الفلك

هل يعني الكون المسطح التوزيع المتساوي؟

هل يعني الكون المسطح التوزيع المتساوي؟

لقد قرأت جميع الإجابات الأخرى ذات الصلة بأسئلة "التسطيح" ولكني بحاجة إلى مزيد من التوضيح.

أفهم أن المثلث في كون ثنائي الأبعاد لن يساوي 180 درجة في كل من الكون المغلق والمفتوح. إذا كنت على صواب ، فإن عدم الاستقرار خلال الظروف الأولية يعني التوسع الأسي أو الانهيار مع مرور الوقت.

بالنظر إلى ما سبق ، هل يمكننا تفسير التسطيح على أنه كثافة موحدة للكون ، مما يعني أن الكون كله هو نفس "الاتساق" التقريبي على نطاق واسع (التجانس).


لا ، كونك مستويًا ومتجانسًا لا يساوي $ ^ dagger ! ! ! $.

يشير التسطيح إلى الهندسة التي تعتمد على كثافة الطاقة الإجمالية $ rho $؛ إذا كان أعلى أو أقل من عتبة حرجة معينة $ rho_ mathrm {cr} $ ، فإننا نسمي الكون "مغلق" أو "مفتوح" ، على التوالي ، بينما إذا كان $ rho $ يساوي تمامًا $ rho_ mathrm { cr} $ ، نسميها "مسطح".

يشير التجانس ، كما قلت ، إلى أن المادة موزعة بالتساوي (على نطاقات كبيرة). إذا لم يكن الكون متجانسًا فحسب ، بل متناحًا أيضًا (أي يبدو متماثلًا في كل الاتجاهات) ، ومن بعد هناك ثلاث أشكال هندسية مختلفة ممكنة ، وهي مسطحة أو مفتوحة أو مغلقة. لكن لا يجب أن يكون الكون المتجانس خواص الخواص ، ويمكن أن يكون لكل من الأكوان المفتوحة والمغلقة مادة موزعة بالتساوي.

وبالتالي ، $$ mathrm {تجانس} nRightarrow mathrm {flatness} $$

في حين أن الهندسة المحلية تعتمد على الكثافة المحلية $ ^ ddagger $ ، فإن عالمي لا تعتمد الهندسة على كيفية توزيع الأمر. على سبيل المثال ، يمكن أن يكون لديك كون من حيث المبدأ ليس له حد أعلى لحجم الهيكل. في لنا الكون ، نجد من خلال الملاحظة أن أكبر الهياكل لها أحجام تقارب نصف جيغاليتيير. فوق هذا المقياس ، يكون متجانسًا (على الرغم من أنه قد يكون غير متجانس على نطاقات أكبر من أفق الجسيمات). لكن قد يكون لكون آخر بنية على جميع المقاييس وبالتالي لا يكون متجانسًا ، ولكنه لا يزال يفي بالمعيار $ rho = rho_ mathrm {cr} $ وبالتالي يكون مسطحًا. يمكنك أيضًا ، كما نوقش في هذه الإجابة حول التجانس والتناحي ، أن تتخيل كونًا نشأ في نقطة مركزية بعيدة والتي تنخفض الكثافة دائمًا (أي متناحرة حول هذه النقطة) ، ولكن لا يزال يحتوي على $ rho = rho_ mathrm {cr} $.

وبالتالي ، $$ mathrm {تسطيح} nRightarrow mathrm {تجانس} $$

لاحظ أنه في حين أن بيانك حول الهندسة التي تحدد مصير الكون سيكون صحيحًا إذا كان يحتوي فقط على المادة والإشعاع ، يبدو أن $ sim70 $٪ من الكثافة التي تجعله مسطحًا لديه الملاءمة المزعجة لتسريع تمدد الكون . وهكذا ، في حين أن الكون المسطح الذي تهيمن عليه المادة سوف يتمدد بشكل مقارب باتجاه حجم محدود ، لنا يبدو أن الكون يسيطر عليه شيء يسمى الطاقة المظلمة مما يجعله يتوسع بشكل كبير على الرغم من كونه مسطحًا.


$ ^ خنجر $من أجل الكون ، على الأقل. بالنسبة لقتل الطريق ، قد يكون مكافئًا.

$ ^ ddagger $على سبيل المثال ، "ينحني" الفضاء بدرجة كافية حول مجموعة ضخمة من المجرات لصنع عدسات جاذبية.


هل يعني الكون المسطح التوزيع المتساوي؟

بالمعنى الدقيق للكلمة لا. لكن لا يوجد دليل حقيقي على أي نوع من "الانحناء الأعلى في الأبعاد". راجع https://arxiv.org/abs/1303.5086 حيث أبلغت بعثة بلانك عن هندسة الخلفية وطوبولوجيا الكون. لم يجدوا أي دليل على أي نوع من الكون الحلقي "الكويكبات".

أفهم أن المثلث في كون ثنائي الأبعاد لن يساوي 180 درجة في كل من الكون المغلق والمفتوح. إذا كنت على صواب ، فإن عدم الاستقرار خلال الظروف الأولية يعني التوسع الأسي أو الانهيار مع مرور الوقت.

هذا ما يميل الناس إلى قوله ، لكن لا يجب أن تعامله مع IMHO على أنه علم مستقر. انظر "المياه التي أدخلها ولم يعبرها أحد بعد": ألكسندر فريدمان وأصول علم الكونيات الحديث. إنه من تأليف آري بيلنكي ، الذي ينسب الفضل إلى فريدمان في الكون المتوسع. كما يشير إلى كون فريدمان M1 الذي يمتد من التفرد وله نقطة انعطاف ، وكونه M2 الذي يمتد من نصف قطر غير صفري ، وكونه p للدوري P الذي يتوسع ويتقلص. الشيء هو أننا لا نعرف على وجه اليقين أن أيًا من هذه الخيارات تصف الكون بشكل صحيح. خاصةً لأن لدينا دليلًا جيدًا على أن الكون كان في يوم من الأيام كثيفًا جدًا ، لكنه مع ذلك تمدد.

بالنظر إلى ما سبق ، هل يمكننا تفسير التسطيح على أنه كثافة موحدة للكون ، مما يعني أن الكون كله هو نفس "الاتساق" التقريبي على نطاق واسع (التجانس).

أود أن أقول هذا: نظرًا لأننا لا نعرف أن علم الكونيات فريدمان صحيح ، فنحن قد شرح التسطيح على أنه كثافة موحدة للكون.


هل للكون مركز جاذبية؟

المساحة مسطحة ومتصلة ببساطة. هذا يعني أنه في الواقع فضاء إقليدي ، ولانهائي. إذن لا يمكنك متوسط ​​موضع الكتل في الكون لأن المجموع يتباعد. التوزيع الشامل موحد على نطاقات كبيرة جدًا ، ويستمر هذا إلى الأبد.

الفضاء منحني و / أو غير متصل ببساطة. هذا يعني أنه لا يمكن اعتبار المواقف كمتجهات ولا يمكن تلخيصها ، وبالتالي لا يمكن حساب متوسطها.

قرأت شيئًا عن & # x27 The Great Attractor & # x27. أليس & # x27t أيضًا شيئًا من حيث & quot؛ مركز الجاذبية & quot

ألا يوجد فضاء منحني في النسبية العامة؟ ألا يوجد مركز ثقل محدد في GR؟ هل & # x27t نفعل ذلك من أجل الكون؟

هل يمكنك شرح ما يعنيه الاتصال ببساطة؟

ماذا عن مركز ثقل الكون المرئي؟

لماذا يعني كونك مسطحًا ومتصلًا ببساطة أنه & # x27s لانهائي؟

أيضًا ، حتى لو كانت لانهائية ، فلماذا يعني ذلك أن التوزيع الشامل موحد؟

حقا سؤال من الدرجة الأولى. أشعر أن هذه الإجابة يجب أن تتوافق مع مبدأ التجانس. اقترح أينشتاين أنه على المقاييس الكبيرة ، تكون المساحة متجانسة ، مما يعني أنه إذا ذهبت لمسافات كبيرة حقًا (Mpcs أو فرسخ) ، فلن تبدو المساحة الموجودة على اليسار مختلفة عن المساحة الموجودة على يمينك. تخيل أنك تنظر إلى شبكة ليس لها مركز ، شبكة مكونة من مجرات في هذه الحالة.

يتم اليوم تحدي هذا المبدأ حيث نلاحظ على مسافات كبيرة أن المادة الموجودة في الكون المحلي لها بنية. سلون جريت وول ، مجموعة 24 كوازار - دراسة أجرتها وكالة الفضاء الأوروبية (ESA) رسمت أساسًا كوازارات مختلفة ثلاثية الأبعاد وتفترض بنية من نوع ما ، مما يعني ضمناً أن كل من هذه الكوازارات مرتبطة بالجاذبية. هذا يكسر Homoginiety وهيكل كبير يجب ألا يكون موجودًا. هيكل واسع النطاق

هذا & # x27s ذات مرة جانب من القصة والآخر هو شكل الكون نفسه. بقدر ما تعرف أن هناك نظريات ، تذكر أن النظريات تدعي أن الفضاء مسطح في الغالب وأن النظريات الأخرى تفترض شكل دونات / سرج / كروي. لذا فإن أفضل ما لدي من معلومات ليست هناك أي طريقة تجريبية يمكن من خلالها العثور على شكل الكون.

للأسف ، لا توجد طريقة للإجابة على هذا السؤال وربما لن يتم الرد عليها لفترة طويلة.


محتويات

بينما يعتقد بعض الناس أن الكون قد تم إنشاؤه على مدى ستة أيام من 6000 إلى 10000 سنة مضت ، فإن الحقائق المقاسة تظهر أنهم خاطئون بشكل مؤلم ، إلا إذا اشتركت في الخميس الماضي أو فكرة مماثلة ، لكن هذا تخمين غير ذي صلة هنا.

يبدو أن الكون قد تشكل منذ حوالي 13.8 مليار سنة في توسع سريع وهائل للزمكان يسمى الانفجار العظيم. بعد التضخم الأولي ، تبردت الجسيمات النشطة ، وخلقت التفاعلات النووية ما سيصبح مادة ، والتي تجمعت في النهاية معًا لتشكل مجرات ونجوم. على مدار التطور النجمي ، تم إنتاج عناصر أثقل ، مما أدى إلى جيل لاحق من الأنظمة النجمية التي تحتوي على كواكب في بعض الأحيان تتكون إلى حد كبير من تلك العناصر الثقيلة - الكواكب الصخرية.

يبلغ عمر نظامنا الشمسي حوالي 4.5 مليار سنة ، ويضم حفنة من هذه الكواكب الصخرية والحطام الأصغر ، إلى جانب أربعة عمالقة غازية ، تتكون بشكل كبير من عناصر ومركبات أخف. بعد فترة طويلة من التبريد ، أصبح كوكبنا مضيافًا لتطور المركبات العضوية المعقدة جدًا والتي يُعرف الآن أنها متوفرة بكثرة في الكون. & # 913 & # 93 مجموعة واحدة من المركبات المذكورة كتبت هذا منذ وقت ليس ببعيد ، في حين أن مجموعة أخرى تقرأه الآن.


ما الأمر & # 039s مع الكون؟ حوالي 31٪.

إذا كنت تريد أن تفهم الكون - ونحن نفعل ذلك - فعليك أن تفهم ما بداخله. لا أقصد النجوم والكواكب والثقوب السوداء وما إلى ذلك. نحن بحاجة إلى أن نكون أكثر اتساعًا.

ما مقدار الطاقة الموجودة في الكون؟ كم يهم؟ ولكي نكون أكثر تحديدًا ، ما أنواع الطاقة والمادة؟

المزيد من علم الفلك السيئ

نسمي هذا ميزانية الكتلة / الطاقة للكون. مثل ميزانية الأسرة ، (نأمل) أنها تمثل كل شيء فيها ، مقسومًا على النوع. في حالة الكون ، نعلم أنه يتكون من - بترتيب تنازلي - الطاقة المظلمة ، والمادة المظلمة ، والمادة العادية. لكن كم من كل؟

بحثت دراسة جديدة في المادة فقط ، وتوصلت إلى رقم ضيق نسبيًا: 31.5 ± 1.3٪ من الكون مصنوع من المادة (وهذا بدوره يعني أن 68.5٪ عبارة عن طاقة مظلمة).

هذه الأرقام مهمة جدًا. إذا كان الكون يحتوي على مادة أقل ، فسيتمدد بسرعة أكبر - بمعنى أن جاذبية تلك المادة تبطئ التوسع.

تُظهر لنا ميزانية الكتلة / الطاقة في الكون أن معظم الأشياء في الكون هي طاقة مظلمة ، ثم المادة المظلمة ، ثم المادة العادية التي تتكون منها الغاز والغبار والنجوم. الائتمان: UCR / محمد عبد الله

هذا أيضا له آثار على الأشياء في الكون ، وليس الكون نفسه فقط. على سبيل المثال ، في بدايات الكون ، ساعدت الجاذبية على تكتل المادة ، لأنها كانت تنجذب إلى نفسها. تكثف من حساء المواد الساخن ، مكونًا مجرات وعناقيد مجرات. لو كانت ميزانية المادة مختلفة ، لكانت المجرات والعناقيد تبدو مختلفة ، أو ربما لم تتشكل على الإطلاق.

نحن مدينون بوجودنا لهذه الأرقام.

في الواقع ، كانت مجموعات المجرات هي التي ركز عليها العمل الجديد. هذه مجموعات هائلة من المجرات بأكملها ، مئات أو آلاف منها ، وكلها مرتبطة ببعضها البعض بفعل جاذبيتها المتبادلة. يعتمد هيكلها على كثافة المادة في الكون ، لذلك من خلال فحصها يمكن للعلماء معرفة هذه الكثافة.

يعتمد عدد المجموعات في حجم معين من الكون على كثافة الكتلة (المشار إليها بـ m) ، لذا فإن قياس كتل العناقيد يخبرك بكثافة كتلة الكون. الائتمان: UCR / محمد عبد الله

لقد طوروا طريقة للعثور على المجموعات بطريقة غير متحيزة قدر الإمكان. لقد نظروا إلى 700000 مجرة ​​مذهلة ، ثم فحصوا مواقعها وحركاتها في الفضاء لمعرفة ما إذا كانت تنتمي إلى العناقيد. من هذه العينة اختاروا 756 عنقود مجرات قريبة (تصل إلى حوالي 1.6 مليار سنة ضوئية ، لذا فإن "الجوار" نسبي) لاستخدامها في تحليلهم.

ثم وجدوا ما يسمى بوظيفة الكتلة العنقودية ، وهي عدد الحشود الموجودة في الكون في حجم معين من الفضاء لكتلة معينة من الكتلة. لذلك في جزء ما من الكون ، قد ترى الكثير من العناقيد ذات الكتلة المنخفضة ، وعدد أقل من المجموعات ذات الوزن المتوسط ​​، وعدد أقل من المجموعات الضخمة حقًا ، على سبيل المثال. هذا التوزيع حساس لكثافة المادة في الكون ، وهو معقد بسبب أشياء مثل حقيقة أن الكثافة تتغير بمرور الوقت مع توسع الكون ، وكذلك صعوبة تحديد كتلة الكتلة.

هذا الجزء الأخير صعب. هناك العديد من الطرق لتقدير كتلة الكتلة ، والعديد منها إحصائي بطبيعته (النظر إلى الكثير من المجموعات لمعدل الإحصائيات الصاخبة). هذه تقدم قضايا أخرى ، رغم ذلك ، مما يجعل هذا صعبًا. في هذه الحالة ، اختار العلماء استخدام ما يسمى بالطريقة الفيروسية للحصول على الكتلة - عندما تتحرك المجرات في عنقود ، تتفاعل وتتبادل الطاقة (المجرات الأسرع تشد المجرات الأبطأ ، على سبيل المثال ، تسريعها). هذا يعتمد على الكتلة الكلية للكتلة ، ويوفر طريقة جيدة للحصول على هذا العدد.

ثم قاموا بعد ذلك بتشغيل الأرقام لمعرفة كثافة الكتلة الكونية التي يحتاجونها لشرح التوزيع الكتلي للعناقيد ، وحصلوا على 31.5٪ (باستخدام فقط حصلوا على بياناتهم 31٪ مع عدم يقين بنحو 2.3٪ ، لكن دمج نتائجهم مع دراسات أخرى حصل على رقم أكثر دقة قليلاً).

بشكل عام ، هذا الرقم هو أ القليل أعلى قليلاً من معظم الطرق الأخرى (يتراوح من 25 إلى 35٪ اعتمادًا على كيفية قياسه) ، ولكن ليس بشكل مثير للقلق. يزعمون أن قياساتهم هي القياس الأكثر دقة لهذا الرقم على الإطلاق ، لكنني سأسمح للخبراء الآخرين بتجزئة هذا الادعاء.

كما تسمح لك بحساب متوسط ​​كثافة المادة في الكون ، وهي حوالي 10 -23 جرامًا لكل متر مكعب. هذا صغير. إنه يعادل حوالي 6 ذرات هيدروجين لكل متر مكعب. للمقارنة ، يحتوي الهواء عند مستوى سطح البحر على حوالي 1200 جرام لكل متر مكعب ، أو ما يقرب من 10 25 ذرة لكل متر مكعب - وهو عامل يزيد عن سبتليون (أو مليون مليون مليون). الفضاء فارغ حقا.

سألاحظ هذا أيضًا مجموع المادة ، بما في ذلك المادة المظلمة و "العادية". ميزانية المسألة بحد ذاتها في الكون حوالي 5 إلى 1 مظلمة إلى مادة عادية ، أي ما يقرب من 84/16 انقسام. هذه النسبة ليست معروفة جيدًا على الرغم من ذلك. إحدى الأفكار ، بالمناسبة ، هي أن المادة المظلمة مصنوعة من أكسيونات ، وهي جسيمات نظرية ذات كتلة منخفضة جدًا. إذا كان الأمر كذلك ، فإن هذا المتر المكعب من الفضاء سيكون أشبه بذرة هيدروجين بداخله والعديد من المليارات من الأكسيونات.

لذا ها أنت ذا. هذه الدراسة الجديدة ، إذا تم إجراؤها ، هي خطوة أخرى لتصحيح كل هذا. كل يوم نقترب قليلاً من اكتشاف ، حسنًا ، الكون، ولماذا نحن هنا على الإطلاق. قد يبدو الأمر مقصورًا على فئة معينة ، لكن انظر حولك. كل تلك الأشياء التي تراها موجودة، وذلك بسبب طريقة عمل الكون. النظر تحت غطاء المحرك هو أحد أروع الأشياء التي يقوم بها البشر.


يبدو أن Higgs Boson يثبت أن الكون غير موجود

لا ينبغي أن يكون أي منا هنا. في الواقع ، لا ينبغي أن يكون العالم كله والنجوم والمجرات هنا أيضًا. وفقًا لدراسة كونية جديدة ، يجب أن يكون الكون بأكمله قد تلاشى من الوجود في لحظة بعد إنشائه لأول مرة.

تشير الأبحاث التي أجراها علماء الكونيات البريطانيون في كينجز كوليدج لندن (KCL) إلى أن الكون لا ينبغي أن يستمر لأكثر من ثانية بعد الانفجار العظيم ، وفقًا للنموذج القياسي الذي اقترحه بوزون هيغز الذي شوهد في عام 2012 جنبًا إلى جنب مع الملاحظات الفلكية الحديثة.

بعد أن بدأ الكون في الانفجار العظيم ، يُعتقد أنه مر بفترة قصيرة من التوسع السريع المعروف باسم التضخم الكوني. لا يزال الكون يتوسع اليوم ، ولكن بوتيرة هادئة إلى حد ما من الناحية الفلكية. في فترة التضخم ، تم دفع المادة للخارج بمعدل أسي في جميع الاتجاهات ، مما أدى إلى تموج الزمكان إلى موجات من طاقة الجاذبية أثناء سيره.

تلسكوب BICEP2 في القارة القطبية الجنوبية ، يُرى عند الشفق. (الائتمان: ستيفن ريختر ، جامعة هارفارد)

تشرح هذه النظرية عددًا من ميزات الكون ، بما في ذلك حقيقة أنه يبدو متماثلًا في جميع الاتجاهات ، وهو مسطح ويوزع بالتساوي إشعاع الخلفية الكونية الميكروويف. على الرغم من أن العلماء لا يفهمون تمامًا عملية التضخم بأكملها ، إلا أنهم ما زالوا قادرين على عمل تنبؤات حول الكيفية التي يجب أن تجعل الكون يبدو اليوم.

قدم روبرت هوجان من KCL عرضًا إلى الاجتماع الوطني لعلم الفلك التابع للجمعية الملكية الفلكية ، حيث أوجز البحث ، الذي يجمع بين أحدث الملاحظات للسماء وخصائص الجسيمات التي شاهدتها تجارب CMS و ATLAS في مصادم هادرون الكبير للتوصل إلى الإزعاج قليلاً. استنتاج أننا لا ينبغي أن نكون.

في مارس من هذا العام ، ادعى العلماء باستخدام أحد مقاريب التصوير الخلفية للاستقطاب الكوني خارج المجرة (BICEP2) أنهم اكتشفوا أحد التأثيرات المتوقعة للتضخم الكوني على الكون اليوم. إنهم يعتقدون أنهم قد التقطوا الإشارة الخافتة للغاية بأن موجات طاقة الجاذبية تركتها على خلفية الموجات الكونية الميكروية ، والمعروفة باسم استقطاب الوضع B.

لقد أثبتت النتائج أنها مثيرة للجدل ولم يقبلها علماء الكونيات بعد ، ولكن إذا ثبت أنها صحيحة ، فإنها ستؤكد نظرية التضخم وتطور بشكل كبير فهم العلم للكون.

بالنظر إلى النتائج ، قام فريق KCL بتحليل ما تعنيه ملاحظات BICEP2 لاستقرار الكون من خلال دمج البيانات مع المعلومات المستقاة من فيزياء الجسيمات من بوزون هيغز.

سمح قياس هذا الجسيم للفيزيائيين بإظهار أن كوننا يجلس في وادي "حقل هيغز" ، وهو جزء من الآلية التي تعطي كتلة للجسيمات. ومع ذلك ، هناك وادي نظري آخر في هذا المجال أعمق بكثير ، لكن كوننا محفوظ من الانقلاب إليه بحاجز طاقة كبير.

تكمن مشكلة نتائج BICEP2 في أنهم يتوقعون أن الكون قد تلقى هزات كبيرة أثناء مرحلة التضخم الكوني ، والتي كانت ستدفعه إلى الوادي الآخر من حقل هيغز في غضون جزء من الثانية. وهذا من شأنه أن يؤدي إلى انهيار الكون الناشئ بأكمله في أزمة كبيرة.

من المحتمل أن تكون نتائج BICEP2 ناتجة بالفعل عن تأثيرات استقطاب مماثلة يمكن أن تنتج عن الغبار القريب في مجرتنا ، وهي نقطة اعترف الباحثون بأنها ممكنة في دراستهم.

بصرف النظر عن خطأ مثل هذا في نتائج BICEP2 ، فإن الخيار الوحيد لشرح سبب استمرارنا في التساؤل عن أصول الكون هو ما إذا كانت هناك عملية أخرى جارية لم يكتشفها العلماء بعد.

أوضح هوجان: "إذا ثبت أن BICEP2 صحيح ، فإنه يخبرنا أنه يجب أن تكون هناك فيزياء جسيمات جديدة مثيرة للاهتمام تتجاوز النموذج القياسي".

لمزيد من المعلومات حول إبادة الكون وأخبار العلوم والتكنولوجيا الأخرى ، تابعوني على Twitter و Google +.


توصلت الدراسة إلى أن الأنماط التي تشكلها المجرات الحلزونية تظهر أن الكون قد يكون له بنية محددة

خريطة رملية تغطي السماء بالكامل للرباعي في توزيع اتجاهات دوران المجرة. في هذه الصورة ، تعني الألوان المختلفة قوة إحصائية مختلفة لوجود رباعي كوني في نقاط مختلفة في السماء. الائتمان: جامعة ولاية كانساس

كشف تحليل أكثر من 200000 مجرة ​​حلزونية عن روابط غير متوقعة بين اتجاهات دوران المجرات ، وقد يشير الهيكل الذي تشكلت بواسطة هذه الروابط إلى أن الكون المبكر ربما كان يدور ، وفقًا لدراسة أجرتها جامعة ولاية كانساس.

قدم ليور شامير ، عالم الفلك الحاسوبي وعالم الكمبيوتر ، النتائج في الاجتماع 236 للجمعية الفلكية الأمريكية في يونيو 2020. النتائج مهمة لأن الملاحظات تتعارض مع بعض الافتراضات السابقة حول بنية الكون واسعة النطاق.

منذ زمن إدوين هابل ، اعتقد علماء الفلك أن الكون يتضخم بدون اتجاه معين وأن المجرات فيه تتوزع بدون بنية كونية معينة. لكن ملاحظات شامير الأخيرة للأنماط الهندسية لأكثر من 200000 مجرة ​​حلزونية تشير إلى أن الكون يمكن أن يكون له بنية محددة وأن الكون المبكر ربما كان يدور. تشير الأنماط في توزيع هذه المجرات إلى أن المجرات الحلزونية في أجزاء مختلفة من الكون ، مفصولة بالمكان والزمان ، مرتبطة من خلال الاتجاهات التي تدور نحوها ، وفقًا للدراسة.

قال شامير ، وهو أيضًا أستاذ مشارك في علوم الكمبيوتر K-State ، "علم البيانات في علم الفلك لم يجعل البحث في علم الفلك أكثر فعالية من حيث التكلفة فحسب ، بل يسمح لنا أيضًا بمراقبة الكون بطريقة مختلفة تمامًا". "النمط الهندسي الذي يظهره توزيع المجرات الحلزونية واضح ، ولكن لا يمكن ملاحظته إلا عند تحليل عدد كبير جدًا من الأجسام الفلكية."

المجرة الحلزونية هي كائن فلكي فريد لأن مظهرها المرئي يعتمد على منظور الراصد. على سبيل المثال ، يبدو أن المجرة الحلزونية التي تدور في اتجاه عقارب الساعة عند ملاحظتها من الأرض ، تدور عكس اتجاه عقارب الساعة عندما يكون المراقب في الجانب الآخر من تلك المجرة. إذا كان الكون خواص الخواص وليس له بنية معينة - كما توقع علماء الفلك السابقون - فإن عدد المجرات التي تدور في اتجاه عقارب الساعة سيكون مساويًا تقريبًا لعدد المجرات التي تدور عكس اتجاه عقارب الساعة. استخدم شامير بيانات من التلسكوبات الحديثة لإثبات أن الأمر ليس كذلك.

باستخدام التلسكوبات التقليدية ، يعد عد المجرات في الكون مهمة شاقة. لكن التلسكوبات الروبوتية الحديثة مثل Sloan Digital Sky Survey ، أو SDSS ، وتلسكوب المسح البانورامي ونظام الاستجابة السريعة ، أو Pan-STARRS ، قادرة على تصوير ملايين المجرات تلقائيًا أثناء مسحها للسماء. يمكن للرؤية الآلية بعد ذلك تصنيف ملايين المجرات حسب اتجاه دورانها بشكل أسرع بكثير من أي شخص أو مجموعة من الناس.

عند مقارنة عدد المجرات باتجاهات دوران مختلفة ، فإن عدد المجرات التي تدور في اتجاه عقارب الساعة لا يساوي عدد المجرات التي تدور في عكس اتجاه عقارب الساعة. الفرق ضئيل ، يزيد قليلاً عن 2٪ ، ولكن مع العدد الكبير من المجرات ، هناك احتمال أقل من 1 إلى 4 مليارات من عدم التناسق عن طريق الصدفة ، وفقًا لأبحاث شامير.

تمتد الأنماط على أكثر من 4 مليارات سنة ضوئية ، لكن عدم التناسق في هذا النطاق ليس موحدًا. وجدت الدراسة أن عدم التناسق يزداد عندما تكون المجرات أكثر بعدًا عن الأرض ، مما يدل على أن الكون المبكر كان أكثر اتساقًا وأقل فوضوية من الكون الحالي.

لكن الأنماط لا تُظهر فقط أن الكون ليس متماثلًا ، ولكن أيضًا أن عدم التناسق يتغير في أجزاء مختلفة من الكون ، والاختلافات تظهر نمطًا فريدًا من الأقطاب المتعددة.

قال شامير: "إذا كان للكون محور ، فهو ليس محورًا واحدًا بسيطًا مثل دوامة الخيل". "إنها محاذاة معقدة لمحاور متعددة لها أيضًا انحراف معين."

مفهوم تعدد الأقطاب الكونية ليس جديدًا. أظهرت المراصد الفضائية السابقة - مثل مستكشف الخلفية الكونية ، أو COBE ، أو القمر الصناعي مسبار ويلكينسون لتباين الميكروويف ، أو مهمة WMAP ومرصد بلانك - أن الخلفية الكونية الميكروية ، وهي إشعاع كهرومغناطيسي من الكون المبكر جدًا ، تُظهر أيضًا أقطاب متعددة. لكن قياس الخلفية الكونية الميكروية حساس للتلوث الأمامي - مثل انسداد مجرة ​​درب التبانة - ولا يمكن أن يُظهر كيف تغيرت هذه الأقطاب بمرور الوقت. عدم التناسق بين اتجاهات الدوران للمجرات الحلزونية هو قياس غير حساس للانسداد. ما يمكن أن يعيق دوران المجرات في اتجاه واحد في مجال معين سوف يعيق بالضرورة المجرات التي تدور في الاتجاه المعاكس.

وقال شامير "لا يوجد خطأ أو تلوث يمكن أن يظهر من خلال مثل هذه الأنماط الفريدة والمعقدة والمتسقة". "لدينا مسحان مختلفان للسماء يظهران نفس الأنماط بالضبط ، حتى عندما تكون المجرات مختلفة تمامًا. لا يوجد خطأ يمكن أن يؤدي إلى ذلك. هذا هو الكون الذي نعيش فيه. هذا هو بيتنا."


ماذا تقصد ، الكون مسطح؟ الجزء الثاني: الذي فيه نجيب على السؤال بالفعل

الآن في المرة القادمة التي تمشي فيها 10 أقدام إلى الأمام ، ستتبع الضلع الرابع والأخير من المربع ، وستنتهي من حيث بدأت. إذا استدرت بزاوية 90 درجة للمرة الرابعة ، فستواجه الاتجاه الأصلي أيضًا.

يبدو هذا بديهيًا بشكل بديهي ، حتى أنه حشو - إذا تتبعت مربعًا على الأرض ، حسنًا ، فإنك ترسم مربعًا على الأرض - لكنها في الواقع حقيقة تجريبية. وهي مهمة ، لذا سأقولها بصوت عالٍ:

لا يوجد بداهة السبب الذي يجعل المشي بأربعة جوانب متساوية واستدارة أربع زوايا قائمة يجب أن يعيدك بالضبط إلى نفس المكان. إنه أمر تجريبي بحت من تجربتنا اليومية.

في الواقع ، هذا ليس صحيحًا تمامًا من الناحية التجريبية أيضًا. إن الفشل في العودة إلى نفس المكان بالضبط - لإغلاق مربع بدقة - ليس صحيحًا فحسب ، بل إنه أحد أهم الظواهر التي لوحظت على الإطلاق في تاريخ العلم. إنه في قلب كل شيء. إنها الطريقة التي تعمل بها الجاذبية بالطريقة التي فهمها أينشتاين. يخبرنا كيف تتشكل الثقوب السوداء ولماذا تحبس الضوء. ويخبرنا إذا وكيف يجب أن يتوسع الكون.

يخبرنا حدسنا أن كل مربع يجب أن يغلق. العالم أغرب بكثير مما يريدنا حدسنا أن نصدقه.

في ال الجزء السابق من هذه السلسلة ، الجزء الأول، لقد وعدت أن الجزء الثاني سيشرح معنى أن يكون الكون مسطحًا. في هذا الجزء الثاني ، سأتحدث عن المفهوم - لا ، ظاهرة—من المساحة المنحنية ، والتي تحدث بشكل أساسي عندما تفشل المسارات المربعة في الإغلاق ، ولماذا تكون المساحة المسطحة هي المكان الذي تقترب فيه جميع المسارات المربعة.

حاول إقليدس

لقد أكدت حتى الآن عن قصد على الطبيعة الفيزيائية لهذه الظاهرة المسماة انحناء الفضاء. يتبع معظم المؤلفين عندما يكتبون عنها نهجًا مختلفًا تمامًا: يبدأون بالتاريخ.

كما ترى ، توصل علماء الرياضيات إلى فكرة الانحناء - كمفهوم متسق منطقيًا ولكنه مجرد مفهوم - قبل وقت طويل من إثبات أي شخص أنه وثيق الصلة بالواقع. ومن الصعب جدًا قياس انحناء الفضاء عمليًا ، لذلك من الممكن ألا يحاول أحد لو لم يخبرهم علماء الرياضيات أن ذلك كان على الأقل احتمالًا يستحق الدراسة.

اخترع جورج برنارد ريمان الرياضيات اللازمة لفهم الانحناء بشكل كامل في منتصف القرن التاسع عشر ، وهي معقدة نوعًا ما. لكن الفضاء المنحني هو حقيقة من حقائق الحياة. من حيث المبدأ ، يمكنك اكتشافه من خلال التجول في غرفتك ، دون الحاجة إلى علماء الرياضيات أو الفيزيائيين أو الفلاسفة للتوصل إلى مفاهيم مجردة أولاً.

كان إقليدس ، المقياس الجغرافي العظيم للإسكندرية الهلنستية ، مدركًا جيدًا لحقيقة أن إغلاق المسارات المربعة ليس أمرًا صحيحًا بداهة. ربما قالها إقليدس بهذه الطريقة: الزوايا الداخلية للمربع (أو المستطيل أو ، في هذه المسألة ، متوازي الأضلاع) تضيف ما يصل إلى 360 درجة. يعني الدوران حول مربع إجراء أربع لفات بزاوية 90 درجة.

هناك طريقة أخرى يمكن أن يشرحها إقليدس وهي ذكر حقيقة ذات صلة: أن الزوايا الداخلية للمثلث تساوي دائمًا 180 درجة. اقطع أي مستطيل إلى مثلثين بامتداد قطريه ، وسترى السبب: يتم تقسيم الزوايا الأربع القائمة إلى 6 زوايا ، لكن المجموع لا يزال كما هو.

لكن الهندسة لا يجب أن تعمل بهذه الطريقة. عندما يحدث ذلك ، يطلق عليه الإقليدية. ولكن في الغالبية العظمى من الحالات عندما لا يحدث ذلك ، يطلق عليه الهندسة غير الإقليدية.

في كثير من الأحيان ، تكون الطريقة التي يقدم بها المؤلفون فكرة الهندسة غير الإقليدية هي من خلال إعطاء أمثلة لما يحدث عندما بدلاً من تتبع المثلثات على مستوى مستوٍ ، يمكنك تتبعها على سطح منحني - على سبيل المثال ، على سطح الأرض.

لذا ابدأ من أي نقطة على خط الاستواء واتجه إلى القطب الشمالي. بمجرد وصولك إلى هناك ، تكون قد غطيت ربع محيط الكرة الأرضية ، أو حوالي 10000 كيلومتر. استدر الآن يسارًا بمقدار 90 درجة وابدأ بالمشي جنوبًا. بعد 10000 كيلومتر ، ستصل إلى خط الاستواء مرة أخرى. لكنك لن تكون في المكان الذي بدأت منه. بدلاً من ذلك ، ستكون في مكان على بعد 10000 كيلومتر إلى الغرب من نقطة البداية. استدر الآن يسارًا بمقدار 90 درجة بحيث تواجه الشرق ، وامش 10000 كيلومتر أخرى: ستعود من حيث بدأت.

لقد قمت بتتبع مثلث على سطح الأرض - والزوايا الداخلية كلها زوايا قائمة ، لذا فإن مجموعها يصل إلى 270 درجة ، وليس 180.

لاحظ أنك فعلت ثلاث مراحل فقط من رحلتك. إذا كنت ستتبع الإرشادات الواردة في بداية هذا المنشور ، فسيظل لديك دوران آخر بزاوية 90 درجة وجانب كامل آخر للمشي. في هذه الحالة ، سيكون الفشل في إغلاق المربع أمرًا مذهلاً إلى حد ما: فبدلاً من العودة إلى النقطة الأصلية على خط الاستواء ، كنت ستنتهي عند القطب الشمالي.

يعد تتبع المربعات التي يبلغ طول جوانبها 10000 كيلومتر أمرًا بالغ الصعوبة بالطبع. إذا كنت تريد المحاولة تجربة مماثلة بجوانب ، على سبيل المثال ، 1000 كيلومتر بدلاً من ذلك ، سيكون الخطأ أصغر كثيرًا ، لكنه لا يزال واضحًا. وإذا حاولت التحرك في أرجل يبلغ ارتفاعها 10 أقدام ، فلن تلاحظ شيئًا خاطئًا: سيبدو العالم بالنسبة لك إقليديًا تمامًا. يمكن أن يغفر لك التفكير أن الأرض مسطحة.

على أي حال ، فإن الكرة هي مثال شرعي تمامًا للهندسة غير الإقليدية ، ولكن يمكن أيضًا أن تكون مربكة. تقولون ، "حسنًا ، الأرض منحنية ، ولكن ماذا يخبرني ذلك عن انحناء الفضاء؟"

"ماذا لو قمت بحفر أنفاق مباشرة عبر الأرض ، وربطت النقطتين على خط الاستواء وتلك النقطتين مع القطب الشمالي؟ تشكل الأنفاق الثلاثة معًا مثلثًا متساوي الأضلاع. يمكنني بعد ذلك تخيل توجيه الليزر عبر الأنفاق لربط النقاط الثلاث مع بعضها البعض في مثلث من ضوء الليزر. من المؤكد أن زوايا هذا المثلث مجموعها 180 درجة ".

الفضاء في الفضاء الخارجي

لذلك نأتي هنا إلى الحقيقة الأساسية للحياة التي كنت أشير إليها في بداية هذا المنشور. انحناء الفضاء نفسه.

لتجنب أي ارتباك تسببه الأرض ، قم برحلة إلى الفضاء الخارجي. يمكنك التفكير في مركبة فضائية ترسم مثلثًا أو مربعًا بالسفر في الفضاء. ومع ذلك ، لن يكون هذا مثاليًا ، لأنه يثير كل أنواع القضايا الشائكة حول ما يعنيه بالضبط أن تطير مركبة فضائية إلى الأمام مباشرة أو تنعطف 90 درجة إلى اليسار.

بدلاً من ذلك ، تمتلك أنت واثنان من الأصدقاء مركبة فضائية ، ويسافر كل من الثلاثة إلى مكان ما في الكون القريب. بمجرد وصولك إلى هناك ، تقوم بتوجيه الليزر على بعضها البعض وتشكيل مثلث من الأشعة.

الآن يمكن لكل واحد منكم قياس الزاوية بين الشعاعين اللذين يدخلان أو يخرجان من سفينة الفضاء المعنية.

حقيقة: هذه الزوايا الثلاث لن يكون مجموعها دائمًا 180 درجة.

يمكنك إجراء الحسابات المناسبة وإدراك أن هذه الحقيقة هي نتيجة لنظرية النسبية العامة لأينشتاين. أو قد لا تثق في الرياضيات والفيزياء وتذهب إلى الفضاء لترى بنفسك.

بغض النظر ، هذا ما يعنيه أن تكون المساحة منحنية. كلما تمكنت من العثور على ثلاث نقاط في الفضاء ، وربطها بأشعة الليزر ، ووجدت أن المثلث لا يحتوي على 180 درجة المتوقعة ، فهذا يعني أن الفضاء منحني.

وبغض النظر عن مكان المركبة الفضائية ، فإن مجموع الزوايا يصل إلى 180 درجة - هذا ما يعنيه أن يكون الفضاء مسطحًا.

تذهب الآلية الرياضية للهندسة الريمانية إلى أبعد من ذلك بكثير وتمنحك في الواقع طريقة لتحديد وحساب المقاييس الرقمية للانحناء - وليس القول فقط إذا كان هناك بعض أو لا شيء.

هناك نوعان خاصان مهمان من الفضاء المنحني. إذا كنت في منطقة معينة من الفضاء ، وبغض النظر عن المكان الذي تضع فيه سفن الفضاء الثلاث الخاصة بك ، فإن الزوايا الثلاث التي تشكلها دائمًا ما تصل إلى أكثر من 180 درجة ، فإن الانحناء يكون موجبًا في جميع أنحاء المنطقة. عندما يكون مجموعها دائمًا أقل من 180 درجة ، فهذا يعني أن المنطقة بها انحناء سلبي. في الحالة المسطحة ، يكون بالضبط صفر.

هذا المنشور جزء من سلسلة عن علم الكونيات. هذه هي الوظائف السابقة:

ماذا تقصد ، الكون مسطح؟ الجزء الأول

(حول ما أعنيه ب "الكون")

كونك سيد رائع

(On visualizing a finite speed of light)

Under a Blood Red Sky

(On the afterglow of the big bang, and why the sky used to glow red)

Still to come: how do we know that the curvature of space is a fact of life what would the world look like if space were جدا curved what is the curvature (and the size) of the observable universe and what the heck does the observable universe have to do with Dante.

Footprint icon courtesy of palomaironique/Open Clip Art Library.

Spacecraft image courtesy of NASA. The artist's impression represents the planned Laser Interferometry Space Antenna, or LISA, international space mission, which would in fact be unmanned. Also, LISA is not designed to measure the angles of the triangle but temporary changes in the distances of the space probes from one another due to the passage of gravitational waves--which are themselves perturbations in the curvature of space.

The views expressed are those of the author(s) and are not necessarily those of Scientific American.

ABOUT THE AUTHOR(S)

Davide Castelvecchi is a senior reporter at طبيعة in London covering physics, astronomy, mathematics and computer science.


Our e-dimensional universe

Here’s the layman’s explanation of my theory that physical space is ه-dimensional (ه = 2.71828…) (for links to the papers, see [1][2]).

It is easy to see that it is a surprising new idea that could lead to new physics, but how can physical dimensions be anything but 3? And the most troubling thing is that it is not even a rational number!

The answer is that three-dimensional v iew of physical space is merely a convention that we have gotten used to. We use this convention to mark points on Earth, but we can’t really check this easily at either the local or the cosmological levels.

In the big bang model, the universe expanded from a singularity (initial state of extremely high density and high temperature) which explains the cosmic microwave background (CMB) radiation, and together with gravity (whose origin is unknown but which is seen to work through either Newton’s or Einstein’s theory) it is consistent with the large-scale structure of the universe with its patterns of galaxies and matter on scales much larger than individual galaxies or groupings of galaxies.

There is divergence between the expansion rates obtained from early universe (captured by CMB data) and the late universe (considering the receding of stars and galaxies) aspects of the universe.

The divergence can be explained away of we accept that space is not quite three-dimensional, but rather ه-dimensional

Why hasn’t it been thought of before?

The three-dimensional nature of space is an implicit assumption in Western physical thought and so it has not been questioned. When the idea of information is probed deeply we realize that mathematics compels us to abandon the assumption of a three-dimensional space (References[3][4][5]).

The beginnings of the universe and the nature of space are connected to many deep questions concerning not only physics but also philosophy. These include:

What is the origin of space?

What are the ultimate components of the universe?

What is the relationship between physics and consciousness?

What is space?

The formal use of three-dimensional space is part of modern physics. We can also speak biological space within which biological structure evolve.

Newton took space to be absolute and to be three-dimensional. This was extension of the Aristotelian view of the universe as a container in which the sun, the moon, planets and stars are embedded in perfectly concentric crystal spheres that rotate at fixed rates. In the observer-centric Indian physics that goes back to Kaṇāda, physical laws must be based only on substances, their properties, and their motion, but the experience of time and space is a consequence of the relation between the observer and the world being observed.

There is striking similarity between physical and biological structures. This must be the result of the commonality in the nature of physical and biological spaces, or perhaps the two are identical. Patterns in brain structure and the filament structure and distribution of matter in cosmology are quite similar.

But how morphogenesis may be related to biological space is not known. Indeed this could very well become an exciting new field of research connecting physics and biology.

A new theory of gravity

The new papers provide an explanation for gravity that has been missing in physics, for Newton’s law was based on experiment. The new theory doesn’t change the inverse square law of gravitation but explains why it has this form and suggests that gravity has weakened by about 20% in the last 4 billion years (Reference [6]).

According to current theory, about 96% of the universe is dark matter and dark energy (of which there is no direct evidence) and what is observable is only 0.5% (because another 4.5 % is interstellar gas). Although some scientists are confident that dark matter and dark energy will be eventually discovered, there is no observational evidence in support of it. My theory shows there is no need to speak of dark matter and dark energy.

It shows that the currently accelerating expansion of the universe will eventually slow down and finally reverse. This ties up many loose ends in current physics.

Meaning of ه-dimensionality

What is the meaning of an ه-dimensional universe? To answer this, we must ask what we mean by the word “dimension” (see References [2]–[7]).

Dimension 0 is a point, dimension 1 is a line, dimension 2 is a plane, and dimension 3 is a solid. An object with dimension between 2 and 3, or ه-dimensions, is like sponge or cheese. Another way of seeing it as an object whose density in the limit is less than that of a three-dimensional object.

Fractals have dimensionality that is often noninteger. Two examples of fractals are the Whirlpool Galaxy and the Nautilus shell shown below.

But how can space be like a sponge, with holes? The answer to this is that the sponge-view is one way of looking at space another is that dynamics itself is an expression of this sponge-like nature. Such disparate views can be harmonized by the principle of complementarity, which is one of the deepest philosophical ideas in science (see [8] and references therein).

The most astonishing thing about noninteger dimensionality is that it can be shown to be the origin of gravity. If gravity is a property of space, it solves a puzzle for which science has had no answer until now.

This research also explains the counterintuitive idea of asymptotic freedom [2].

It can have uses for the military, for space travel, and for the understanding of turbulence that Feynman called “the most important unsolved problem of classical physics.” It can also lead to insights that help in the design of novel metamaterials.


Does Flat Universe mean even distribution? - الفلك

The curvature of the universe is determined by the density of the universe. You can do a cosmic inventory of all of the mass from ordinary matter in a representative region of the universe to see if the region's density is above the critical density. Such an inventory gives 10 to 20 times too little mass to close the universe. The primordial deuterium abundance provides a sensitive test of the density of ordinary matter in the early universe. Again, you get 15 to 20 times too little mass to close the universe. However, these measurements do not take into account all of the dark matter known to exist. Dark matter is all of the extra material that does not produce any light, but whose presence is detected by its significant gravitational effects.

Dark Matter

Orbital speeds of stars in galaxies

  1. Flat rotation curves of spirals even though the amount of the light-producing matter falls off as the distance from the galaxy center increases. Remember the enclosed mass = (orbital speed) 2 × (orbit size)/G. Below is the rotation curve for our Milky Way Galaxy (a typical spiral galaxy).

Also, the orbital speeds of stars in elliptical galaxies are too high to be explained by the gravitational force of just the luminous matter in the galaxies. The extra gravitational force is supplied by the dark matter in the ellipticals.

Faint gas shells around ellipticals

Motion of galaxies in a cluster

Hot gas in clusters

Quasar spectra

Gravitational Lensing

Dark Matter separation from ordinary matter

Current tallies of the total mass of the universe (visible and dark matter) indicate that there is only 32% of the matter needed to halt the expansion---we live in an open universe. Ordinary matter amounts to almost 5% and dark matter makes up the other 27%. One possible dark matter candidate was the neutrino. There are a lot of them, they have neutral charge and photons do not bump into them. Unfortunately, their mass is too small and they move much too fast to create the clumpy structure we see of the dark matter and ordinary matter. The universe would not have been able to make the galaxies and galaxy clusters if the dark matter was neutrinos. To create the lumpy universe, astronomers are looking at possible massive neutral particles that move relatively slowly. Various candidates fall under the heading of "WIMPs"&mdashweakly interacting massive particles (sometimes, astronomers & physicists can be clever in their names). Another possible dark matter candidate was simply ordinary matter locked up in dim things like white dwarfs, brown dwarfs, neutron stars, or black holes in the halos of the galaxies. These massive compact halo objects ("MACHOs") can be detected via microlensing like that used to detect exoplanets. Some MACHOs have been found but the number (and resulting total mass) of them appears to be much too small to account for the dark matter. Big Bang nucleosynthesis and the microwave background radiation (as described below) also provide a strict upper limit on the amount of ordinary matter that could produce the MACHOs in any case. As if the dark matter mystery were not enough, astronomers and physicists have now found that there is an additional form of energy not associated with ordinary or dark matter, called "dark energy", that has an even greater effect on the fate of the universe. This is discussed in the last section of this chapter.

Deriving the Geometry of the Universe from the Background Radiation

An independent way to measure the overall geometry of the universe is to look at the fluctuations in the cosmic microwave background radiation. If the universe is open (saddle-shaped), then lines starting out parallel will diverge (bend) away from each other. This will make distant objects look smaller than they would otherwise, so the ripples in the microwave background will appear largest on the half-degree scale. If the universe is flat, then lines starting out parallel will remain parallel. The ripples in the microwave background will appear largest on the 1-degree scale. If the universe is closed, the lines starting out parallel will eventually converge toward each other and meet. This focusing effect will make distant objects look larger than they would otherwise, so the ripples in the microwave background will appear largest on scales larger than 1-degree. Select the image below to go to the WMAP webpage from which the image came.

The resolution of the COBE satellite was about 7 degrees---not good enough to definitively measure the angular sizes of the fluctuations. After COBE, higher-resolution instruments were put up in high-altitude balloons and high mountains to observe the ripples in small patches of the sky. Those experiments indicated a flat geometry for the universe (to within 0.4% uncertainty). Cosmologists using the high resolution of the WMAP satellite to look at the distribution of sizes of the ripples confirmed that conclusion using its all-sky map of the microwave background at a resolution over 30 times better than COBE. WMAP also gave a much improved measurement of the ripples. The distribution of the ripples peaks at the one-degree scale---the universe is flat, a result confirmed by the even higher precision Planck satellite with over 2.5 times higher resolution than WMAP.

This result from the WMAP and Planck satellites and the too meager amount of matter in the universe to make the universe geometry flat along with the observed acceleration of the universe's expansion rate (discussed in the last section of this chapter) are forcing astronomers to conclude that there is another form of energy that makes up 68.5% of the universe (called "dark energy" for lack of anything better). The "dark energy" is probably the "cosmological constant" discussed in the last section of this chapter. Furthermore, the distribution of the sizes of the ripples shows that some sizes are preferred and other sizes are damped out as would be the case if the dark matter was different from ordinary matter. The size distribution (the spectrum of sizes) gives the ratio of dark matter to ordinary matter. Dark matter not made of atoms or other particles in the Standard Model makes up 26.5% of the critical density, leaving just 5.0% of the universe with what the rest of the previous chapters of this website have been about (ordinary matter). That ratio matches up very nicely with the ratios found using the other independent methods of Big Bang nucleosynthesis and the motions of galaxies.

In addition to the dark energy, dark matter, and ordinary matter terms, the model used to fit the observed spectrum of the sizes of the ripples and the polarization spectrum also includes terms for how far sound waves traveled when the microwave background photons were released, the scattering of the microwave background photons by high energy electrons in galaxy clusters, and a couple of terms for the density fluctuations at the end of the "inflation period" described in the last section of this chapter. The closest or best fit of the model to the ripple size and polarization spectra can be used to derive what the Hubble Constant should be for today. The result is 67.4 km/sec/Mpc with an uncertainty of just 0.5 km/sec/Mpc.


Inflation station

Of course, inflation is a hypothetical solution to a hypothetical problem. Perhaps we're wrong about GUT physics and monopole production is a nonstarter. And we don't exactly understand the mechanisms of inflation, either. But that model has become a fixture of modern-day cosmology because, GUT monopoles or not, inflation is a handy device for explaining so many other features of the universe.

Why is the universe so flat? Because inflation made it so big that it can't help but be flat, like a tiny ant measuring the local curvature of an overinflated balloon. [The Universe Is Flat — Now What?]

Why do large patches of the cosmic microwave background have roughly the same temperature, despite being so far apart that there wasn't enough time in the early universe to even them out? Because they were connected before inflation ripped them apart.

Inflation theory goes one step further: It makes firm predictions about how matter ought to be clumped together on large scales — predictions that agree with later observations.

So what started as an out-there solution to an out-there problem turned into a cornerstone of modern cosmology.

Maybe someday we'll actually fully understand how inflation works. And maybe we'll find a monopole, too.


شاهد الفيديو: توسع الكون (شهر اكتوبر 2021).