يدعي علماء الفيزياء الفلكية أن كوننا يمكن أن يكون في الواقع كعكة ثلاثية الأبعاد عملاقة

يدعي علماء الفيزياء الفلكية أن كوننا يمكن أن يكون في الواقع كعكة ثلاثية الأبعاد عملاقة
يدعي علماء الفيزياء الفلكية أن كوننا يمكن أن يكون في الواقع كعكة ثلاثية الأبعاد عملاقة
Anonim

تخيل كونًا يمكنك من خلاله توجيه مركبة فضائية في اتجاه واحد والعودة في النهاية إلى المكان الذي بدأت منه. إذا كان كوننا صغيرا الحجم ، فإن مثل هذه الحركات ستكون ممكنة ، ويمكن للفيزيائيين قياس حجمه.

قال عالم الفيزياء الفلكية Thomas Buchert من جامعة ليون ومركز أبحاث الفيزياء الفلكية في فرنسا لـ Live Science: "يمكننا أن نقول: نحن نعرف الآن حجم الكون".

بدراسة الضوء من الكون الأقدم ، توصل بوشرت ومجموعة من علماء الفيزياء الفلكية إلى استنتاج مفاده أن كوننا يمكن أن يكون متعدد الروابط ، أي أن الفضاء مغلق على نفسه في جميع الأبعاد الثلاثة ، مثل كعكة ثلاثية الأبعاد.

سيكون مثل هذا الكون محدودًا ، ووفقًا لنتائجهم ، يمكن أن يكون الكون بأكمله أكبر بثلاث إلى أربع مرات فقط من حدود الكون المرئي ، والذي يبعد حوالي 45 مليار سنة ضوئية.

يستخدم الفيزيائيون لغة نظرية النسبية العامة لأينشتاين لتفسير الكون. تربط هذه اللغة محتويات الزمكان بانحناءات وانحناءات الزمكان ، والتي تخبر تلك المحتويات بعد ذلك بكيفية التفاعل. هذه هي الطريقة التي نشعر بها بقوة الجاذبية.

في السياق الكوني ، تربط هذه اللغة محتويات الكون بأكمله - المادة المظلمة ، والطاقة المظلمة ، والمادة العادية ، والإشعاع وكل شيء آخر - بشكلها الهندسي العام.

على مدى عقود ، ناقش علماء الفلك طبيعة هذا الشكل: ما إذا كان كوننا "مسطحًا" (بمعنى أن الخطوط المتوازية التخيلية ستظل متوازية دائمًا) ، أو "مغلقة" (ستتقاطع الخطوط المتوازية في النهاية) ، أو "مفتوحة" (هذه الخطوط سوف تتباعد).

هذه الهندسة للكون تملي مصيره. ستستمر الأكوان المسطحة والمفتوحة في التوسع إلى الأبد ، بينما سينهار الكون المغلق من تلقاء نفسه في النهاية.

أثبتت العديد من الملاحظات ، خاصةً للخلفية الكونية الميكروية (وميض الضوء الذي حدث عندما كان عمر كوننا 380000 سنة فقط) ، أننا نعيش في كون مسطح. تظل الخطوط المتوازية متوازية وسيستمر كوننا في التوسع.

لكن الشكل ليس مجرد هندسة. هناك أيضًا طوبولوجيا ، أي كيف يمكن أن يتغير الشكل مع الحفاظ على نفس القواعد الهندسية.

على سبيل المثال ، لنأخذ قطعة ورق مسطحة. من الواضح أنها مسطحة - الخطوط المتوازية تظل متوازية. الآن خذ حافتي هذه الورقة ولفها على شكل أسطوانة. هذه الخطوط المتوازية لا تزال متوازية: الأسطوانات مسطحة هندسيًا. الآن خذ الأطراف المقابلة للورقة الأسطوانية وضمها معًا. والنتيجة هي شكل دائري مسطح هندسيًا أيضًا.

بينما تخبرنا قياساتنا لمحتوى وشكل الكون عن شكله الهندسي - إنه مسطح - إلا أنها لا تخبرنا عن الطوبولوجيا. لا يخبروننا ما إذا كان كوننا مترابطًا بشكل مضاعف ، مما يعني أن بُعدًا واحدًا أو أكثر من أبعاد كوننا مرتبطة ببعضها البعض.

في حين أن الكون المسطح تمامًا قد يمتد إلى ما لا نهاية ، فإن الكون المسطح الذي له طوبولوجيا متصلة مضاعفة سيكون له حجم محدود. إذا تمكنا بطريقة ما من تحديد أن بُعدًا واحدًا أو أكثر يلتف في نفسه ، فسنعرف أن الكون محدود في هذا البعد. يمكننا بعد ذلك استخدام هذه الملاحظات لقياس الحجم الكلي للكون.

لفتت مجموعة من علماء الفيزياء الفلكية من جامعة أولم في ألمانيا وجامعة ليون في فرنسا الانتباه إلى الخلفية الكونية الميكروية (CMB). عندما تم استقبال CMB ، كان كوننا أصغر بمليون مرة مما هو عليه اليوم ، وبالتالي ، إذا كان كوننا متعدد الترابط حقًا ، فإن احتمال انهياره مع نفسه داخل حدود الكون المرصودة كان أعلى بكثير.

اليوم ، بسبب توسع الكون ، من المرجح أن الطي يحدث على نطاق يتجاوز الحدود المرصودة ، وبالتالي سيكون من الصعب للغاية اكتشاف الطي. تمنحنا مراقبة MGB أفضل فرصة لرؤية بصمات الكون المترابط المتعدد.

أولى فريق البحث اهتمامًا خاصًا للاضطرابات - وهو مصطلح فيزيائي يتوهم النتوءات والاهتزازات - في درجة حرارة الإشعاع CMB. إذا كان أحد الأبعاد أو عدة أبعاد في كوننا متصلاً ببعضه البعض ، فلا يمكن أن تكون الاضطرابات أكبر من المسافة حول هذه الحلقات. هم فقط لا يتناسبون.

كما أوضح بوشرت ، "في الفضاء اللامتناهي ، توجد اضطرابات في درجة حرارة إشعاع CMB على جميع المستويات. ومع ذلك ، إذا كان الفضاء محدودًا ، فلا توجد أطوال موجية أكبر من حجم الفضاء."

بمعنى آخر: هناك حد أقصى للاضطراب يمكن أن يكشف عن طوبولوجيا الكون.

بالفعل ، تم بالفعل العثور على عدد مثير للاهتمام من الاضطرابات الغائبة واسعة النطاق على خرائط CSBM التي جمعتها الأقمار الصناعية مثل WMAP التابع لناسا و Planck التابع لوكالة الفضاء الأوروبية. حقق بوشرت وزملاؤه فيما إذا كانت هذه الاضطرابات الغائبة يمكن أن تكون ناجمة عن كون متعدد الترابط.

للقيام بذلك ، أجرى الفريق عشرات المحاكاة الحاسوبية لما سيبدو عليه MDB إذا كان الكون ثلاثي الطور - الاسم الرياضي لدونات ثلاثية الأبعاد العملاقة التي يرتبط فيها كوننا بنفسه في جميع الأبعاد الثلاثة.

"لذلك ، علينا المحاكاة في هذا الهيكل ومقارنتها مع ما يتم ملاحظته ،" أوضح بوشرت. "تُظهر خصائص تقلبات إشعاع الخلفية الكونية المرصودة" قوة مفقودة "بمقاييس أكبر من حجم الكون."

يعني نقص الطاقة أن التقلبات في الإشعاع CMB غير موجودة في هذه المستويات. هذا يعني أن كوننا مرتبط بشكل مضاعف ومحدود في مثل هذه المقاييس.

وأضاف: "وجدنا أن التقلبات المرصودة أفضل بكثير مقارنة بالنموذج الكوني القياسي ، والذي يعتبر لانهائيًا".

"يمكننا تغيير حجم الفضاء وتكرار هذا التحليل. ونتيجة لذلك ، نحصل على الحجم الأمثل للكون الذي يتناسب بشكل أفضل مع ملاحظات CMB. الجواب من عملنا لا لبس فيه: الكون المحدود يطابق الملاحظات بشكل أفضل من النموذج اللامتناهي نستطيع أن نقول: الآن نعرف حجم الكون ".

وجد الفريق أن الكون المترابط بشكل مضاعف ، أكبر بثلاث إلى أربع مرات من فقاعتنا المرصودة ، يناسب بيانات CMB بشكل أفضل. في حين أن هذه النتيجة تعني تقنيًا أنه يمكنك السفر في اتجاه واحد وينتهي بك الأمر حيث بدأت ، في الواقع لا يمكنك ذلك.

نحن نعيش في عالم موسع ، وعلى نطاق واسع ، يتوسع الكون بشكل أسرع من سرعة الضوء ، لذلك لا يمكنك أبدًا اللحاق بالركب وإكمال الدورة.

موصى به: