Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy

Recommended Posts

Najpopularniejsza i uznawana za obowiązującą (choć mająca już ciekawą konkurencję) kosmologiczna teoria Wielkiego Wybuchu jest dość trudna do eksperymentalnego potwierdzenia. Być może jednak coś da się w tej materii zrobić: na przykład wymodelować czasoprzestrzeń o innej liczbie wymiarów. Brzmi nierealnie? Nie dla współczesnej techniki!

Na samym początku, jak sądzi część teoretyków, wszechświat nie musiał mieć takiej struktury, jaką dziś znamy: czyli trzech wymiarów przestrzeni i jednego wymiaru czasowego. Zamiast tego posiadał dwa wymiary przestrzeni i dwa wymiary czasu. Kiedy przekształcał się on w znaną nam strukturę czasoprzestrzeni, dodatkowe wymiary przewidywane przez teorię strun - jak sądzą fizycy - zwinęły się. Procesowi temu miałoby towarzyszyć zjawisko zwane Wielkim Błyskiem, czyli nagły wzrost radiacji. Przejście od takiego dziwnego wszechświata do nam znanego chce wymodelować eksperymentalnie para fizyków: Igor Smolyaninov z Uniwersytetu Maryland w College Park oraz Evgenii Narimanov z Uniwersytetu Purdue w West Lafayette, w stanie Indiana.

Rozważywszy sposób rozchodzenia się fal elektromagnetycznych w takim dziwnym, przemieniającym się uniwersum dwaj panowie uważają, że da się go wywołać w rzeczywistości, na stole laboratoryjnym. Kluczem do tego miałyby być metamateriały, czyli materiały pozwalające precyzyjnie kontrolować sposób rozchodzenia się w nich światła.

 

Naginanie czasoprzestrzeni w laboratorium?

 

Metamateriały, o których niedawno pisaliśmy, dają nadzieję na powstanie niezwykłych przyrządów optycznych: doskonałych soczewek, potężnych mikroskopów czy materiałów dających niewidzialność. Pomysł Smolyaninova i Narimanova jest jednak daleko bardziej zdumiewający.

Kiedy fale świetlne przechodzą przez przezroczysty materiał, ich prędkość zmienia się: maleje długość fali, rośnie zaś częstotliwość. Taka zmiana przebiega jednakowo we wszystkich kierunkach. Smolyaninov i Narimanov opisują teoretycznie metamateriały, w których zależność pomiędzy częstotliwością fali a przestrzenną zmianą pola jest wysoce anizotropowa (niejednakowa dla różnych kierunków). Dla określonych konfiguracji możliwe byłoby zwiększenie rzeczywistej długości fali w wybranym kierunku, podczas kiedy generalna częstotliwość fali zmniejszałaby się.

Zespół fizyków uważa, że taka założona hiperboliczna zależność pomiędzy przestrzenną a czasową zmiennością fali elektromagnetycznej odpowiada temu, co działo się w czasoprzestrzeni z dwoma wymiarami przestrzennymi i dwoma czasowymi. Jedną z właściwości takiej specyficznej geometrii jest nieskończona ilość układów pola elektromagnetycznego możliwych dla wybranej długości fali - w naszej (normalnej) czasoprzestrzeni liczba takich układów jest duże, ale nie nieskończona. Opisywany teoretycznie radiacyjny Wielki Błysk podczas przekształcania się wczesnej czasoprzestrzeni w obecną byłby spowodowany właśnie uwolnieniem energii istniejącej w nieskończonych układach pól.

Pomysłodawcy zapewniają, że kontrolowana w ten sposób w laboratorium fala nie doprowadzi do żadnych osobliwości ani paradoksów w rodzaju podróży w czasie. Będzie to normalne, fizyczne zjawisko, modelujące jedynie pewien aspekt założonej teoretycznie czasoprzestrzeni. Będzie ono ponadto podlegać prozaicznym ograniczeniom, jak rozpraszanie i utrata energii, które teoria celowo pomija.

Czy pomysł zostanie wcielony w życie? Bardzo możliwe. Studium dwojga autorów, opublikowane w Physical Review Letters z 6 sierpnia, proponuje wykonanie eksperymentalnej struktury z konkretnego metamateriału: cienkich arkuszy stworzonych z drobnych drutów galu. Stawałyby się ona bardziej przewodliwe topiąc się w temperaturze nieco wyższej od pokojowej. Według obliczeń topnienie zamieniałoby taki metamateriał ze zwykłego w hiperboliczny i z powrotem. Zatem podczas schładzania rozgrzanego materiału można by obserwować zjawisko analogiczne do Wielkiego Błysku.

Share this post


Link to post
Share on other sites

niedawno na facebooku zartowałem,w odpowiedzi jedanej pani,która zuważyłaiż jest babcia ,ze lepiej byłoby zyć w trzech wymiarach czasu i jednym przestrzennym..;

można wiec manipulowac i wprowadzac przestenie o ułamkowych wymiarach.. a co z sygnaturą ,jaki tensor metryczny itd,...?

Share this post


Link to post
Share on other sites

Tu chodzi jedynie o zamodelowanie rozchodzenia się fal EM w tych wymiarach. Równie dobrze możnaby to robić komputerem. Tyle ma to wspólnego ze zmianą wymiarów. Laboratoryjne badania mogą jednak dać coś czego symulacja komputerowa nie da i o to chodzi.

W tym przypadku nie zachodzi żadna zmiana praw naszego wszechświata ani też wymiarów.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Join the conversation

You can post now and register later. If you have an account, sign in now to post with your account.
Note: Your post will require moderator approval before it will be visible.

Guest
Reply to this topic...

×   Pasted as rich text.   Paste as plain text instead

  Only 75 emoji are allowed.

×   Your link has been automatically embedded.   Display as a link instead

×   Your previous content has been restored.   Clear editor

×   You cannot paste images directly. Upload or insert images from URL.

Sign in to follow this  

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      Naukowcy odkryli chmury pierwotnego gazu, które powstały w ciągu kilku minut po Wielkim Wybuchu. Skład chmur odpowiada teoretycznym przewidywaniom dotyczącym ich budowy.
      W Wielkim Wybuchu powstały tylko najlżejsze elementy, w zdecydowanej większości były to wodór i hel. Po kilkuset milionach lat zaczęły w nich powstawać gwiazdy, w których wytworzyły się cięższe pierwiastki, nazywane przez astronomów „metalami".
      Dotychczas we wszystkich chmurach gazu odkrywano dużą zawartość metali.
      Po raz pierwszy udało się zaobserwować pierwotny gaz, którego nie zanieczyściły metale pochodzące z gwiazd - mówi profesor Xavier Prochaska z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Santa Cruz.
      Brak metali wskazuje, że mamy do czynienia z pierwotnym gazem. To ekscytujące, gdyż jest to pierwszy gaz, który w pełni odpowiada teoretycznym przewidywaniem co do jego składu, zawartym w teorii Wielkiego Wybuchu - stwierdził Michele Fumagalli, student z UC Santa Cruz i główny autor badań.
      Obie chmury pierwotnego gazu zostały odkryte dzięki analizie światła odległych kwazarów dokonanej za pomocą spektrometru HIRES współpracującego z teleskopem Keck I. Dzięki zbadaniu pełnego spektrum możliwe było zaobserwowanie, które długości fali zostały pochłonięte przez materię, znajdującą się pomiędzy kwazarem a teleskopem. Widzimy linie absorpcji tam, gdzie światło pochłonął gaz i możemy dzięki temu zbadać skład tego gazu - dodaje Fumagalli.
      Prochaska wyjaśnia, że zastosowany instrument nie pozwala co prawda wykryć helu, ale najprawdopodobniej znajduje się on w chmurach. Zanotowano wodór oraz deuter. HIRES jest bardzo czuły na węgiel, tlen i krzem, ale żadnego z tych elementów nie odnotowano.
      Dotychczas najmniejsza zarejestrowana zawartość metali wynosiła 1/1000 ilości znajdującej się w Słońcu. Sądzono, że jest to wartość graniczna, że nic nie może zawierać mniej metali niż 1/1000 zawartości Słońca, gdyż metale są rozpowszechnione w całym wszechświecie. Tak więc nasze odkrycie było niespodziewane. To rzuca nowe światło na sposób rozprzestrzeniania się metali z gwiazd, które je tworzą - mówi Fumagalli.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Czy liczba wymiarów, w których żyjemy, zawsze była taka sama? Fizyk Dejan Stojkovic wraz z kolegami z uniwersytetu w Buffalo zaproponowali nową, ciekawą wizję młodego wszechświata.
      Naukowcy zasugerowali że w pierwszych chwilach trwania wszechświat posiadał tylko jeden wymiar - istniał jako linia ciągła. Dopiero podczas dalszej ekspansji pojawiały się kolejne wymiary - linia przekształciła się w płaszczyznę, dalej w trójwymiarową przestrzeń i ostatecznie w czasoprzestrzeń. Co ciekawe, jest możliwe, że w przyszłości w wyniku ekspansji nasz wszechświat uzyska kolejne, dodatkowe wymiary.
      Okazuje się, że proponowana hipoteza wyjaśniłaby kilka ważnych kwestii związanych z fizyką cząstek elementarnych z którymi naukowcy nie potrafili sobie poradzić. Wśród nich są: niezgodności pomiędzy mechaniką kwantową a ogólną teorią względności, obserwowalne przyspieszanie rozszerzania wszechświata oraz konieczności zawyżenia masy hipotetycznego bozonu Higgsa. Wszystkie te niejasności znikają kiedy zredukujemy liczbę wymiarów w młodym wszechświecie.
      W nowym wydaniu Physical Review Letters Stojkovic i Jonas Mureika przedstawiają doświadczenie które mogłoby potwierdzić wysunięta przez Stojkovica hipotezę "znikających wymiarów". Fale grawitacyjne, podobnie jak światło, potrzebują czasu aby dotrzeć do Ziemi. Obserwując te fale de facto oglądamy historię wszechświata. Im dalej spoglądamy tym starszą widzimy jego historię. Ponieważ fale grawitacyjne nie mogą istnieć w jedno- ani dwuwymiarowej przestrzeni, obserwacje najbardziej odległych rejonów wszechświata powinny udowodnić ich nieobecność w pierwszych chwilach po Wielkim Wybuchu.
      Szansą na potwierdzenie tej hipotezy jest uruchomienie projektu LISA (Laser Interferometer Space Antenna). Niestety rozpoczęcie obserwacji planowane jest nie wcześniej niż w roku 2018
      Jednak już teraz przeprowadzono pewne eksperymenty wskazujące na istnienie przestrzeni o mniejszej ilości wymiarów. Naukowcy zaobserwowali że strumienie promieniowania kosmicznego o energii przekraczającej 1 TeV (wartości porównywalnej do wartości energii w początkowym wszechświecie) ulegają rozproszeniu jakby znajdowały się w płaszczyźnie dwuwymiarowej.
      Również prace fizyków z Wielkiego Zderzacza Hadronów (Large Hadron Collider), poszukujących bozonu Higgsa mogą przyczynić się do potwierdzenia hipotezy "znikających wymiarów". W zderzeniach obserwuje się tam cząstki biegnące w przeciwnych kierunkach. To zagadkowe zjawisko nie zostało do tej pory wyjaśnione. Pisaliśmy o tym wcześniej.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Astrofizycy zgodnie przyjmują, że np. za miliard lat ich koledzy po fachu nie będą w stanie obserwować pozostałości po Wielkim Wybuchu, nie będą dysponowali bowiem dowodami, jakie my już znaleźliśmy i możemy jeszcze znaleźć.
      Jak wiemy, wszechświat się rozszerza, galaktyki oddalają się od siebie, a stosunkowo niedawno odkryto mikrofalowe promieniowanie tła - pozostałość po Wielkim Wybuchu.
      Jednak za miliard lat wszystkie galaktyki oddalą się od siebie tak bardzo, że znajdą się poza obserwowalnym horyzontem, mikrofalowe promieniowanie tła ulegnie olbrzymiemu rozproszeniu i będzie niewykrywalne. Droga Mleczna zderzy się z galaktyką Andromedy, tworząc Mlecznomedę, tworząc jedną galaktykę, a wiele z jej gwiazd, w tym Słońce, przestanie istnieć.
      Jednak teoretyk Avi Loeb z Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics uważa, że nawet bez mikrofalowego promieniowania tła i bez widocznych galaktyk, możliwe będzie badanie rozszerzania się wszechświata i poznawanie jego przeszłości. Astronomowie z Mlecznomedy będą mogli używać w swojej pracy najdalszych dostępnych im źródeł światła, czyli superszybkich gwiazd.
      Loeb mówi, że co mniej więcej 100 000 lat podwójny układ gwiazd znajduje się zbyt blisko czarnej dziury w centrum galaktyki. Jej obecność powoduje, że układ zostaje rozerwany, jedną gwiazdę wchłania czarna dziura, a druga jest odrzucana z prędkością ponad 1,6 miliona kilometrów na godzinę. To wystarczająco szybko, by opuścić galaktykę. Gdy już gwiazda znajdzie się na tyle daleko, że nie będzie działała na nią grawitacja galaktyki, będzie przyspieszana przez rozszerzanie się wszechświata. Jeśli w przyszłości astronomowie będą dysponowali odpowiednimi instrumentami, to dzięki takim gwiazdom zmierzą tempo ekspansji wszechświata. Badając takie superszybkie gwiazdy będą w stanie stwierdzić, kiedy powstała galaktyka, obliczyć wiek wszechświata i odnaleźć podstawowe parametry kosmologiczne. Będą zatem mogli, tak jak ma to miejsce obecnie, tworzyć teorie podobne do modelu Lambda-CDM.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Zaledwie przed trzema miesięcami informowaliśmy o odkryciu najodleglejszego obiektu we wszechświecie, a już dowiadujemy się, że teleskop Hubble'a zajrzał jeszcze głębiej w kosmos. Tym razem zauważono niewielką galaktykę, UDFj-39546284, znajdującą się w odległości 13,2 miliarda lat świetlnych od Ziemi. Poprzedni rekord został pobity o około 150 milionów lat. Nowo odkryta galaktyka jest około stukrotnie mniejsza od Drogi Mlecznej i została stworzona przez gwiazdy, które powstały zaledwie 480 milionów lat po Wielkim Wybuchu.
      Odnalezienie tej galaktyki bardzo nas ucieszyło, a jednocześnie jesteśmy zdziwieni, że odkryliśmy tylko jeden tak wiekowy obiekt. To wskazuje, że wszechświat w swoich początkach przechodził szybkie zmiany - mówi Ivo Labbe, jeden z autorów odkrycia.
      Dotychczas znamy 47 galaktyk, które pochodzą z czasów, gdy wszechświat liczył sobie około 650 milionów lat. To wskazuje, że pomiędzy 480 a 650 milionami lat po Wielkim Wybuchu doszło do wielokrotnego przyspieszenia tempa powstawania gwiazd.
      Odkryta galaktyka znajduje się na granicy obecnych możliwości obserwacyjnych Teleskopu Hubble'a. Jednocześnie pokazuje, jak bardzo urządzenie to zmieniło naukę.
      Zanim Teleskop trafił na orbitę byliśmy w stanie obserwować obiekty, których przesunięcie ku czerwieni wynosiło z=1, a powstały one 6 miliardów lat po Wielkim Wybuchu. Przesunięcie ku czerwieni to zjawisko przesuwania się długości obserwowalnych fal elektromagnetycznych w kierunku czerwieni. Im dalej leży obiekt, tym większe jest jego przesunięcie ku czerwieni. Już w roku 1995 dzięki urządzeniu Hubble Deep Field możliwości obserwacyjne ludzkości zwiększyły się do z=4. W roku 2002 astronauci zamontowali na Hubble'u urządzenia Advanced Camera i Hubble Ultra Deep Field zwiększając wartość "z" do 6. Gdy zamontowano pierwszą kamerę działającą na podczerwień - Near Infrared Camera, oraz Multi Object Spectrometer, "z" wzrosła do 7. Obecnie, po kolejnych udoskonaleniach możliwości obserwacyjne Hubble'a wynoszą z=10, co pozwala na zauważenie obiektów powstałych zaledwie 500 milionów lat po Wielkim Wybuchu.
      Budowany właśnie przez NASA następca Hubble'a czyli James Webb Space Telescope pozwoli nam zobaczyć obiekty o z=15 i, prawdopodobnie, jeszcze starsze.
      Astronomowie mają nadzieję, że dzięki temu ujrzymy pierwsze gwiazdy, które mogły powstać w 100-250 milionów lat po Wielkim Wybuchu, a zatem ich wartość "z" wynosi od 15 do 30.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Według współczesnych teorii wszechświat narodził się wskutek Wielkiego Wybuchu, który miał miejsce 13,7 miliarda lat temu. Najnowsze odkrycie pozwala nam zobaczyć, co działo się przed Wielkim Wybuchem.
      Jego autorami są fizyk z Oxford University Roger Penrose oraz Vahe Gurzadyan z Erewańskiego Instytutu Fizyki. W mikrofalowym promieniowaniu tła (CMB) znaleźli oni ślady zdarzeń, które miały miejsce przed Wielkim Wybuchem.
      Mikrofalowe promieniowanie tła występuje w całym kosmosie. W latach 90. ubiegłego wieku odkryto, iż temperatura CMB charakteryzuje się anizotropią. To potwierdzałoby teorię Wielkiego Wybuchu, a zmiany w temperaturze CMB miały być zupełnie losowe, gdyż - jak się uważa - Wybuch spowodował, że promieniowanie jest niemal jednorodne.
      Penrose i Gurzadyan odkryli jednak w CMB koncentryczne kręgi, w których różnice temperatur są znacznie mniejsze niż oczekiwane. To z kolei oznacza, że anizotropia mikrofalowego promieniowania tła nie jest całkowicie przypadkowa. Obaj naukowcy sądzą, że kręgi te to wynik zderzeń supermasywnych czarnych dziur. W wyniku takich kolizji miałyby być gwałtowanie uwalniane olbrzymie ilości energii. Te rozbłyski energii były izotropiczne.
      I tutaj dochodzimy do najciekawszej części odkrycia. Otóż z wyliczeń obu naukowców wynika, że część z izotropicznych kręgów pochodzi sprzed Wielkiego Wybuchu. Uczeni zaznaczają, iż nie oznacza to, że Wybuch nie miał miejsca. Ich zdaniem odkrycie takie sugeruje, że żyjemy w cyklicznie zmieniającym się wszechświecie, w którym co jakiś czas dochodzi do Wielkiego Wybuchu. Kolizje czarnych dziur, o których była mowa powyżej, miały zaś miejsce pod koniec życia poprzedniego wszechświata.
×
×
  • Create New...