Planéta bola kedysi považovaná za plochú a to sa zdalo úplne zrejmé. Dnes sa pozrieme aj na „tvar“ vesmíru ako celku.
Sonda WMAP sa pozerá do vesmíru
V prípade Vesmíru „plochosť“ znamená zdanlivo zrejmý fakt, že svetlo a žiarenie sa v ňom šíria v striktne priamočiarom smere. Prítomnosť hmoty a energie si samozrejme robí svoje vlastné úpravy a vytvára deformácie v časopriestorovom kontinuu. Ale napriek tomu sa v plochom vesmíre striktne paralelné lúče svetla nikdy nepretínajú, úplne v súlade s planimetrickou axiómou.
Ak je vesmír zakrivený pozdĺž pozitívnej krivky (ako obrovská guľa), paralelné čiary v ňom by sa mali nakoniec spojiť. V opačnom prípade - ak vesmír pripomína obrovské „sedlo“ - paralelné čiary sa postupne rozchádzajú.
Otázku roviny vesmíru študovala najmä vesmírna sonda WMAP, o ktorej hlavných úspechoch sme písali v článku „Misia: prebieha“. Vedci, ktorí ho použili na zber údajov o rozložení hmoty a temnej energie v mladom vesmíre, ich analyzovali a dospeli k takmer jednomyseľnému záveru, že je stále plochý. Podotýkame – takmer jednomyseľne. Napríklad tento pohľad na veci nedávno spochybnila skupina oxfordských fyzikov vedená Josephom Silkom, ktorí ukázali, že výsledky WMAP mohli byť nesprávne interpretované.
Testovanie platnosti kozmologického modelu vesmíru, podľa ktorého asi 72 % jeho hmotnosti tvorí tmavá energia, pomocou novej metódy potvrdilo, že vesmír je „plochý“ a takzvaná kozmologická konštanta, ktorú Albert Einstein označil za svoju hlavnú chybu, môže byť vysvetlením zrýchlenia jeho expanzie, tvrdia autori článku, ktorý vo štvrtok uverejní časopis Nature.
Albert Einstein pridal kozmologickú konštantu, ktorá charakterizuje vlastnosti vákua, do svojich vlastných rovníc všeobecnej relativity, takže umožnili existenciu stabilného vesmíru, ktorý sa nezmršťuje ani nerozpína. Po nejakom čase však americký astronóm Edwin Hubble ukázal, že vesmír sa v skutočnosti rozpína a sám Einstein nazval kozmologickú konštantu svojou „najväčšou chybou“.
Kozmologická konštanta zostala predmetom záujmu vedcov, no až do 90. rokov sa verilo, že sa od nuly líši len nepatrne. V rokoch 1998-1999 pozorovania supernov ukázali, že vesmír sa zrýchľoval, a potom viedli údaje zo sondy WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe), ktorá študovala kozmické mikrovlnné žiarenie pozadia, „echo“ Veľkého tresku. vedci predpokladajú, že záhadná temná energia „tlačí“ vesmír, ktorý predstavuje asi 72 % jeho hmotnosti. Tieto zistenia podnietili nový záujem o kozmologickú konštantu.
Christian Marinoni a Adeline Buzzi z University of Provence (Francúzsko) navrhli novú metódu na testovanie platnosti predstáv o štruktúre a vlastnostiach vesmíru, založenú na geometrii párov galaxií s vysokým červeným posunom, teda veľmi vzdialených. od pozorovateľa. Využili skutočnosť, že podľa moderných koncepcií „tvar“ vesmíru závisí od jeho „obsahu“, čo znamená, že pomocou geometrických meraní možno určiť zloženie vesmíru a najmä množstvo temná energia v ňom.
Vedci použili modifikáciu Elcockovho-Paczynského testu, ktorý vyvinuli americkí a poľskí astronómovia pred viac ako 30 rokmi. Tento test je založený na zaobchádzaní so symetrickými objektmi vo vesmíre ako so „štandardnými guľami“, ktorých akékoľvek skreslenie bude spôsobené deformáciou priestoru spôsobenou expanziou vesmíru.
O tento test sa opakovane pokúšali napríklad kopy galaxií, ale presnosť meraní nebola dostatočná. Marinoni a Buzzi študovali distribúciu relatívnych orientácií párov galaxií obiehajúcich okolo seba. Vo vesmíre bez tmavej energie by toto rozdelenie bolo sféricky symetrické – to znamená, že počet párov orientovaných v akomkoľvek smere by bol rovnaký.
Pozorovania ukázali, že v skutočnosti, čím ďalej boli páry galaxií od Zeme, tým asymetrickejšie bolo rozloženie ich orientácie - viac párov sa nachádzalo pozdĺž línie pohľadu zo Zeme. To, ako poznamenávajú vedci, zodpovedá modelu plochého vesmíru.
Plochý vesmír je model vývoja vesmíru, podľa ktorého je jeho expanzia nekonečná a zakrivenie priestoru je nulové, to znamená, že je plochý. V takomto modeli sa život vesmíru končí buď „veľkým zmrazením“, keď rozpínajúci sa vesmír zažije tepelnú smrť – v takomto systéme s rovnomerne rozloženou energiou nie je možná žiadna mechanická práca ani pohyb, alebo „veľkým trhnutím“. “, kedy zrýchlenie expanzie „prekoná“ elektromagnetické, slabé a gravitačné interakcie a vesmír sa jednoducho „zlomí“. Predtým údaje z toho istého WMAP naznačovali „plochosť“ vesmíru.
s temnou energiou.
Navyše, ako poznamenávajú vedci, dokázali, že najúspešnejším vysvetlením fenoménu tmavej energie môže byť práve Einsteinova kozmologická konštanta, ktorá označuje energiu vákua. Vedci podľa nich získali doteraz najpresnejší odhad hodnoty tejto konštanty.
Doktor fyzikálnych a matematických vied A. MADERA.
Čo majú spoločné kus papiera, povrch stola, šiška a hrnček?
Dvojrozmerné analógy euklidovských, sférických a hyperbolických geometrií.
Möbiov pás s bodom a na povrchu, normálou k nemu a malou kružnicou s daným smerom v.
Plochý list papiera je možné prilepiť do valca a spojením jeho koncov získate torus.
Torus s jednou rukoväťou je homeomorfný ako guľa s dvoma rukoväťami - ich topológia je rovnaká.
Ak vystrihnete túto postavu a prilepíte z nej kocku, bude jasné, ako vyzerá trojrozmerný torus, donekonečna sa opakujúce kópie zeleného „červa“ sediaceho v jeho strede.
Trojrozmerný torus sa dá zlepiť z kocky, rovnako ako dvojrozmerný torus zo štvorca. Viacfarebné „červy“, ktoré sa v nej pohybujú, jasne ukazujú, ktoré strany kocky sú zlepené.
Kocka, základná oblasť trojrozmerného torusu, je rozrezaná na tenké vertikálne vrstvy, ktoré po zlepení dohromady vytvoria prstenec dvojrozmerného toru.
Ak sa dve strany pôvodnej kocky zlepia s otočením o 180 stupňov, vytvorí sa kubický priestor pootočený o 1/2.
Otočenie dvoch plôch o 90 stupňov poskytuje kubický priestor otočený o 1/4. Vyskúšajte tieto nákresy a podobné nákresy na strane 88 ako obrátené stereo páry. „Červy“ na neotočených okrajoch získajú objem.
Ak vezmeme šesťhranný hranol ako základnú plochu, prilepíme každú jeho plochu priamo na opačnú stranu a otočíme šesťhranné konce o 120 stupňov, dostaneme šesťhranný hranolový priestor pootočený o 1/3.
Otočením šesťhrannej plochy o 60 stupňov pred lepením vznikne šesťhranný hranolový priestor pootočený o 1/6.
Dvojitý kubický priestor.
Priestor dosky vzniká, keď sú horná a spodná strana nekonečnej dosky zlepené dohromady.
Rúrkové priestory - rovné (A) a otočené (B), v ktorých je jedna z plôch prilepená k protiľahlej s otočením o 180 stupňov.
Mapa distribúcie žiarenia mikrovlnného pozadia ukazuje distribúciu hustoty hmoty, ktorá bola pred 300 tisíc rokmi (zobrazené farebne). Jeho analýza umožní určiť, akú topológiu má vesmír.
V dávnych dobách ľudia verili, že žijú na obrovskej rovnej ploche, hoci sem-tam pokrytej horami a priehlbinami. Táto viera pretrvala mnoho tisícročí až do Aristotela v 4. storočí pred Kristom. e. Nevšimol som si, že loď, ktorá vypláva na more, zmizne z dohľadu nie preto, že keď sa vzďaľuje, zmenšuje sa do rozmerov neprístupných pre oči. Naopak, najprv zmizne trup lode, potom plachty a nakoniec sťažne. To ho viedlo k záveru, že Zem musí byť guľatá.
Za posledné tisícročia bolo urobených veľa objavov a nazbierali sa obrovské skúsenosti. Základné otázky však stále zostávajú nezodpovedané: je vesmír, v ktorom žijeme, konečný alebo nekonečný a aký je jeho tvar?
Nedávne pozorovania astronómov a výskum matematikov ukazujú, že tvar nášho vesmíru by sa mal hľadať medzi osemnástimi takzvanými trojrozmernými orientovateľnými euklidovskými varietami a iba desať si na to môže uplatniť nárok.
POZOROVATEĽNÝ VESMÍRAkékoľvek závery o možnom tvare nášho vesmíru musia byť založené na skutočných faktoch získaných z astronomických pozorovaní. Bez toho sú aj tie najkrajšie a najpravdepodobnejšie hypotézy odsúdené na neúspech. Preto sa pozrime, čo o vesmíre hovoria výsledky pozorovania.
V prvom rade si všimneme, že bez ohľadu na to, kde sa vo vesmíre nachádzame, okolo akéhokoľvek bodu môžeme načrtnúť guľu ľubovoľnej veľkosti obsahujúcu priestor vesmíru vo vnútri. Táto trochu umelá konštrukcia hovorí kozmológom, že priestor vesmíru je trojrozmerný (3-rozmanitý).
Okamžite vyvstáva otázka: aká rozmanitosť predstavuje náš vesmír? Matematici už dávno zistili, že ich je toľko, že ich úplný zoznam stále neexistuje. Dlhodobé pozorovania ukázali, že vesmír má množstvo fyzikálnych vlastností, ktoré výrazne znižujú počet možných kandidátov na jeho tvar. A jednou z hlavných vlastností topológie vesmíru je jeho zakrivenie.
Podľa dnes prijatej koncepcie, približne 300 tisíc rokov po Veľkom tresku, teplota vesmíru klesla na úroveň dostatočnú na to, aby sa elektróny a protóny spojili do prvých atómov (pozri „Veda a život“ č. 11, 12, 1996 ). Keď sa to stalo, žiarenie, ktoré bolo pôvodne rozptýlené nabitými časticami, bolo zrazu schopné nerušene prejsť rozpínajúcim sa vesmírom. Toto žiarenie, dnes známe ako kozmické mikrovlnné pozadie alebo reliktné žiarenie, je prekvapivo rovnomerné a odhaľuje len veľmi slabé odchýlky (výkyvy) intenzity od priemernej hodnoty (pozri Veda a život č. 12, 1993). Takáto homogenita môže existovať iba vo vesmíre, ktorého zakrivenie je všade konštantné.
Stálosť zakrivenia znamená, že priestor vesmíru má jednu z troch možných geometrií: plochú euklidovskú guľovú s kladným zakrivením alebo hyperbolickú so zápornou. Tieto geometrie majú úplne iné vlastnosti. Napríklad v euklidovskej geometrii je súčet uhlov trojuholníka presne 180 stupňov. Toto nie je prípad sférických a hyperbolických geometrií. Ak vezmete tri body na guľu a nakreslíte medzi nimi rovné čiary, súčet uhlov medzi nimi bude viac ako 180 stupňov (až 360). V hyperbolickej geometrii je tento súčet menší ako 180 stupňov. Existujú aj ďalšie zásadné rozdiely.
Akú geometriu by sme si teda mali zvoliť pre náš vesmír: euklidovskú, sférickú alebo hyperbolickú?
Nemecký matematik Carl Friedrich Gauss už v prvej polovici 19. storočia pochopil, že skutočný priestor okolitého sveta môže byť neeuklidovský. Počas mnohých rokov geodetických prác v kráľovstve Hannover sa Gauss rozhodol preskúmať geometrické vlastnosti fyzického priestoru pomocou priamych meraní. K tomu si vybral tri od seba vzdialené horské vrcholy – Hohenhagen, Inselberg a Brocken. Stál na jednom z týchto vrcholov, nasmeroval slnečné lúče odrážané zrkadlami na ďalšie dva a zmeral uhly medzi stranami obrovského trojuholníka svetla. Pokúsil sa teda odpovedať na otázku: sú trajektórie svetelných lúčov prechádzajúce cez sférický priestor Zeme ohnuté? (Mimochodom, približne v rovnakom čase ruský matematik, rektor Kazanskej univerzity Nikolaj Ivanovič Lobačevskij navrhol experimentálne študovať otázku geometrie fyzického priestoru pomocou hviezdneho trojuholníka.) Keby Gauss zistil, že súčet uhlov svetelný trojuholník sa líši od 180 stupňov, potom by nasledoval záver, že strany trojuholníka sú zakrivené a skutočný fyzický priestor je neeuklidovský. Avšak v medziach chyby merania bol súčet uhlov „testovacieho trojuholníka Brocken – Hohenhagen – Inselberg“ presne 180 stupňov.
Takže v malom (podľa astronomických štandardov) sa vesmír javí ako euklidovský (hoci, samozrejme, nie je možné extrapolovať Gaussove závery na celý vesmír).
Tento záver podporujú aj nedávne štúdie využívajúce vysokohorské balóny prelietané nad Antarktídou. Pri meraní uhlového energetického spektra CMB bol zistený vrchol, ktorý sa podľa vedcov dá vysvetliť iba existenciou studenej čiernej hmoty - relatívne veľkých, pomaly sa pohybujúcich objektov - presne v euklidovskom vesmíre. Tento záver podporujú aj ďalšie štúdie, ktoré výrazne znižujú počet pravdepodobných kandidátov na možný tvar vesmíru.
V tridsiatych rokoch 20. storočia matematici dokázali, že existuje iba 18 rôznych euklidovských trojrozmerných variet, a teda iba 18 možných foriem vesmíru namiesto nekonečného počtu. Pochopenie vlastností týchto potrubí pomáha experimentálne určiť skutočný tvar vesmíru, pretože cielené vyhľadávanie je vždy efektívnejšie ako hľadanie naslepo.
Počet možných podôb Vesmíru sa však dá ešte znížiť. V skutočnosti medzi 18 euklidovskými 3-varietami je 10 orientovateľných a 8 neorientovateľných. Vysvetlime si, čo je pojem orientovateľnosť. Za týmto účelom zvážte zaujímavý dvojrozmerný povrch - Möbiov pás. Dá sa získať z obdĺžnikového pásu papiera, raz skrúteného a na koncoch prilepeného. Teraz sa pozrime na Möbiov pás A, nakreslíme k nej normálu (kolmicu) a okolo normály nakreslíme malý kruh proti smeru hodinových ručičiek pri pohľade od konca normály. Začnime pohybovať bodom spolu s normálou a smerovanou kružnicou pozdĺž Möbiovho pásu. Keď bod obíde celý plech a vráti sa do svojej pôvodnej polohy (vizuálne bude na druhej strane plechu, ale v geometrii povrch nemá hrúbku), smer normály sa zmení na opačný a smer kruhu sa zmení na opačný. Takéto trajektórie sa nazývajú dráhy obrátenia orientácie. A povrchy, ktoré ich majú, sa nazývajú neorientovateľné alebo jednostranné. Plochy, na ktorých nie sú žiadne uzavreté dráhy, ktoré obracajú orientáciu, napríklad guľa, torus a skrútená stuha, sa nazývajú orientovateľné alebo obojstranné. Všimnite si, že Möbiov pás je euklidovská neorientovateľná dvojrozmerná varieta.
Ak predpokladáme, že náš vesmír je neorientovateľná varieta, potom by to fyzicky znamenalo nasledovné. Ak odletíme zo Zeme po uzavretej slučke, ktorá obráti orientáciu, tak sa, samozrejme, vrátime domov, ale ocitneme sa v zrkadlovej kópii Zeme. Nevšimneme si na sebe žiadne zmeny, ale vo vzťahu k nám budú mať ostatní obyvatelia Zeme srdce vpravo, všetky hodiny pôjdu proti smeru hodinových ručičiek a texty sa objavia zrkadlovo.
Je nepravdepodobné, že žijeme v takom svete. Kozmológovia veria, že ak by bol náš vesmír neorientovateľný, energia by bola emitovaná z hraničných zón, v ktorých hmota a antihmota interagujú. Nič také však nebolo nikdy pozorované, aj keď teoreticky možno predpokladať, že takéto zóny existujú aj mimo oblasti Vesmíru prístupnej nášmu pohľadu. Preto je rozumné vylúčiť z úvahy osem neorientovateľných variet a obmedziť možné formy nášho vesmíru na desať orientovateľných euklidovských trojrozmerných variet.
MOŽNÉ PODOBY VESMÍRUTrojrozmerné rozvody v štvorrozmernom priestore sú mimoriadne ťažko vizualizovateľné. Môžeme sa však pokúsiť predstaviť si ich štruktúru, ak použijeme prístup používaný v topológii na vizualizáciu dvojrozmerných variet (2-variet) v našom trojrozmernom priestore. Všetky predmety v ňom sú považované za vyrobené z nejakého odolného elastického materiálu, ako je guma, umožňujúca akékoľvek naťahovanie a zakrivenie, ale bez trhlín, záhybov a lepenia. V topológii sa figúry, ktoré sa dajú transformovať z jednej na druhú pomocou takýchto deformácií, nazývajú homeomorfné; majú rovnakú vnútornú geometriu. Preto je z topologického hľadiska šiška (torus) a obyčajný pohár s uškom jedno a to isté. Ale premeniť futbalovú loptu na šišku je nemožné. Tieto povrchy sú topologicky odlišné, to znamená, že majú rôzne vnútorné geometrické vlastnosti. Ak však na guli vyrežete okrúhly otvor a pripevníte k nemu jednu rukoväť, výsledná figúrka už bude homeomorfná ako torus.
Existuje mnoho povrchov, ktoré sú topologicky odlišné od torusu a gule. Napríklad pridaním rúčky k torusu, podobnej tej, ktorú vidíme na pohári, získame nový otvor, a teda aj novú postavu. Torus s rúčkou bude homeomorfný na figúrku v tvare praclíka, ktorá je zase homeomorfná na guľu s dvoma rúčkami. Pridaním každej novej rukoväte vznikne ďalší otvor a teda aj iný povrch. Týmto spôsobom ich môžete získať nekonečné množstvo.
Všetky takéto povrchy sa nazývajú dvojrozmerné rozvody alebo jednoducho 2-rozdeľovače. To znamená, že okolo akéhokoľvek bodu možno nakresliť kružnicu s ľubovoľným polomerom. Na povrch Zeme môžete nakresliť kruh obsahujúci jej body. Ak vidíme iba takýto obrázok, je rozumné predpokladať, že predstavuje nekonečnú rovinu, guľu, torus alebo dokonca akýkoľvek iný povrch z nekonečného počtu tori alebo gúľ s rôznym počtom rukovätí.
Tieto topologické tvary môžu byť dosť ťažké pochopiť. A aby sme si ich ľahšie a jasnejšie predstavili, prilepíme valec zo štvorcového listu papiera, ktorý spojí jeho ľavú a pravú stranu. Štvorec sa v tomto prípade nazýva základná oblasť torusu. Ak teraz mentálne zlepíte základy valca (materiál valca je elastický), dostanete torus.
Predstavme si, že existuje nejaký dvojrozmerný tvor, povedzme hmyz, ktorého pohyb po povrchu torusu treba študovať. Nie je to jednoduché a oveľa pohodlnejšie je pozorovať jeho pohyb v štvorci – priestore s rovnakou topológiou. Táto technika má dve výhody. Po prvé, umožňuje vám jasne vidieť cestu hmyzu v trojrozmernom priestore po jeho pohybe v dvojrozmernom priestore a po druhé vám umožňuje zostať v rámci dobre vyvinutej euklidovskej geometrie v rovine. Euklidovská geometria obsahuje postulát o rovnobežných čiarach: pre každú priamku a bod mimo nej existuje jedinečná priamka rovnobežná s prvou a prechádzajúca týmto bodom. Navyše súčet uhlov rovinného trojuholníka je presne 180 stupňov. Ale keďže štvorec je opísaný euklidovskou geometriou, môžeme ho rozšíriť na torus a tvrdiť, že torus je euklidovská 2-variet.
Nerozoznateľnosť vnútorných geometrií pre rôzne povrchy je spojená s ich dôležitou topologickou charakteristikou, nazývanou rozvíjateľnosť. Povrchy valca a kužeľa teda vyzerajú úplne inak, no napriek tomu sú ich geometrie úplne rovnaké. Obidve môžu byť rozmiestnené v rovine bez zmeny dĺžok segmentov a uhlov medzi nimi, preto je pre ne platná euklidovská geometria. To isté platí pre torus, keďže ide o plochu, ktorá sa rozvinie do štvorca. Takéto povrchy sa nazývajú izometrické.
Z iných plochých figúrok, napríklad z rôznych rovnobežníkov alebo šesťuholníkov, možno zlepením ich protiľahlých hrán vytvarovať nespočetné množstvo tori. Nie každý štvoruholník je však na to vhodný: dĺžky jeho lepených strán musia byť rovnaké. Tejto požiadavke je potrebné sa pri lepení vyhnúť predlžovaniu alebo stláčaniu okrajov plochy, ktoré narúša euklidovskú geometriu povrchu.
Teraz prejdime k odrodám vyšších dimenzií.
REPREZENTÁCIA MOŽNÝCH FORIEM VESMÍRUSkúsme si predstaviť možné podoby nášho Vesmíru, ktorý, ako sme už videli, treba hľadať medzi desiatimi orientovateľnými euklidovskými trojrozmernými varietami.
Na znázornenie euklidovskej 3-variet použijeme metódu použitú vyššie pre dvojrozmerné variety. Tam sme použili štvorec ako základnú oblasť torusu a na reprezentáciu trojrozmernej rozmanitosti vezmeme trojrozmerné objekty.
Vezmime si namiesto štvorca kocku a tak, ako sme zlepili protiľahlé hrany štvorca, zlepíme protiľahlé strany kocky vo všetkých ich bodoch.
Výsledný trojrozmerný torus je euklidovský 3-variet. Ak by sme v nej nejako skončili a pozerali dopredu, videli by sme zátylok, ako aj svoje kópie v každej tvári kocky – vpredu, vzadu, vľavo, vpravo, hore a dole. Za nimi by sme videli nekonečné množstvo ďalších kópií, rovnako ako keby sme boli v miestnosti, kde sú steny, podlaha a strop pokryté zrkadlami. Ale obrázky v trojrozmernom toruse budú rovné, nie zrkadlové.
Je dôležité poznamenať kruhový charakter tohto a mnohých ďalších potrubí. Ak by vesmír skutočne mal tento tvar, potom keby sme opustili Zem a leteli bez akejkoľvek zmeny kurzu, nakoniec by sme sa vrátili domov. Niečo podobné sa pozoruje aj na Zemi: pohybom na západ pozdĺž rovníka sa skôr či neskôr vrátime z východu do východiskového bodu.
Rozrezaním kocky na tenké zvislé vrstvy získame sadu štvorcov. Protiľahlé okraje týchto štvorcov musia byť zlepené, pretože tvoria protiľahlé strany kocky. Takže trojrozmerný torus sa ukáže ako prsteň pozostávajúci z dvojrozmerného tori. Pripomeňme, že predné a zadné štvorce sú tiež zlepené a slúžia ako strany kocky. Topológovia označujú takúto varietu ako T2xS1, kde T2 znamená dvojrozmerný torus a S1 znamená prstenec. Toto je príklad zväzku alebo zväzku tori.
Trojrozmerné tori možno získať nielen pomocou kocky. Tak ako rovnobežník tvorí 2-torus, zlepením protiľahlých plôch rovnobežnostena (trojrozmerného telesa ohraničeného rovnobežníkmi) vytvoríme 3-torus. Z rôznych rovnobežnostenov sa vytvárajú priestory s rôznymi uzavretými dráhami a uhlami medzi nimi.
Tieto a všetky ostatné konečné variety sú veľmi jednoducho zahrnuté do obrazu rozpínajúceho sa vesmíru. Ak sa základná oblasť diverzity neustále rozširuje, zväčšuje sa aj priestor, ktorý tvorí. Každý bod v rozpínajúcom sa priestore sa od ostatných stále viac vzďaľuje, čo presne zodpovedá kozmologickému modelu. Treba však vziať do úvahy, že body v blízkosti jednej plochy budú vždy susediť s bodmi na protiľahlej ploche, pretože bez ohľadu na veľkosť základnej oblasti sú protiľahlé plochy zlepené.
Ďalšia trojrozmerná varieta, podobná trojrozmernému torusu, sa nazýva 1/2 - otočený kubický priestor. V tomto priestore je základnou plochou opäť kocka alebo hranol. Štyri okraje sú zlepené ako obvykle a zvyšné dva, predná a zadná, sú prilepené otočením o 180 stupňov: horná časť prednej hrany je prilepená k spodnej časti chrbta. Ak by sme sa ocitli v takej rozmanitosti a pozreli by sme sa na jednu z týchto tvárí, videli by sme vlastnú kópiu, ale obrátenú hore nohami, po ktorej by nasledovala obyčajná kópia a tak ďalej do nekonečna. Rovnako ako trojrozmerný torus, základná oblasť kubického priestoru otočeného o 1/2 môže byť rozrezaná na tenké vertikálne vrstvy, takže po zlepení je výsledkom opäť zväzok dvojrozmerného toru, s výnimkou tentokrát predné a zadné tori sú zlepené dohromady s otočením o 180 stupňov.
Kubický priestor otočený o 1/4 je rovnaký ako predchádzajúci, ale otočený o 90 stupňov. Keďže je však rotácia iba štvrtinová, nedá sa získať zo žiadneho kvádra – jeho predná a zadná časť musia byť štvorcové, aby sa predišlo zakriveniu a zošikmeniu základnej plochy. Na prednej strane kocky by sme za našou kópiou videli ďalšiu, otočenú o 90 stupňov voči nej.
Šesťhranný hranolový priestor otočený o 1/3 používa ako základnú oblasť skôr šesťhranný hranol ako kocku. Aby ste ho získali, musíte prilepiť každú plochu, čo je rovnobežník, s jej opačnou stranou a dve šesťuholníkové plochy s otočením o 120 stupňov. Každá šesťuholníková vrstva tohto potrubia je torus, a teda priestor je tiež zväzkom tori. Vo všetkých šesťuholníkových plochách by sme videli kópie otočené o 120 stupňov oproti predchádzajúcej a kópie na plochách rovnobežníka sú rovné.
Šesťhranný hranolový priestor pootočený o 1/6 je konštruovaný podobne ako predchádzajúci, avšak s tým rozdielom, že predné šesťhranné čelo je prilepené k zadnej strane s pootočením o 60 stupňov. Ako predtým, vo výslednom zväzku tori sú zostávajúce plochy - rovnobežníky - prilepené priamo k sebe.
Dvojitý kubický priestor sa radikálne líši od predchádzajúcich rozdeľovačov. Tento konečný priestor už nie je zväzkom tori a má nezvyčajnú štruktúru lepenia. Priestor dvojitej kocky však využíva jednoduchú základnú plochu, ktorou sú dve kocky naukladané na seba. Pri lepení nie sú všetky plochy priamo spojené: horná predná a zadná strana sú prilepené na plochy priamo pod nimi. V tomto priestore by sme sa videli v akejsi perspektíve – chodidlá by sme mali priamo pred očami.
Toto uzatvára zoznam konečných orientovateľných euklidovských trojrozmerných, takzvaných kompaktných variet. Je pravdepodobné, že medzi nimi musíme hľadať tvar nášho vesmíru.
Mnoho kozmológov verí, že vesmír je konečný: je ťažké si predstaviť fyzikálny mechanizmus vzniku nekonečného vesmíru. Napriek tomu budeme uvažovať o štyroch zostávajúcich orientovateľných nekompaktných euklidovských trojrozmerných varietách, kým sa nezískajú skutočné údaje, ktoré vylučujú ich existenciu.
Prvá a najjednoduchšia nekonečná trojrozmerná varieta je euklidovský priestor, ktorý sa študuje na strednej škole (označuje sa R 3). V tomto priestore siahajú tri osi karteziánskych súradníc do nekonečna. Nevidíme v ňom žiadne kópie seba samých, ani rovné, ani otočené, ani prevrátené.
Ďalším potrubím je takzvaný doskový priestor, ktorého základnou oblasťou je nekonečná doska. Horná časť dosky, ktorá je nekonečnou rovinou, je prilepená priamo k jej spodnej časti, tiež nekonečnej rovine. Tieto roviny musia byť navzájom rovnobežné, ale môžu sa pri lepení ľubovoľne posúvať, čo je vzhľadom na ich nekonečnosť nepodstatné. V topológii je táto varieta zapísaná ako R 2 xS 1, kde R 2 označuje rovinu a S 1 kruh.
Posledné dva 3-rozdeľovače používajú ako základné domény nekonečne dlhé rúrky. Rúry majú štyri strany, ich prierezy sú rovnobežníky, nemajú vrch ani spodok - ich štyri strany sa nekonečne rozprestierajú. Ako predtým, povaha lepenia základnej domény určuje tvar potrubia.
Rúrkový priestor je vytvorený zlepením oboch párov protiľahlých strán. Po zlepení sa z pôvodného rezu v tvare rovnobežníka stane dvojrozmerný torus. V topológii je tento priestor zapísaný ako súčin T2xR1.
Otočením jednej z lepených plôch rúrkového priestoru o 180 stupňov získame pootočený rúrkový priestor. Toto otáčanie, berúc do úvahy nekonečnú dĺžku trubice, jej dáva nezvyčajné vlastnosti. Napríklad dva body umiestnené veľmi ďaleko od seba, na rôznych koncoch základnej oblasti, budú po zlepení blízko.
Aký je napokon tvar nášho vesmíru?
Aby bolo možné vybrať jednu z vyššie uvedených desiatich euklidovských 3-variet ako formu nášho vesmíru, sú potrebné ďalšie údaje z astronomických pozorovaní.
Najjednoduchším spôsobom by bolo nájsť kópie našej Galaxie na nočnej oblohe. Po ich objavení budeme schopní zistiť povahu lepenia základnej oblasti vesmíru. Ak sa ukáže, že vesmír je kubický priestor otočený o 1/4, zo štyroch strán budú viditeľné priame kópie našej Galaxie a zo zvyšných dvoch pootočené o 90 stupňov. Napriek svojej zjavnej jednoduchosti je však táto metóda málo užitočná na určenie tvaru vesmíru.
Svetlo sa pohybuje konečnou rýchlosťou, takže keď pozorujeme vesmír, v podstate sa pozeráme do minulosti. Aj keď jedného dňa objavíme obraz našej Galaxie, nebudeme ho môcť rozpoznať, pretože vo svojich „mladých rokoch“ vyzerala úplne inak. Z obrovského množstva galaxií je príliš ťažké rozoznať našu kópiu.
Na začiatku článku bolo povedané, že vesmír má konštantné zakrivenie. Homogenita kozmického mikrovlnného žiarenia pozadia to priamo naznačuje. Má však mierne priestorové odchýlky asi 10 -5 kelvinov, čo naznačuje, že v ranom vesmíre existovali menšie výkyvy v hustote hmoty. Ako sa rozpínajúci sa vesmír ochladzoval, hmota v týchto oblastiach nakoniec vytvorila galaxie, hviezdy a planéty. Mapa mikrovlnného žiarenia umožňuje nahliadnuť do minulosti, do čias počiatočných nepravidelností, vidieť obrysy Vesmíru, ktorý bol vtedy tisíckrát menší. Aby ste pochopili význam tejto mapy, zvážte hypotetický príklad: Vesmír vo forme dvojrozmerného torusu.
V trojrozmernom Vesmíre pozorujeme oblohu vo všetkých smeroch, teda v rámci gule. Dvojrozmerní obyvatelia dvojrozmerného vesmíru by ho mohli pozorovať iba v kruhu. Ak by bol tento kruh menší ako základná oblasť ich vesmíru, nemohli by získať žiadne informácie o jeho tvare. Ak je však kruh videnia dvojrozmerných tvorov väčší ako základná oblasť, boli by schopní vidieť priesečníky a dokonca aj opakovania vzorov vo vesmíre a pokúsiť sa nájsť body s rovnakými teplotami, ktoré zodpovedajú rovnakej oblasti. . Ak by v ich kruhu videnia bolo dosť takýchto bodov, mohli by dospieť k záveru, že žijú v torusovom vesmíre.
Aj keď žijeme v trojrozmernom vesmíre a vidíme sférickú oblasť, čelíme rovnakému problému ako dvojrozmerné bytosti. Ak je naša zorná sféra menšia ako základná oblasť vesmíru pred 300 000 rokmi, neuvidíme nič neobvyklé. V opačnom prípade ju bude guľa pretínať v kruhoch. Nájdením dvoch kruhov, ktoré majú rovnaké variácie v mikrovlnnom žiarení, môžu kozmológovia porovnať ich orientáciu. Ak sú kruhy usporiadané krížovo, znamená to, že je lepenie, ale bez otáčania. Niektoré z nich je však možné kombinovať podľa štvrť alebo pol otáčky. Ak sa podarí objaviť dostatok týchto kruhov, odhalí sa záhada základnej oblasti vesmíru a jej zlepenia.
Kým sa však neobjaví presná mapa mikrovlnného žiarenia, kozmológovia nebudú môcť vyvodiť žiadne závery. V roku 1989 sa výskumníci z NASA pokúsili vytvoriť mapu kozmického mikrovlnného žiarenia pozadia. Uhlové rozlíšenie satelitu však bolo asi 10 stupňov, čo neumožňovalo vykonať presné merania, ktoré by uspokojili kozmológov. Na jar 2002 urobila NASA druhý pokus a vypustila sondu, ktorá mapovala teplotné výkyvy s uhlovým rozlíšením asi 0,2 stupňa. V roku 2007 plánuje Európska vesmírna agentúra použiť družicu Planck, ktorá má uhlové rozlíšenie 5 oblúkových sekúnd.
Ak budú štarty úspešné, do štyroch až desiatich rokov sa získajú presné mapy kolísania CMB. A ak sa ukáže, že veľkosť sféry nášho videnia je dostatočne veľká a merania budú dostatočne presné a spoľahlivé, konečne budeme vedieť, aký tvar má náš vesmír.
Na základe materiálov z časopisov „American Scientist“ a „Popular Science“.V dávnych dobách si ľudia mysleli, že zem je plochá a stojí na troch veľrybách, potom sa ukázalo, že naša ekumena je guľatá a ak sa budete neustále plaviť na západ, po chvíli sa vrátite do východiskového bodu z na východ. Pohľady na vesmír sa menili podobným spôsobom. Svojho času Newton veril, že priestor je plochý a nekonečný. Einstein dovolil, aby náš svet bol nielen neobmedzený a pokrivený, ale aj uzavretý. Najnovšie údaje získané počas štúdia kozmického mikrovlnného žiarenia na pozadí naznačujú, že vesmír môže byť uzavretý sám do seba. Ukazuje sa, že ak neustále odlietate od Zeme, potom sa k nej v určitom bode začnete približovať a nakoniec sa vrátite späť, obehnete celý vesmír a cestujete po celom svete, rovnako ako jedna z Magellanových lodí, ktorá krúžila. celej zemegule, doplával do španielskeho prístavu Sanlúcar de Barrameda.
Hypotéza, že náš vesmír sa zrodil v dôsledku Veľkého tresku, sa dnes považuje za všeobecne akceptovanú. Hmota bola spočiatku veľmi horúca, hustá a rýchlo expandovala. Potom teplota vesmíru klesla na niekoľko tisíc stupňov. Látka sa v tom momente skladala z elektrónov, protónov a častíc alfa (jadier hélia), čiže išlo o vysoko ionizovaný plyn – plazmu, nepriepustný pre svetlo a akékoľvek elektromagnetické vlny. Rekombinácia (spájanie) jadier a elektrónov, ktorá začala v tomto období, teda vznik neutrálnych atómov vodíka a hélia, radikálne zmenila optické vlastnosti Vesmíru. Stal sa transparentným pre väčšinu elektromagnetických vĺn.
Štúdiom svetla a rádiových vĺn je teda možné vidieť len to, čo sa stalo po rekombinácii, a všetko, čo sa stalo predtým, je pokryté akousi „ohnivou stenou“ z ionizovanej hmoty. Oveľa hlbšie do histórie vesmíru môžeme nahliadnuť len vtedy, ak sa naučíme registrovať reliktné neutrína, pre ktoré sa horúca hmota stala transparentnou oveľa skôr, a primárne gravitačné vlny, pre ktoré hmota akejkoľvek hustoty nie je prekážkou, ale ide o budúcnosť a ani zďaleka nie najbližšiu.
Od vzniku neutrálnych atómov sa náš vesmír rozšíril približne 1 000-krát a žiarenie z éry rekombinácií je dnes na Zemi pozorované ako reliktné mikrovlnné pozadie s teplotou asi tri stupne Kelvina. Toto pozadie, prvýkrát objavené v roku 1965 počas testov veľkej rádiovej antény, je prakticky rovnaké vo všetkých smeroch. Podľa moderných údajov existuje stomiliónkrát viac reliktných fotónov ako atómov, takže náš svet sa jednoducho kúpe v prúdoch silne načervenalého svetla vyžarovaného v prvých minútach života vesmíru.
Na mierkach väčších ako 100 megaparsekov je časť vesmíru, ktorú vidíme, celkom homogénna. Všetky husté zhluky hmoty – galaxie, ich zhluky a nadkopy – sú pozorované len na kratšie vzdialenosti. Vesmír je navyše izotropný, to znamená, že jeho vlastnosti sú v akomkoľvek smere rovnaké. Tieto experimentálne fakty sú základom všetkých klasických kozmologických modelov, ktoré predpokladajú sférickú symetriu a priestorovú homogenitu rozloženia hmoty.
Klasické kozmologické riešenia rovníc Einsteinovej všeobecnej teórie relativity (GTR), ktoré našiel v roku 1922 Alexander Friedman, majú najjednoduchšiu topológiu. Ich priestorové rezy pripomínajú roviny (pre nekonečné riešenia) alebo gule (pre obmedzené riešenia). Ale ukázalo sa, že takéto vesmíry majú alternatívu: vesmír konečného objemu, ktorý nemá žiadne hrany ani hranice, uzavretý sám do seba.
Prvé riešenia, ktoré našiel Friedman, popisovali vesmíry naplnené len jedným typom hmoty. Rôzne obrázky vznikli kvôli rozdielom v priemernej hustote hmoty: ak prekročila kritickú úroveň, získal sa uzavretý vesmír s pozitívnym priestorovým zakrivením, konečnými rozmermi a životnosťou. Jeho expanzia sa postupne spomalila, zastavila a nahradila ju kompresia do bodky. Vesmír s hustotou pod kritickou mal záporné zakrivenie a rozpínal sa donekonečna, miera jeho inflácie mala tendenciu k nejakej konštantnej hodnote. Tento model sa nazýva otvorený. Plochý vesmír, medziprípad s hustotou presne rovnou kritickej, je nekonečný a jeho okamžité priestorové rezy sú plochým euklidovským priestorom s nulovým zakrivením. Plochý sa rovnako ako otvorený rozťahuje donekonečna, no rýchlosť jeho rozťahovania má tendenciu k nule. Neskôr boli vynájdené zložitejšie modely, v ktorých bol homogénny a izotropný vesmír naplnený viaczložkovou hmotou, ktorá sa časom menila.
Moderné pozorovania ukazujú, že vesmír sa teraz zrýchľuje (pozri „Beyond the Horizon of Universal Events“, č. 3, 2006). Toto správanie je možné, ak je priestor vyplnený nejakou látkou (často nazývanou tmavá energia) s vysokým podtlakom, blízkym hustote energie tejto látky. Táto vlastnosť tmavej energie vedie k vzniku akejsi antigravitácie, ktorá vo veľkých mierkach prekonáva gravitačné sily bežnej hmoty. Prvý takýto model (s takzvaným lambda termínom) navrhol sám Albert Einstein.
Špeciálny spôsob expanzie vesmíru nastáva, ak tlak tejto hmoty nezostáva konštantný, ale s časom rastie. V tomto prípade sa nárast veľkosti zväčšuje tak rýchlo, že vesmír sa v konečnom čase stane nekonečným. Takáto prudká inflácia priestorových rozmerov, sprevádzaná deštrukciou všetkých hmotných objektov, od galaxií až po elementárne častice, sa nazýva Big Rip.
Všetky tieto modely nepredpokladajú žiadne špeciálne topologické vlastnosti vesmíru a prezentujú ho ako podobný nášmu známemu priestoru. Tento obrázok dobre súhlasí s údajmi, ktoré astronómovia získavajú pomocou ďalekohľadov, ktoré zaznamenávajú infračervené, viditeľné, ultrafialové a röntgenové žiarenie. A iba údaje z rádiového pozorovania, konkrétne podrobné štúdium kozmického mikrovlnného pozadia, prinútili vedcov pochybovať o tom, že náš svet je štruktúrovaný tak priamočiaro.
Vedci sa nebudú môcť pozrieť za „ohnivú stenu“, ktorá nás oddeľuje od udalostí prvých tisíc rokov života nášho vesmíru. Ale s pomocou laboratórií vypustených do vesmíru sa každý rok dozvedáme viac a viac o tom, čo sa stalo po premene horúcej plazmy na teplý plyn
Prvé výsledky, ktoré získalo vesmírne observatórium WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe), ktoré meralo silu žiarenia kozmického mikrovlnného pozadia, boli zverejnené v januári 2003 a obsahovali toľko dlho očakávaných informácií, že ich pochopenie dnes nie je dokončené. Fyzika sa zvyčajne používa na vysvetlenie nových kozmologických údajov: rovníc stavu hmoty, zákonov expanzie a spektier počiatočných porúch. No tentoraz si povaha zistenej uhlovej nehomogenity žiarenia vyžadovala úplne iné vysvetlenie – geometrické. Presnejšie topologické.
Hlavným cieľom WMAP bolo vytvoriť podrobnú mapu teploty žiarenia kozmického mikrovlnného pozadia (alebo, ako sa to tiež nazýva, mikrovlnného pozadia). WMAP je ultracitlivý rádiový prijímač, ktorý súčasne detekuje signály prichádzajúce z dvoch takmer diametrálne odlišných bodov na oblohe. Observatórium bolo vypustené v júni 2001 na mimoriadne pokojnú a „tichú“ obežnú dráhu, ktorá sa nachádza v takzvanom Lagrangiánskom bode L2, jeden a pol milióna kilometrov od Zeme. Tento 840 kg vážiaci satelit sa v skutočnosti nachádza na obežnej dráhe okolo Slnka, no vďaka spoločnému pôsobeniu gravitačných polí Zeme a Slnka má obežnú dobu presne jeden rok a od Zeme neodletí. Satelit bol vypustený na takú vzdialenú obežnú dráhu, aby rušenie pozemskou ľudskou činnosťou nerušilo príjem kozmického mikrovlnného žiarenia pozadia.
Na základe údajov získaných vesmírnym rádiovým observatóriom sa podarilo určiť obrovské množstvo kozmologických parametrov s bezprecedentnou presnosťou. Po prvé, pomer celkovej hustoty vesmíru ku kritickej hustote je 1,02 ± 0,02 (to znamená, že náš vesmír je plochý alebo uzavretý s veľmi malým zakrivením). Po druhé, Hubbleova konštanta, ktorá charakterizuje expanziu nášho sveta vo veľkých mierkach, 72±2 km/s/Mpc. Po tretie, vek vesmíru je 13,4 ± 0,3 miliardy rokov a červený posun zodpovedajúci času rekombinácie je 1088 ± 2 (toto je priemerná hodnota, hrúbka hranice rekombinácie je výrazne väčšia ako uvedená chyba). Najsenzačnejším výsledkom pre teoretikov bolo uhlové spektrum porúch reliktného žiarenia, presnejšie príliš malá hodnota druhej a tretej harmonickej.
Takéto spektrum je konštruované reprezentáciou teplotnej mapy ako súčtu rôznych sférických harmonických (multipólov). V tomto prípade sú zo všeobecného obrazu porúch izolované premenné zložky, ktoré sa zmestia na guľu celý počet krát: kvadrupól 2 krát, octupól 3 krát atď. Čím vyššie je číslo sférickej harmonickej, tým viac vysokofrekvenčných oscilácií pozadia opisuje a tým menšia je uhlová veľkosť zodpovedajúcich „bodov“. Teoreticky je počet sférických harmonických nekonečný, ale pre skutočnú mapu pozorovania je obmedzený uhlovým rozlíšením, s ktorým boli pozorovania uskutočnené.
Na správne meranie všetkých sférických harmonických je potrebná mapa celej nebeskej sféry a WMAP dostane do roka svoju overenú verziu. Prvé takéto nie príliš podrobné mapy boli získané v roku 1992 v experimentoch Relic a COBE (Cosmic Background Explorer).
Ako je bagel podobný šálke kávy?
Existuje oblasť matematiky - topológia, ktorá študuje vlastnosti telies, ktoré sú zachované pri akejkoľvek deformácii bez zlomov alebo lepenia. Predstavte si, že geometrické teleso, ktoré nás zaujíma, je pružné a ľahko sa deformuje. V tomto prípade je možné napríklad kocku alebo pyramídu ľahko premeniť na guľu alebo fľašu, torus („donut“) na šálku kávy s rukoväťou, ale nebude možné zmeniť guľu na guľu. pohár s uškom, ak toto ľahko deformovateľné telo neroztrhnete a nezlepíte. Ak chcete rozdeliť guľu na dva nespojené časti, stačí urobiť jeden uzavretý rez, ale to isté môžete urobiť s torusom iba tak, že urobíte dva rezy. Topológovia jednoducho milujú najrôznejšie exotické konštrukcie ako plochý torus, rohatá guľa či Kleinova fľaša, ktoré sa dajú správne zobraziť len v priestore s dvojnásobným počtom rozmerov. Rovnako aj náš trojrozmerný vesmír, uzavretý do seba, si možno ľahko predstaviť len životom v šesťrozmernom priestore. Na nejaký čas kozmickí topológovia ešte nezasiahli a ponechali im príležitosť jednoducho lineárne prúdiť bez toho, aby boli do čohokoľvek zamknutí. Takže schopnosť pracovať v priestore siedmich dimenzií je dnes celkom dostatočná na to, aby sme pochopili, aký zložitý je náš dvanásťstenný vesmír štruktúrovaný.
Konečná teplotná mapa CMB je vytvorená na základe starostlivej analýzy máp zobrazujúcich intenzitu rádiového vyžarovania v piatich rôznych frekvenčných rozsahoch
Pre väčšinu sférických harmonických sa získané experimentálne údaje zhodovali s modelovými výpočtami. Iba dve harmonické, štvorpólová a osempólová, boli jednoznačne pod úrovňou očakávanou teoretikmi. Navyše pravdepodobnosť, že by takéto veľké odchýlky mohli vzniknúť náhodou, je extrémne malá. Potlačenie kvadrupólu a oktupólu bolo zaznamenané v údajoch COBE. Mapy získané v tých rokoch však mali slabé rozlíšenie a veľký šum, takže diskusia o tejto problematike sa odložila na lepšie časy. Z akého dôvodu sa amplitúdy dvoch najväčších fluktuácií v intenzite žiarenia kozmického mikrovlnného pozadia ukázali byť také malé, bolo spočiatku úplne nejasné. Zatiaľ sa nepodarilo vymyslieť fyzikálny mechanizmus na ich potlačenie, pretože musí pôsobiť v mierke celého vesmíru, ktorý pozorujeme, urobiť ho homogénnejším, a zároveň prestať fungovať na menších mierkach, čo mu umožní silnejšie kolísať. Pravdepodobne preto začali hľadať alternatívne cesty a našli topologickú odpoveď na otázku, ktorá vznikla. Matematické riešenie fyzikálneho problému sa ukázalo ako prekvapivo elegantné a nečakané: stačilo predpokladať, že vesmír je dvanásťsten uzavretý do seba. Potom možno potlačenie nízkofrekvenčných harmonických vysvetliť priestorovou vysokofrekvenčnou moduláciou žiarenia pozadia. Tento efekt nastáva v dôsledku opakovaného pozorovania tej istej oblasti rekombinácie plazmy cez rôzne časti uzavretého dodekaedrického priestoru. Ukazuje sa, že nízke harmonické sa zdajú byť zrušené v dôsledku prechodu rádiového signálu cez rôzne aspekty vesmíru. V takomto topologickom modeli sveta sa udalosti vyskytujúce v blízkosti jednej z tvárí dvanásťstenu ukážu byť blízko opačnej steny, pretože tieto oblasti sú identické av skutočnosti sú jednou a tou istou časťou vesmíru. Z tohto dôvodu sa ukázalo, že reliktné svetlo prichádzajúce na Zem z diametrálne opačných strán je vyžarované rovnakou oblasťou primárnej plazmy. Táto okolnosť vedie k potlačeniu nižších harmonických v CMB spektre aj vo vesmíre, ktorý je len o niečo väčší ako viditeľný horizont udalostí.
Mapa anizotropie
Štvorpól uvedený v texte článku nie je najnižšia sférická harmonická. Okrem neho existuje monopól (nulová harmonická) a dipól (prvá harmonická). Veľkosť monopólu je určená priemernou teplotou žiarenia kozmického mikrovlnného pozadia, ktorá je dnes 2,728 K. Po odčítaní od všeobecného pozadia je najväčšia dipólová zložka, ktorá ukazuje, o koľko vyššia je teplota v jednom z hemisféry priestoru, ktorý nás obklopuje, je ako v druhej. Prítomnosť tejto zložky je spôsobená najmä pohybom Zeme a Mliečnej dráhy voči reliktnému pozadiu. V dôsledku Dopplerovho javu sa teplota v smere pohybu zvyšuje a v opačnom smere klesá. Táto okolnosť umožní určiť rýchlosť akéhokoľvek objektu vo vzťahu k žiareniu kozmického mikrovlnného pozadia a zaviesť tak dlho očakávaný absolútny súradnicový systém, lokálne v pokoji vo vzťahu k celému Vesmíru.
Veľkosť dipólovej anizotropie súvisiacej s pohybom Zeme je 3,353*10-3 K. To zodpovedá pohybu Slnka vzhľadom na pozadie CMB rýchlosťou asi 400 km/s. Zároveň „letíme“ smerom k hranici súhvezdí Lev a Kalich a „odlietame“ zo súhvezdia Vodnára. Naša Galaxia sa spolu s miestnou skupinou galaxií, do ktorej patrí, pohybuje relatívne k relikvii rýchlosťou asi 600 km/s.
Všetky ostatné poruchy (od kvadrupólu a vyššie) na mape pozadia sú spôsobené nehomogenitami v hustote, teplote a rýchlosti hmoty na hranici rekombinácie, ako aj rádiovým vyžarovaním našej Galaxie. Po odčítaní dipólovej zložky sa ukáže, že celková amplitúda všetkých ostatných odchýlok je len 18 * 10-6 K. Na vylúčenie vlastného žiarenia Mliečnej dráhy (sústredeného hlavne v rovine galaktického rovníka) sú pozorovania mikrovlnného pozadia v piatich frekvenčných pásmach v rozsahu od 22,8 GHz do 93,5 GHz.
Kombinácie s torusomNajjednoduchším telesom s topológiou zložitejšou ako guľa alebo rovina je torus. Každý, kto držal v rukách rožok, si to vie predstaviť. Iný správnejší matematický model plochého torusu demonštrujú obrazovky niektorých počítačových hier: je to štvorec alebo obdĺžnik, ktorého protiľahlé strany sú označené, a ak pohybujúci sa objekt klesá, objavuje sa zhora; po prekročení ľavého okraja obrazovky sa objaví spoza pravého a naopak. Takýto torus je najjednoduchším príkladom sveta s netriviálnou topológiou, ktorý má konečný objem a nemá žiadne hranice.
V trojrozmernom priestore sa dá podobný postup urobiť aj s kockou. Ak identifikujeme jeho protiľahlé tváre, vytvorí sa trojrozmerný torus. Ak sa pozriete zvnútra takejto kocky na okolitý priestor, môžete vidieť nekonečný svet, pozostávajúci z kópií jeho jedinej a jedinečnej (neopakujúcej sa) časti, ktorej objem je úplne konečný. V takomto svete neexistujú hranice, ale existujú tri odlišné smery rovnobežné s okrajmi pôvodnej kocky, pozdĺž ktorých sú pozorované periodické rady pôvodných objektov. Tento obrázok je veľmi podobný tomu, čo možno vidieť vo vnútri kocky so zrkadlovými stenami. Je pravda, že pri pohľade na ktorúkoľvek z jeho tvárí uvidí obyvateľ takého sveta zadnú časť svojej hlavy a nie svoju tvár, ako v pozemskom zábavnom dome. Správnejším modelom by bola miestnosť vybavená 6 televíznymi kamerami a 6 plochými LCD monitormi, na ktorých sa zobrazuje obraz zachytený oproti umiestnenou filmovou kamerou. V tomto modeli sa viditeľný svet uzatvára do seba vďaka prístupu k inej televíznej dimenzii.
Vyššie opísaný obraz potlačenia nízkofrekvenčných harmonických je správny, ak je čas potrebný na prechod svetla cez počiatočný objem dostatočne krátky, teda ak sú rozmery počiatočného telesa malé v porovnaní s kozmologickými mierkami. Ak sa ukážu rozmery pozorovateľnej časti vesmíru (tzv. horizont vesmíru) menšie ako rozmery pôvodného topologického objemu, potom sa situácia nebude líšiť od toho, čo uvidíme v zvyčajnom nekonečne. Einsteinov vesmír a nebudú pozorované žiadne anomálie v spektre žiarenia kozmického mikrovlnného pozadia.
Maximálnu možnú priestorovú mierku v takomto kubickom svete určujú rozmery pôvodného telesa, vzdialenosť medzi akýmikoľvek dvoma telesami nesmie presiahnuť polovicu hlavnej uhlopriečky pôvodnej kocky. Svetlo prichádzajúce k nám z hranice rekombinácie môže po ceste niekoľkokrát prekročiť pôvodnú kocku, akoby sa odrážalo v jej zrkadlových stenách, v dôsledku toho je uhlová štruktúra žiarenia skreslená a nízkofrekvenčné fluktuácie sa stávajú vysokofrekvenčnými. Výsledkom je, že čím menší je počiatočný objem, tým silnejšie je potlačenie menších veľkých uhlových fluktuácií, čo znamená, že štúdiom CMB môžeme odhadnúť veľkosť nášho vesmíru.
Plochý topologicky zložitý trojrozmerný vesmír možno postaviť iba na základe kociek, rovnobežnostenov a šesťhranných hranolov. V prípade zakriveného priestoru má takéto vlastnosti širšia trieda postáv. Najlepšie uhlové spektrá získané v experimente WMAP sú zároveň v súlade s modelom vesmíru v tvare dvanástnika. Tento pravidelný mnohosten, ktorý má 12 päťuholníkových plôch, pripomína futbalovú loptu ušitú z päťuholníkových záplat. Ukazuje sa, že v priestore s miernym kladným zakrivením môžu pravidelné dvanásťsteny vyplniť celý priestor bez otvorov alebo vzájomných priesečníkov. Vzhľadom na určitý pomer medzi veľkosťou dvanástnika a zakrivením to vyžaduje 120 sférických dvanásťstenov. Okrem toho možno túto zložitú štruktúru stoviek „gulí“ zredukovať na topologicky ekvivalentnú štruktúru pozostávajúcu len z jedného jediného dvanástnika, ktorého protiľahlé strany sú identifikované, otočené o 180 stupňov.
Vesmír vytvorený z takého dvanástnika má množstvo zaujímavých vlastností: nemá žiadne preferované smery a popisuje veľkosť najnižších uhlových harmonických CMB lepšie ako väčšina ostatných modelov. Takýto obraz vzniká len v uzavretom svete s pomerom skutočnej hustoty hmoty ku kritickej hustote 1,013, čo spadá do rozsahu hodnôt, ktoré umožňujú dnešné pozorovania (1,02 ± 0,02).
Pre bežného obyvateľa Zeme všetky tieto topologické zložitosti na prvý pohľad nemajú veľký význam. Ale pre fyzikov a filozofov je to úplne iná záležitosť. Ako pre svetonázor ako celok, tak aj pre jednotnú teóriu, ktorá vysvetľuje štruktúru nášho sveta, je táto hypotéza veľmi zaujímavá. Preto, keď vedci objavili anomálie v spektre relikvie, začali hľadať ďalšie fakty, ktoré by mohli potvrdiť alebo vyvrátiť navrhovanú topologickú teóriu.
Sondážna plazma
Na spektre fluktuácií CMB červená čiara označuje predpovede teoretického modelu. Sivá chodba okolo nej sú prípustné odchýlky a čierne bodky sú výsledkom pozorovaní. Väčšina údajov je získaná z experimentu WMAP a len pre najvyššie harmonické sú pridané výsledky zo štúdií CBI (balón) a ACBAR (pozemná Antarktída). Normalizovaný graf uhlového spektra fluktuácií CMB ukazuje niekoľko maxím. Ide o takzvané „akustické vrcholy“ alebo „Sacharovove oscilácie“. Ich existenciu teoreticky predpovedal Andrej Sacharov. Tieto vrcholy sú spôsobené Dopplerovým efektom a sú spôsobené pohybom plazmy v momente rekombinácie. Maximálna amplitúda oscilácií sa vyskytuje v rámci veľkosti kauzálne súvisiacej oblasti (zvukového horizontu) v momente rekombinácie. Na menších mierkach boli oscilácie plazmy oslabené viskozitou fotónov a vo veľkých mierkach boli poruchy na sebe nezávislé a neboli fázované. Maximálne výkyvy pozorované v modernej dobe sa preto vyskytujú v uhloch, v ktorých je dnes viditeľný zvukový horizont, teda v oblasti primárnej plazmy, ktorá žila jediný život v momente rekombinácie. Presná poloha maxima závisí od pomeru celkovej hustoty vesmíru ku kritickej hustote. Pozorovania ukazujú, že prvý, najvyšší vrchol sa nachádza približne na 200. harmonickej, čo podľa teórie s vysokou presnosťou zodpovedá plochému euklidovskému vesmíru.
Množstvo informácií o kozmologických parametroch obsahuje druhý a ďalší akustický vrchol. Ich samotná existencia odráža skutočnosť, že akustické oscilácie v plazme sú „fázované“ počas éry rekombinácie. Ak by takéto spojenie neexistovalo, potom by sa pozoroval iba prvý vrchol a kolísanie na všetkých menších mierkach by bolo rovnako pravdepodobné. Ale aby takýto kauzálny vzťah medzi osciláciami na rôznych mierkach vznikol, museli byť tieto (od seba veľmi vzdialené) oblasti schopné vzájomnej interakcie. Presne takáto situácia prirodzene nastáva v inflačnom modeli Vesmíru a istá detekcia druhého a ďalších vrcholov v uhlovom spektre fluktuácií CMB je jedným z najvýznamnejších potvrdení tohto scenára.
Pozorovania kozmického mikrovlnného žiarenia pozadia sa uskutočnili v oblasti blízkej maximu tepelného spektra. Pre teplotu 3K je to pri rádiovej vlnovej dĺžke 1mm. WMAP vykonával svoje pozorovania na mierne dlhších vlnových dĺžkach: od 3 mm do 1,5 cm Tento rozsah je celkom blízko maxima a obsahuje nižší šum hviezd našej Galaxie.
Mnohostranný svetV dvanásťstennom modeli horizont udalostí a hranica rekombinácie ležiaca veľmi blízko k nemu pretínajú každú z 12 stien dvanástnika. Priesečník rekombinačnej hranice a pôvodného mnohostenu tvorí na mape mikrovlnného pozadia 6 párov kružníc, ktoré sa nachádzajú v opačných bodoch nebeskej sféry. Uhlový priemer týchto kruhov je 70 stupňov. Tieto kruhy ležia na opačných stranách pôvodného dvanásťstena, to znamená, že sa geometricky a fyzicky zhodujú. V dôsledku toho by sa distribúcia fluktuácií CMB pozdĺž každého páru kruhov mala zhodovať (berúc do úvahy rotáciu o 180 stupňov). Na základe dostupných údajov sa takéto kruhy zatiaľ nepodarilo odhaliť.
Ale tento jav, ako sa ukázalo, je zložitejší. Kruhy budú identické a symetrické iba pre pozorovateľa stojaceho vzhľadom na reliktné pozadie. Zem sa voči nej pohybuje pomerne vysokou rýchlosťou, a preto sa v žiarení pozadia objavuje výrazná dipólová zložka. V tomto prípade sa kruhy menia na elipsy, menia sa ich veľkosti, umiestnenie na oblohe a priemerná teplota pozdĺž kruhu. Je oveľa ťažšie odhaliť identické kruhy v prítomnosti takýchto skreslení a presnosť údajov, ktoré sú dnes k dispozícii, je nedostatočná, sú potrebné nové pozorovania, ktoré pomôžu zistiť, či existujú alebo nie.
Azda najzávažnejší problém zo všetkých topologicky zložitých kozmologických modelov, ktorých už vzniklo značné množstvo, je najmä teoretického charakteru. Dnes sa inflačný scenár vývoja vesmíru považuje za štandardný. Bolo navrhnuté vysvetliť vysokú homogenitu a izotropiu pozorovateľného vesmíru. Podľa neho bol vesmír, ktorý sa zrodil, spočiatku dosť heterogénny. Potom, počas procesu inflácie, keď sa vesmír rozpínal podľa zákona blízkeho exponenciálnej hodnote, sa jeho pôvodná veľkosť zväčšila o mnoho rádov. Dnes vidíme len malú časť Veľkého vesmíru, v ktorom stále zostávajú nehomogenity. Pravda, majú taký veľký priestorový rozsah, že sú neviditeľné v nám dostupnom priestore. Inflačný scenár je doteraz najlepšie vyvinutou kozmologickou teóriou.
Pre mnohonásobne prepojený vesmír takýto sled udalostí nesedí. V ňom je k dispozícii na pozorovanie celá jeho unikátna časť a niektoré z jeho najbližších kópií. V tomto prípade nemôžu existovať štruktúry alebo procesy opísané mierkami oveľa väčšími ako pozorovaný horizont.
Smery, ktorými sa bude musieť kozmológia vyvíjať, ak sa potvrdí multiprepojenosť nášho Vesmíru, sú už jasné: ide o neinflačné modely a takzvané modely so slabou infláciou, pri ktorých sa veľkosť Vesmíru zväčší len niekoľkonásobne ( alebo desiatky krát) počas inflácie. Zatiaľ neexistujú žiadne takéto modely a vedci, ktorí sa snažia zachovať známy obraz sveta, aktívne hľadajú nedostatky vo výsledkoch získaných pomocou vesmírneho rádioteleskopu.
Jedna zo skupín, ktorá vykonala nezávislé štúdie údajov WMAP, upozornila na skutočnosť, že kvadrupólové a oktopólové zložky CMB majú blízko k sebe a ležia v rovine takmer zhodnej s galaktickým rovníkom. Záver tejto skupiny: pri odčítaní galaktického pozadia od údajov pozorovania mikrovlnného pozadia sa vyskytla chyba a skutočná hodnota harmonických je úplne iná.
Pozorovania WMAP sa uskutočnili na 5 rôznych frekvenciách špecificky s cieľom správne oddeliť kozmologické a miestne pozadie. A hlavný tím WMAP je presvedčený, že pozorovania boli spracované správne a odmieta navrhované vysvetlenie.
Dostupné kozmologické údaje, publikované ešte začiatkom roku 2003, boli získané po spracovaní výsledkov iba prvého roka pozorovaní WMAP. Na testovanie navrhovaných hypotéz je ako obvykle potrebné zvýšenie presnosti. Začiatkom roku 2006 WMAP nepretržite pozoroval štyri roky, čo by malo stačiť na zdvojnásobenie jeho presnosti, ale údaje ešte neboli zverejnené. Musíme chvíľu počkať a možno sa naše predpoklady o dodekaedrickej topológii vesmíru stanú úplne demonštratívnymi.
Michail Prochorov, doktor fyzikálnych a matematických vied
Ekológia života. Veda a objavy: Ľudia diskutovali o tom, prečo vesmír existuje už tisíce rokov. Takmer v každej starovekej kultúre si ľudia prišli na svoje...
Niektorí fyzici veria, že dokážu vysvetliť, ako vznikol náš vesmír. Ak sa ukáže, že majú pravdu, potom by náš vesmír mohol vzniknúť z ničoho.
Ľudia už tisíce rokov diskutujú o tom, prečo vesmír existuje. Takmer v každej starovekej kultúre ľudia prišli s vlastnou teóriou stvorenia – väčšina z nich zahŕňala božský dizajn – a filozofi o tom napísali mnoho zväzkov. Ale veda môže povedať len toľko o stvorení vesmíru.
Nedávno však niektorí fyzici a kozmológovia začali diskutovať o tejto otázke. Poznamenávajú, že teraz dobre rozumieme histórii vesmíru a fyzikálnym zákonom, ktoré vysvetľujú, ako to funguje. Vedci veria, že tieto informácie nám umožnia pochopiť, ako a prečo vesmír existuje.
Podľa ich názoru vesmír od Veľkého tresku po náš mnohohviezdny vesmír, ktorý dnes existuje, vznikol z ničoho. Vedci hovoria, že sa to muselo stať, pretože „nič“ nie je v skutočnosti vnútorne nestabilné.
Táto myšlienka sa môže zdať čudná alebo jednoducho báječná. Fyzici však tvrdia, že pochádza z dvoch najsilnejších a najúspešnejších teórií: kvantovej fyziky a všeobecnej teórie relativity.
Ako teda mohlo všetko pochádzať z ničoho?
Častice z prázdneho priestoru
Na začiatok by sme sa mali obrátiť na oblasť kvantovej fyziky. Toto je odvetvie fyziky, ktoré študuje veľmi malé častice: atómy a ešte menšie objekty. Kvantová fyzika je mimoriadne úspešná teória a je základom väčšiny dnešných elektronických prístrojov.
Kvantová fyzika nám hovorí, že prázdny priestor vôbec neexistuje. Aj to najideálnejšie vákuum je naplnené vlniacim sa oblakom častíc a antičastíc, ktoré vznikajú z ničoho a potom sa zmenia na nič. Tieto takzvané „virtuálne častice“ existujú krátko, a preto ich nevidíme. Vieme však, že sú tam kvôli účinkom, ktoré spôsobujú.
Do priestoru a času z absencie priestoru a času
Presuňme teraz pozornosť od najmenších objektov – ako sú atómy – k veľmi veľkým veciam – ako sú galaxie. Našou najlepšou teóriou na vysvetlenie takýchto veľkých vecí je všeobecná relativita, vrcholný úspech Alberta Einsteina. Táto teória vysvetľuje, ako sú priestor, čas a gravitácia vzájomne prepojené.
Všeobecná relativita je veľmi odlišná od kvantovej fyziky a doteraz ich nikto nedokázal poskladať do jednej skladačky. Niektorým teoretikom sa však podarilo použiť starostlivo vybrané podobnosti na priblíženie oboch teórií v konkrétnych problémoch. Tento prístup použil napríklad Stephen Hawking na univerzite v Cambridge, keď opísal čierne diery.
Fyzici zistili, že keď sa kvantová teória aplikuje na vesmír v malých mierkach, priestor sa stáva nestabilným. Priestor a čas, namiesto toho, aby zostali hladké a súvislé, začnú vrieť a peniť vo forme praskajúcich bublín.
Inými slovami, malé bubliny času a priestoru sa môžu vytvárať spontánne. „V kvantovom svete sú čas a priestor nestabilné,“ hovorí astrofyzik Lawrence Maxwell Krauss z Arizona State University. "Takže môžete formovať virtuálny časopriestor rovnakým spôsobom, akým formujete virtuálne častice."
Navyše, ak sa tieto bubliny môžu vyskytnúť, môžete si byť istí, že sa vyskytnú. „V kvantovej fyzike, ak niečo nie je zakázané, určite sa to stane s určitou mierou pravdepodobnosti,“ hovorí Alexander Vilenkin z Tufts University v Massachusetts.
Vesmír z bubliny
Takže nielen častice a antičastice môžu pochádzať z ničoho a premeniť sa na nič: bubliny časopriestoru môžu robiť to isté. Medzi nekonečne malou časopriestorovou bublinou a obrovským vesmírom, ktorý pozostáva z viac ako 100 miliárd galaxií, je však veľká priepasť. Naozaj, prečo by bublina, ktorá sa práve objavila, nemohla mihnutím oka zmiznúť?
A ukázalo sa, že existuje spôsob, ako bublinu prežiť. To si vyžaduje ďalší trik nazývaný kozmická inflácia.
Väčšina moderných fyzikov verí, že vesmír začal Veľkým treskom. Najprv bola všetka hmota a energia vo vesmíre stlačená do neuveriteľne malého bodu, ktorý sa potom začal rýchlo rozširovať. Vedci zistili, že náš vesmír sa v 20. storočí rozširuje. Videli, že všetky galaxie odlietajú od seba, čo znamená, že sa kedysi nachádzali blízko seba.
Podľa inflačného modelu vesmíru sa vesmír hneď po veľkom tresku rozpínal oveľa rýchlejšie ako dnes. Táto bizarná teória sa objavila v 80. rokoch 20. storočia vďaka Alanovi Guthovi z Massachusettského technologického inštitútu a zdokonalil ju sovietsky fyzik Andrei Linde, teraz na Stanfordskej univerzite.
Myšlienkou inflačného modelu vesmíru je, že bezprostredne po Veľkom tresku sa obrovská bublina vesmíru rozpínala. Za neuveriteľne krátky čas, z bodu menšieho ako jadro atómu, dosiahol objem zrnka piesku. Keď sa expanzia nakoniec spomalila, sila, ktorá ju spôsobila, sa premenila na hmotu a energiu, ktoré dnes napĺňajú vesmír.
Napriek svojej zdanlivej podivnosti inflačný model vesmíru dobre zodpovedá skutočnosti. Najmä vysvetľuje, prečo je kozmické mikrovlnné žiarenie pozadia – kozmické mikrovlnné žiarenie pozadia, ktoré zostalo po veľkom tresku – rovnomerne rozložené na oblohe. Ak by sa vesmír nerozpínal tak rýchlo, s najväčšou pravdepodobnosťou by bolo žiarenie v distribúcii chaotickejšie, ako vidíme dnes.
Vesmír je plochý a prečo je tento fakt dôležitý
Inflácia tiež pomáha kozmológom určiť geometriu nášho vesmíru. Ukázalo sa, že znalosť geometrie je potrebná na pochopenie toho, ako mohol vesmír vzniknúť z ničoho.
Všeobecná teória relativity Alberta Einsteina hovorí, že časopriestor, v ktorom žijeme, môže mať tri rôzne podoby. Môže byť plochý, ako povrch stola. Môže byť zakrivený ako oblasť gule, a preto, ak sa začnete pohybovať od určitého bodu, určite sa k nemu vrátite. Nakoniec sa dá otočiť smerom von, ako sedlo. V akej forme časopriestoru teda žijeme?
Dá sa to vysvetliť nasledovne. Zo školských hodín matematiky si možno pamätáte, že súčet uhlov trojuholníka je 180 stupňov. To platí len vtedy, keď je trojuholník v rovnom priestore. Ak nakreslíte trojuholník na povrch balóna, súčet troch uhlov bude viac ako 180 stupňov. Ak nakreslíte trojuholník na plochu ako sedlo, súčet troch uhlov bude menší ako 180 stupňov.
Aby sme pochopili, že náš vesmír je plochý, musíme zmerať uhly obrovského trojuholníka. A tu vstupuje do hry inflačný model Vesmíru. Určuje priemernú veľkosť studených a horúcich bodov na kozmickom mikrovlnnom pozadí. Tieto škvrny boli namerané v roku 2003 a astronómovia ich mohli použiť ako analógy trojuholníka. V dôsledku toho vieme, že najväčšie pozorovateľné váhy v našom vesmíre sú ploché.
Ukazuje sa teda, že plochý vesmír je nevyhnutnosťou. Je to tak preto, lebo len plochý vesmír mohol vzniknúť z ničoho.
Všetko, čo existuje vo vesmíre, od hviezd a galaxií až po svetlo, ktoré produkujú, muselo byť z niečoho sformované. Už vieme, že častice vznikajú na kvantovej úrovni, takže by sme mohli očakávať, že vo vesmíre sú nejaké maličkosti. Ale vznik všetkých týchto hviezd a planét si vyžaduje obrovské množstvo energie.
Ale odkiaľ vesmír získal všetku túto energiu? Znie to čudne, samozrejme, ale energia nemusela pochádzať odniekiaľ. Faktom je, že každý objekt v našom vesmíre má gravitáciu a priťahuje k sebe iné objekty. A to vyrovnáva energiu potrebnú na vytvorenie prvej hmoty.
Je to trochu ako stará váha. Na jednu misku váhy môžete položiť ľubovoľne ťažký predmet a váha bude v rovnováhe, ak sa na druhom konci nachádza predmet rovnakej hmotnosti. V prípade Vesmíru sa hmota nachádza na jednom konci a gravitácia ju „vyvažuje“.
Fyzici vypočítali, že v plochom vesmíre sa energia hmoty presne rovná gravitačnej energii, ktorú táto hmota vytvára. Ale toto funguje len pre plochý vesmír. Ak by bol vesmír zakrivený, neexistovala by rovnováha.
Vesmír alebo multivesmír?
Teraz „varenie“ vesmíru vyzerá celkom jednoducho. Kvantová fyzika nám hovorí, že „nič“ je nestabilné, a preto prechod z „niča“ na „niečo“ musí byť takmer nevyhnutný. Ďalej, vďaka inflácii môže byť z malej časopriestorovej bubliny vytvorený masívny, hustý vesmír. Ako napísal Krauss: „Fyzikálne zákony, ako ich dnes chápeme, umožňujú, aby sa náš vesmír sformoval z ničoho – neexistoval čas, priestor, žiadne častice, nič, o čom by sme si boli vedomí.
Prečo však vesmír vznikol iba raz? Ak sa jedna bublina nafúkne na veľkosť nášho vesmíru, prečo by to isté nemohli urobiť aj iné bubliny?
Linde ponúka jednoduchú, no psychedelickú odpoveď. Verí, že vesmíry vznikli a vznikajú nepretržite a tento proces bude pokračovať navždy.
Keď inflácia vesmíru skončí, verí Linde, stále je stále obklopený priestorom, v ktorom existuje inflácia. Spôsobuje vznik ešte ďalších Vesmírov a okolo nich sa vytvára ešte viac priestoru, v ktorom dochádza k inflácii. Keď inflácia začne, bude pokračovať donekonečna. Linde to nazval večná inflácia. Náš vesmír môže byť len zrnkom piesku na nekonečnej piesočnatej pláži.
Iné vesmíry môžu byť veľmi odlišné od nášho. Susedný vesmír môže mať päť priestorových rozmerov, zatiaľ čo náš má len tri – dĺžku, šírku a výšku. Gravitačná sila v ňom môže byť 10-krát silnejšia alebo 1000-krát slabšia. Alebo tam nemusí byť vôbec žiadna gravitácia. Hmota môže pozostávať z úplne odlišných častíc.
Môže teda existovať rôznorodosť Vesmírov, ktoré nezapadajú do nášho vedomia. Linde verí, že večná inflácia nie je len „obed úplne zadarmo“, ale je to aj jediný obed, kde je k dispozícii každé možné jedlo. publikovaný
Preklad: Ekaterina Shutova
