Kształt Wszechświata
Z Wikipedii
 |
Ten artykuł wymaga dopracowania zgodnie z zaleceniami edycyjnymi. Dokładniejsze informacje o tym, co należy poprawić, być może znajdziesz na stronie dyskusji tego artykułu. Po naprawieniu wszystkich błędów można usunąć tę wiadomość. |
Kształt Wszechświata jest jednym z zakresów zainteresowania kosmologii. Kosmologowie i astronomowie rozumieją przez to pojęcie zarówno lokalną geometrię jak i geometrię całości Wszechświata. Geometria globalna w skrócie zwana jest topologią, chociaż ściśle rzecz biorąc wybiega poza topologię.
Kształt Wszechświata nie odnosi się do zakrzywienia przestrzeni w pobliżu gęstej masy, a rozważane geometrie zakładają raczej równomierny rozkład masy. Dane astronomiczne wskazują, że mimo pewnej niejednorodności i anizotropowości struktury kosmosu w wielkiej skali, cały obserwowalny Wszechświat jest (uśredniając) jednorodny, izotropowy i rozszerza się jednostajnie lub w tym rozszerzaniu przyśpiesza.
Spis treści |
[edytuj] Historia
Nowoczesne rozważania na temat kształtu Wszechświata pojawiły się wraz z pomysłem Karla Schwarzschilda dotyczącym topologii Wszechświata w 1900 roku [1] i z relatywistycznym modelem Wszechświata w pierwszej połowie XX wieku. Model ten od drugiej połowy XX wieku jest znany jako model Wielkiego Wybuchu.
W kontekście ogólnej teorii względności, pojęcie przestrzeni jest precyzyjnie reprezentowane jako rozmaitość, w szczególności jako rozmaitość Riemmanowska.
Są to wprawdzie dość abstrakcyjne, ale bardzo pomocne dla zrozumienia tematu teorie.
Pospolite wyobrażenia dotyczące przestrzeni i czasu są częstokroć mylne. Są one pochodną własnych doświadczeń (oraz środowiska społeczno-kulturowego) i przybliżeń dokonywanych przez mózg, na podstawie danych dostarczanych przez zmysły. Przykładem na błędność naszego odbioru i intuicyjnego zrozumienia może być kula ziemska, którą odbieramy jako płaszczyznę.
[edytuj] Współrzędne współporuszające się
Współrzędne współporuszające się są potrzebne przy rozważaniu kształtu Wszechświata. We współrzędnych współporuszających się, możemy rozważać Wszechświat tak, jakby był statyczny, mimo faktu, że w rzeczywistości on ekspanduje. To po prostu prosty sposób na odseparowanie kształtu (krzywizny i topologii) od dynamiki (ekspansji).
[edytuj] Lokalna geometria (krzywizna) kontra globalna geometria (topologia)
[edytuj] Lokalna geometria (krzywizna)
Lokalna geometria (krzywizna) przestrzeni jest w pełni reprezentowana przez metrykę Friedmana-Lemaître'a-Robertsona-Walkera.
W dużym uproszczeniu, pytanie o krzywiznę sprowadza się do pytania, czy twierdzenie Pitagorasa jest spełnione czy też nie w danej przestrzeni. Inaczej mówiąc, jest to pytanie o to czy równoległe linie pozostają równooddalone od pozostałych w danej przestrzeni.
Jeśli twierdzenie Pitagorasa wyrazimy w ten sposób:
wówczas przestrzeń płaska (zerowa krzywizna) będzie to taka przestrzeń, dla której powyższe twierdzenie jest spełnione.
W przestrzeniach hiperbolicznej i sferycznej twierdzenie Pitagorasa nie jest spełnione i przyjmuje postać:
- przestrzeń hiperboliczna (ujemna krzywizna) będzie przestrzenią, dla której
- przestrzeń sferyczna (krzywizna dodatnia) będzie przestrzenią, dla której
Ograniczając się do dwóch wymiarów, przestrzeń o zerowej krzywiźnie to nieskończona płaszczyzna, natomiast przestrzeń o dodatniej krzywiźnie to sfera.
[edytuj] Geometria globalna (topologia)
Najprościej mówiąc, jest to pytanie o cechę Wszechświata, która nie musi zależeć od tego, czy twierdzenie Pitagorasa jest w naszym Wszechświecie spełnione, czy też nie.
Poniżej są trzy różne dwuwymiarowe przestrzenie, z których każda jest płaska. We wszystkich z nich twierdzenie Pitagorasa jest prawdziwe. Są to:
- nieskończona, płaska powierzchnia
- nieskończenie długi cylinder
- dwuwymiarowy torus, np. cylinder, którego obydwa końce łączą się (są utożsamiane)
Każda z tych przestrzeni globalnie bardzo się różni od pozostałych.
Trzecia jest skończona w dwóch wymiarach (np. powierzchnia jest skończona), jednak nie ma brzegów, zaś twierdzenie Pitagorasa jest spełnione w każdym miejscu tej przestrzeni.
Przy doborze możliwych przestrzeni, opisujących Wszechświat, zwraca się uwagę na spełnianie przez te przestrzenie przyjętego postulatu - zasady kosmologicznej.
[edytuj] Jaki jest kształt przestrzeni Wszechświata?
Obecny stan wiedzy nie stwierdza jednoznacznie jaki jest lokalny i globalny kształt Wszechświata.
Krzywizna Wszechświata może być określona przez:
- zmierzenie lewej strony równań Einsteina,
czyli mówiąc prościej - poprzez weryfikację twierdzenia Pitagorasa,
lub
- przez zmierzenie prawej strony tych równań,
czyli mówiąc prościej - poprzez pomiar gęstości Wszechświata. (zobacz równanie Einsteina dla definicji parametrów)
Na tej podstawie, od końca lat 90. XX wieku, wiadomym jest, że lokalny kształt Wszechświata jest w przybliżeniu płaski, podobnie jak Ziemia jest w przybliżeniu lokalnie płaska.
W przeciwieństwie do krzywizny, nie ma jeszcze zgodnego stanowiska co do topologii Wszechświata. Jeśli Wszechświat jest wielospójny i jego rozmiar jest dużo większy niż horyzont cząstek, to według aktualnego stanu wiedzy w fizyce, poznanie topologii Wszechświata nie będzie możliwe.
[edytuj] Zobacz też
[edytuj] Linki zewnętrzne
- Liddle 2000
- Topologia Wszechświata (angielski)
- globalna geometria (topologia) (strony Jeffa Weeksa)
- Twin paradox - Barrow & Levin
- Twin paradox - Uzan et al
- paź 2003r. - model przestrzeni dwunastościennej Poincaré- statystiki WMAPa
- lut. 2004r. - model przestrzeni dwunastościennej Poincaré - okręgi 11 stopni
