Na saite Astrometriya Astronomicheskie instrumenty Astronomicheskoe obrazovanie Astrofizika Istoriya astronomii Kosmonavtika, issledovanie kosmosa Lyubitel'skaya astronomiya Planety i Solnechnaya sistema Solnce

Nemeckie matematiki ustanovili, chto Vselennaya po forme napominaet dudku
28.04.2004 3:15 | Maksim Borisov/Grani.ru

Vselennaya mozhet imet' formu ne kakogo-nibud' tam shara ili dodekaedra, a ... rozhka ili gorna. Tochnee govorya ves' nash kosmos okazyvaetsya vytyanut v etakuyu dlinnuyu trubku, s uzkim koncom s odnoi storony i "rastrubom" s drugoi. Takaya "konstrukciya" nashei Vselennoi krome vsego prochego podrazumevaet, chto ona konechna, a v kakih-to ee mestah vstrechayutsya oblasti, gde mozhno uvidet' sobstvennyi zatylok. Vozmozhno, dlya "zdravomyslyashih" lyudei vse eto prozvuchit kak polnyi bred ili mechta syurrealista, odnako vykladki matematika Franka Shtainera (Frank Steiner) iz germanskogo Universiteta Ul'ma (Universität Ulm) i ego kolleg osnovany na avtoritetnyh eksperimental'nyh dannyh, poluchennyh v 2003 godu vse tem zhe znamenitym zondom WMAP (NASA's Wilkinson Microwave Anisotropy Probe).

Krupnomasshtabnaya geometriya Vselennoi predstavlyaet soboi fundamental'nuyu problemu kosmologii, osobenno vazhny ee prostranstvennaya krivizna i topologiya. Uravneniya Einshteina dlya gravitacionnogo polya opredelyayut lish' lokal'nye svoistva prostranstva-vremeni, no ne global'nuyu strukturu Vselennoi v celom. V tak nazyvaemoi kosmologicheskoi modeli sootvetstviya (concordance model of cosmology) predpolagaetsya, chto prostranstvo Vselennoi v bol'shih masshtabah obladaet trivial'noi topologiei i pri etom podrazumevaetsya, chto ona imeet beskonechnyi ob'em. Pri rassmotrenii razlichnyh scenariev inflyacionnogo rasshireniya (teper' oni, vo mnogom blagodarya tomu zhe WMAP, priznany samymi veroyatnymi) eti svoistva nashego kosmosa opredelyayutsya nachal'nymi usloviyami, voznikshimi v moment Bol'shogo vzryva. Odnako tak kak do sih por ne reshen vopros s kvantovoi teoriei gravitacii, eti nachal'nye usloviya ne mogut byt' predskazany teoreticheski. Vmesto etogo prihoditsya analizirovat' svezhie astrofizicheskie dannye, i osobenno interesny v etoi svyazi dannye po kosmicheskomu mikrovolnovomu fonu (reliktovoe izluchenie). Pol'zuyas' etimi dannymi (svoego roda "snimkom" Vselennoi, kotoroi bylo vsego 380 tysyach let otrodu), v principe mozhno vyvesti uravneniya, opredelyayushie kriviznu i topologiyu Vselennoi v bol'shih masshtabah. I v variaciyah temperatury reliktovogo izlucheniya uchenye vidyat yavnye nameki na netrivial'nost' topologii nashei Vselennoi.

	Skripka i futbol'nyi myach: uchenye vychislyayut formu kosmosa Pervonachal'naya obrabotka dannyh, poluchennyh zondom WMAP, kazalos', podtverdila teoriyu, chto nash mir yavlyaetsya beskonechnym i "ploskim", odnako interpretaciya ocherednogo massiva dannyh ot togo zhe samogo zonda daet teper' uzhe sovershenno protivopolozhnyi rezul'tat: okruzhayushii nas kosmos mozhet byt' ne tol'ko konechnym, zamknutym i sravnitel'no nebol'shim po ob'emu, no i imeet formu dodekaedra. Eto svoego roda 12-storonnii zal s volshebnymi zerkalami, sozdayushimi illyuziyu beskonechnosti za schet otobrazheniya neskonchaemogo ryada kopii odnih i teh zhe zvezd, nahodyashihsya, pravda, na raznyh etapah svoego razvitiya.

Novaya dikovinnaya model' prizvana ob'yasnit' dva zagadochnyh obstoyatel'stva, tak ozadachivayushih astrofizikov: vo-pervyh, neobychnyi harakter raspredeleniya "goryachih" i "holodnyh" pyaten v kosmicheskom mikrovolnovom izluchenii, a vo-vtoryh, "glushenie" signala pri bol'shih masshtabah (obnaruzheno otsutstvie kakih-libo yasno vyrazhennyh "goryachih" ili "holodnyh" uchastkov pri uglah svyshe primerno 60 gradusov). Tekushii ob'em Vselennoi po Shtaineru sostavlyaet okolo 10³² kubicheskih svetovyh let. Kogda zhe Vselennoi bylo tol'ko 380 tysyach let, to ona byla stol' mala, chto v nei prosto ne mogli vozniknut' dostatochno bol'shie fluktuacii.

V novoi modeli, opredelyaemoi tak nazyvaemoi topologiei Pikara (Picard topology), Vselennaya izognuta ves'ma prihotlivym obrazom. Odin ee konec beskonechno udlinen, no zato stol' suzhen, chto imeet v rezul'tate konechnyi ob'em. S drugoi storony "rastrub" rezko rasshiryaetsya, odnako otnyud' ne beskonechno, i esli by my leteli k "vspuhshemu" koncu na kosmicheskom korable, to v nekotoryi moment vernulis' by obratno s drugoi storony "dudki" (sm. verhnii risunok). Emil' Pikar (1856-1941) - eto francuzskii matematik, zanimavshiisya issledovaniem differencial'nyh uravnenii, osobyh tochek, asimptoticheskih reshenii, teoriei funkcii i pr., kstati govorya, on inostrannyi chlen-korrespondent Peterburgskoi akademii nauk (1895), i inostrannyi pochetnyi chlen AN SSSR (1925).

Imeyushaya formu "roga" model' byli predlozhena eshe v 1990-h godah, chtoby pravil'no opisat' anomalii, kotorye vyyavilis' pri analize dannyh sputnika COBE (Cosmic Background Explorer - Issledovatel' kosmicheskogo fona) - predshestvennika WMAP, odnako gruppa Shtainera pervaya pokazala, chto eta ideya sootvetstvuet i dannym WMAP tozhe. V 2003 godu uzhe vydvigalas' drugaya model', prizvannaya sootvetstvovat' rezul'tatam WMAP, i soglasno ei Vselennaya takzhe okazyvalas' konechnoi, odnako forma mira byla inaya (dodekaedr, v presse oshibochno imenovavshiisya "futbol'nym myachom"). Drugie varianty vozmozhnoi formy Vselennoi - "ponchik" (toroidal'naya forma) ili zhe splyusnutaya sfera (predlozhennaya neskol'ko mesyacev nazad uchenymi iz amerikanskogo shtata Pensil'vaniya).

V pol'zu novoi modeli govorit forma nebol'shih "pyaten" na karte, narisovannoi WMAP. Eto ellipsy. Krivizna Vselennoi, imeyushei formu rozhka, prekrasno ob'yasnyaet eto obstoyatel'stvo, ved' v etom sluchae my imeem delo so sploshnymi "sedlovinami", uchastkami, izognutymi v odnom napravlenii vverh, a v drugom, perpendikulyarnom k pervomu napravleniyu, - vniz. Eto "otricatel'no izognutoe" prostranstvo budet deistvovat' podobno iskazhayushei linze, prevrashaya pyatna v nechto ellipsoobraznoe. Matematiki mogut rassmatrivat' beskonechnoe chislo razlichnyh vidov otricatel'no izognutogo prostranstva, no topologiya Pikara v dannom sluchae otnositsya k chislu samyh prostyh variantov.

Novaya model' vynuzhdaet uchenyh rasstat'sya s "kosmologicheskim principom", to est' ideei, soglasno kotoroi vse chasti kosmosa primerno ravnopravny. "Esli by vam sluchilos' okazat'sya v toi dlinnoi uzkoi "kishke", to veshi deistvitel'no vyglyadeli by ochen' strannymi, imeli by dva ochen' malen'kih izmereniya", - govorit Holger Ten (Holger Then), prinimavshii uchastie v issledovaniyah. V dostatochno ekstremal'noi tochke my byli by dazhe sposobny uvidet' svoi sobstvennyi zatylok... Eto bylo by ves'ma interesnoe mesto dlya samyh chudesnyh issledovanii, odnako Zemlya veroyatno slishkom daleka ot uzkogo konca dudki, chtoby my mogli nablyudat' kakie-libo strannye yavleniya s pomosh'yu teleskopov...

Vprochem, kriticheski vazhnye dlya novoi modeli nablyudeniya WMAP vse eshe nosyat neodnoznachnyi harakter i mogut okazat'sya vsego lish' statisticheskimi vybrosami. V blizhaishie gody WMAP i drugie sputniki i eksperimental'nye ustanovki dolzhny proverit', deistvitel'no li na "karte" otsutstvuyut bol'shie "pyatna" i deistvitel'no li malen'kie uchastki imeyut ellipticheskuyu formu.

Zhurnalisty uzhe prinyalis' sorevnovat'sya, obygryvaya kto kak mozhet svezheopredelennuyu formu nashei Vselennoi. Rozhok, dudka, rupor, klakson, kolpak, rog izobiliya, gorn... Tak chto Bol'shoi vzryv - eta ta eshe "Pionerskaya zor'ka"! A truba Sudnogo dnya, pohozhe, propela uzhe pri rozhdenii nashego mira...

Istochniki:
Hyperbolic Universes with a Horned Topology and the CMB Anisotropy - arXiv (PDF, 925 Kb)
Big Bang glow hints at funnel-shaped Universe - New Scientist
The universe is not round, say scientists - it is shaped like a trumpet - Independent
Cosmic horn with plenty of rivals - Guardian

Ssylki: (Obzory preprintov astro-ph)
Giperbolicheskaya vselennaya s konicheskoi [rogopodobnoi] topologiei i anizotropiya relikta
Yavlyayutsya li nizshie garmoniki reliktovogo fona kosmologicheskimi?

Adres original'noi stat'i:
http://grani.ru/Society/Science/m.67469.html

Publikacii s klyuchevymi slovami: WMAP - topologiya Vselennoi Publikacii so slovami: WMAP - topologiya Vselennoi
Sm. takzhe: Holodnoe pyatno v reliktovom izluchenii Razduvanie Vselennoi Tri goda nablyudenii WMAP: Rezul'taty Tri goda raboty WMAP Obrabotany tri goda nablyudenii WMAP! Tri goda nablyudenii WMAP: Anons WMAP raskryvaet sekrety Vselennoi Vse publikacii na tu zhe temu >>