lb
Участник
|
| отправлено: 02-02-2006 14:43:12 | |
инфо • правка • ссылка • сообщить модератору |
Обнаружение странного космологического феномена – «Оси Зла» – стало, наряду с другими открытиями последнего времени, чрезвычайно серьезным испытанием для современной космологии. Уже привычная и устоявшаяся научная картина мира, судя по всему, вот-вот подвергнется коренному пересмотру. НАСА уже выделило средства на пятилетнюю программу детального исследования «Оси Зла».
Результаты исследования фонового микроволнового излучения, являющегося, по текущим представлениям, свидетельством так называемого «Большого Взрыва», положившего начало существованию Вселенной в ее нынешнем виде, выявили, по мнению ряда ученых, новые факты, которые существующая теория не в состоянии объяснить. По их мнению, количество несоответствий теории и фактов становится просто неприемлемым.
«Взгляните на факты, - говорит Риккардо Скарпа (Riccardo Scarpa) из Европейской Южной обсерватории в Чили. – Базовая модель Большого Взрыва не в состоянии объяснить три главных особенности наблюдаемой Вселенной. Всякий раз, когда базовая модель оказывается неспособной объяснить наблюдаемое, в нее вводится какая-нибудь новая сущность – инфляция, темная материя и темная энергия». Речь идет, в первую очередь, о неспособности объяснить наблюдаемую температуру сегодняшней Вселенной, ее расширение и даже существование галактик. Проблемы множатся. Совсем недавно было обнаружено кольцо из ярких звезд настолько близко к центру галактики Андромеды, где, по мнению ученых, должна находиться черная дыра, что их там просто не может быть. Аналогичное образование зафиксировано и в нашей Галактике.
Однако переполнили чащу терпения специалистов в области космологии данные, полученные зондом НАСА WMAP, и обнаружение им так называемой «Оси Зла».
Зонд WMAP был выведен в космическое пространство 30 июня 2001 года ракетой-носителем Delta II, стартовавшей с космодрома имени Кеннеди на мысе Канаверал. Аппарат представляет собой исследовательскую станцию высотой 3,8 м, шириной 5 м и весом около 840 кг, выполненную из алюминия и композитных материалов. Первоначально предполагалось, что продолжительность активного существования станции составит 27 месяцев, из которых 3 месяца уйдут на перемещение аппарата в точку либрации L2, а еще 24 месяца – собственно на наблюдения микроволнового фона. Тем не менее, WMAP продолжает работать до сих пор, что открывает перспективу существенного повышения точности уже полученных результатов.
Собранная WMAP информация позволила ученым построить самую детальную на сегодняшний день карту малых флуктуаций температуры распределения микроволнового излучения на небесной сфере. Она составляет в настоящее время около 2,73 градусов выше абсолютного нуля, отличаясь на разных участках небесной сферы лишь на миллионные доли градуса. Ранее первую подобную карту удалось построить по данным аппарата НАСА COBE, однако ее разрешение существенно - в 35 раз - уступало данным, полученным WMAP. Тем не менее, в целом обе карты весьма хорошо согласуются друг с другом.
Термин «Ось Зла» закрепился «с легкой руки» космолога Жоао Магуэйо (Joao Magueijo) из лондонского империал-колледжа за странным феноменом, обнаруженным космическим телескопом – «холодные» и «теплые» области оказались расположенными на небесной сфере не случайным, как следовало бы, а упорядоченным образом. Компьютерное моделирование подтвердило, что подобный характер распределения флуктуаций возникает только в том случае, если размеры Вселенной невелики, и в них просто не могут возникнуть более протяженные области флуктуаций. «Важнейший вопрос – что могло привести к этому», - считает сам д-р Магуэйо.
В борьбу за спасение "cтандартной модели" бросились ее защитники. Как сообщает New Scientist, они высказывают и иные гипотезы, которые в принципе могли бы объяснить подобный характер распределения микроволнового излучения. Так, Крис Вале (Chris Vale) из Фермилаба и Калифорнийского университета в Беркли полагает, что истинный фон может оказаться искаженным чудовищной концентрацией галактик в определенных областях небесной сферы. Тем не менее, само по себе предложение о столь своеобразном характере расположения галактик выглядит весьма неубедительным.
Обнаружение «Оси Зла» не так уж плохо, полагает сам д-р Магуэйо. «Стандартная модель уродлива и запутана, - считает он. – Надеюсь, ее финал не за горами». Тем не менее теории, которая придет ей на смену, придется объяснить всю совокупность фактов – и в том числе те, которые стандартной моделью описывались вполне удовлетворительно. «Это будет чрезвычайно непросто», - полагает д-р Магуэйо.
Обнаружение «Оси Зла» грозит настолько фундаментальными потрясениями, что НАСА уже выделило ученым средства на пятилетнюю программу детального исследования и проверки данных WMAP – нельзя исключать, что речь идет об инструментальной ошибке, хотя все больше фактов говорит об обратном. В августе этого года прошла первая в мире конференция под названием «Кризис в космологии», на которой констатировалось неудовлетворительное состояние нынешней модели мира и рассматривались пути выхода из кризиса. По всей видимости, мир стоит на пороге очередной революции в научной картине мира, и ее последствия могут превзойти все ожидания – особенно с учетом того, что теория «Большого Взрыва» имела не только научное значение, но и отлично согласовывалась с религиозной концепцией сотворенности Вселенной в прошлом.
http://alxumuk.com.ru/index.php?option=com_content&task=view&id=1197&Itemid=2
To Reader
To МПАК
To ivi06
Прошу подключиться и разъяснить проблему с ожидаемым крахом нынешней космологии и даже теории относительности. |
|
| IP |
|
alar
Участник
to put the Funk in Funktion
|
|
Reader
Участник
Interpla.net
licq:2934
|
|
lb
Участник
|
| отправлено: 02-02-2006 16:07:11 | |
инфо • правка • ссылка • сообщить модератору |
To Reader
Но там сентябрьская карта, а материал октябрьский. Еще необработанный. Не исключено, что новые данные от зонда НАСА WMAP туда еще не включены. |
|
| IP |
|
Reader
Участник
Interpla.net
licq:2934
|
| отправлено: 02-02-2006 16:38:51 | |
инфо • правка • ссылка • сообщить модератору |
| измерения флуктуаций температуры реликтового излучения с точность в единицы микроградуса -- многолетний кропотливый процесс -- надо охватить все небо -- поэтому скорее всего это одна и та же карта... |
|
| IP |
|
lb
Участник
|
| отправлено: 02-02-2006 17:42:05 | |
инфо • правка • ссылка • сообщить модератору |
To Reader
В общем, надо еще искать, откуда ноги растут. А то уже и радио говорит, как об эпохальном открытии. А из той карты ничего такого не следует. Хорошо бы публикацию найти, а не "жареную" новость.
Поиск по "Жоао Магуэйо" и "Joao Magueijo" в Яндексе не дал ничего, в Гугле (сразу характеризует систему!) - для Joao Magueijo 62 200 результатов, для Жоао Магуэйо - 45.
Возможно, наиболее интересные материалы непереведены. Если обнаружите что-то, легко переводимое, и дадите аннотацию - уже хорошо. |
|
| IP |
|
lb
Участник
|
| отправлено: 02-02-2006 17:42:39 | |
инфо • правка • ссылка • сообщить модератору |
Вот еще русскоязычные материалы:
"Темный конфликт" в космологии нарастает
28 ноября 2005 г.
В научном мире обостряется борьба между сторонниками господствующей ныне космологической теории и их противниками - по мнению последних, расхождение теории с фактами становится просто нетерпимым.
Группа ученых пришла к выводу, что темная энергия оставалась неизменной на протяжении периода существования Вселенной. Тем временем растущее число ученых настаивает на ревизии фундаментальных основ современной космологии, призывая покончить с фантомом "темной энергии" вообще.
В рамках обзора Supernova Legacy Survey (SNLS) ряд крупнейших астрономических инструментов мира провел поиск свидетельств наличия "темной энергии" - взрывов сверхновых. Сравнение яркости и их спектральных сигнатур, по мнению авторов исследования, позволит судить о степени расширения Вселенной со времени взрыва звезды. В обзоре удалось зафиксировать 200 сверхновых и получить спектральные данные для 70 из них. Поиск сверхновых велся с помощью телескопа обсерватории Мауна-Кеа, для получения их спектров использовался Very Large Telescope обсерватории Парана в Чили, состоящий из четырех 8-метровых телескопов, сдвоенные телескопы обсерваторий Джемини и Кек на Гавайских островах.
Первые свидетельства того, что Вселенная расширяется со все возрастающей скоростью, полученные в 1995 году, потрясли научный мир. Обзор SNLS был призван проанализировать процесс расширения более детально, что теоретически могло бы позволить проанализировать изменение этого параметра во времени.
Результаты обзора, как сообщает New Scientist, свидетельствуют в пользу наиболее консервативной космологической теории "темной энергии" - ее плотность оставалась неизменной в пространстве и во времени на протяжении времени существования Вселенной.
Тем временем растущее число ученых, обеспокоенных неувязками в классической теории, призывают к коренному пересмотру современной космологии. Последней каплей послужили результаты картографирования реликтового фона электромагнитного излучения во Вселенной спутником WMAP, идущие вразрез с теорией "Большого Взрыва". Группа альтернативных космологов накопила впечатляющее количество фактов, расходящихся с представлениями классической космологии. Феномен "Оси Зла", обнаруженный при анализе полученного WMAP материала, грозит фундаментальными потрясениями основ современного естествознания.
Тем не менее, по мнению ученых, истина дороже. "Стандартная модель уродлива и запутана, - считает автор термина "Ось Зла", доктор Жоао Магуэйо (Joao Magueijo) из лондонского Империал-колледжа. - Надеюсь, ее финал не за горами". Тем не менее теории, которая придет ей на смену, придется объяснить всю совокупность фактов - и в том числе те, которые стандартной моделью описывались вполне удовлетворительно. "Это будет чрезвычайно непросто", - полагает он.
Источник: CNews.ru
www.rol.ru/news/misc/spacenews/05/11/28_003.htm |
|
| IP |
|
lb
Участник
|
| отправлено: 02-02-2006 17:47:14 | |
инфо • правка • ссылка • сообщить модератору |
А вот по этой ссылке - http://www.cnews.ru/newtop/index.shtml?2005/10/24/190446 - открывается статья уже с новой картой структуры неодноростей поля реликтового излучения. (А текст статьи дублирует вводную статью данной темы).
Там особенно впечатляет картинка №3, нужно выбрать "3" из списка 1 2 3 4 под нижним рисунком и щелкнуть мышкой. ((А потом оказалось, что не должна впечатлять: яркая "ось" там - всего лишь проекция Млечного пути, не учитываемая в ассиметриях /правка/))
Сообщение изменено lb от Thu Feb 2 19:14:49 2006 |
|
| IP |
|
lb
Участник
|
| отправлено: 02-02-2006 18:17:53 | |
инфо • правка • ссылка • сообщить модератору |
To Chaynic
Во-первых, такую статью не грех и выложить. Выкладываю по частям.
ноябрь 2005 № 11 "В МИРЕ НАУКИ"
Космология
ХОРОШО ЛИ НАСТРОЕНА ВСЕЛЕННАЯ?
Гленн Старкман,
Доминик Шварц
Таинственное несоответствие между теорией и наблюдениями "музыки" космического микроволнового фона напоминает то, как если бы инструменты в большом оркестре играли невпопад. Пока не ясно, ошибочны ли наши наблюдения, или Вселенная сложнее, чем мы думали.
Вообразите фантастически большой оркестр, играющий уже 14 млрд. лет. Сначала вам кажется, что музыка звучит гармонично. Но прислушайтесь: что-то в ней не так. Оказывается, туба и контрабас выводят разные мелодии! Подобный диссонанс "услышали" ученые в музыке космоса, исполняемой микроволновым фоновым излучением, которое обычно называют реликтовым, оно рассказывает о ранней истории Вселенной.
Вскоре после Большого взрыва в силу законов квантовой механики в плотности энергии Вселенной возникли хаотические флуктуации. Они увеличивались в размере и в конце концов стали современными скоплениями галактик. Флуктуации напоминали звуковые волны, и этот "звук", гудевший в космосе 14 млрд. лет назад, отпечатался в реликтовом излучении. Теперь на небе мы видим карту данного "звука" в виде вариаций температуры реликтового излучения.
Как и звуковые волны, флуктуации реликтового излучения можно проанализировать, разложив их на отдельные гармоники, т.е. представив набором чистых тонов различной частоты, что-то вроде разных инструментов в оркестре. Оказывается, некоторые из этих гармоник звучат тише, чем должны, и к тому же выводят неверную мелодию. Либо чрезвычайно успешная во всех остальных вопросах стандартная космологическая модель дает здесь сбой, либо что-то неладно с наблюдаемыми данными.
Последние десятилетия ученые развивали космологическую модель, позволяющую понять многие наблюдаемые свойства Вселенной. Ее сейчас считают стандартной: она верно указывает содержание самых легких элементов (изотопов водорода, гелия и лития) и оценивает возраст Вселенной (14 млрд. лет), согласующийся с оценками возраста наиболее старых звезд. Модель предсказывает существование и высокую однородность реликтового излучения и объясняет, как и почему возникли многие другие свойства Вселенной.
В названии модели - I CDM (Inflationary Lambda Cold Dark Matter model), инфляционная модель c -членом и холодным темным веществом) - отражены три ее важнейших компонента: процесс инфляции, космологическая постоянная, обозначенная греческой буквой лямбда ( ), и невидимые частицы, известные как холодное темное вещество (его часто называют скрытой массой).
Согласно модели I CDM, инфляция была периодом чрезвычайно ускоренного роста, который начался в первые же доли секунды после рождения Вселенной и закончился вспышкой излучения, благодаря которой Вселенная настолько велика, именно в такой мере заполнена веществом и так близка к однородному состоянию. Модель объясняет также, почему Вселенная не вполне однородна: потому что случайные квантовые флуктуации плотности энергии были раздуты до размера скоплений галактик и даже еще больше.
Модель предсказывает, что после окончания инфляции сила гравитации вызвала сжатие областей повышенной плотности, что привело к формированию галактик и их скоплений. Процессу способствовало холодное темное вещество, образовавшее огромные облака, заметить которые можно только по их гравитационному влиянию. Космологическая постоянная ( ) - странная форма антигравитации, ответственная за происходящее ныне ускорение космологического расширения (см. "Космическая загадка", "В мире науки", №12, 2004 г.). |
|
| IP |
|
lb
Участник
|
| отправлено: 02-02-2006 18:21:03 | |
инфо • правка • ссылка • сообщить модератору |
Древний свет
Модель успешно объясняет многие свойства Вселенной, но когда астрономы измерили флуктуации температуры реликта, возникли проблемы. Для космологов реликтовое излучение - важнейший инструмент исследования самых крупномасштабных характеристик Вселенной, самый древний свет, возникший всего через несколько сотен тысяч лет после Большого взрыва, когда быстрое расширение и охлаждение Вселенной привело к превращению плотной непрозрачной плазмы в прозрачный газ. Пропутешествовав 14 млрд. лет, реликтовое излучение показывает нам сегодня картину ранней Вселенной. Придя от самых дальних рубежей, оно представляет снимок Вселенной в ее наиболее крупном масштабе.
В 1965 г. Арно Пензиас (Arno Penzias) и Роберт Вильсон (Robert Wilson) из Bell Laboratories первыми обнаружили реликтовое излучение и измерили его температуру. Сегодня ученые заняты выявлением флуктуаций, т.е. различий в температуре (анизотропия) данного излучения, приходящего от разных областей неба. Они и отражают флуктуации плотности в ранней Вселенной.
В 1992 г. спутник COBE (Cosmic Background Explorer) впервые измерил эти флуктуации; позже спутник WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) помог составить карты с высоким разрешением.
С помощью моделей типа I CDM невозможно предсказать точную картину флуктуаций, но можно рассчитать их статистические свойства, такие как средний размер и диапазон размеров. Некоторые из этих характеристик дает не только модель I CDM, но и другие простейшие инфляционные модели, разработанные физиками в прежние годы в качестве возможной альтернативы. Поскольку такие свойства прогнозируются различными инфляционными моделями, их считают "общими" предсказаниями инфляции. Если теория инфляции в принципе верна, то они должны выполняться независимо от тонких деталей конкретной модели. Если бы одно из таких предсказаний не оправдалось, то теории инфляции был бы нанесен серьезный удар. Проверить это можно, измеряя аномалии реликтового излучения.
Предсказания теории лучше всего видны при разложении температурных флуктуаций в спектр по модам, называемым сферическими гармониками; это напоминает разложение музыкального звука на отдельные ноты (см. врезку ниже). Пока колебания плотности не выросли и не превратились в галактики, их можно рассматривать как звуковые волны во Вселенной. Если разложение на отдельные моды кажется вам загадочным, то вспомните аналогию с оркестром: каждая мода - отдельный инструмент, а вся температурная карта небесной сферы - полное звучание целого оркестра.
Первое из общих предсказаний теории инфляции о флуктуациях реликтового излучения - их статистическая изотропия. Иными словами, в распределении флуктуаций по небу не должно проявляться предпочтительного направления - ни ранее известного (например, направления земной оси), ни определенного самим излучением.
Теория инфляции предсказывает также, что в диапазоне возможных значений амплитуда каждой моды (по нашей аналогии - громкость каждого инструмента в оркестре) должна быть случайной. В частности, распределение вероятностей имеет колоколообразную форму, называемую гауссианой. Некоторая средняя амплитуда в данном случае наиболее вероятна - это пик кривой. Но есть и отличные от нее амплитуды, правда, чем больше отличие, тем меньше ее вероятность. Каждая мода имеет свое гауссово распределение, ширина которого (т.е. ширина основания колокола) указывает, какая мощность (сколько звука) приходится на данную моду.
Теория инфляции утверждает, что амплитуды всех мод должны иметь гауссово распределение с почти одинаковой шириной, поскольку инфляция, приводящая к экспоненциальному расширению Вселенной, подобно космическому утюгу, разглаживает все следы любых характерных масштабов. Итоговый спектр мощности называют плоским из-за отсутствия у него каких-либо особенностей. Существенные отклонения от плоского спектра должны быть только у тех мод, которые возникли либо в самом начале, либо в конце инфляции.
Микроволновое изображение неба получено спутником WMAP в K-полосе (23 ГГц, вверху), W-полосе (94 ГГц, внизу) и в трех других полосах спектра (не показаны). Полная небесная сфера в проекции представлена эллипсом, как географическая карта. Горизонтальная красная область - излучение Млечного Пути. Подобное излучение переднего плана изменяется с переходом от одной полосы спектра к другой, что позволяет отделять его от фонового реликтового излучения. |
|
| IP |
|
lb
Участник
|
| отправлено: 02-02-2006 18:22:15 | |
инфо • правка • ссылка • сообщить модератору |
Потерянные ноты
Сферические гармоники представляют собой различные типы колебания сферы. Если мы присмотримся к ним, то заметим, где наблюдения приходят в противоречие с моделью. Сферическими гармониками удобно пользоваться, поскольку вся наша информация о далеких областях Вселенной проецируется на единую сферу - на небо. Самый нижний тон (l=0) - монополь, когда сфера пульсирует как целое. Монополь реликтового излучения - это его средняя температура, всего лишь 2,725 K выше абсолютного нуля (см. врезку).
Следующая по высоте нота (l=1) - диполь, у которого температура выше в одном полушарии и ниже - в другом. Диполь возникает из-за эффекта Доплера, поскольку Солнечная система движется относительно реликта; в том направлении, куда движется Солнце, небо выглядит немного теплее.
В общем случае колебание для каждого значения l (0, 1, 2...) называют мультиполем порядка l. Любую нарисованную на сфере карту, будь то температура реликта или топография Земли, можно разложить на отдельные мультиполи. На нашей карте температурных вариаций мультиполи нижних порядков представляют обширные области - "океаны" и "континенты". Мультиполи более высоких порядков последовательно представляют области все меньшего размера - горы и долины, холмы и овраги, которые видны на фоне более крупных структур. Вся сложная топография - сумма отдельных мультиполей.
При анализе карт реликтового излучения каждый мультиполь l имеет амплитуду Cl. Образно говоря, это средняя высота и глубина гор и долин, соответствующих этому мультиполю, или средняя громкость данного инструмента в оркестре. Полный набор амплитуд для всех возможных значений l называется угловым спектром мощности. Космологи рисуют его в виде графика, который начинается с C2, поскольку истинная информация о флуктуациях реликта начинаются с l=2. Иллюстрация показывает угловой спектр мощности, измеренный спутником WMAP, а также прогноз модели I CDM, наиболее близко соответствующий этим наблюдениям. Измеренные амплитуды двух мультиполей с наименьшими значениями l, C2 и C3, называемых квадруполем и октуполем, значительно ниже модельных. Дефицит мощности у мультиполей с малыми l впервые отметила команда COBE, а недавно подтвердили и специалисты WMAP. В терминах топографии: крупнейшие континенты и океаны оказались загадочно низкими и мелкими. В терминах музыки: мы еле слышим контрабас и тубу.
Еще сильнее проявляется этот эффект, если вместо амплитуды сферических функций (Cl) рассматривать так называемую угловую корреляционную функцию C( ). Вообразите, что вы изучаете на небе две точки, разделенные углом , и сравниваете, обе ли они горячее (или холоднее), или же одна из них горячее, а другая холоднее, чем средняя температура неба. Функция C( ) указывает степень корреляции температурных отклонений, среднюю для всевозможных пар точек на небе, разделенных углом . Наблюдения показывают, что C( ) в нашей Вселенной почти равна нулю для углов больших приблизительно 60°; т.е. флуктуации в направлениях, разделенных более чем на 60°, никак не связаны. Это еще раз указывает, что во Вселенной, созданной инфляцией, низкие ноты отсутствуют.
Отсутствие широкоугольных корреляций сначала заметил COBE, а теперь подтвердил и WMAP. Малость C( ) для больших углов означает не только то, что C2 и C3 невелики, но и что отношение первых нескольких амплитуд, по крайней мере, вплоть до C4, также является ненормальным. Слабость спектра мощности при больших углах находится в поразительном противоречии со всеми классическими моделями инфляции.
Здесь возможны три разгадки. Во-первых, необычный результат может оказаться простой статистической случайностью. Скажем, неопределенность в данных может быть больше, чем ее оценивают, что сделало бы результаты наблюдений менее достоверными. Во-вторых, корреляции могли возникнуть при обработке наблюдений, если анализ данных, полученных WMAP, был проделан недостаточно аккуратно. Наконец, это может свидетельствовать о недочетах в теории.
Некоторые авторы склоняются к первой возможности. Еще в 2003 г. Джордж Эфстасио (George Efstathiou) из Кембриджского университета усомнился в точности статистических методов, использованных для выделения квадрупольной составляющей, и заявил, что опубликованные результаты могут быть не столь уж надежны. С тех пор многие другие специалисты критически рассматривали методику, использованную командой WMAP, для определения Cl при малых l. Они заключили, что учет эффектов, вызванных собственным излучением нашей Галактики, был не столь надежен, как первоначально полагали исследователи. |
|
| IP |
|
lb
Участник
|
| отправлено: 02-02-2006 18:26:01 | |
инфо • правка • ссылка • сообщить модератору |
ГАРМОНИКИ НЕБЕСНОЙ МУЗЫКИ
ГАРМОНИКИ НЕБЕСНОЙ МУЗЫКИ
Когда ученые говорят, что некоторые инструменты в космическом микроволновом фоне играют невпопад, то что они имеют в виду и как они узнали об этом?
Исследователи реликтового излучения изучают флуктуации температуры, измеренной во всех направлениях неба. Эти флуктуации они анализируют с помощью математических функций, называемых сферическими гармониками. Вообразите скрипичную струну, которая может издавать бесконечное разнообразие звуков, даже если не укорачивать ее длину, зажимая пальцем. Эти звуки (ноты) можно пометить числом n по количеству точек (узлов) на струне, исключая ее концы, которые остаются неподвижными в процессе звучания.
Нижнюю ноту, у которой нет узлов (n=0), называют основным тоном, или основной модой. При этом все точки струны, кроме ее концов, движутся в унисон (риc).
Нота с одним узлом (n=1) в середине - первый гармонический обертон, или первая гармоника. В этом случае половина струны движется в одном направлении, а другая половина - в другом (рис. внизу). Если вы споете "до-ре-ми-фа-соль-ля-си-до", то последнее "до" будет первой гармоникой основного тона первого "до". Нота с двумя равно отстоящими узлами - вторая гармоника, и так далее.
Любое сложное колебание струны можно разложить на гармонические составляющие. Например, изображенное ниже колебание можно рассматривать как сумму фундаментальной моды (n=0) и четвертой гармоники (n=4). Обратите внимание, что в этой сумме четвертая гармоника имеет меньшую амплитуду (ее волны более мелки), чем фундаментальный тон. В аналогии с оркестром инструмент №4 играет тише, чем инструмент №0. Обычно чем сложнее колебание струны, тем на большее число гармоник его приходится раскладывать.
Сферические гармоники обозначаются Ylm и представляют моды колебания сферического "барабана". Поскольку поверхность сферы двумерна, нам для описания мод понадобятся два числа - l и m. Для каждого значения l (которые могут быть 0, 1, 2...) значения m могут быть любым целым числом от -l до l. Комбинация всех нот с одинаковым значением l и различными значениями m, каждая со своей собственной амплитудой (в акустических терминах - громкостью), называется мультиполем.
Невозможно так же просто изобразить сферические гармоники, как мы рисовали скрипичную струну. Мы же изобразим карту сферы, окрашенную в соответствии с тем, имеет ли данная область температуру выше или ниже средней. (Форма этой карты представляет развертку шара на плоскости, как у географической карты Земли.) Монополь, у которого l=0, представляет сферический барабан, все точки которого пульсируют в унисон.
У диполя (l=1) половина поверхности движется наружу (красный), а половина - внутрь (синий). Возможны три дипольных моды (m = -1, 0, 1) в трех перпендикулярных направлениях пространства (влево - вправо, вверх - вниз, от нас - к нам).
Области зеленого цвета имеют среднюю температуру; эти линии узлов подобны узлам скрипичной струны. С увеличением l растет и число узловых линий.
Квадруполь (l=2) имеет пять мод, каждая с более сложной картиной колебаний или изменения температуры на сфере.
Любую картину вариаций температуры на сферической поверхности мы можем представить в виде суммы сферических гармоник, так же, как любое колебание скрипичной струны можно представить в виде суммы гармонических колебаний. В такой сумме каждая сферическая гармоника имеет свою амплитуду, указывающую вклад этой гармоники в общую картину, т.е. насколько громко играет этот "инструмент космического оркестра". |
|
| IP |
|
lb
Участник
|
| отправлено: 02-02-2006 18:27:11 | |
инфо • правка • ссылка • сообщить модератору |
Загадочная ориентация
Чтобы выяснить, действительно ли теория расходится с наблюдениями, несколько групп ученых решили использовать не только информацию о величинах Cl, представляющих амплитуду соответствующих мод, но также привлечь данные об ориентации каждого мультиполя. Например, диполь указывает направление от "прохладной" к "теплой" половине неба. Мультиполи более высоких порядков содержат еще больше информации о направлениях. Если расхождение в амплитудах действительно вызвано лишь игрой случая, тогда информация о направлениях, выведенная из тех же данных, должна соответствовать прогнозу теории. Однако это оказалось не так.
В 2003 г. Анжелика де Оливейра-Коста (Angelica de Oliveira-Costa) и Макс Тегмарк (Max Tegmark) из Пенсильванского университета, Матиас Залдарряга (Matias Zaldarriaga) из Гарвардского университета и Эндрю Гамильтон (Andrew Hamilton) из Колорадского университета в Боулдере заметили, что направления главных осей квадрупольной и октупольной мод очень близки друг к другу и имеют дефицит амплитуды. А ведь большинство инфляционных моделей предсказывает, что между этими модами не должно быть ничего общего.
В том же 2003 г. Ганс Эриксен (Hans Kristian Eriksen) и его коллеги из Норвежского университета в Осло выявили совпадение направлений. Они разделили небо на всевозможные пары полушарий и вычислили относительную амплитуду флуктуаций на противоположных половинках неба. Результат работы полностью противоречил стандартной инфляционной космологии: многие пары полушарий очень сильно различались по спектру мощности. Но самым неожиданным оказалось то, что пара наиболее различающихся полушарий оказалась в точности разделена эклиптикой - той плоскостью, в которой лежит орбита Земли вокруг Солнца.
Это стало первым указанием на то, что флуктуации реликтового излучения, которые считались в основном космологическим и, хотя и с некоторой примесью неоднородностей галактического излучения, на самом деле существенно "загрязнены" излучением Солнечной системы.
Тем временем один из нас (Старкман) вместе с Крэгом Копи (Craig Copi) и Драганом Хатерером (Dragan Huterer) из Университета Западного резервного района в Кливленде, шт. Огайо, развил новый метод представления флуктуаций реликта в векторной форме. Это позволило нам (Шварц, Старкман, Копи и Хатерер) проверить прогноз о том, что флуктуации реликта не должны быть связаны с особыми направлениями во Вселенной.
В 2004 г. мы нашли также и неожиданные корреляции, подтвердившие результаты Оливейра-Коста и ее коллег. Некоторые из векторов оказались лежащими почти в плоскости эклиптики и расположенными неожиданно близко к точкам равноденствия - тем двум точкам, где проекция земного экватора на небесную сферу пересекается с эклиптикой. Те же самые векторы оказались ориентированы подозрительно близко к направлению движения Солнца во Вселенной. Другой вектор лежит очень близко к плоскости Местного сверхскопления галактик, называемой сверхгалактической плоскостью.
Каждое из данных совпадений имеет вероятность случайной реализации не более 1/300. И, несмотря на то, что они не полностью независимы друг от друга, вероятность их совместной случайной реализации заведомо меньше, чем 1/10000 (без учета странных свойств мультиплетов низкого порядка).
Некоторые исследователи выразили опасение, что все результаты были получены по полным картам "реликтового" неба. Казалось бы, их использование дает преимущества, однако вдоль полосы Млечного Пути данные о температуре реликтового излучения могут быть ненадежны. Чтобы найти температуру реликта в данной полосе неба, нужно сначала вычесть вклад в излучение, вносимый нашей Галактикой. А методы, использованные командой WMAP и другими группами, возможно, недостаточно надежны. Действительно, команда WMAP предостерегла других исследователей от использования их полной карты неба; сами они выбрали для анализа только области, лежащие вне Млечного Пути. Когда Юрош Сельяк (Uros Seljak) из Принстона и Анже Шлозар (Anze Slosar) из Люблянского университета исключили из анализа полосу Млечного Пути, они обнаружили, что в некоторых диапазонах волн вероятность совпадения некоторых направлений уменьшилась, а в других усилилась. Наша последующая работа показала, что наблюдаемые корреляции не объясняются только влиянием Галактики. И правда, было бы странно, если бы эффекты Млечного Пути объясняли ориентацию реликтового излучения в плоскости Солнечной системы.
Связь между микроволновым фоном и Солнечной системой станет еще более явной, если мы рассмотрим угловой спектр мощности. Помимо слишком низкой амплитуды при малых l заметны еще три точки (l=22, l=40 и l=210), в которых наблюдаемый спектр мощности значительно отличается от предсказанного наиболее подходящей I CDM-моделью. Несмотря на то что указанные различия были широко известны, от внимания большинства космологов ускользнуло, что три отклонения также коррелируют с эклиптикой.
Объяснить корреляцию между низкими модами реликта и структурой Солнечной системы можно было бы одним из двух способов. Первый - ошибка в конструкции приборов WMAP или неверный анализ полученных данных (так называемая систематическая ошибка). Однако команда WMAP была предельно осторожна и провела множество перекрестных проверок своих приборов. Поэтому трудно представить, как могли бы возникнуть ложные корреляции. Кроме того, мы нашли подобные корреляции и в картах, полученных спутником COBE, который использовал совершенно иные приборы и методы анализа.
Более вероятное объяснение состоит в том, что существует неучтенный источник или поглотитель микроволновых фотонов, который связан с Солнечной системой, например, неизвестное пылевое облако на ее периферии. Но как получилось, что этот источник или поглотитель излучения оказался заметным для приборов, изучающих реликтовое излучение, но не был обнаружен другими астрономическими приборами в иных диапазонах волн? Мы надеемся, что нам удастся достаточно детально изучить источник переднего плана, чтобы освободить от его влияния данные по реликту. |
|
| IP |
|
lb
Участник
|
| отправлено: 02-02-2006 18:30:14 | |
инфо • правка • ссылка • сообщить модератору |
ЗАГАДКИ ОТ WMAP
Спутник WMAP передает данные, содержащие три загадки
1. УГЛОВОЙ СПЕКТР МОЩНОСТИ
Большинство измерений WMAP прекрасно согласуются с прогнозом инфляционной модели с лямбда-членом и холодным темным веществом. Но две первые наблюдательные точки (для квадруполя и октуполя) имеют аномально низкую мощность.
2. УГЛОВАЯ КОРРЕЛЯЦИОННАЯ ФУНКЦИЯ
Функция связывает данные от точек на небе, разделенных определенным углом. Кривые данных COBE и WMAP должны были бы следовать теоретической кривой. Вместо этого они практически обращаются в нуль на разделениях больше 600.
3. ОРИЕНТАЦИЯ ПЕРВЫХ ДВУХ МУЛЬТИПОЛЕЙ
Квадруполь (синий) и октуполь (красный) должны быть ориентированы случайно, но вместо этого они тяготеют к точкам равноденствия (пустые кружки) и к направлению движения Солнечной системы, определенному осью диполя (зеленые точки). К тому же их оси лежат близ плоскости эклиптики (фиолетовая линия). А две из них находятся в плоскости Сверхгалактики, объединяющей нашу Галактику, соседние с ней звездные системы и их скопления (оранжевая линия). Вероятность случайного совпадения данных направлений - менее 1/10000.
Назад к пересмотру теории?
На первый взгляд, открытие локального искажения данных о реликтовом излучении могло бы разрешить загадку слабости его крупномасштабных флуктуаций. Но на самом деле это лишь усложняет проблему. Когда мы вычтем вклад в излучение, связанный с гипотетическими объектами переднего плана, оставшийся космологический вклад, вероятно, окажется еще меньшим, чем считалось ранее. (Любое другое заключение потребовало бы случайной, но точной взаимной компенсации между космологическим вкладом и нашим предполагаемым источником переднего плана.) Тогда еще сложнее было бы утверждать, что отсутствие в спектре мощности мод с малыми l - всего лишь игра случая. Похоже, теория инфляции зашла в тупик.
Статистически надежный вывод, что на больших масштабах флуктуации реликта не так сильны, как ожидалось, может заставить нас вновь пересмотреть представления о ранней Вселенной. Альтернативы классической теории инфляции не столь уж привлекательны: можно было бы так подправить нынешнюю модель инфляции, чтобы она не входила в конфликт с наблюдаемым на больших масштабах спектром мощности. Но такие "заплатки" разрушают красоту исходной модели, подобно тому, как дополнительные эпициклы, вводимые в теорию Птолемея для согласования видимых движений планет с предсказанием геоцентрической модели, в конце концов убили ее.
У космоса сложная топология. Если Вселенная конечна и обернута вокруг себя, подобно кренделю, то колебательные моды в ней должны быть совсем иными. Мы могли бы "на слух" распознать форму Вселенной, как мы отличаем, скажем, звон церковного колокола от завывания ветра. При этом нижние тона - крупномасштабные флуктуации - наиболее чувствительны к форме (и размеру) Вселенной. Наша Вселенная могла бы иметь сложную топологию, но быть раздутой инфляцией настолько сильно, что все особенности топологии "убежали" за горизонт и стали почти неразличимыми.
Новые данные от спутника WMAP (не только о флуктуациях температуры неба, но также и о поляризации его излучения) помогут нам различить источники переднего плана. В 2007 г. Европейское космическое агентство запустит обсерваторию "Планк", которая будет измерять реликтовое излучение в большем количестве частотных диапазонов и c более высоким угловым разрешением, чем WMAP. Несмотря на то что высокое угловое разрешение не поможет разрешить загадку низкочастотных мод, наблюдение неба в дополнительных микроволновых "цветах" позволит нам намного точнее исправить систематические ошибки и учесть объекты переднего плана. Космологические исследования продолжают преподносить сюрпризы. Мы ждем новых открытий. |
|
| IP |
|
lb
Участник
|
| отправлено: 02-02-2006 18:45:45 | |
инфо • правка • ссылка • сообщить модератору |
ОБЗОР: НЕБЕСНЫЙ ДИССОНАНС
Теория инфляционной модели c -членом и холодным темным веществом объясняет многие свойства Вселенной. Но при анализе некоторых наблюдательных данных у нее обнаружились серьезные проблемы.
При изучении космического микроволнового фона возникли вопросы. Пространственные флуктуации этого реликтового излучения астрономы разделили на отдельные моды, подобно инструментам в оркестре. В рамках этой аналогии оказалось, что в "небесном оркестре" контрабас и туба играют не в лад, да еще и слишком тихо.
Данные наблюдений могут быть искажены, например, присутствием газа у границ Солнечной системы. Но даже в этом случае некоторые выводы теории инфляции ставятся под сомнение.
ОБ АВТОРАХ :
Гленн Старкман (Glenn D. Starkman) и Доминик Шварц (Dominik J. Schwarz) с 2003 г. работали в CERN. Старкман - профессор Центра образования и исследований по космологии и астрофизике факультетов физики и астрономии Университета Западного резервного района. Шварц занялся космологией после окончания Венского технологического университета. Преподает в университете г. Билефельд (Германия). Его основной научный интерес - вещество Вселенной в ранний период эволюции. |
|
| IP |
|
lb
Участник
|
| отправлено: 02-02-2006 18:48:51 | |
инфо • правка • ссылка • сообщить модератору |
To Chaynic
Мне покалось, что, если совсем в 2 словах, то по теории инфляции флуктуации реликтового излучения должны быть случайны и равновероятны в пространственной области. А получилось, что они имеют смещение, и самое сильное сориентировано вдоль эклиптики. |
|
| IP |
|
ivi06
Участник
petitio principii
licq:2645
|
| отправлено: 13-02-2006 02:52:30 | |
инфо • правка • ссылка • сообщить модератору |
To lb
Весьма интересные факты на грани ошибки... Несколько смущают совпадения с эклиптикой, ориентацией нашей Галактики... если бы не это, можно было бы предложить пару моделей. Интересно узнать мнение Вещего и Чарли по Вашей инфе...
|
|
| IP |
|
lb
Участник
|
| отправлено: 13-02-2006 19:59:52 | |
инфо • правка • ссылка • сообщить модератору |
To ivi06
У них, наверное, пароли с русскими буквами... Нескоро еще продерутся сквозь дебри нового сайта. |
|
| IP |
|
Gierus
Участник
|
| отправлено: 13-02-2006 20:58:05 | |
инфо • правка • ссылка • сообщить модератору |
| Сдается мне, что эти эксперименты говорят о следующем. Помимо излучения, идущего, так сказать от веков - реликтового излучения (ежели оно на самом деле существует), приемники принимают излучение и от более близких источников, одним из которых может быть Солнце. По-видимому, Солнце не может быть единственным источником, иначе от него присутствовала бы ярко выраженная анизотропия, причем во всех мультиполях. Но оно может сильно искажать излучение от более дальних источников, когда оно проходит достаточно близко к Солнцу (насколько близко - вопрос). Самое главное, ИМХО, заключается в том, что влияние на само излучение и его флуктуации этих источников оказалось столь значительным, что на этом фоне вся информация о действительно реликтовом излучении (повторюсь, если оно действительно существует) оказывается не очень достоверной. Как собираются авторы работы учитывать эти источники, не совсем ясно. Процедура в этом случае, ИМХО, не может быть корректной (если только не окажется, что источник один, то есть задача является однопараметрической, поскольку несколькими параметрами можно "исправить" все, что угодно). К тому же не очень ясно, вернее, совсем не ясно, почему может сильно влиять, скажем Млечный путь, а не влиять что-нибудь еще. |
|
| IP |
|
Gierus
Участник
|
| отправлено: 13-02-2006 21:18:38 | |
инфо • правка • ссылка • сообщить модератору |
| Еще одна неприятность, как я понял, заключается в том, что некоторые мультиполи имеют одинаковую ориентацию и частично скоррелированы по амплитуде. Это говорит о том, что излучение имеет не совсем тепловой характер, хотя за столько времени, должно было бы термализоваться. Этому можно поставить в соответствие такую аналогию. Представьте себе, что имеется твердое тело, помещенное в камеру с газом, который, в свою очередь соударяется со стенками термостата. Если мы в начальный момент времени заставим все атомы этого тела колебаться с одной частотой и фазой относительно их положения равновесия, то спектр таких акустических колебаний будет содержать лишь одну компоненту. Но со временем, за счет соударений с окружающим газом атомы начнут все колебаться в разнобой. Полное количество мод свободных колебаний, которые при этом будут иметь место, будет равно числу атомов и все колебания будут некоррелированы. Какой смысл может иметь нынешняя вроде бы установленная корреляция между гармониками, говорить трудно, поскольку становится сомнительным вообще все, что до того считалось установленным для реликтового излучения. В частности, его интенсивность. |
| Сообщение изменено Gierus от 2006-02-13 21:22:12 |
|
| IP |
|
Chaynic
Участник
|
| отправлено: 13-02-2006 23:00:29 | |
инфо • правка • ссылка • сообщить модератору |
To Gierus
цитата:
реликтового излучения (ежели оно на самом деле существует)
А что же тогда меряют все, если оно не существует?
цитата:
излучение имеет не совсем тепловой характер, хотя за столько времени, должно было бы термализоваться
Здесь вопрос более тонкий. Не термализуется, потому что не взаимодействует (иначе это было бы не реликтовое излучение).
Насколько я понимаю, измеряются моды излучения, которые возникли в процессе инфляции и сохранились до наших дней. Соответственно, эти моды должны "выводится" из теории инфляции. В цитируемом сообщении говорится, что обнаружено некоторое несоответствие между теорией инфляции и измерениями, и на этом основании утверждается, что теория инфляции неверна.
Мне кажется, что заявление слишком сильное (и преждевременное), хотя какие-то корректировки теоретиков возможно последуют. Тем более, что теория инфляции существует в нескольких вариантах. |
|
| IP |
|
Gierus
Участник
|
| отправлено: 14-02-2006 01:03:27 | |
инфо • правка • ссылка • сообщить модератору |
To Chaynic
цитата:
А что же тогда меряют все, если оно не существует?
Проведенные измерения говорят, что на слабое излучение, которое называют реликтовым, накладывается что-то еще (если я правильно понимаю). Причем это "что-то" может оказаться весьма сильным. Настолько, что измеренную величину интенсивности реликтового излучения (и все, что с этой величиной связано), возможно придется пересмотреть.
Термин "термализуется" который я применил, согласен, не совсем удачный. Более правильно было бы сказать "изотропезуется", но такого слова нет. По крайней мере, корреляцию между различными гармониками, да и совпадение ориентаций гармоник с солнечной эклиптикой по-моему, ни одна теория инфляции не объясняет (хотя я с этой тематикой мало знаком и легко могу ошибаться). |
| Сообщение изменено Gierus от 2006-02-14 01:04:06 |
|
| IP |
|
ivi06
Участник
petitio principii
licq:2645
|
| отправлено: 14-02-2006 02:34:23 | |
инфо • правка • ссылка • сообщить модератору |
Поскольку экспериментальных данных явно недостаточно, а возможную тепловую анизотропию реликтового излучения в нашей области Вселенной все равно придется для lb на какой- то модели объяснять, попробую это сделать на модернизированной модели инфляционной Вселенной. Так как после Большого Взрыва безмассовые частицы начинают приобретать массу, возникают новые состояния вакуума, то введем такое состояние вакуума вдали от гравитационных масс- типа "бингамовской" жидкости (как болото или студень, который до определенного порога- механических напряжений ведет себя как специфическое твердое тело (это я опять проталкиваю свою модель, которой Вам изрядно уже поднадоел в предыдущих темах  )). Солнечная система- плоская, Галактика- плоская,- отсюда и возникающая анизотропия окружающего нас вакуума и распределения мод реликтового излучения... Кстати, в прошлом году проскочила инфа по ленте.ру, кажется, от американцев- что скоро вся Вселенная превратится в желе... Если же вышеупомянутая "Ось Зла" не коррелируется с моментами импульсов Солнечной системы и Галактики, то наличие этой оси можно объяснить, наверное, существованием вне нашей Вселенной другой такой же. Впрочем, скорее всего, можно объяснить просто конечностью нашей Вселенной  |
|
| IP |
|
|
