Visuma fraktālis
Publicēts: 25.06.2008
No subatomiskajām daļiņām līdz pat galaktiku superkopām dabā pastāv hierarhiska un organizēta struktūra. Ne viens vien zinātnieks ir pamanījis formu atkārtošanos dažādos līmeņos. Vai tiešām dabai un visumam piemīt fraktāļu tipa struktūra?
Domājot par fraktāļiem, kuru struktūras atkārtojas un bezgalīgi izvēršas jebkurā virzienā, nāk prātā Viljama Bleika dzejolis:
"Saskatīt pasauli smilšu graudā,
Debesis pļavas ziedā.
Turēt bezgalību savā plaukstā
Un mūžības elpu sajust stundā."
Jaunākie visuma pētījumi, kuros aplūkotas aptuveni miljons galaktikas, liek domāt, ka visums ir viens liels fraktālis. Patlaban gan nav izvirzīta neviena teorija, kas izskaidrotu kādēļ visums ir tā izveidojies.
Kosmologi jau izsenis mēģina izprast visuma vēsturi. Kā gan ir izkārtojusies matērija šajos zināmajos 14 miljards gados gravitācijas un visuma izplešanās ietekmē? Ja debesīs ir kāds raksts, tas noteikti palīdzēs izprast visuma noslēpumus. Matērijas izkārtojums ir nebeidzamu debašu iemesls, sadalot kosmoslogus divās lielās nometnēs - vienmērīgas un homogēnas matērijas izkārtojuma piekritējos un tajos, kas aizstāv fraktāļa tipa struktūru.
Gandrīz vai visi fiziķi piekrīt, ka salīdiznoši mazos mērogos vērojamas fraktāļiem raksturīgas pazīmes. Simtiem miljardiem zvaigžņu veido galaktikas, galaktikas apvienojas kopās, kopas savukārt izveido superkopas. Kas gan notiek lielākos apmēros? Lielākā daļa fiziķu uzskata, ka fraktāļu tipa struktūra beidz pastāvēt un matērijas izkārtojums kļūst viendabīgs.
Neliela fiziķu grupiņa, kuru vada Frančesko Silos Labīnī no Enriko Fermī centra Romā un Lučiāno Pjetronero no Romas universitātes, uzskata, ka dati liecina par pretējo - visums ir strukturēts pēc fraktāļu tipa cik tālu vien iespējams palūkoties ar mūsdienu teleskopiem.
Visideālākie dati galaktiku pētīšanai atrodami projektā SDSS jeb Sloana digitālā debesu apskate, kura rezultātā top visuma 3 dimensiju karte. Kad tā būs pabeigta, tajā varēs aplūkot aptuveni miljons galaktiku un kvazāru.
Kad 2004. gadā tika publicēti SDSS dati, ASV fiziķi Deivids Hogs un Daniēls Eizenšteins izpētīja aptuveni 55 000 spožas sarkanās galaktikas un secināja, ka fraktāļa tipa izkārtojums ir "izlīdzinājies" attālumos, kas pārsniedz 200 miljonus gaismas gadu.
Silos Labīnī un Pjetronero nebija pārliecināti par šā apgalvojuma pareizību. Viņi uzskatīja, ka šī "izlīdzināšanās" ir statistikas kļūda, kuru varētu atrisināt ar daudz lielāka mēroga kartes palīdzību.
Patlaban SDSS projekta ietvaros ir notikuši jau seši datu izlaidumi, kuros atrodamas vairāk kā 800 000 galaktikas un 100 000 kvazāri.
Silos Labīnī un Pjetronero kopā ar Pēterburgas universitātes zinātniekiem Nikolaju Vasiljevu un Juriju Barjuševu ir pārliecināti, ka jaunie dati liecina, ka fraktāļu tipa visuma izkārtojums labi redzams attālumā, kas nepārsniedz 100 miljonus gaismas gadus. Ja arī visums kādā brīdī kļūstot viendabīgs, tas noteikti neesot tuvāk par 300 miljoniem gaismas gadu lielu attālumu. Pat tik milzīgā attālumā ir novērojama matērijas strukturizēšanās kopās un "tukšumos". Lielākā daļa kosmologu tomēr uzskata, ka šāda veida struktūras nav nozīmīgākas par nelieliem viļņiem okeānā.
Fraktāļu modelis ir pretrunā pieņemtajai Lielā sprādziena teorijai, saskaņā ar kuru visumā nav bijis pietiekami daudz laika, lai 14 miljardos gadu būtu izveidojušās tik milzīgas struktūras. Homogēna visuma modelis ir daudz vienkāršāks un pakļaujas Einšteina vispārējās relativitātes teorijai.
Kosmologi uzskata, ka viendabīga visuma teoriju apstiprina arī kosmisko mikroviļņu fona viendabīgums, kas ir antīks starojums no visuma bērnības laikiem. Šis starojums liecina, ka agrīnais universs ir bijis ļoti viendabīgs.
"Viendabīga visuma aina labi darbojas ar lieliem objektiem lielos mērogos - kosmiskā fona starojums, rentgenstari un radio galaktikas," paskaidroja Nīls Turoks, fiziķis no Kembridžas universitātes Lielbritānijā. "Ja optiskie novērojumi nesaskan ar homogēna visuma teoriju, iespējams ir kādi citi iemesli, necenšoties pārvērst visumu par fraktāli."
Daļa zinātnieku uzskata, ka kosmiskā fona starojuma interpretācija nav pareiza, jo 3 dimensiju struktūra tiek projicēta uz 2 dimensiju plaknes. Iespējams tieši šī transformācija rada homogēnas uzbūves ilūziju. Tas pats sakāms par rentgenstaru fonu, kas 2 dimensiju attēlā izskatās viendabīgs. Kā izrādās arī radio galaktikas nav korekts atskaites punkts, jo ir grūti noteikt to atrašanās vietu 3 dimensiju kartē.
Kas gan tad rada šo fraktāļa tipa izkārtojuma ainu, kas it kā vērojama SDSS projekta datos? Adrians Melots no Kanzasas universitātes uzskata, ka tā ir tikai optiska ilūzija jeb tā saucamais buļļa acs efekts.
Silos Labīnī komanda tomēr pastāv uz to, ka konkrētā optiskā ilūzija darbojas nelielos attālumos, kas nepārsniedz 16 miljonus gaismas gadus, un nav piemērojama lieliem attālumiem.
Turpmākie pētījumi iespējams palīdzēs noskaidrot vai kosmologu uzskati tiks apgriezti ar kājām gaisā un viņiem nāksies pārskatīt visas teorijas par visuma uzbūvi un attīstību.
New Scientist
Komentāri
dzimmijs13 tieši 4.07.2008 domāja šādi:
Vai varētu lūdzu tuvāk paskaidrot jādzienu - radio galaktikas?
Bet teorija, ka visums veido fraktāli, principā sasaucas ar senseno budisma tēzi - kas augšā, tas apakšā, un mazais ataino lielo un otrādi. Vienīgi faktāļu tipa struktūra drīzāk asocējas saistībā ar citām tādām struktūrām, un tad jājautā cik grandiozas būtu šādas struktūras, ja jau 800 000 galaktikas iztēloties pakāpeniski pieaugošā lieluma progresijā ir absolūti šokējoši.
veltasmolova@inbox.lv tieši 7.04.2010 domāja šādi:
ne