Astrofizikai: Visata gali būti milžiniška 3D spurga, bet štai kodėl niekada negalėtumėte pasivyti ir užbaigti kilpos (Video)

„Galėtume pasakyti: dabar mes žinome Visatos dydį“, – „Live Science“ sakė astrofizikas Thomas Buchertas iš Liono universiteto Astrofizikos tyrimų centro Prancūzijoje.

Nagrinėdami labai ankstyvos Visatos šviesą, Buchertas ir astrofizikų komanda padarė išvadą, kad kosmosas gali būti daugybiškai sujungtas, o tai reiškia, kad Visata yra uždara savyje visuose trijuose matmenyse kaip trimatė spurga.

Tokia Visata būtų baigtinė ir pagal astrofizikų rezultatus, visas kosmosas gali būti tik maždaug tris ar keturis kartus didesnis už stebimos Visatos ribas, nutolusias maždaug 45 milijardus šviesmečių.

Fizikai, norėdami paaiškinti Visatą, naudoja Einšteino bendrojo reliatyvumo teorijos kalbą. Ji susieja erdvėlaikio turinį su erdvėlaikio išlenkimu ir iškraipymu, kuris tada nurodo tiems turiniams, kaip sąveikauti. Taip patiriame sunkio jėgą.

Kosmologiniame kontekste ta kalba sujungia visos Visatos turinį – tamsiąją medžiagą, tamsiąją energiją, reguliariąją medžiagą, radiaciją ir visa kita – su jos bendra geometrine forma.

Dešimtmečius astronomai diskutavo apie šios formos pobūdį: ar mūsų Visata yra „plokščia“ (tai reiškia, kad įsivaizduojamos lygiagrečios linijos amžinai išliktų lygiagrečios), ar „uždara“ (lygiagrečios tiesės galiausiai susikirstų), ar „atvira“ (šios linijos išsiskirtų).

Visatos geometrija diktuoja jos likimą. Plokščios ir atviros Visatos ir toliau plėsis amžinai, o uždara Visata galiausiai žlugs savyje.

Keli stebėjimai, ypač iš kosminio mikrobangų fono (šviesos blyksnis, įvykęs kai mūsų Visatai buvo tik 380 000 metų), tvirtai patvirtino, kad gyvename plokščioje Visatoje. Lygiagrečios linijos išlieka lygiagrečios ir mūsų Visata tik plėsis.

Bet tai yra daugiau nei geometrija. Taip pat yra topologija, pagal kurią formos gali keistis išlaikant tas pačias geometrines taisykles.

Pavyzdžiui, paimkite plokščią popieriaus lapą. Tai akivaizdi plokštuma – lygiagrečios linijos išlieka lygiagrečios. Paimkite du to popieriaus kraštus ir susukite į cilindrą. Tos lygiagrečios linijos vis dar yra lygiagrečios: cilindrai yra geometriškai plokšti. Dabar paimkite priešingus cilindrinio popieriaus galus ir prijunkite juos. Tai sudaro spurgos formą, kuri taip pat yra geometriškai plokščia.

Nors Visatos turinio ir formos matavimai mums pasakoja apie jos geometriją – ji yra plokščia – jie mums nepasako apie topologiją. Jie mums nesako, ar mūsų Visata yra daugybiškai sujungta, kas reikštų, kad vienas ar keli kosmoso matmenys jungiasi vienas su kitu.

Pažvelkite į šviesą

Nors visiškai plokščia Visata išsiplėstų iki begalybės, plokščia Visata su daugybiškai sujungta topologija turėtų baigtinį dydį. Jei kažkaip galėtume nustatyti, vienas ar keli matmenys yra apgaubti savimi, tada žinotume, kad Visata yra ribota to matmens. Tada galėtume išmatuoti Visatos tūrį.

Bet kaip daugybiškai susijusi Visata atsiskleistų?

Astrofizikų komanda iš Ulmo universiteto Vokietijoje ir Liono universiteto Prancūzijoje pažvelgė į kosminį mikrobangų foną (CMB). Kai CMB buvo išleistas, mūsų Visata buvo milijoną kartų mažesnė nei yra šiandien, taigi, jei mūsų Visata iš tikrųjų yra daugybiškai sujungta, tuomet ji buvo daug labiau linkusi įsitraukti į save pastebimose kosmoso ribose.

Šiandien dėl Visatos išsiplėtimo daug labiau tikėtina, kad vyniojimasis įvyksta tokiu mastu, kuris viršija pastebimas ribas, todėl susivyniojimą būtų daug sunkiau aptikti. CMB stebėjimai suteikia mums geriausias galimybes pamatyti daugybiškai susijusios Visatos atspaudus.

Komanda specialiai nagrinėjo CMB temperatūros sutrikimus. Jei vienas ar keli mūsų Visatos matmenys jungtųsi su savimi, sutrikimai negalėtų būti didesni už atstumą aplink tas kilpas.

„Begalinėje erdvėje CMB spinduliuotės temperatūros sutrikimai egzistuoja visose skalėse. Tačiau, jei kosmosas yra ribotas, tada trūksta bangos ilgių, kurie yra didesni nei kosmoso dydis“, – paaiškino Buchertas.

Kitaip tariant, tai būtų didžiausias sutrikimų dydis, kuris galėtų atskleisti Visatos topologiją.

Ryšio užmezgimas

CMB žemėlapiai, sukurti naudojant tokius palydovus kaip NASA WMAP ir ESA Planko, jau matė intriguojantį kiekį trūkstamų trikdžių dideliu mastu. Buchertas ir jo kolegos ištyrė, ar tuos trūkstamus sutrikimus galėjo lemti daugybiškai susijusi Visata.

Norėdama tai padaryti, komanda atliko daugybę kompiuterinių modeliavimų, kaip CMB atrodytų, jei Visata būtų trijų torų, o tai yra milžiniškos erdvinės spurgos matematinis pavadinimas, kur mūsų kosmosas yra sujungtas su savimi visais trimis matmenimis.

„Todėl mes turime atlikti tam tikros topologijos modeliavimą ir palyginti su tuo, kas pastebėta“, – paaiškino Buchertas. „Tuomet pastebėtų CMB svyravimų savybės parodytų „trūkstamą galią“ svarstyklėse, viršijančiose Visatos dydį“.

Trūkstama galia reiškia, kad CMB svyravimai nėra tose skalėse. Tai reikštų, kad mūsų Visata yra daugybiškai sujungta ir baigtinė to dydžio skalėje.

„Mes pastebime, kad tai žymiai geriau atitinka pastebėtus svyravimus, palyginti su standartiniu kosmologiniu modeliu, kuris, kaip manoma, yra begalinis“, – pridūrė jis.

„Mes galime keisti kosmoso dydį ir pakartoti šią analizę. Rezultatas yra optimalus Visatos dydis, geriausiai atitinkantis CMB stebėjimus. Mūsų tyrimo išvada yra aiški, kad baigtinė Visata geriau atitinka stebėjimus nei begalinis modelis. Galėtume pasakyti: dabar mes žinome Visatos dydį“.

Komanda nustatė, kad daugybiškai sujungta Visata, maždaug tris ar keturis kartus didesnė už mūsų pastebimą burbulą, geriausiai atitiko CMB duomenis. Nors šis rezultatas techniškai reiškia, kad galėtumėte keliauti viena kryptimi ir atsidurti ten, kur pradėjote, iš tikrųjų to negalėtumėte pasiekti.

Mes gyvename besiplečiančioje Visatoje, o dideliu mastu Visata plečiasi greičiu, kuris yra didesnis už šviesos greitį, todėl niekada negalėtumėte pasivyti ir užbaigti kilpos.

Buchertas pabrėžė, kad rezultatai vis dar yra preliminarūs. Vis dėlto, smagu įsivaizduoti gyvenimą ant milžiniškos spurgos paviršiaus.