Gigantyczna kosmiczna gąbka

Gigantyczna kosmiczna gąbka

Gwiazda, niebo
Gwiazda, niebo / Źródło: Fotolia / mozZz
Korzystając z najnowszych odkryć, badacze Wszechświata stworzyli trójwymiarowe mapy rozkładu galaktyk, z których wyłania się struktura podobna do gąbki.

J. Richard Gott

Galileusz powiedział kiedyś: „Filozofia [natury] jest zapisana w wielkiej księdze, którą zawsze mamy przed oczami – mam na myśli Wszechświat... To księga napisana językiem matematyki, a symbolami są trójkąty, koła i inne figury geometryczne”. Okazało się to prawdą w odniesieniu do rozkładu galaktyk we Wszechświecie. Zrozumienie go wymaga bowiem posługiwania się językiem geometrii.

Figury Keplera

Kiedy miałem 18 lat, odkryłem grupę zawiłych, podobnych do gąbki struktur złożonych z trójkątów, kwadratów, pięciokątów lub sześciokątów – coś, co klarownie dzieliło przestrzeń na dwa równe i doskonale zazębiające się obszary. To przypominające gąbkę wielościany foremne – figury zbudowane z wielokątów foremnych, które tworzyły jednakowy układ wokół każdego z wierzchołków. Jako nastolatek, skonfrontowany z mądrością starożytnych Greków mówiącą, że istnieje pięć i tylko pięć wielościanów foremnych (czworościan, sześcian, ośmiościan, dwunastościan i dwudziestościan) – która już dawno została udowodniona – stwierdziłem: „Cóż, a może to wcale nie jest prawda”. Uczyniłem je tematem swojego szkolnego projektu naukowego i pojechałem z nim na lokalne Targi Naukowe w Louisville w stanie Kentucky. Co zaskakujące, okazało się, że praca ta miała w przyszłości odegrać pewną rolę w mojej własnej drodze ku zrozumieniu sposobu rozmieszczenia galaktyk we Wszechświecie.

Inspiracją dla mnie była postać Johannesa Keplera. On również zakwestionował starożytną mądrość na temat pięciu wielościanów foremnych. Kepler uważał, że za wielościany powinny być uważane także trzy płaskie posadzki z wielokątów foremnych: wypełniająca płaszczyznę euklidesową szachownica, wzór z sześciokątów foremnych oraz z trójkątów równobocznych, po sześć wokół jednego punktu. Mimo że szachownica jest płaska, a sześcian trójwymiarowy, obydwie figury składają się z tak samo regularnie uporządkowanych wielokątów. Kepler sądził na przykład, że szachownicę można traktować jak nowy wielościan foremny – o nieskończonej liczbie ścian. Na tym jednak nie poprzestał, znalazł również dwa nowe foremne wielościany gwiaździste. Ściany jednego z nich miały postać gwiazdy pięcioramiennej, takiej samej jak na amerykańskiej fladze. Czy gwiazda nie jest równie foremna jak pięciokąt? Ma pięć punktów, tak jak pięciokąt, i podobnie jak on składa się z łączących je pięciu odcinków równej długości. Jedyna różnica polega na tym, że liniom wolno się ze sobą krzyżować! Musimy jedynie nieco wytężyć umysł, by dostrzec w nich wielokąty foremne. Kepler uczynił z pięcioramiennych gwiazd ściany swojego nowego wielościanu foremnego.

Pozwolił, by wzajemnie się przecinały, tworząc trójwymiarową gwiazdę. Uczony rozumiał, że chcąc znaleźć coś nowego, trzeba czasem nieznacznie nagiąć reguły. Kepler był również zafascynowany możliwością wykorzystania wielościanów w astronomii. W jego czasach znanych było sześć planet. Jeżeli zbudujemy sfery, których promienie odpowiadają odległości każdej z planet od Słońca, otrzymamy sześć sfer zawartych jedna w drugiej. Uczony pomyślał, że chcąc wyjaśnić geometrię Układu Słonecznego, można między poszczególnymi sferami umieścić pięć znanych wcześniej wielościanów foremnych. I tutaj się mylił. Kiedy odkryto kolejne planety, cała idea zupełnie się załamała. Gdy jednak powiedziano mu, że orbity planet muszą mieć kształt okręgu, postanowił zastąpić je elipsami. I to słusznie zapewniło mu sławę.

Skąd ta „gąbka”?

Pytanie brzmi, czy moje podobne do gąbki wielościany – które mają geometrię gąbki morskiej, z wieloma przenikającymi je otworami – pozostaną jedynie fantazją matematyczną, czy też znajdą kiedyś swoje praktyczne zastosowanie w astronomii świata realnego. Okazało się, że można je zastosować do zrozumienia mechanizmów gromadzenia się galaktyk. Edwin Hubble odkrył, że nasza zawierająca 300 mld gwiazd Droga Mleczna nie jest jedyną galaktyką we Wszechświecie. Istnieje niezliczone mnóstwo innych galaktyk, równie dużych jak nasza. Co więcej, cały ten zbiór ulega ekspansji. Lecz jaki jest ich faktyczny rozkład w przestrzeni? To zagadka, z którą przyszło zmierzyć się astronomom.

Galaktyki skupiają się w gromady. Ich badaniem zajmował się Zwicky, który pracował nad tym zagadnieniem w Caltechu. Jego praca w czasach zimnej wojny doprowadziła amerykańskich kosmologów do zaakceptowania modelu klopsów, czyli unoszących się w rozrzedzonym morzu bardzo gęstych gromad. Tymczasem rosyjska szkoła kosmologii preferowała model, w którym galaktyki układają się w przestrzeni na wzór gigantycznego plastra miodu, z ogromnymi, izolowanymi pustkami. To wszechświat sera szwajcarskiego. Wszystkie te pomysły służyły wyjaśnieniu niejednorodności Wszechświata w dużej skali i jego olbrzymich rozmiarów i wyrastały z teorii inflacji, która zakłada, że wczesny Wszechświat przeszedł okres superszybkiej ekspansji, w wyniku której jego wielkość uległa wielokrotnemu podwojeniu. Era inflacji wyjaśnia, w jaki sposób zapoczątkowana została ekspansja Wszechświata po Wielkim Wybuchu. Odkryłem jednak, że nowa teoria inflacji nie jest spójna z żadnym z tych obrazów i wymaga struktury podobnej do gąbki, w której wielkie gromady galaktyk łączą się ze sobą włóknami galaktyk, a wielkie pustki – tunelami o niskiej gęstości.

Nowa mapa wszechświata

Biorąc pod uwagę teorię inflacji i pamiętając wielościany z czasów mojej młodości, razem z Adrianem Melottem (Uniwersytet w Kansas) i Markiem Dickinsonem (Uniwersytet Princeton), napisaliśmy artykuł, w którym przewidywaliśmy, że galaktyki muszą być rozmieszczone na wzór gigantycznej kosmicznej gąbki. Wysiłek, jaki włożyliśmy w weryfikację tych przewidywań, wpisał się w większą opowieść o heroicznym trudzie zespołów obserwatorów tworzących mapę Wszechświata. Ich badania dają nam zasadniczy wgląd w początki Wszechświata. Astronomowie zaczęli poznawać rozkład galaktyk w przestrzeni. Niczym dawni kartografowie, szkicujący mapę Ziemi, współcześni kosmiczni kartografowie zaczęli tworzyć mapę Wszechświata. Po pierwszych przeglądach nieba, obejmujących tysiąc galaktyk, najnowsze duże przeglądy uwzględniają ich dobrze ponad milion. Stworzono trójwymiarowe mapy rozkładu galaktyk, z których wyłania się struktura podobna do gąbki.

Wielkie gromady galaktyk łączą się ze sobą za pomocą włókien czy też łańcuchów galaktyk, podczas gdy pustki o niskiej gęstości wykorzystują w tym celu tunele o niskiej gęstości. Nazywamy tę strukturę kosmiczną pajęczyną. Odkryto wielkie gromady połączone ze sobą długimi na miliardy lat świetlnych włóknami z łańcucha galaktyk. To największe struktury w naszym Wszechświecie. Dzięki zmierzeniu jednej z nich, Wielkiej Ściany Sloana, ja oraz Mario Jurić trafiliśmy do Księgi rekordów Guinnessa – i nie musieliśmy nawet zrobić największej na świecie kuli ze sznurka! Wytłumaczę, jak doszło do powstania owych największych struktur Wszechświata, które stanowią rozdęte pozostałości mikroskopijnych losowych fluktuacji kwantowych we wczesnym Wszechświecie, utworzonych w wyniku inflacji w ciągu 10-35 sekundy po Wielkim Wybuchu. Zostało to potwierdzone badaniami fluktuacji w mikrofalowym promieniowaniu tła, które przetrwały od pierwszych chwil istnienia Wszechświata. Nie dość, że te struktury rzucają nieco światła na wczesny etap istnienia Wszechświata, to mogą okazać się pomocne w przewidywaniu jego przyszłych losów. Czy Wszechświat będzie wciąż rozszerzał się wykładniczo, jak sugerują niektóre modele, czy też w końcu zwolni tempo ekspansji?

A może za kolejnych 150 mld lat ulegnie Wielkiemu Rozdarciu? W znalezieniu odpowiedzi na te pytania mogą nas wspomóc staranne badania kosmicznej sieci. Zweryfikowanie tych alternatywnych wizji przyszłości stanowi jeden z priorytetowych obszarów badań współczesnej astronomii. Układają się one w cały wachlarz działalności badawczej, od skromnego szkolnego projektu naukowego po angażujące setki astronomów projekty mapowania. Opowieść o tym, na czym polega praca naukowa, to opowieść o tym, jak nieoczekiwane powiązania mogą prowadzić do nowych pomysłów, i o tym, jak symulacje komputerowe w połączeniu z szeroko zakrojonymi teleskopowymi przeglądami nieba zmieniły nasze rozumienie Wszechświata, w którym mieszkamy. (…) Miałem szczęście pracować z niektórymi z największych astronomów naszego pokolenia, w ten czy inny sposób zgłębiających wiele aspektów niniejszej historii, poczynając od gromadzenia się galaktyk, soczewkowania grawitacyjnego czy symulacji komputerowych, a kończąc na mapowaniu struktur wielkoskalowych, inflacji i ciemnej energii. Ci niezwykle utalentowani ludzie toczyli boje i ostatecznie odnieśli zwycięstwo w walce o zrozumienie struktury wielkoskalowej Wszechświata. Czy też, jeśli wolicie, kosmicznej pajęczyny. g

© Wszelkie prawa zastrzeżone

Okładka tygodnika WPROST: 41/2018
Więcej możesz przeczytać w 41/2018 wydaniu tygodnika „Wprost”
Zamów w prenumeracie lub w wersji elektronicznej:
 0

Spis treści tygodnika Wprost nr 41/2018 (1856)

  • Czego uczy kolejny wypadek 7 paź 2018, 20:00 Ponad rok czekamy na wyjaśnienie, kto był winien wypadku z udziałem Beaty Szydło 3
  • Rusz się – na zdrowie 7 paź 2018, 20:00 Od lat wiadomo, że aktywność fizyczna zmniejsza ryzyko wystąpienia cukrzycy i chorób serca. Coraz więcej badań świadczy o tym, że jest to jeden ze sposobów, by ustrzec się przed niektórymi typami nowotworów. Jak się ruszać, by uniknąć raka? 5
  • Niedyskrecje parlamentarne 7 paź 2018, 20:00 ROBERT BIEDROŃ JEST TYLKO PREZYDENTEM SŁUPSKA, w dodatku będzie nim już niedługo, a zachowuje się jak prezydent Polski. Głównie pod tym względem, że nie odbiera telefonów od potencjalnych sojuszników i wybiera sobie dziennikarzy,... 6
  • Obraz tygodnia 7 paź 2018, 20:00 40 razy mniej od piłkarzy nożnych dostali siatkarze za udział w mistrzostwach świata. Przypomnijmy: na swoim mundialu nasi piłkarze nie dobrnęli nawet do fazy pucharowej, a siatkarze wrócili z tytułem mistrzowskim Przegrana Olfaktoria... 10
  • Jak politycy budują lęk przed szczepionkami 7 paź 2018, 20:00 W OGÓLNOPOLSKIM STOWARZYSZENIU SZERZENIA WIEDZY O SZCZEPIENIACH nastał czas pogodnego spoglądania w przyszłość. Sejm przyjął obywatelski projekt ustawy o dobrowolności szczepień do dalszych prac w komisjach celem odbycia nad nim debaty.... 11
  • Info radar 7 paź 2018, 20:00 Sikorski wycofuje się z oszczerstw Były szef MSZ Radosław Sikorski zamieścił na Twitterze wpis, w którym określił tygodnik „Wprost” mianem „kupionego za ruskie pieniądze”. Gdy dostał wezwanie do usunięcia zniesławiającego... 11
  • Trzy refleksje z San Sebastián 7 paź 2018, 20:00 Odżywa kino polityczne. Reżyserzy uważnie obserwują polityków i przenoszą na ekran wstrząsy dzisiejszej Europy. Ale też coraz wnikliwiej obserwują własne środowisko. 12
  • Uwielbiam życie 7 paź 2018, 20:00 Rozmowa z Janem Peszkiem, aktorem 15
  • Awantura o „Kler” 7 paź 2018, 20:00 lewo „MONACHOMACHIA” I. KRASICKIEGO NIE JEST WCALE PARODIĄ CZY POEMATEM HE ROIKOMICZNYM, jak się uczą dziatki w szkole, a tygodnik „Nie” J. Urbana nie jest wcale skandalizującym pismem satyrycznym – to zwykłe reportaże z życia... 16
  • Nowy układ władzy 7 paź 2018, 20:00 Po wyborach samorządowych w obozie władzy dojdzie do nowego rozdania. Kto wygra walkę o wpływy, a kto na niej straci? 18
  • Pęknięcie w klubie PiS 7 paź 2018, 20:00 Przegrane głosowanie nad kandydaturą rzecznika praw dziecka to efekt walki o wpływy na prawicy i żółta kartka dla duetu Terlecki – Mazurek, który rządzi klubem PiS. 24
  • Zakażenie 7 paź 2018, 20:00 Po kłótni o imigrantów teraz wybuchła między Rzymem i Brukselą awantura o włoski budżet. Rządząca koalicja Salviniego i Di Maio ustaliła bowiem, że przyszłoroczny włoski deficyt budżetowy wyniesie 2,4 proc. dochodu narodowego. Jak... 25
  • Jak rolnik z rolnikiem 7 paź 2018, 20:00 Minister Jan Krzysztof Ardanowski dogaduje się z polską wsią. W kuluarach mówi się, że jest pogromcą PSL. Tylko czy wspólnego języka z chłopami wystarczy na długo? 27
  • Mam nadzieję, że Tusk wróci 7 paź 2018, 20:00 Donald Tusk skumulował atuty, które pozwolą mu wystąpić w charakterze patrona całej opozycji. Bez niego ma ona dużo mniejsze szanse – mówi „Wprost” prof. Aleksander Smolar, prezes Fundacji Batorego. 32
  • Ziemiec 2010-2018 7 paź 2018, 20:00 Kiedy przyjeżdżam do Polski, zaglądam do rządowej telewizji. Zawsze to szok. Zwłaszcza że na co dzień oglądam niemiecką telewizję publiczną. Tych dwóch rzeczywistości nie da się porównać, to tak, jakby porównywać mąkę z... 37
  • Jak TO robią w PiS… a jak w Platformie 7 paź 2018, 20:00 Wyborcy PiS zaczynają współżycie blisko rok później niż wyborcy Platformy i SLD – mówi prof. Zbigniew Izdebski, seksuolog. 38
  • Ateista wśród katolików 7 paź 2018, 20:00 Nikt mu nie zabrania nie wierzyć w Boga. Z szacunku do wierzących lepiej by jednak było, gdyby się z tym nie obnosił. 44
  • Jest tu miejsce dla takich wyrzutków jak my 7 paź 2018, 20:00 Ile trzeba mieć arogancji, aby dla całego rodzaju ludzkiego kreślić wspólny mianownik? Nie da się miliardom ludzi przyczepić jednego boga, spłaszczyć ich potrzeb – o swoim stosunku do Kościoła mówi Adam Nergal Darski. 48
  • Jak grano o Chopina 7 paź 2018, 20:00 Francuska firma LTR była bliska podpisania umowy na wynajem powierzchni handlowych na Lotnisku Chopina. Za ceny 12 razy niższe niż rynkowe. „Wprost” dotarł do dokumentów w tej sprawie. 52
  • Bitwa o wyjście 7 paź 2018, 20:00 Przedsiębiorcy walczyli, by opóźnić wprowadzenie exit tax, czyli podatku od wyprowadzenia firmy za granicę. Rząd był jednak nieugięty i nowy podatek będzie obowiązywał od początku 2019 r. 56
  • Hossa Bessa 7 paź 2018, 20:00 Płacz po Wiedźminie 60 mln zł chce od spółki CD Projekt Andrzej Sapkowski. Pismo z żądaniem zapłaty pieniędzy wpłynęło do producenta gier z serii „Wiedźmin” od prawników reprezentujących pisarza. Autor sagi o wiedźminie już... 59
  • Małopolskie Orły nagrodzone 7 paź 2018, 20:00 Najlepsi przedsiębiorcy regionu odebrali nagrody na gali Orły Wprost w Krakowie. 60
  • MAM więcej na rachunki 7 paź 2018, 20:00 Każdy może realnie obniżać swoje rachunki za media. Pomogą nowoczesne narzędzia, takie jak platforma MAM. 62
  • Zaproszenie nie do odrzucenia 7 paź 2018, 20:00 Turcja i Rosja wciągają Europę do antyamerykańskiej gry na Bliskim Wschodzie. Groźba uruchomienia nowej fali migracji z Syrii okazuje się bardzo skuteczna. 65
  • Boris, ostatnia nadzieja Albionu na udany brexit 7 paź 2018, 20:00 Boris Johnson to inteligentny improwizator i świetny mówca, ale ponoć leń i kobieciarz. Torysi coraz częściej mówią, że tylko on może z sukcesem wyprowadzić Wielką Brytanię z UE. 68
  • Gigantyczna kosmiczna gąbka 7 paź 2018, 20:00 Korzystając z najnowszych odkryć, badacze Wszechświata stworzyli trójwymiarowe mapy rozkładu galaktyk, z których wyłania się struktura podobna do gąbki. 73
  • Know How 7 paź 2018, 20:00 Złamać zasady Nowa „FIFA” 19 wita nas hymnem Ligi Mistrzów oraz informacją, że możemy zagrać w finale turnieju, gdzie zmierzą się Juventus Turyn oraz Paris Saint Germain. Twarzą gry jest oczywiście Ronaldo, choć ostatnio wydawca... 75
  • Młodzi, szczupli, chorzy 7 paź 2018, 20:00 Wysoki cholesterol kojarzony jest głównie z osobami starszymi, ale często odkrywa się go u 30-latków. 76
  • Na kogo czyhają rusałki 7 paź 2018, 20:00 Ten film powstał z żalu, że nie udało się powiedzieć sobie wszystkiego – mówi Janusz dwa lata po śmierci brata Andrzeja. „Jak pies z kotem” to opowieść o dwóch Kondratiukach. 80
  • Ostatni trzask mody 7 paź 2018, 20:00 Gdy wydawało się, że DVD, winyle i kasety magnetofonowe skończą na śmietniku historii, one znalazły swoją niszę i mają się coraz lepiej. 84
  • Wydarzenie 7 paź 2018, 20:00 Ona z łukiem, ty z padem Lara Croft przeszła długą drogę, od kiedy w 1996 r. zobaczyłem ją po raz pierwszy. Z pani archeolog o ponętnych kształtach, która nie rozstawała się z dwoma pistoletami Glock, przeistoczyła się w żądną... 88
  • Film 7 paź 2018, 20:00 DRAMAT Rachunek traum „ K RWAWA NIEDZIELA”, „LOT 93” – Greengrass potrafi opowiadać o bolesnych wydarzeniach w sposób chłodny i paradokumentalny. Teraz łapie rzeczywistość na bieżąco, przenosząc na ekran zamach Andersa Breivika... 89
  • Muzyka 7 paź 2018, 20:00 ROCK Delikatny krzyk To miała być najbardziej emocjonalna płyta w karierze zespołu. Trudno się dziwić – gitarzysta formacji Piotr Grudziński umarł ponad dwa lata temu, a lider Mariusz Duda stracił ojca. Nie mamy tu jednak emocji tak... 90
  • Książka 7 paź 2018, 20:00 ESEJ Katalog przemian Jadę powolnym pocią giem. Oglą dam mój kraj. Nie widzę mojego kraju” – tak się kończy książka Anny Arno. Książka piękna i wzruszająca. Te trzy krótkie zdania, z którymi autorka zostawia czytelnika, są... 92
  • Kalejdoskop 7 paź 2018, 20:00 WYSTAWA Wymuszona bliskość 16 MKW. – MINIMUM TYLE WEDŁUG PRLOWSKICH NORMATYWÓW musiało mieć największe pomieszczenie w mieszkaniu. Niby niemało – zważywszy, że obecnie czasem całe „mikroapartamenty”, których zdjęcia są na... 93
  • Kulturalna trzynastka 7 paź 2018, 20:00 Marcin Kydryński DZIENNIKARZ, PREZENTER 1. Kulturalnie potrafię... Prowadzić samochód. Nie najgorzej idzie mi też ze sztućcami. 2. Którym bohaterem z literatury chciałbyś być i dlaczego? Dziś to raczej podmiot liryczny takiego... 94
  • Lubiewo wyklęte 7 paź 2018, 20:00 Jeśli w pisowskiej Polsce mógł wyjść za państwowe pieniądze PISF „Kler”, to zaczynam mieć nadzieję na zielone światło dla „Lubiewa”... Od kilku lat bowiem słyszę, że czasy nie po temu, PISF dotacji wielomilionowych nie... 95
  • Jak się nie wypalić 7 paź 2018, 20:00 Wypalenie zawodowe jest jak grypa. Może dopaść każdego, choć nie każdy tak samo ostro je przechodzi. Jak się przed nim bronić? 96
  • Zrób sobie… Kukiza 7 paź 2018, 20:00 Mamy dość genderowych wymoczków i tęczowej zbieraniny ze Zbawixa. Dajcie nam tu normalnego, zdrowego, polskiego chłopa z jajami! 98

ZKDP - Nakład kontrolowany