Kształt Wszechświata
Kształt Wszechświata nie może być omawiany z codziennymi terminami, ponieważ wszystkie terminy muszą być względami einsteinowskimi. Geometria Wszechświata nie jest więc zwykłą euklidesową geometrią naszego codziennego życia.
Zgodnie ze szczególną teorią względności nie można stwierdzić, czy dwa odrębne zdarzenia zachodzą w tym samym czasie, jeśli zdarzenia te są rozdzielone w przestrzeni. Mówienie o "kształcie wszechświata (w danym momencie)" jest naiwne z punktu widzenia szczególnej względności. Ze względu na relatywność jednoczesności nie możemy mówić o różnych punktach w przestrzeni jako o "tym samym punkcie w czasie", a zatem o "kształcie wszechświata w punkcie czasowym".
To, co robią astrofizycy, to pytanie, czy dany model wszechświata jest zgodny z tym, co jest znane z obserwacji i pomiarów wszechświata. Jeśli obserwowalny wszechświat jest mniejszy od całego wszechświata (w niektórych modelach jest o wiele rzędów wielkości mniejszy lub nawet nieskończony), obserwacja ogranicza się do części całości.
Rozważania na temat kształtu wszechświata można podzielić na dwa:
- geometria lokalna, która odnosi się szczególnie do krzywizny wszechświata, zwłaszcza we wszechświecie obserwowalnym, oraz
- geometria globalna, która odnosi się do topologii wszechświata jako całości, której pomiar może nie być możliwy.
Obserwowalny wszechświat jest podstawą do testowania każdego modelu wszechświata. Jest to kulista objętość (kula) skupiona na obserwatorze, niezależnie od kształtu wszechświata jako całości. Każda lokalizacja we wszechświecie ma swój własny obserwowalny wszechświat, który może, ale nie musi pokrywać się z tym, który jest wyśrodkowany na Ziemi.
Ostatnie pomiary doprowadziły NASA do stwierdzenia: "Teraz wiemy, że wszechświat jest płaski z tylko 0,4% marginesem błędu". W ramach jednego modelu, modelu FLRW, najpopularniejszym obecnie kształtem Wszechświata, który pasuje do danych obserwacyjnych, jest nieskończenie płaski model. Istnieją inne modele, które również pasują do danych.
Wizualizacja 93 miliardów lat świetlnych - czyli 28 miliardów parseksu - trójwymiarowego obserwowalnego wszechświata. Skala jest taka, że drobne ziarna reprezentują kolekcje dużych ilości superklastrów. Panna Supercluster - dom Drogi Mlecznej - jest zaznaczona w centrum, ale jest zbyt mała, aby można ją było zobaczyć na obrazie.
Pytania i odpowiedzi
P: Jaki jest kształt wszechświata według obecnych obserwacji?
O: Według ostatnich pomiarów NASA stwierdziła, że wszechświat jest płaski z marginesem błędu wynoszącym zaledwie 0,4%.
P: Jak szczególna względność wpływa na nasze rozumienie kształtu wszechświata?
O: Z powodu względności równoczesności nie można stwierdzić, czy dwa różne zdarzenia występują w tym samym czasie, jeżeli te zdarzenia są oddzielone w przestrzeni. Oznacza to, że nie można mówić o różnych punktach w przestrzeni jako o "tym samym punkcie w czasie", a tym samym o "kształcie wszechświata w danym momencie".
P: Jakiego rodzaju geometrii używają astrofizycy, gdy omawiają kształt Wszechświata?
O: Astrofizycy używają względności Einsteina przy omawianiu i testowaniu modeli opisujących i przewidujących aspekty Wszechświata. Biorą również pod uwagę geometrię lokalną, która dotyczy w szczególności krzywizny, oraz geometrię globalną, która dotyczy topologii.
P: Czy każde miejsce we Wszechświecie jest częścią obserwowalnego wszechświata?
O: Tak, każde miejsce we Wszechświecie ma swój własny obserwowalny wszechświat, który może, ale nie musi pokrywać się z tym skupionym na Ziemi.
P: Co oznacza słowo "płaski" w odniesieniu do modelu opisującego/przewidującego aspekty Wszechświata?
O: W ramach jednego modelu, zwanego FLRW (Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker), "płaski" odnosi się do nieskończonego płaskiego modelu, który najlepiej pasuje do danych obserwacyjnych. Oznacza to, że przestrzeń wydaje się jednolita bez względu na to, gdzie się patrzy, a w tym konkretnym modelu nie ma żadnych krzywych ani zagięć.
P: Czy oprócz nieskończenie płaskiego modelu FLRW istnieją inne modele, które pasują do danych obserwacyjnych?
O: Tak, oprócz nieskończenie płaskiego modelu FLRW istnieją inne modele, które również pasują do danych obserwacyjnych.
