Obliczyno wymiary i ksztalt wszechswiata. Polacy wykonali pomiary potwierdzajace te hipoteze.

[Andrzej Kasperowicz]

Wszechświat jest jak piłka

Wszechświat jest skończony i ma symetrię bryły platońskiej. Żart? Wcale
nie. Taki wniosek może płynąć z obliczeń polskich kosmologów.

Minęły tysiąclecia, nim ludzie odkryli, że świat, na którym żyją, nie
jest płaski i bezkresny, lecz ograniczony do powierzchni kuli. Jednak
bezmiar kosmosu rozpościerającego się nad głowami wciąż wydawał się
nieskończony. Jak się okazuje, to też może być tylko złudzeniem.

- Znaleźliśmy sygnał, który może świadczyć o tym, że Wszechświat nie ma
nieskończonej objętości i rozmiaru - mówi dr Stanisław Bajtlik z Centrum
Astronomicznego im. Mikołaja Kopernika w Warszawie. Szczegóły obliczeń
zawiera praca, którą napisał wraz z grupą kosmologów Centrum Astronomii
Uniwersytetu w Toruniu: Boundem Roukemą, Bartoszem Lwem, Magdaleną
Cechowską i Andrzejem Mareckim (ukaże się w "Astronomy & Astrophysics").

Bóg nie gra w kości. Woli piłkę nożną

Czyżby z waszych rachunków wynikało, że kosmos ma jakiś kraniec, za
którym niczego już nie ma? - pytam dr. Bajtlika.

Nie. Próżno byłoby szukać granicy przestrzeni kosmicznej. Ale gdybyśmy
wsiedli w rakietę i lecieli prosto przed siebie, to po pewnym czasie
moglibyśmy wrócić do punktu wyjścia. Podobnie zresztą jak w podróży
dokoła kuli ziemskiej. Nasz glob jest skończony, ale bez końca można iść
przed siebie i w żadnym kierunku nie napotkamy żadnego brzegu.

Oczywiście, kosmos nie jest wcale ciasny i na taką podróż dookoła, nawet
z szybkością światła, nie starczyłoby życia. Z pracy toruńsko-
warszawskiej grupy kosmologów wynika, że rozmiar Wszechświata wynosi
około 30 mld lat świetlnych.

Co więcej, ich obliczenia sugerują również, jaki Wszechświat ma kształt
(albo topologię, jak mówią matematycy). Przestrzeń bowiem nie ma symetrii
kulistej, jak można byłoby sobie wyobrażać przez analogię do ograniczonej
powierzchni Ziemi.

Jaki więc jest nasz kosmos? Przypomina jedną z brył platońskich -
dwunastościan foremny - taką piłkę złożoną z 12 pięciokątnych ścian.

Kosmos z Alicji w krainie czarów

Cały nasz kosmos, gwiazdy i galaktyki, zanurzony jest we wnętrzu takiej
piłki, ale wyjść poza nią nie można, bo jej naprzeciwległe ściany są ze
sobą parami "sklejone". Próbując więc wyjść na zewnątrz przez jedną ze
ścian, w rzeczywistości zataczamy koło wokół całej piłki i od razu
wchodzimy z powrotem do środka przez ścianę położoną z drugiej strony.

Trudno to sobie wyobrazić, bo żeby w całej krasie zobaczyć bryłę, jaka
powstanie po sklejeniu parami ścian dwunastościanu, trzeba byłoby oglądać
ją w przestrzeni aż siedmiowymiarowej.

W wielkim uproszczeniu - wnętrze piłki przypomina komnatę, której ściany,
podłoga i sufit są wyłożone lustrami. Choć ma skończony rozmiar, sprawia
wrażenie, że rozpościera się w nieskończoność we wszystkich kierunkach.
Jednak to, co widać na zewnątrz, to tylko wielokrotne odbicia tego, co
znajduje się w środku zamkniętej komnaty.

Wszechświat jak wanna

Na pierwszy ślad skończonego Wszechświata wpadł rok temu prof. Max
Tegmark z Uniwersytetu Pensylwanii. - Byłoby to dobre wyjaśnienie dziwnej
asymetrii dostrzeżonej przeze mnie w pomiarach tzw. mikrofalowego
promieniowania tła - mówił mi wtedy uczony.

Promieniowanie tła pochodzi od rozgrzanego gazu, jaki wypełniał kosmos
mniej więcej 300 tys. lat po Wielkim Wybuchu. W gazie rozchodziły się
fale, jak na morzu, co można dziś wyczytać z temperatury promieniowania.
Najnowsze pomiary wykonała niedawno sonda WMAP, a analizując je, prof.
Tegmark zauważył, że w wypełniającym wczesny Wszechświat gorącym gazie
nie było bardzo długich fal. Z tego zaś wysnuł wniosek, że kosmos ma
pewien skończony rozmiar (w małej wannie nie utworzą się tak długie fale
jak na powierzchni rozległego morza).

Kilka miesięcy później zespół Jean-Pierre'a Lumineta z obserwatorium
paryskiego napisał w "Nature", że najlepszym wyjaśnieniem tego faktu jest
zamknięty wszechświat o lekko zakrzywionej przestrzeni i symetrii
dwunastościanu.

Jak się upewnić, czy mają Panowie rację? - pytałem prof. Tegmarka. -
Szukając identycznych obrazów po przeciwnych stronach nieba -
odpowiedział.

Polskie kręgi na niebie

Jeśli przestrzeń kosmiczna jest ograniczona, to patrząc w dwóch
przeciwnych kierunkach, powinniśmy móc zobaczyć ten sam fragment kosmosu,
a więc np. te same galaktyki czy gromady. Takie poszukiwania są
utrudnione, bo te obiekty się zmieniają. Możemy widzieć obrazy tych
samych galaktyk, ale pochodzące z innego okresu, a więc niepodobne na
pierwszy rzut oka.

Lepszym kryterium jest mikrofalowe promieniowanie tła, bo wiadomo, że ono
narodziło się w jednym i tym samym momencie. Miało też dostatecznie dużo
czasu, by - jeśli Wszechświat jest skończony - przemierzyć go wzdłuż i
wszerz.

Teoria mówi, że w skończonym kosmosie powinniśmy dostrzec w
promieniowaniu tła jednakowe okręgi po przeciwnych stronach nieba. Jak
się zdaje, jako pierwsi na takie właśnie ślady natrafili kosmologowie w
Toruniu. Dostrzegli sześć par jednakowych okręgów - znakomicie pasujących
do symetrii dwunastościanu.

- Hipoteza o skończonym kosmosie musi być jeszcze potwierdzona przez inne
grupy badawcze - dodaje dr. Bajtlik. - Będziemy też szukali tego samego
efektu na nowych, lepszych mapach nieba, jakie za kilka lat wykona
europejska sonda Planck (startuje w 2007 r.).

We wtorek o godz. 16 w Sali Kopernikańskiej Obserwatorium Astronomicznego
UW dr Stanisław Bajtlik wygłosi wykład pt. „Kształt Wszechświata”.

Piotr Cieśliński 21-05-2004, ostatnia aktualizacja 21-05-2004 16:25

http://serwisy.gazeta.pl/nauka/1,34148,2086156.html
http://bi.gazeta.pl/im/2086/m2086594.jpg

ak