá okolnost: ukazuje se, že první hvězdy se ve Vesmíru začaly objevovat velmi rychle - pouhých 200 milionů let po samotném Velkém třesku.

V roce 2002 provedli vědci počítačovou simulaci vzniku nejstarších hvězd, ve které zcela chyběly kovy a další „těžké“ prvky. Ty vznikly v důsledku výbuchů starých hvězd, jejichž zbytková hmota dopadala na povrch jiných hvězd a v procesu termonukleární fúze vytvářela těžší sloučeniny.