Astrofizicianul Oleg Verkhodanov privind curbura spațiului, scenariile extinderii universului și datele misiunii spațiale Planck
Când astronomii și fizicienii spun că universul este plat, nu înseamnă că universul este plat, ca o frunză. Aceasta este o proprietate a planeității tridimensionale - geometria euclidiană (necorectată) în trei dimensiuni. În astronomia euclidiană, lumea este un model comparativ convenabil al spațiului din jur. Substanța într-o astfel de lume este distribuită uniform, adică o cantitate unitară de materie conține aceeași cantitate de materie și izotropă, adică distribuția materiei este aceeași în toate direcțiile. În plus, materia nu evoluează (de exemplu, sursele radio nu se aprind și supernovurile izbucnesc), iar spațiul este descris de cea mai simplă geometrie. Aceasta este o lume foarte convenabilă pentru descriere, dar nu pentru viață, pentru că nu există o evoluție.
Este clar că un astfel de model nu corespunde faptelor observaționale. Substanța din jurul nostru distribuit eterogen și anizotrop (undeva, există stele și galaxii, iar în unele cazuri acestea nu), acumulări de materie evoluează (schimbare de-a lungul timpului), și spațiu, așa cum știm de la confirmarea experimentală a teoriei relativității, curbat.
Ce este curbura in spatiul tridimensional? În lumea euclidiană, suma unghiurilor oricărui triunghi este de 180 de grade - în toate direcțiile și în orice volum. În geometria non-euclidiană - un spațiu curbat - colțuri suma triunghi va depinde de curbura. Două exemple clasice - este un triunghi pe sferă, unde curbura este pozitivă și un triunghi pe suprafața șeii, unde curbura este negativ. În primul caz, suma unghiurilor triunghiului este mai mare de 180 de grade, iar în al doilea caz, mai mică. Când vorbim de obicei despre o sferă sau o șa, ne imaginăm suprafețele bidimensionale răsucite care înconjoară corpurile tridimensionale. Când vorbim despre univers, trebuie să înțelegem că am ajuns la noțiunea de spațiu tridimensional curbat - de exemplu, nu mai este vorba despre o suprafață sferică bidimensional, și o hipersfere tridimensională.
Deci, de ce universul este plat în sens tridimensional, dacă spațiul este curbat nu numai de grupuri de galaxii, de Galaxia noastră și de Soare, ci chiar de Pământ? În cosmologie, universul este privit ca un obiect întreg. Și ca un întreg obiect, are anumite proprietăți. De exemplu, începând cu unele scale foarte mari (aici putem lua în considerare și 60 megaparsec [
180 de milioane de ani lumină] și 150 de milisecunde), problema din univers este distribuită uniform și izotropic. La scări mai mici, sunt observate clustere și supercluste de galaxii, iar golurile între ele sunt golite, adică omogenitatea este ruptă.
Cum poți măsura planeitatea universului în ansamblu, dacă informațiile despre distribuția materiei în clustere sunt limitate de sensibilitatea telescoapelor noastre? Este necesar să observăm alte obiecte într-un alt domeniu. Cel mai bun lucru pe care ne-a dat-o natura este fundalul cosmic de microunde sau radiatia relicta. care, separat de substanță la 380.000 de ani de la Big Bang, conține informații despre distribuția acestei substanțe literal din primele momente ale existenței universului.
Curbura universului este legata de densitatea critica egala cu 3H 2 / 8πG (unde H este constanta Hubble, G este constanta gravitationala), care determina forma sa. Valoarea parametrului este foarte mică - aproximativ 9,3 × 10 -27 kg / m 3 sau 5,5 atomi de hidrogen pe metru cub. Acest parametru distinge cele mai simple modele cosmologice, construite pe ecuațiile lui Friedman, care descriu universul în expansiune. dacă densitatea este mai mare decât cea critică, atunci spațiul are o curbură pozitivă, iar extinderea universului în viitor va fi înlocuită de compresie; dacă este mai mică decât critică, atunci spațiul are o curbură negativă, iar extinderea va fi eternă; dacă densitatea este egală cu cea critică, expansiunea va fi, de asemenea, veșnică, cu o tranziție spre lumea euclidiană în viitorul îndepărtat.
Parametrii cosmologice care descriu densitatea universului (și principalele dintre ele - densitatea densității energiei întunecate materiei întunecate și densitate nebarionică [vizibile] substanțe), sunt exprimate ca un raport cu densitatea critică. Potrivit misiunii spațiale Planck. obținute din măsurătorile radiației cosmice de fond de microunde, densitatea relativă de energie întunecată - ΩΛ = 0.6879 ± 0,0087, iar densitatea relativă a întregului material (adică suma densității materiei întunecate și vizibile) - Wm = 0.3121 ± 0.0087.
Dacă adăugăm la toate componentele energetice ale universului (densitatea de energie întunecată a tuturor materiei, precum și mai puțin important în această eră a densității de radiație și neutrini, etc), obținem densitatea energetică totală, care este exprimat ca raportul la densitatea critică a Universului și reprezintă Ω0. Dacă densitatea relativă este egal cu 1, atunci curbura universului este egal cu 0. Ω0 abatere de la unitatea descrie densitatea de energie a ΩK univers. legat de curbură. Conform măsurătorilor nivelului neomogenități (fluctuație) a distribuției radiației de fond CMB determină toți parametrii de densitate, valoarea totală a acestora și, în consecință, parametrul curbură al universului.
Conform rezultatelor observațiilor de la observatorul Planck a înregistrat numai datele CMB (temperatura, proiectând și polarizare), se determină că parametrul curbură este foarte aproape de zero într-o mică eroare: ΩK = -0.004 ± 0,015, - și inclusiv datele privind distribuția clusterelor și măsurători ale ratei de extindere de la datele privind supernovele parametrului de tip Ia ΩK = 0,0008 ± 0,0040. Asta este, universul este plat cu mare precizie.
De ce este important acest lucru? Flatnessul universului este unul dintre principalele indicii pentru epoca unei expansiuni foarte rapide a universului. descrisă de modelul inflaționist. De exemplu, în momentul nașterii universului ar putea avea o curbură foarte mare, în timp ce astăzi, în conformitate cu CMB este cunoscut faptul că acesta este plat. expansiune inflaționistă face plat în zona monitorizată întreg (adică, desigur, o scară largă, în care curbura stele spațiu și galaxii nu este esențială), precum și o creștere a raza cercului rectifică acesta din urmă, și cu o rază infinită a cercului arata ca o linie dreaptă.
Doctor în științe fizico-matematice, cercetător principal al Observatorului special de astrofizică al Academiei de Științe din Rusia, Nizhny Arkhyz
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: