Δεδομένα δεκαετιών υποδεικνύουν ότι το σύμπαν έχει επίπεδη γεωμετρία, σαν ένα άπειρο επίπεδο. Αλλά μια νέα ανάλυση αποκαλύπτει βαθιά ελαττώματα σε αυτό το απλό συμπέρασμα.
Οι κοσμολόγοι αντιμετωπίζουν ένα ενοχλητικό πρόβλημα: δεν γνωρίζουν τι σχήμα έχει το σύμπαν. Το σύμπαν έχει τρεις πιθανές γεωμετρίες. Μπορεί να είναι θετικά καμπυλωμένο σαν σφαίρα, επίπεδο σαν άπειρο επίπεδο ή αρνητικά καμπυλωμένο σαν σέλα – αλλά η γεωμετρία από μόνη της δεν καθορίζει το σχήμα. Ένα επίπεδο σύμπαν θα μπορούσε και πάλι να περιτυλίγεται με διάφορους τρόπους. Θα μπορούσε να είναι πεπερασμένο, άπειρο ή ακόμα και διπλωμένο γύρω από τον εαυτό του σαν μια φιάλη Klein. Η γενική θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν περιγράφει εξαιρετικά την τοπική καμπυλότητα. («Ο χωροχρόνος λέει στην ύλη πώς να κινηθεί· η ύλη λέει στον χωροχρόνο πώς να καμπυλωθεί», αστειεύτηκε ο πρωτοπόρος της σχετικότητας John Wheeler). Όμως, η σπουδαιότερη θεωρία του Αϊνστάιν παραμένει ουσιαστικά σιωπηλή ως προς την καθολική τοπολογία του σύμπαντος.
Είναι άλλο πράγμα να σχεδιάζεις δράκους στα λευκά περιθώρια ενός χάρτη, και εντελώς διαφορετικό να μην ξέρεις καν πού βρίσκεται η άκρη του.
Αναζητώντας τα όρια στον ουρανό
Το σημείο αναφοράς μας για την απάντηση στο ερώτημα είναι η κοσμική μικροκυματική ακτινοβολία υποβάθρου. Πρόκειται για την αμυδρή θερμική υστερολαμπή περίπου 380.000 χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, η οποία απελευθερώθηκε όταν το θερμό, ομιχλώδες πλάσμα που γέμιζε το πρώιμο σύμπαν ψύχθηκε και διαυγάστηκε καθώς οι αρχέγονοι ατομικοί πυρήνες συνδέθηκαν με ελεύθερα ηλεκτρόνια. Αποστολές όπως το διαστημικό παρατηρητήριο Planck του Ευρωπαϊκού Οργανισμού Διαστήματος έχουν χαρτογραφήσει αυτό το αρχαίο σήμα με εξαιρετική ακρίβεια. Η πιο ευανάγνωστη υποτιθέμενη υπογραφή ενός τοπολογικά μη τετριμμένου σύμπαντος (δηλαδή ενός σύμπαντος που δεν εκτείνεται επ’ άπειρον προς όλες τις κατευθύνσεις) θα ήταν ζεύγη κύκλων στον ουρανό της κοσμικής ακτινοβολίας υποβάθρου με μοτίβα θερμοκρασίας που ταιριάζουν απόλυτα: η εύρεση ενός πανομοιότυπου δακτυλίου από θερμές και ψυχρές κηλίδες σε δύο διαφορετικές κατευθύνσεις θα μπορούσε να σημαίνει ότι κοιτάζουμε την ίδια περιοχή του διαστήματος από δύο διαφορετικές οπτικές γωνίες. Αυτό θα ήταν σαν να μας έδινε το σύμπαν διπλή απόδειξη ότι βλέπουμε το ίδιο ακριβώς σημείο.
Μετά από δεκαετίες άκαρπης αναζήτησης, η αποτυχία εύρεσης αυτών των αντίστοιχων κύκλων στην κοσμική μικροκυματική ακτινοβολία υποβάθρου οδήγησε σε ένα συμπέρασμα που κατέληξε σε συναίνεση: οποιαδήποτε μη τετριμμένη τοπολογία πρέπει να επαναλαμβάνεται σε κλίμακες μεγαλύτερες από το παρατηρήσιμο σύμπαν, αλλιώς απλώς δεν υπάρχει. Δηλαδή, σύμφωνα με τους καλύτερους χάρτες της κοσμικής ακτινοβολίας υποβάθρου από το Planck που καλύπτουν ολόκληρο τον ουρανό, είτε το σύμπαν είναι εντελώς άπειρο είτε είναι τόσο σχεδόν άπειρο που η διάκριση δεν έχει σημασία. Η λογική ήταν ξεκάθαρη, τα όρια έμοιαζαν στέρεα και κανείς δεν είχε ιδιαίτερο λόγο να τα αμφισβητήσει.
Όμως, στην επιστήμη η υπερβολική τάξη είναι πάντα ένα μικρό προειδοποιητικό σημάδι.
Τώρα, οι κοσμολόγοι της διεθνούς Συνεργασίας για Παρατηρήσεις, Μοντέλα και Προβλέψεις Ανωμαλιών και Κοσμικής Τοπολογίας (COMPACT) «άσκησαν πίεση» και η τακτοποιημένη εικόνα αρχίζει να σπάει. Το αποτέλεσμά τους: οι παρατηρησιακοί περιορισμοί σε μια συγκεκριμένη κατηγορία σαφώς καθορισμένων πιθανών κοσμικών σχημάτων είναι σημαντικά ασθενέστεροι από ό,τι υπέθεταν όλοι. Οι τοπολογίες που κάποτε θεωρούνταν ότι αποκλείονταν από τα δεδομένα Planck έχουν επιστρέψει αθόρυβα στο τραπέζι.
Ο λόγος που αυτό έχει σημασία είναι πέρα από κάθε απλή ευχαρίστηση της χαρτογράφησης: η ακριβής κοσμική τοπολογία θα μας οδηγούσε σε καλύτερες θεωρίες για την κβαντική βαρύτητα και θα μπορούσε να αλλάξει τον τρόπο που σκεφτόμαστε για το βαθύτερο παρελθόν και το απώτερο μέλλον του σύμπαντος. Η ξαφνική αναβίωση τόσων πολλών πιθανών σχημάτων για το σύμπαν από την COMPACT θα πρέπει να μας προκαλεί δέος – και μεγάλη ταπεινότητα – διότι όλα μαζί υποδηλώνουν ότι ίσως ισχύουν διαφορετικοί νόμοι της φυσικής, ένα διαφορετικό παρελθόν και διαφορετικές απαντήσεις σε ερωτήματα που δεν μας έχουν απασχολήσει καν μέχρι σήμερα. Κάθε φορά που εκλαμβάνουμε ένα προσωρινό όριο ως μόνιμο, αποκλείουμε πιθανότητες που μπορεί να αποδειχθούν πραγματικές.
Μια πληθώρα συμπαντικών δυνατοτήτων
Η ρίζα αυτής της διαφωνίας κρύβεται σε μια απατηλά απλή υπόθεση. Η παλιά συλλογιστική υποστήριζε ότι το σύμπαν που αναδιπλώνεται στον εαυτό του θα τέμνει αναγκαστικά την οπτική μας γραμμή αν ήταν μικρότερο από την απόσταση από την χωροχρονική αρχή της μικροκυματικής κοσμικής ακτινοβολίας υποβάθρου (η οποία βρίσκεται πολλά δισεκατομμύρια έτη φωτός μακριά). Αλλά οι βρόχοι δεν μας οφείλουν κάτι τέτοιο. Ένας βρόχος μπορεί να διαπεράσει τον χώρο με έναν προσανατολισμό που διαφεύγει εντελώς από τον παρατηρητή, μην παράγοντας ανιχνεύσιμους κύκλους στην κοσμική ακτινοβολία υποβάθρου – και αυτή η ατυχής διάταξη μπορεί να προκύψει ακόμη και όταν το μέγεθος ενός βρόχου θα έπρεπε να τον τοποθετεί με άνεση εντός των υποτιθέμενων ορίων ανίχνευσής μας. Η ομάδα COMPACT διαπίστωσε ότι το πραγματικό ελάχιστο μέγεθος ενός βρόχου μπορεί να είναι δύο έως έξι φορές μικρότερο από αυτό που οι κοσμολόγοι θεωρούσαν ως ένα αυστηρό κατώτατο όριο.
Με άλλα λόγια, περιμέναμε ο καθρέφτης να βρίσκεται μπροστά μας – αλλά ξεχάσαμε να ελέγξουμε τα πλάγιά μας ή το ενδεχόμενο να έχει στραφεί εντελώς αλλού.
Οι συνέπειες είναι αλυσιδωτές. Αυτό που έμοιαζε με έναν στενό διάδρομο κοσμικών αρχιτεκτονικών τώρα ανοίγεται σε μια πληθώρα δυνατοτήτων. Πολλές μη τετριμμένες τοπολογίες – συμπαντικά σχήματα που πετάχτηκαν στον σωρό των «αποκλεισμένων» με εσφαλμένη σιγουριά – απαιτούν τώρα μια νέα ματιά. Το παρατηρήσιμο σύμπαν δεν είναι πλέον ο αμείλικτος κριτής της τοπολογίας που νομίζαμε ότι ήταν, και το έργο της ανακάλυψης της αληθινής μορφής του κόσμου φαντάζει πλέον πολύ πιο δύσκολο.
Αυτό συμβαίνει επειδή η ίδια γεωμετρία (αυτό που μαθαίνουμε από τη γενική σχετικότητα) μπορεί να συρραφεί με ριζικά διαφορετικούς τρόπους – και θα μπορούσε να υπάρχει ένας άπειρος αριθμός τρόπων με τους οποίους το σύμπαν θα μπορούσε να αναδιπλωθεί στον εαυτό του. Ακόμη και για επίπεδους χωροχρόνους (όπως αυτός στον οποίο υποψιαζόμαστε ότι ζούμε), υπάρχουν 18 πιθανότητες. Δεκαοχτώ! Κύλινδροι, ντόνατ, φιάλες του Klein και άλλα, είναι όλα τοπολογικά επίπεδα, όπως αποδεικνύεται. Χρειάζεστε απόδειξη; Σχεδιάστε δύο παράλληλες γραμμές σε ένα επίπεδο φύλλο χαρτιού. Παραμένουν παράλληλες – αυτός είναι ο ορισμός της επιπεδότητας. Τώρα τυλίξτε το χαρτί. Οι γραμμές παραμένουν παράλληλες. Εξακολουθεί να είναι επίπεδο.
Όλες αυτές οι τοπολογίες μοιράζονται την ίδια γεωμετρία, πράγμα που σημαίνει ότι η γενική σχετικότητα τις αντιμετωπίζει ακριβώς με τον ίδιο τρόπο. Αλλά θα εκδηλώνονταν ως διαφορετικά είδη επαναλαμβανόμενων μοτίβων σε διαφορετικές περιοχές του ουρανού της κοσμικής ακτινοβολίας υποβάθρου. Δεν είναι λοιπόν μόνο ότι μπορεί να ψάχνουμε σε λάθος μέρη και με λάθος τρόπους για έναν καθρέφτη που να αντανακλά το κοσμικό σχήμα. Είναι ότι ο ίδιος ο ουρανός της ακτινοβολίας υποβάθρου μπορεί να είναι μια αίθουσα από καθρέφτες στην οποία περιπλανιόμαστε άσκοπα, κυνηγώντας τις δικές μας σκιές.
Αυτό που διευκρινίζει το αποτέλεσμα της COMPACT, με κάποια ευθύτητα, είναι ότι διαβάζαμε την δική μας υπόθεση μέσα στα δεδομένα. Υποθέσαμε ότι οι βρόχοι θα διέτεμναν τον παρατηρητή και συμπεράναμε ότι πρέπει να είναι μεγάλοι επειδή δεν τους βλέπαμε. Οι βρόχοι δεν ήταν ποτέ υποχρεωμένοι να συνεργαστούν. Αυτό είναι το είδος του σφάλματος που φαίνεται προφανές εκ των υστέρων και αόρατο μέχρι κάποιος να αποφασίσει να το ελέγξει. Η μελλοντική πορεία μπορεί να απαιτήσει την πλήρη υπέρβαση της μεθόδου των δίδυμων κύκλων – ή τουλάχιστον την συμπλήρωσή της με μια πιο εξελιγμένη και στατιστικά ισχυρή αναζήτηση για ακόμα πιο ανεπαίσθητες υπογραφές του κοσμικού σχήματος με βάση την κοσμική μικροκυματική ακτινοβολία υποβάθρου.
Προς το παρόν, το σχήμα του σύμπαντος παραμένει άγνωστο. Οι περιορισμοί είναι πιο χαλαροί από ό,τι παρουσιαζόταν. Ο χάρτης εξακολουθεί να έχει πρόβλημα με δράκους. Απλώς τώρα ξέρουμε λίγο καλύτερα τι μας διαφεύγει.
διαβάστε περισσότερες λεπτομέρειες: «We thought we knew the shape of the universe. We were wrong» – https://www.scientificamerican.com/article/we-thought-we-knew-the-shape-of-the-universe-we-were-wrong/
Κατηγορίες:ΑΣΤΡΟΝΟΜΙΑ, ΑΣΤΡΟΦΥΣΙΚΗ, ΔΙΑΣΤΗΜΑ, ΚΟΣΜΟΛΟΓΙΑ, ΣΥΜΠΑΝ
physicsgg 
Εάν το σύμπαν ειναι άπειρο, πως μπορουμε να μιλάμε για σχήμα;
Αυτό σκέφτηκα κι εγώ….. Και αν έχει σχήμα κάπου αλλού θα χωράει…..
Αν δεν σου έδωσε απαντήσεις το άρθρο που διάβασες τότε δεν κατάλαβες το άρθρο. Μείνε στο αναφερόμενο παράδειγμα:
«Σχεδιάστε δύο παράλληλες γραμμές σε ένα επίπεδο φύλλο χαρτιού. Παραμένουν παράλληλες – αυτός είναι ο ορισμός της επιπεδότητας. Τώρα τυλίξτε το χαρτί. (Ένωσε τις άκρες του σαν κύλινδρο) Οι γραμμές παραμένουν παράλληλες. Εξακολουθεί να είναι επίπεδο.»
Οι τρεις πιθανές γεωμετρίες του σύμπαντος ανάλογα με την τιμή της κρίσιμης πυκνότητας του σύμπαντος https://physicsgg.me/2011/10/08/%CF%84%CE%B9-%CE%B5%CE%AF%CE%BD%CE%B1%CE%B9-%CE%B7-%CE%BA%CF%81%CE%AF%CF%83%CE%B9%CE%BC%CE%B7-%CF%80%CF%85%CE%BA%CE%BD%CF%8C%CF%84%CE%B7%CF%84%CE%B1-%CF%84%CE%BF%CF%85-%CF%83%CF%8D%CE%BC%CF%80%CE%B1/ :
«ανάλογα με τις τιμές του γεωμετρικού παράγοντα k=+1, -1, 0, προκύπτουν οι τρεις πιθανές περιπτώσεις εξέλιξης του σύμπαντος σε σχέση με την παράμετρο πυκνότητας
(α) η πυκνότητα του σύμπαντος είναι μεγαλύτερη από την κρίσιμη πυκνότητα του σύμπαντος ή Ω>1: το σύμπαν θα σταματήσει να διαστέλλεται και θα αρχίσει η συστολή του.
(β) η πυκνότητα του σύμπαντος είναι μικρότερη από την κρίσιμη πυκνότητα ή Ω<1: το σύμπαν θα διαστέλλεται συνεχώς με πεπερασμένο ρυθμό διαστολής.
(γ) η πυκνότητα του σύμπαντος είναι ίση με την κρίσιμη πυκνότητα ή Ω=1: το σύμπαν θα συνεχίσει να διαστέλλεται επ’ άπειρο, αλλά ο ρυθμός διαστολής του θα τείνει στο μηδέν.»
Στην πρώτη περίπτωση το σύμπαν δεν είναι άπειρο, αλλά «πεπερασμένο άνευ περάτων», ενώ στη δεύτερη και τρίτη περίπτωση είναι άπειρο
Σε τοπολογία και κοσμολογία, το σχήμα αναφέρεται στην εσωτερική γεωμετρία και την καμπυλότητα του ίδιου του χώρου, ανεξάρτητα από το αν υπάρχουν άκρα ή όχι.
Το σχήμα του σύμπαντος το καθορίζει η μάζα καμπυλωνοντας το. Επομένως η κατανομή και η κίνηση της μάζας δημιουργει χαοτικό και μεταβαλλόμενο χώρο ,δεν υπάρχει σταθερό σχήμα.
Δλδ ζούμε σε ένα άσχημο σύμπαν! Χεχε!
Μπορεί κάποιος να βρει το σχήμα του χώρου, όταν βρίσκεται μέσα σε αυτό ή θα πρέπει να βγει για να το δει από έξω;
Έξω από τη ναρκισσιστική διαταραχή, για αρχή.
Ίσως να είναι πιο εύκολο να εξηγήσουμε την αντίληψη του τρισδιάστατου χώρου σε πρώτο επίπεδο. Πώς συμπεραίνουμε ότι βρισκόμαστε σε π.χ. ένα τετράγωνο δωμάτιο; Κοιτάμε γύρω μας, υπολογίζουμε τις τιμές μήκος, πλάτος ύψος και εμβαδό πλευρών και το διαπιστώνουμε. Αυτό που δε γνωρίζουμε είναι αυτό που δεν βλέπουμε π.χ. τι σχήμα έχει το κτίριο στο οποίο βρίσκεται το δωμάτιο; Από τι υλικό είναι φτιαγμένο; Πόσο καιρό πήρε για να χτιστεί; Ελπίζω να ήταν απλή η απάντηση. Ούτως ή άλλως, το να τα μπερδεύουμε όλα μαζί, δε δίνει απαντήσεις 😊.
Σωστά τα λες, αλλά για να μετρήσουμε κάτι, θα πρέπει να βλέπουμε τα όριά του. Το ότι το Σύμπαν μοιάζει να είναι επίπεδο, μου θυμίζει κάτι από flaterthers και δεν με πείθει…
Συχνά οι μαθηματικοί «διευρύνουν» μια λέξη – για λόγους απλότητας και επιστημολογικής συνέπειας – για να κωδικοποιήσουν έννοιες που απέχουν σε μεγάλο βαθμό από την αρχική σημασία της. Στο άρθρο, η σημασία του όρου «σχήμα» λίγη έως καθόλου σχέση έχει με το παραδοσιακό, γεωμετρικό σχήμα. Ο όρος έχει διευρυνθεί για να περιγράψει το τοπολογικό σχήμα.
Η τοπολογία είναι ένα σχετικά νέο μαθηματικό πεδίο έρευνας και η ορολογία της δεν είναι καθόλου αυτονόητη εντός του πλαισίου αναφοράς της παραδοσιακής γεωμετρίας. Για παράδειγμα, για την τοπολογία μια σφαίρα, ένας κύβος και ένας κύλινδρος χωρίς κοιλότητες δεν διαφέρουν μεταξύ τους όσον αφορά το σχήμα τους.
Οπότε, όπως καλά κάνει και δείχνει και ο Νέμος, για να τα αντιληφθούμε μάλλον απαιτείται κάποιου είδους «έξω». Αλλά τι είδους «έξω» είναι αυτό; Ας θυμηθούμε εδώ πόσο δύσκολο είναι να δούμε τον χώρο ως βαρυτικό ρευστό και τον χρόνο ως μια ρευστή οντότητα, έχοντας γαλουχηθεί με τη μηχανιστική εκπαίδευση της Ευκλείδειας γεωμετρίας και την ακαμψία της Νευτώνειας φυσικής. Ο χώρος δεν είναι κάτι που μπορούμε εύκολα να αντιληφθούμε, ακριβώς επειδή βρισκόμαστε μέσα σε αυτόν. Όπως ακριβώς ένα ψάρι δύσκολα θα αντιλαμβανόταν το νερό ως μια δέσμη φυσικών ιδιοτήτων.
«Η μόνη θεωρία που έχουμε για το χωροχρονικό ρευστό, η βαρυτική, ίσως αποκλείει λιγότερα τοπολογικά σχήματα από όσα θα θέλαμε να παραδεχτούμε», θα ήταν ίσως ένας πιο διευκρινιστικός – αλλά και πιο «βαρετός» – υπότιτλος για το παραπάνω άρθρο.»
Παρατηρητής μέσα σε ένα πύργο ψύξης προσλαμβάνει το χώρο κυρτό συνκλαστικό.