মহাবিশ্বকে কি সমতল বলে বিবেচনা করা হয়?

Question

আমি বিভিন্ন নিবন্ধ এবং বই পড়েছি (যেমন এটি ) উল্লেখ করে যে আমরা মহাবিশ্বের জ্যামিতি সম্পর্কে নিশ্চিত নই, তবে সেখানে চলছে বা পরিকল্পনা করা হয়েছে যা আমাদের খুঁজে পেতে সহায়তা করবে।

যদিও সম্প্রতি, আমি মহাজাত্ত্বিক লরেন্স ক্রাউসের একটি বক্তৃতা দেখেছি যেখানে তিনি স্পষ্টতই দৃ as়ভাবে মনে করছেন যে এই মহাবিশ্বটি বোমারঞ্জ পরীক্ষার দ্বারা সমতল হিসাবে প্রমাণিত হয়েছে । এখানে আলাপটির প্রাসঙ্গিক অংশ ।

আমি চারপাশে দেখেছি এবং এখনও রয়েছে এমন নিবন্ধ রয়েছে যে আমরা এখনও এই প্রশ্নের মতো এই প্রশ্নের উত্তর জানি না ।

সুতরাং, আমার প্রশ্ন দ্বিগুণ:

1. আমি কি ধারণার মিশ্রণ করছি এবং বিভিন্ন বিষয়ে কথা বলছি?
2. তা না হলে এই প্রমাণটি কি কোনও কারণে বহুলভাবে গ্রহণযোগ্য নয়? কি কারণ হবে?

Comments

সংক্ষিপ্ত উত্তরটি হ'ল মহাবিশ্বটি ফ্ল্যাট হওয়ার ত্রুটি বারের মধ্যে থাকত, এবং এটি এখনও সমতল হওয়ার ত্রুটি বারের মধ্যে রয়েছে, তবে ত্রুটি বারগুলি অনেক ছোট হয়ে গেছে। লোকেরা যখন "সমতল," "ফ্ল্যাট হিসাবে প্রমাণিত হয়" ইত্যাদি বলে, তখন তারা "ত্রুটি বারের মধ্যে" বাছাই করে কোয়ালিফায়ারটিকে বাদ দিয়ে ভাষার সাথে ঝাপটে হয়ে যাচ্ছে।

— বেন ক্রোয়েল

সমতল মহাবিশ্বের কৌশলটি হ'ল আমরা কখনই এটিকে ফ্ল্যাট হিসাবে পরিমাপ করতে পারি না। এটি সম্পর্কে চিন্তা করুন - মহাবিশ্বটি যদি উল্লেখযোগ্যভাবে গোলক হয় তবে আমরা অনিশ্চিত পরিমাপের পরেও এটি গোলাকৃতির হওয়ার বিষয়ে আত্মবিশ্বাসী হতে পারি (উদাহরণস্বরূপ, 1.5 v 0.1 এর বক্রতা এখনও "ইয়ুপ, গোলাকার" এর অর্থ হবে)। তবে এটি সমতল হওয়ার জন্য আপনার অনন্তকালীন নির্ভুল পরিমাপ হওয়া দরকার - যে কোনও "ত্রুটি বারগুলি" 1 এর পরিমাপটিকে "সম্ভবত একটি ক্ষুদ্র বিট হাইপারবোলিক, সম্ভবত সমতল, একটি ছোট বিট গোলাকার" রূপান্তরিত করে। আমরা সবচেয়ে ভাল বলতে পারি "এটি কমপক্ষে এই ফ্ল্যাট"।

— লুয়ান

Answer 1

আমি মনে করি যে আপনি বিরোধী উত্সগুলির সাথে ভুগছেন তার কারণ হ'ল আপনি নতুন এবং পুরানো উভয়ই পুরানো তথ্যের টুকরো টুকরো মিশ্রিত করছেন। প্রথমত, আপনি উদ্ধৃত বইটি 2001 সালে প্রকাশিত হয়েছিল - 15 বছর আগে - এবং আপনি যে নিবন্ধটি উদ্ধৃত করেছিলেন তা 1999 - 17 বছর আগে প্রকাশিত হয়েছিল। আমাদের মহাবিশ্বের সুনির্দিষ্ট বিষয়বস্তু, আকৃতি, আকার ইত্যাদির সত্যিকার অর্থেই পেরেক দেওয়ার প্রয়াসে প্রায়শই "নির্ভুল মহাজাগতিক" শব্দটির অধীনে গত 15 বছরে প্রচুর কাজ হয়েছে । 2000 এর দশকের গোড়ার দিকে আমরা প্রায় সমস্ত কিছুর পিছনে বিজ্ঞানটি জানতাম (আমরা ডার্ক ম্যাটার, ডার্ক এনার্জি সম্পর্কে জানতাম, বিগ ব্যাং ইত্যাদির উপর তাত্পর্যপূর্ণ উন্নত তত্ত্ব তৈরি করেছিলাম) তবে আমাদের যা ছিল তা ছিল না, ভাল, দৃ ,়, বিশ্বাসযোগ্য সংখ্যা ছিল এই তত্ত্বগুলিতে রাখার জন্য, কেন আপনার উত্সগুলিতে মহাবিশ্বের স্থূলতা এখনও প্রতিদ্বন্দ্বিত হয়েছিল তা ব্যাখ্যা করে।

আমি আপনাকে দু'টি অবিশ্বাস্যভাবে গুরুত্বপূর্ণ পর্যবেক্ষণ কেন্দ্রগুলিতে পরিচালিত করব যা "ভাল সংখ্যা" থাকার আমাদের লক্ষ্য অর্জনে সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ হয়ে উঠেছে। প্রথমটি উইলকিনসন মাইক্রোওয়েভ অ্যানিস্ট্রোপি প্রোব (ডাব্লুএমএএপি) , ২০০১ সালে চালু হয়েছিল এবং দ্বিতীয়টি প্ল্যাঙ্ক স্যাটেলাইট যা ২০০৯ সালে চালু হয়েছিল। উভয় মিশনটি কসমিক মাইক্রোওয়েভ ব্যাকগ্রাউন্ডে (সিএমবি) বিকিরণে আন্তরিকভাবে তাকানোর জন্য তৈরি করা হয়েছিল এবং এটি সমাধানের চেষ্টা করেছিল এটি থেকে gleaned করা যেতে পারে, যা তথ্য ট্রেজার ট্রভ। এই শিরাতে, আপনি কসমিক ব্যাকগ্রাউন্ড এক্সপ্লোরার (COBE) এর উপরেও আসতে পারেন1988 সালে চালু হয়েছিল। যে কারণে আমি বেশিরভাগ ডাব্লুএমএএপ এবং প্ল্যাঙ্ক আমাদের যা বলেছে তার উপর ফোকাস করব।

$\Omega_b$$\Omega_d$$\Omega_\Lambda$$\Omega_0$$\Omega_0 < 1$$\Omega_0 = 1$$\Omega_0 > 1$$\Omega_0 = 1.000 \pm 0.049$ (someone can check my math) which is very close to one, indicating a flat universe. As far as I know, WMAP was the first instrument to give a truly precise measurement of $\Omega_0$, allowing us to say definitively that our universe appears flat. As you say, the BOOMERanG experiment also provided good evidence for this, but I don't think the results were nearly as powerful as WMAP's was.

The other important satellite here is Planck. Launched in 2009, this satellite has provided us with the best high precision measurements of the CMB to-date. I'll let you dig through their results in their paper, but the punchline is that they measure the flatness of our universe to be $\Omega_0 = 0.9986 \pm 0.0314$ (calculated from this result table), again extremely close to one.

In conclusion, recent results (within the past 15 years) allow us to definitively state that our Universe appears flat. I don't think, at this time, anyone contests that or believes it is still uncertain. As it usually goes with science, answering one question has only resulted in more questions. Now that we know $\Omega_0 \simeq 1$, we have to ask why is it one? Current theory suggests it shouldn't be - that it should be either enormously small or enormously large. This is known as the Flatness Problem. That in turn delves into the Anthropic Principle as an attempted answer, but then, I'm getting out of the scope of this question.

Comments

This answer contains a lot of good information, but a couple of things aren't quite right. In conclusion, recent results (within the past 15 years) allow us to definitively state that our Universe appears flat. Being within error bars of flatness doesn't mean that it is flat. This is known as the Flatness Problem. That in turn delves into the Anthropic Principle as an attempted answer,[...] The most popular/promising solution to the flatness problem isn't the anthropic principle, it's inflation. (And inflation is a testable scientific theory, whereas the anthropic principle isn't.)

— Ben Crowell

Thank you for being careful with stating claims. The paradoxical phrasing of "... allow us to definitely state that our Universe appears flat" makes me smile =)

— Cort Ammon - Reinstate Monica

@BenCrowell I wasn't trying to state that the anthropic principle is the correct, or even the most viable answer, just simply pointing out an interesting response to the problem. (And really, the anthropic principle is applicable whether the answer is inflation or not - if the universe didn't turn out as it did, we wouldn't be here to observe it. Thankfully, inflation allowed for it to evolve as it did such that we'd be here to observe its present state).

— zephyr

I would say that the experiments convincingly show that the universe can not be very far from flat. But they still leave it an open question whether it's exactly flat, and if not, which side it falls on. Much as before, only with a smaller window :)

— hobbs

Answer 2

The basic assumptions of the cosmological principle mean that space can only have constant scalar curvature. This can be positive, negative or zero and a flat Universe is one where the curvature is zero.

The curvature of space is something that can be measured and the current value is known to be close to zero, not just from BOOMERanG, but from subsequent observations. Vanilla FLRW cosmology has difficulty explaining this and it is known as the flatness problem. However the conventional view is that cosmic inflation does a very neat job in solving this problem.

However a truly flat Universe must have a spatial curvature of exactly zero on a large scale, so to truly determine if the Universe is flat, even using a number of reasonable assumptions requires an exact measurement, which is impossible. So observation can never rule out the possibility that the Universe might have a very small positive or negative curvature.

In addition, if you slightly relax the cosmological principle from its strictest interpretation, the scalar curvature does not completely determine the topology of the Universe, opening the door to so-called exotic topologies. For example a flat Universe could have a toroidal topology and be compact (of finite spatial volume).

Answer 3

You ask "Am I mixing concepts and talking about different things?" I have no way of knowing whether you are or are not, but the title of your post and the first sentence are somewhat at odds. Your question "Is the Universe considered to be flat?" concerns curvature, which, by itself, does not completely determine geometry, while the statement "we are not certain about the geometry of the universe, but there were experiments on-going or planned that would help us find out" may be talking about something more general.

The first of your links is to Jeffrey Weeks' book The Shape of Space, which focuses a lot of attention on the topology of space. Table 19.1 on page 186 lists some possible topologies for the cases of positively curved, flat, and negatively curved space. The same page contains the surprising statement "When the first edition of this book appeared in 1985, many cosmologists were completely unaware of closed manifolds with flat or hyperbolic geometry." I am curious about whether that is a fair characterization.

On the preceding page of that book (page 185), the evidence, as of 2001, for a flat geometry is briefly outlined. In particular, there is the statement that "New data (coming from studies of distant supernovas and the cosmic microwave background radiation) make a strong case that the visible universe is not hyperbolic, but flat." The same page contains the question "Is the universe closed or open? In other words, is space finite or infinite?" and the answer "Put briefly, we don't know." The last two chapters of the book discuss "Cosmic crystallography" and "Circles in the sky", two proposed observational approaches to the topology of the universe.

Apparently work in the topology of the universe continues to be active. Scholarpedia contains a recent review.

Answer 4

Yes, it's considered to be spatially flat on the largest scales we can observe, but we must remember that scientific measurements come with uncertainties, and our models can be replaced by better ones. At the present time, we have observations that say the universe is spatially flat to within a high degree of accuracy, but there is still some wiggle room there for it to be slightly curved that we cannot rule out. Also, we can only observe the part of the universe we can see, we cannot know that the rest of the universe has the same curvature as our portion does. We have a theoretical understanding that it would be very difficult for the universe to be close to flat, without being extremely close to flat, so we expect it is extremely close to flat. But theories can be replaced and usually are, and even if the theoretical expectation continues to pass tests way into the future, we still can never know the universe is exactly flat.

But the bottom line is, we have both very good observations, and a good theory (the theory of inflation, and the fact that flatness is unstable with age under general relativity), that agree the universe on the largest scales we can observe is very close to spatially flat. Hence, we can create a model in which is it is flat, and use that model successfully. That's all you ever get in science.

Comments

Comments are not for extended discussion; this conversation has been moved to chat.

— called2voyage

Answer 5

Just to add to @zephyr 's answer, LISA fired 3 lasers in space to form a triangle in order to measure the flatness of space: if the sum of the 3 angles exactly equals 180 degrees, then the space is flat; deviation from 180 degrees tells you how much the space is curved and the orientation of the curvature. But if the size of the space is too small, then the angles will sum to exactly 180 degrees; this is like looking at the surface of the Earth and thinking it looks flat when it is actually round. LISA measured exactly 180 degrees, so either space is actually flat or we can constrain the curvature of space on larger scales with error-bars.

EDIT: It was LISA, not WMAP, that did the laser experiment. Thanks to @zephyr for the correction.

Comments

Do you have citations for this? I've never heard of this experiment and am disinclined to believe it. For one thing, such an experiment would only measure a local curvature, not a universal curvature. For another, what was this laser triangle reflected off of such that WMAP could actually measure something?

— zephyr

source 1 and source 2

— MPath

Neither of those sources supports your claim or mentions that WMAP "fired 3 lasers into space to form a triangle". I think you may be confused as to what the actual, physical measurements were and how information was derived from them.

— zephyr

@zephyr That described the general concept of the experiment. Michio Kaku talked about it an interview and also wrote about it his book Physics of the Future. I googled to find an excerpt. Instead, I found that this link to Google Books worked for me; the page number is not shown in the book but the link takes you to the right page.

— MPath

LISA is scheduled to launch in 2034. Its purpose will be to measure gravitational waves.

— Will Orrick