Vai Visums ir bezgalīgs? Atbild pieci astronomijas eksperti  (110)

Šie jautājumi liek zinātniekiem lauzīt galvu par to, kas atrodams Visuma tālākajos nostūros un kā tie varētu izskatīties. Ko zinātnieki domā par Visuma likteni? Vai tas turpinās izplesties mūžīgi?
Vietnes "The Conversation" Austrālijas izdevuma Zinātnes un tehnoloģiju sadaļas redaktore Nūra Gilani aptaujāja piecus ekspertus par to, vai Visums ir bezgalīgs, un atbildes nav "vienos vārtos".

Īsā atbilde ir – mēs nezinām. Mēs zinām, ka novērojamā Visuma daļa – tā, kuru varam ieraudzīt vai izmērīt, – aizsākās pirms aptuveni 13,8 miljardiem gadu ar Lielo sprādzienu. Tā nu mēs zinām, ka Visuma vecums ir galīgs lielums, vismaz no Lielā sprādziena brīža. Taču Visums kļūst lielāks. Tas ir izpleties visos virzienos kopš Lielā sprādziena un turpina izplesties (un pēdējā laikā to dara arvien ātrāk un ātrāk).

No Lielā sprādziena laikiem palikušais starojums, ko mēs dēvējam par kosmisko (arī relikto) mikroviļņu fona starojumu, reprezentē agrāko mums zināmo Visuma stadiju no laika, kad Visums bija mazāks, karstāks un blīvāks. Mēs varam ņemt attēlus no šī agrīnā laika, lai izprastu Visuma formu (ģeometriju) lielākā mērogā. Šo ir nepieciešams izprast pilnībā, lai varētu pateikt – Visums ir bezgalīgs vai galīgs.

Mērījumi, kas veikti ar satelītiem, liecina, ka Visumam ir plakana ģeometrija. Plakanā Visumā divi gaismas stari, raidīti perfekti paralēli attiecībā viens pret otru, tādi paliks mūžīgi un nekad nesatiksies vai arī neattālināsies. Šajā kontekstā mēs arī par cilindra formas vai tora (virtuļa) formas Visumu varam domāt kā par "plakanu".

Pašreizējie mērījumi vienkārši nav gana precīzi, lai mēs noteiktu, vai Visuma plakanā ģeometrija ir labāk reprezentējama kā papīra loksne, cilindrs, tors vai jebkura cita figūra, kas pieļauj paralēlu divu gaismas staru virzību. Bezgalīgam Visumam varētu būt forma, kas ir pilnīgi plakana kā papīra lapa. Šāds Visums varētu turpināties mūžīgi un iekļaut jebkuru varbūtību, kaut vai nebeidzamas mūsu versijas. No otras puses – virtuļa formas Visumam jābūt galīgam un slēgtam. Šobrīd mēs vēl nezinām Visuma formu, tāpēc nevaram noteikt tā lielumu.

Astronome Anna Mūra ir Austrālijas Nacionālās Universitātes Kosmosa un advancēto instrumentu Tehnoloģijas centra direktore.

Man šķiet, ka jā. Mēs zinām, ka Visums sākās ar Lielo sprādzienu. Un no tā, ko varam novērot, šis sākums nenotika kādā noteiktā punktā. Neatkarīgi no tā, kur tu Visumā atrodies (šajā galaktikā vai kādā galaktikā tālu, tālu prom) Visums izplešas visos virzienos ar novērotāju it kā centrā. Mēs esam aprēķinājuši, ka Visums ir aptuveni 13,8 miljardus gadu sens, kas nozīmē – tik daudz laika bija telpai, lai izplestos. Tātad loģiski mēs varam sagaidīt, ka Visums būs 13,8 miljardus gaismas gadu plats, vai ne?

Taču novērojamā Visuma izmērs patiesībā ir 46 miljardi gaismas gadu, kas nozīmē, ka pirmā mums redzamā gaisma (kas tika emitēta aptuveni 380 tūkstošus gadu pēc Lielā sprādziena) nāk no attāluma, kas šobrīd ir jau 46 miljardu gaismas gadu attālumā. Tā iemesls ir tā dēvētā straujā inflācija (par to vairāk pēc tam). Taču nav iemesla uzskatīt, ka novērojamā Visuma robeža ir Visuma kā tāda robeža.

Mēs mēdzam par lietām domāt kā trīsdimensionālām figūrām – sfēra, kubs, konuss. Mēs varētu domāt par Visumu kā sfēru, kas mūžīgi turpina izplesties. Vai arī tas varētu liekties un vīties tā, lai padarītu to par slēgtu sistēmu (kā virtulis), kur tu vari ceļot taisnā līnijā gana ilgi, bet beigās attapties sākumpunktā – tad Visums būtu galīgs.

Taču es vairāk sliecos piekrist citai versijai, kas ņem vērā straujo inflāciju, kas sekoja pēc Lielā sprādziena. Ir teorija, ka šī izplešanās patiesībā ir mūžīga un nemitīga izplešanās, proti, tā jebkurā brīdī notiek vienā vai otrā Visuma punktā, tādējādi Visumu padarot bezgalīgu.

Astrofiziķe Sāra Veba šobrīd studē doktorantūrā un pētniecībā īpaši pievēršas tā saucamajiem ātrajiem radio "uzliesmojumiem". Veba ir programmas "Deeper, Wider, Faster" dalībniece un strādā pie inovatīvām metodēm kosmisko sprādzienu "medīšanai".

Tas, cik daudz mēs no Visuma varam saskatīt, ir ierobežots. Novērojamais Visums ir galīgs tādā izpratnē, ka tas nav eksistējis mūžīgi. Tas stiepjas 46 miljardu gaismas gadu attālumā jebkurā virzienā no mums (kaut mūsu Visums ir 13,8 miljardus gadu sens, novērojamais Visums stiepjas tālāk, jo tas visu laiku izplešas).

Mēs esam novērojamā Visuma centrā. Citplanētietim tālā galaktikā būtu pašam savs novērojamais Visums. Kaut varētu būt zināma pārklāšanās, tas neizbēgami redzētu tādus apgabalus, kurus mēs nevaram redzēt. Tāpēc nav iespējams ieraudzīt, vai Visums ir galīgs, jo mēs to visu vienkārši nevaram saskatīt. Tā vietā mēs šim jautājumam pieejam, spriežot par Visuma formu. Kaut nezinām visas kosmiskās telpas formu, mēs zinām, ka mums redzamā Visuma daļa ir plakana. Tas nozīmē – ja divas raķetes lidotu paralēli "kruīzā", tās allaž paliktu paralēli. Tā kā mums redzamais Visums nav izliekts, šīs raķetes nekad nesatiksies vai neattālināsies viena no otras.

Plakans Visums varētu būt bezgalīgs. Iedomājieties divdimensionālu papīra lapu, kas turpinās mūžīgi. Taču tas arī varētu būt galīgs – iedomājieties šo papīra lapu salocītu cilindrā, pēc tam savienojot abus cilindra galus un izveidojot toru (virtuli). Te nu arī ir problēma.

Turklāt ir vēl daudz citu veidu, kā Visums varētu būt izliekts, taču mēs dzīvojam plakanā reģionā. Šis ir ļoti specifisks apstāklis, un mēs lietojam inflācijas teoriju, lai to izskaidrotu. Inflācija ir ideja, ka Visuma pašos pirmsākumos tas īsu brīdi ļoti strauji izpletās, izlīdzinot visus nelīdzenumus un izliekumus mūsu Visuma apgabalā. Pēc inflācijas Visums turpināja izplesties līdz tam, ko redzam šobrīd. Taču ir arī iespējams, ka inflācija nebija tikai mūsu Visuma pirmsākums. Iespējams, tā notika arī citur un notiek aizvien. Cik liels tādā gadījumā būtu Visums, vai multiverss (ideja par to, ka mūsu Visums nav vienīgais, bet pastāv daudzi dažādi Visumi). Tas paver tik daudz iespējamību, ka, manuprāt, domāt par bezgalīgu Visumu ir daudz vieglāk nekā iztēloties galīgu Visumu.

Taņa Hila ir pieredzes bagāta astronome, kas šobrīd strādā Melburnas planetārijā. Hila ir arī Austrālijas pārstāve Eiropas Dienvidu observatorijas "Science Outreach" tīklā.

Ir viena ļoti vilinoša domu gaita, kas vedina domāt par Visumu kā bezgalīgu, taču es uzskatu, ka tā ir nepareiza. Tā ir šāda: ja Visums ir galīgs, tad tam jābūt ar noteiktu malu. Bet iedomājieties sevi kosmosa kuģī dodamies uz Visuma tālākajiem nostūriem. Ir taču grūti iedomāties, ka sasniegsiet malu. Kā vispār šī mala izskatītos? Bez šaubām, Visumam jāturpinās bezgalīgi!

Taču ir arī veids, kā Visumam būt galīgam. Tas varētu būt tora formas, kas ir bez malām, bet galīgs, kā kosmisks virtulis. Ja Visums ir virtuļa formā, tad ir zinātnisks eksperiments, kas varētu atklāt, vai tas ir galīgs.

Iedomājieties, ka mērķējat gaismas staru pret atstarojošu virsmu ļoti tālu, tālu prom. Ja virsma ir nelīdzena, gaisma tiktu atstarota daudz dažādos virzienos. Ja Visums ir kā virtulis, tad atstarotie gaismas stari liekses līdzi Visuma formai un attiecīgi kādā brīdī atkal krustosies (skati diagrammu šeit). Šis var notikt tikai gadījumā, ja Visums ir galīgs. Ja Visums ir bezgalīgs, šie gaismas stari turpinātu ceļot mūžīgi.

Tagad iztēlojies sevi stāvam vietā, kur šie gaismas stari savstarpēji krustojas. Ja tu pagriezies uz vienu pusi, tu redzēsi objektu, kas atstaroja šo staru. Ja pagriezīsies uz otru pusi, tu redzēsi to pašu objektu, bet no cita leņķa. Ja šis gaismu atstarojošais objekts būtu, piemēram, cita planēta, tu redzētu vienu un to pašu planētu divreiz. Zinātnieki jau šobrīd ir sākuši raudzīties, vai eksistē šāds "kosmisko spoguļu zāles" efekts blāvajā starojumā, kas palicis no Lielā sprādziena. Tas varētu sniegt pierādījumus ne tikai par kosmosa izmēru, bet arī formu. Kamēr nekādu izšķirošu atklājumu pagaidām nav, kas zina, ko mēs vēl atklāsim, ja vien turpināsim meklēt!

Doktors Sems Barons ir Austrālijas Katoļu universitātes asociētais profesors.

Ar "bezgalīgu" mēs parasti domājam kaut ko, kas ir nebeidzams, bez ierobežojumiem. Mana pozīcija par Visumu ir – tas ir galīgs. Taču, lai to nodemonstrētu, no sākuma pieņemsim, ka kosmoss ir bezgalīgs. Vienkāršoti – ja tas tā būtu, tad es varētu doties lidojumā ar kosmosa kuģi jebkurā virzienā un nekad nesasniegt robežu. Taču ar šo eksperimentu ir problēma – man būtu jāceļo nebeidzami ilgu laiku, lai es varētu būt pavisam drošs, ka robeža nav kaut kur pavisam nedaudz tālāk uz priekšu. Nav svarīgi, ar kādu ātrumu es ceļoju. Lai pierādītu hipotēzi par bezgalīgu kosmosu, manam ceļojumam būtu jāturpinās bezgalīgi. Diez vai ir daudz fondu, kas gribētu piešķirt finansējumu šādam eksperimentam.

Tas izgaismo faktu – lai gūtu pierādījumus, mums tie jāgūst no novērojumiem, nevis eksperimentālā ceļā. Pēdējā gadsimta laikā mēs par Visumu no novērojumiem esam iemācījušies ļoti daudz. Mēs nu zinām, ka Visumam bija sākums pirms kādiem 13,8 miljardiem gadu. Mēs no novērojumiem zinām, ka tas nemitīgi izplešas, un mēs esam fiksējuši kosmisko mikroviļņu fona starojumu, kas, pēc mūsu ieskatiem, ir pāri palikušais staorjums no Lielā sprādziena. Kosmoss, kādu mēs to redzam šodien, ir galaktiku tīklājs, kas lēnām izplešas.

Kosmoloģijā viens no būtiskākajiem jautājumiem ir – vai šī izplešanās turpināsies, vai mainīs ātrumu, vai varbūt "ieslēgs atpakaļgaitu". Lai uz šiem jautājumiem atbildētu, jāizprot tumšās matērijas un tumšās enerģijas īpatnības.

Interesantais šajā visā ir – lai arī kāds būtu Visuma modelis, pašreizējā domāšana kosmoloģijā ir tāda, ka Visumam būs nobeigums, tas neeksistēs mūžīgi (arī šajā uzskatā gan aizvien trūkst svarīgu elementu). Tam ir laikā ierobežota eksistence, un, atgriežoties pie mana sākumā paustā argumenta, es uzskatu – kādā brīdī mans ceļojums kosmosa kuģī sasniegtu galu.

Kevins Ormans-Roziters ir Melburnas Universitātes vēstures un zinātnes filozofijas doktorants. Par sevi viņš raksta: "Mani allaž fascinējusi zinātnes loma un ietekme uz sabiedrību. Augot vēlējos būt astronauts, un tāpēc mācījos fiziku. Vairāk nekā 20 gadus strādāju par pētnieku gan akadēmiskā vidē, gan industrijā."

--

Šis raksts ir pārpublicēts no vietnes The Conversation saskaņā ar "Creative Commons" licenci. Publikācija oriģinālvalodā lasāma vietnē "The Conversation".