23:50 2024-05-17 science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu

_ Anticiparea descoperirilor viitoare: oamenii de știință explorează topologia cosmică netrivială

_ Anticiparea descoperirilor viitoare: oamenii de știință explorează topologie cosmică netrivială

Într-un nou studiu Physical Review Letters (PRL), oamenii de știință explorează posibilitatea unor topologii netriviale sau exotice în univers pentru a explica unele dintre anomaliile observate în Cosmic Microwave Background (CMB).

Modelul nostru cosmologic al universului, bazat pe mecanica cuantică și relativitatea generală, se ocupă de geometria universului influențată de materie și energie, care în majoritatea scopurilor este considerată plată.

Cu toate acestea, nu spune nimic despre topologia universului în sine: este infinită, are bucle etc. Studiul PRL se concentrează pe acest aspect al universului și dacă modelele și datele actuale permit prezența acestor topologii exotice sau netriviale. .

Cercetarea este realizată ca parte a colaborării COMPACT formată dintr-o echipă internațională de oameni de știință. Unul dintre co-autorii studiului, prof. Glenn D. Starkman de la Universitatea Case Western Reserve din Ohio, SUA, a vorbit cu Phys.org despre munca echipei.

Discutând despre motivația sa de a continua această activitate, el a spus: „Posibilitatea ca universul să aibă o topologie „interesantă” este în întregime în cadrul modelului nostru standard de fizică, dar este totuși considerată în mod obișnuit ca exotică.”

„M-am îngrijorat de mult timp că am rata un extraordinar. descoperirea universului nostru doar privind în altă parte, există tot mai multe dovezi că universul nu este „izotrop din punct de vedere statistic”, adică că fizica este aceeași în toate direcțiile universul nostru.”

CMB este un tip de radiație aparținând spectrului de microunde. Prevăzut în anii 1940 ca fiind o rămășiță a Big Bang-ului, a fost detectat în 1965 din întâmplare.

După Big Bang, care este modul în care universul actual a luat ființă, nu a existat altceva decât o supă de fundamentale. particule și gaze la temperaturi și presiuni extrem de ridicate, adesea denumite supă primordială.

Pe măsură ce universul s-a extins, s-a răcit și el. Acest lucru a condus la combinarea particulelor fundamentale pentru a forma atomi. Până în acest moment, fotonii interacționau cu aceste particule fundamentale și se împrăștiau, nepermițându-le să călătorească liber. Însă, odată ce atomii au început să se formeze, fotonii au călătorit mai liber, la aproximativ 380.000 de ani după Big Bang.

Acest lucru a marcat propagarea CMB, care este considerată o „reluare” a Big Bang-ului. Deține informații importante despre universul timpuriu și despre procesele ulterioare care au dus la formarea structurilor la scară mare, cum ar fi stelele și galaxiile.

CMB este prezent peste tot și, în cea mai mare parte, este uniform ca temperatură. Cu toate acestea, există mici fluctuații și anomalii în datele CMB care nu au fost explicate.

Cercetătorii din studiul PRL propun că aceste fluctuații și anomalii în măsurătorile CMB pot fi explicate luând în considerare topologiile netriviale ale universului , ceea ce înseamnă că nu trebuie să o privim ca „plată”.

Topologia este o ramură a matematicii care se ocupă de forma și structura obiectelor. Regulile de topologie sunt destul de diferite de regulile de geometrie. În timp ce geometria și topologia sunt concepte distincte, geometria influențează topologia.

Geometria definește modul în care spațiul este curbat (spațiul-timp este considerat plat la scară mică), iar topologia definește conectivitatea globală a spațiului.

Dacă ar fi să avem spațiu plat, nu putem avea topologii în care spațiul se curbează spre interior sau să aibă bucle. Aceasta înseamnă că pentru a călători între două puncte, ar trebui să luăm o cale dreaptă fără ocoliri sau bucle.

Prof. Starkman a explicat: „Universul poate fi ca un joc video de altădată, în care părăsind partea dreaptă a ecranului te-ar vedea să apar din stânga, astfel încât să te poți întoarce de unde ai început printr-o cale dreaptă. Aceasta este numită a fi conectat în multipli."

În esență, traseul în linie dreaptă sugerează că, în ciuda apariției unei mișcări continue, topologia de bază a spațiului permite o conectivitate neașteptată, unde ceea ce pare a fi o traiectorie liniară se poate întoarce de fapt înapoi. pe sine.

Dacă universul ar fi „multiplicat conectat” (adică ar avea topologie netrivială), am observa cercuri de temperatură potrivite. Acest lucru se datorează faptului că lumina care călătorește dintr-o sursă (precum o stea) ar putea călători pe două căi diferite și ar putea ajunge la observator (Pământ) din două direcții.

Acest lucru lasă în urmă fluctuații similare de temperatură pe o hartă CMB (sau harta termică), rezultând cercuri de temperatură potrivite. Cu toate acestea, nu au existat dovezi care să sugereze prezența acestor cercuri de temperatură potrivite.

„Lipsa cercurilor de temperatură potrivite este ceea ce ne spune despre lungimea celei mai scurte bucle închise prin noi, dar nu ne spune ne referim la lungimea buclelor prin alte locuri”, a spus prof. Starkman.

Absența cercurilor de temperatură potrivite în datele CMB sugerează că, dacă există topologie netrivială, buclele care trec prin locația noastră (Pământ) trebuie fi relativ mic.

Acest lucru pune o limită pentru lungimea acestor bucle. Prof. Starkman a explicat: „Dacă anomaliile CMB se datorează topologiei cosmice, atunci lungimea celor mai scurte bucle care trec prin noi nu ar trebui să fie cu mai mult de aproximativ 20–30% mai mare decât diametrul ultimei suprafețe de împrăștiere – o sferă cu o rază. egală cu distanța pe care lumina a parcurs-o în istoria universului.”

În lumina constrângerii de mai sus și a căutării unei topologii netriviale, cercetătorii propun modalități suplimentare pentru detectarea unei astfel de topologii în viitor.

În special, ei menționează modificări ale modelelor statistice ale fluctuațiilor de temperatură în datele CMB, precum și în structura pe scară largă a universului. Aceste fluctuații sau alternanțe ar ieși la iveală dacă ar fi prezentă o topologie non-trivială.

Dar, aceste detectări necesită o putere de calcul enormă, iar cercetătorii sugerează utilizarea algoritmilor de învățare automată pentru a accelera calculele și extragerea datelor CMB pentru a detecta non-triviale. topologie.

„Căutarea topologiei va fi reînnoită după o pauză de aproximativ un deceniu. Să sperăm că vom detecta topologia cosmică și, prin urmare, vom înțelege originea anizotropiei universului nostru și vom avea o privire asupra proceselor. responsabil pentru apariția originală a universului nostru”, a concluzionat Prof. Starkman.

Studiul subliniază, de asemenea, că, chiar și în absența cercurilor potrivite explicit, prezența anizotropiei (sau anomaliilor) statistice în CMB indică faptul că existența potențială a informațiilor detectabile despre structura și topologia universului.

© 2024 Science X Network

(Fluierul)

Inapoi