Скрипка и футбольный мяч: ученые вычисляют форму космоса
Вселенная с сайта www.nature.com/nsu/031006/031006-8.html
Согласно наиболее авторитетной современной космологической модели Вселенной, наш мир является бесконечным и "плоским" (то есть не имеет глобальных пространственных искривлений). Первоначальная обработка данных, полученных зондом NASA WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe - Зонд для исследования микроволновой анизотропии имени Дэвида Вилкайнсона), казалось, подтвердила эту теорию, однако теперь космологи из Франции и США, интерпретируя очередной массив информации от того же самого зонда, предлагают уже совершенно противоположную трактовку результатов: окружающий нас космос может быть не только конечным, замкнутым и сравнительно небольшим по объему, но и имеет форму этакого двенадцатигранника, додекаэдра. Именно такая форма и размеры лучше всего объясняют характер распределения космического микроволнового фона - реликтового излучения, являющегося последствием процессов, произошедших вскоре после Большого взрыва.
Космический микроволновый фон несет в себе своего рода "фотографию" космоса, каким он был спустя примерно 380 тысяч лет после Большого взрыва. К этому времени Вселенная остыла уже достаточно для того, чтобы смогли сформироваться из отдельных частиц атомы, при этом электроны, лишившись своей былой свободы, больше не рассеивали фотоны, как в условиях ранней Вселенной - и мир разом стал "прозрачным". Именно поэтому все мельчайшие вариации и температурная анизотропия сохранившегося с тех пор фонового излучения отражают вариации в плотности Вселенной тех времен.
Эти температурные флуктуации могут быть выражены как сумма сферических гармоник, и астрофизики постарались изобразить на графике относительную устойчивость этих гармоник как функцию угла. Высота и положение пиков в этом своеобразном "энергетическом спектре" связаны с основными астрофизическими свойствами Вселенной. При малых углах все было нормально, а вот при больших - свыше 60° - наблюдения WMAP показали серьезные отклонения от параметров, предсказанных стандартной моделью - спектр как бы "срезается". Если Вселенную представить в виде гигантского музыкального инструмента, то эту загадку можно перетрактовать как необъяснимое отсутствие низких нот во время исполнения единой величественной симфонии, поэтому некоторые космологи предположили, что наш инструмент просто слишком мал, чтобы суметь сыграть их. Вселенная конечна, а не бесконечна, и, подобно скрипке, которая не может воспроизвести звуки, доступные виолончели, Вселенная не может породить волны крупнее себя.
В статье, издаваемой в журнале Nature, доктор Джеффри Викс (Jeffrey Weeks) - независимый математик из Кантона (штат Нью-Йорк) - и его коллеги представляют доступное нам пространство как своего рода 12-сторонний зал с волшебными зеркалами, создающими иллюзию бесконечности за счет отображения нескончаемого ряда копий одних и тех же звезд, находящихся, правда, на разных этапах своего развития. Здесь нужно сделать несколько уточнений.
Во-первых, додекаэдр - это вовсе не "футбольный мяч", как о том написал целый ряд изданий. У додекаэдра, одного из пяти типов правильных многогранников (составленного из пятиугольников), 12 пятиугольных граней, 30 ребер, 20 вершин, а у "футбольного мяча" их гораздо больше (желающие могут подсчитать, если есть таковой дома).
Во-вторых, "зеркала", о которых идет речь, совершенно особые; собственно, это и не зеркала вовсе, а своего рода незримые пространственные порталы, закольцовывающие всю Вселенную, подобно тому, как лист бумаги, склеенный в кольцо, позволяет двумерному путешественнику двигаться неограниченно долго вдоль одной прямой, время от времени возвращаясь в одну и ту же точку. Космический корабль, пересекающий такую "грань" приблизительно в 37 миллиардах световых лет от нас, вышел бы на другую сторону додекаэдра, а после путешествия длиной в 74 миллиарда световых лет он мог бы оказаться в той же самой точке, из которой началось его путешествие (правда, непонятно, что за это время произошло бы с самой расширяющейся и эволюционирующей Вселенной). Для сравнения, свет от Большого взрыва за это воистину космическое время заполнил бы сферу диаметром 46 миллиардов световых лет. Вообще говоря, имеется в виду не что-нибудь, а так называемая гомологическая сфера (или топологическое пространство Пуанкаре, причем единственная конечная группа, реализуемая как фундаментальная группа трехмерного пространства Пуанкаре, - это бинарная группа икосаэдра, являющаяся фундаментальной группой пространства додекаэдра - исторически первого примера пространства Пуанкаре).
А в-третьих, выводы о такой форме и размерах Вселенной хоть и основаны на данных WMAP, но не носят пока окончательного характера и имеют все шансы быть опровергнутыми в самом ближайшем будущем. Впрочем, тот факт, что мы теперь можем делать какие-то определенные выводы о, казалось бы, совершенно метафизических вещах и основываемся при этом на данных, полученных в ходе физических экспериментов, говорит о том, что мировая наука сделала очередной важный шаг в своем развитии... "На повестке дня стоит вопрос, из-за которого был сожжен когда-то Джордано Бруно, - говорит доктор Макс Тегмарк (Max Tegmark), космолог из Пенсильванского университета (University of Pennsylvania). - Является космос бесконечным или нет?"
Если новая модель окажется правильной, разъясняет доктор Викс, то это позволит исключить из рассмотрения целый ряд популярных моделей, основанных на развитии теории Большого взрыва, согласно которым, например, наша собственная видимая вселенная представляет собой всего лишь пространственно-временной экспоненциально расширяющийся "пузырь" среди других подобных рождающихся "вселенных", вложенных в пространство гораздо большей размерности (теория, известная также под названием "вечная инфляция"). "Это означает, что мы можем теперь видеть всю нашу Вселенную едва ли не целиком", - говорит доктор Викс.
Однако другие астрономы, включая группу во главе с доктором Дэвидом Спергелем (David Spergel) из Принстона заявляют, что продолжающийся дальнейший анализ тех же самых данных, вероятно, уже позволяет исключить интерпретацию Вселенной как имеющей форму додекаэдра. Они обещают опубликовать вскоре свои собственные выводы и тем самым закрыть вопрос. Так что Викс просто поспешил. "Викс и его друзья сделали громкое заявление, возможно, одно из самых громких заявлений в истории науки этого столетия, - говорит доктор Нейл Корниш (Neil Cornish), физик из Университета штата Монтана, - но такие экстраординарные заявления требуют более твердых доказательств".
Источники:
New Model of the Universe: It's Shaped Like a Soccerball - New York Times
Is the universe a dodecahedron? - PhysicsWeb
Universe could be football-shaped - Nature News Service
Tantalising evidence hints Universe is finite - New Scientist
Space Seen as Finite, Shaped Like a Soccer Ball - Space.com
Ссылки:
Взгляд во Вселенную - Владимир Губарев, "Литературная газета"
Миры Александра Виленкина - Александр Грудинкин, "Знание - сила"
Космический Интеллект - Ю.Н.Ефремов
Обсудить
Статьи по теме
Обнародован "портрет" юной Вселенной, полученный зондом WMAP
Новые данные от зонда WMAP обеспечили космологов информацией, позволяющей нарисовать реальную картину раннего этапа в развитии Вселенной. Кроме того, определен возраст нашего мира с беспрецедентной точностью. Он составляет 13,7 млрд лет. Самое большое удивление ученые испытали, когда при анализе данных выяснилось, что первая генерация звезд появилась спустя всего лишь 200 млн лет после Большого взрыва.
Ученые продолжают собирать "семейный альбом" фотографий Вселенной: юность (5 млрд лет назад)
Ученые, работающие с орбитальной рентгеновской обсерваторией "Чандра", получили снимок юной Вселенной, которая моложе своего нынешнего состояния приблизительно на 5 млрд лет. На картинке запечатлена область из созвездия Большой Медведицы, известная под названием "Северо-западная дыра Локмана".
Скрипка и футбольный мяч: ученые вычисляют форму космоса
Первоначальная обработка данных, полученных зондом WMAP, казалось, подтвердила теорию, что наш мир является бесконечным и "плоским", однако интерпретация очередного массива данных от того же самого зонда дает теперь уже совершенно противоположный результат: окружающий нас космос может быть не только конечным, замкнутым и сравнительно небольшим по объему, но и имеет форму додекаэдра. Это своего рода 12-сторонний зал с волшебными зеркалами, создающими иллюзию бесконечности за счет отображения нескончаемого ряда копий одних и тех же звезд, находящихся, правда, на разных этапах своего развития.
Физики, возможно, наблюдали магнитные монополи
Поль Дирак в 1931 году выдвинул гипотезу, согласно которой в природе должны существовать некие экзотические частицы, являющиеся переносчиками изолированных "магнитных зарядов" - магнитные монополи. Но до сих пор все попытки обнаружить в эксперименте эти неуловимые частицы были безуспешными. Однако теперь группа физиков из Японии, Китая и Швейцарии утверждает, что им все-таки удалось найти косвенное свидетельство существования таких монополей Дирака.
Большой взрыв руками физиков-ядерщиков: подтверждено получение кварк-глюонной плазмы
Недавние контрольные эксперименты добавили уверенности "творцам Большого взрыва" из Брукхэвена: похоже, им действительно удалось получить кварк-глюонную плазму - то есть материю, находящуюся в принципиально новом состоянии. Согласно современным теориям, кварк-глюонная плазма существовала только в первые 10-5 с после Большого взрыва. Когда-то предрекали, что подобные эксперименты могут привести чуть ли не к концу всей нашей Вселенной или, по меньшей мере, к формированию микроскопической черной дыры, которая затем затянет внутрь себя все, до чего сможет дотянуться.
Астрономы обнаружили "потерявшиеся" барионы
Астрономы обнаружили новый тип разогретого межгалактического газа, с помощью которого можно локализовать невидимое присутствие темного вещества во Вселенной. Газовое облако, в триллион раз массивнее, чем наше Солнце, и в 150 раз более горячее, окружает нашу местную группу галактик, в которую входит Млечный путь, туманность Андромеды и еще приблизительно 30 мелких галактик.
Super-WIMPs: темная материя может оказаться необнаружимой в принципе
90 % всей материи Вселенной не просто скрывается в виде "не испускающего свет" вещества, а содержится в форме частиц, названных super-WIMPs (сверхслабо- взаимодействующие массивные частицы), перед которыми, в отличие от "просто" WIMPs, совершенно бессильны все известные способы обнаружения темного вещества.
"Частица бога" не откроет тайну американцам
Один из ключевых вопросов современной физики высоких энергий - подтверждение или опровержение существования теоретически предсказанной еще в 1964 году экзотичной субатомной частицы, называемой бозоном Хиггса. Предполагается, что бозон Хиггса сыграл основную роль в механизме, посредством которого некоторые частицы (кварки, лептоны) во время Большого взрыва приобрели массу, а другие остались безмассовыми (фотоны).
Экспериментаторы ищут новые силы, предсказанные теориями суперструн
Самый чувствительный на настоящее время эксперимент по оценке гравитационного взаимодействия на сверхмалых расстояниях не дал новых козырей в руки сторонников теории суперструн. Но, несмотря на все это, идеи дополнительных измерений становятся необычайно популярными в связи с кризисом стандартных физических моделей, не способных объяснить новые наблюдения - ускоренно расширяющейся Вселенной, в которой царит темная энергия.
Физики надеются обнаружить изменение фундаментальных констант со временем
Две группы физиков на протяжении последних лет провели целый ряд аккуратных экспериментов в надежде обнаружить непостоянство природных констант, до сих пор считавшихся не изменяющимися со временем. До настоящего момента данные на эту тему добывались астрофизическими методами и указывали на возможность подобных вариаций.
Темная энергия уходит в тень: получено новое свидетельство существования антигравитации
Астрономы Слоановского цифрового обзора неба объявили о получении еще одного независимого свидетельства существования таинственной темной энергии. Исследователи нашли своеобразный отпечаток темной энергии (или, как они называют это явление, "тень" темной энергии) путем изучения корреляций между изображениями миллионов галактик, полученных в ходе реализации программы SDSS, и картой распределения вариаций температуры реликтового излучения, "нарисованной" зондом WMAP.
"Твикинг" гравитации покончит с потребностью в странных силах
Факт существования темной энергии, казалось бы, однозначно подтвержден наблюдениями за удаленными сверхновыми и экспериментами с микроволновым космическим фоном. Однако теперь группа американских физиков показывает, что факт непрерывно ускоряющегося расширения Вселенной, который лег в основу подобной гипотезы, можно объяснить и не призывая на помощь мистическую "дарк энерджи".
Копейкина опровергают американцы, но Эйнштейн пока не пострадал
Альберт Эйнштейн, возможно, был прав, постулировав, что скорость гравитации равна скорости света, но вопреки заявлению Копейкина и Фомалонта, сделанному ими в самом начале этого года, это положение все еще не доказано экспериментально. Очередной удар по позициям нашего соотечественника Сергея Копейкина нанесли специалисты из Лаборатории Беркли.
Впервые удалось измерить скорость гравитации
Впервые с приемлемой точностью удалось измерить скорость гравитации. Измерялось небольшое видимое изменение позиции квазара, вызванное изгибом пути радиоволн от этого источника в поле тяготения Юпитера. Результат важен с точки зрения "закрытия" некоторых вариантов современных теорий и поддержки других - он связан с космологическими теориями множественных вселенных и так называемой теории струн или суперструн.
Вселенная во власти "темной энергии": новое доказательство
Наблюдения за отдаленными квазарами показывают, что основная часть энергии во Вселенной содержится в форме таинственной "темной энергии". Долгое время считалось, что модель расширяющейся Вселенной, по крайней мере, на современном ее этапе, позволяет обойтись без этой новой сущности.
Неуловимая темная материя блуждает как пьяный матрос
До недавнего времени предполагалось, что таинственное темное вещество распределяется равномерно в массивном ореоле вокруг каждой галактики. Это не совсем верно. Такие ореолы действительно существуют, но состоят они из тысяч отдельных скоплений, которые можно воспринимать как своеобразные "темные" спутниковые галактики.
Найдены "голые" галактики, лишенные "шубы" из темной материи
Три "голые" галактики, не окруженные темной материей, были найдены международной группой астрономов. Открытие наносит серьезный удар по убеждению, долгое время царившему в умах астрофизиков, согласно которому все галактики окружены скрытыми "темными" ореолами. Ученые приходят к мысли, что некий таинственный фактор в эволюции галактик "раздевает" их, лишает темного вещества.
Обнаружена первая реликтовая звезда - едва ли не ровесница Вселенной
Международная группа исследователей обнаружила в нашей Галактике реликтовую звезду, сохранившуюся с самых ранних времен существования нашей Вселенной. Доказательством ее древности служит рекордно низкое содержание металлов в ее атмосфере.
Астрономы, как им и положено, считают звезды
Похоже, астрономы наконец решили заняться тем делом, которое им издавна приписывает народная молва. Или просто им надоели бесчисленные "детские" вопросы: "А сколько, собственно, звезд на небе?" По крайней мере, на проходящей сейчас в Сиднее Генеральной ассамблее Международного астрономического союза был сделан на эту тему специальный доклад.
Первые звезды не были одиноки: астрономы нашли небывало древнюю планету
Астрономы нашли самую древнюю и самую далекую из всех известных на сегодняшний момент планет. Она движется по орбите вокруг двойной квазизвездной системы в созвездии Скорпиона на расстоянии 5 600 световых лет от Земли. Новое открытие дарит нам надежду, что и в нашей Галактике формирование планет, возможно, началось гораздо раньше, чем о том говорят современные теории, а своими планетными системами при этом обладают едва ли не все звезды.
Замаскированная квантовая почта может объяснить молчание внеземных цивилизаций
Если внеземные цивилизации действительно существуют и при этом не являются исключительной редкостью, то почему мы так и не смогли до сих пор получить от них никаких сигналов? Два физика объясняют эту ситуацию исключительной осторожностью инопланетян. При этом они считают, что есть возможность отправлять сигналы, не открывая своего местоположения.
Выяснилось, что мы живем в гигантском межзвездном дымоходе
Первая детальная 3D-карта области космического пространства, окружающего нашу Солнечную систему (размером примерно в 1 тыс световых лет), показывает, что мы находимся посреди большой "норы" или полости, вырезанной в диске Галактики. Скорее всего, эта полость была "пробита" некой взорвавшейся 1-2 млн лет назад звездой.
Обнаружен пепел первых звезд
Недавние наблюдения с использованием космического телескопа "Хаббл" доказывают, что первые звезды сформировались спустя всего лишь 200 млн лет после Большого взрыва. Таким образом, промежуток времени от начала Вселенной до первых звезд оказался гораздо короче, чем давали прежние теории, но находится в полном согласии с данными, полученными от зонда WMAP. Наличие железа и, косвенно, всех других более легких элементов, показывает, что основные компоненты для планет и возможной жизни на них присутствовали очень рано в истории Вселенной. Это намного раньше, чем возникла Земля.
Ранняя Вселенная: впервые удалось определить размеры реликтовых галактик
Астрономы Израиля и США нашли первое прямое подтверждение тому, что по крайней мере некоторые галактики размером с Млечный путь уже успели сформироваться, когда Вселенной от роду было меньше миллиарда лет. На иллюстрации - смоделированная структура ранней Вселенной. Первые галактики размером с Млечный путь выглядят как яркие пятна в вершинах этих своеобразных галактических нитей.
Новости по теме
