Θεωρίες φυσικής Κοσμολογία

Νέα έρευνα δείχνει ότι το σύμπαν μπορεί να είναι μια κλειστή σφαίρα και όχι επίπεδο

Written by Δ.Μ.

Οι περισσότεροι άνθρωποι σκέφτονται τον χώρο ως ένα επίπεδο φύλλο: Ταξιδεύετε προς μία κατεύθυνση και καταλήγετε πολύ μακριά από το σημείο εκκίνησης. Αλλά μια νέα δημοσίευση υποδηλώνει ότι το σύμπαν μπορεί στην πραγματικότητα να είναι σφαιρικό: Αν ταξιδέψετε αρκετά προς την ίδια κατεύθυνση, καταλήγετε πάλι από εκεί που ξεκινήσατε.

Share

Οι περισσότεροι άνθρωποι σκέφτονται τον χώρο ως ένα επίπεδο φύλλο: Ταξιδεύετε προς μία κατεύθυνση και καταλήγετε πολύ μακριά από το σημείο εκκίνησης. Αλλά μια νέα δημοσίευση υποδηλώνει ότι το σύμπαν μπορεί στην πραγματικότητα να είναι σφαιρικό: Αν ταξιδέψετε αρκετά προς την ίδια κατεύθυνση, καταλήγετε πάλι από εκεί που ξεκινήσατε.

whatshapeistuniverseΓεωμετρία του σύμπαντος, με εικόνες του κοσμικού μικροκυματικού φόντου (CMB) και απεικονίσεις των πιθανών σχημάτων του σύμπαντος που ακολουθεί.

Με βάση τη θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν, ο χώρος μπορεί να καμπυλωθεί σε διαφορετικά σχήματα, έτσι οι επιστήμονες υποθέτουν ότι το σύμπαν πρέπει να είναι είτε ανοικτό, ή επίπεδο ή κλειστό. Το επίπεδο είναι το ευκολότερο σχήμα για να κατανοήσουμε: είναι το πώς βιώνουμε τον χώρο στην καθημερινότητά μας, σαν ένα επίπεδο στο οποίο μια δέσμη φωτός θα επεκταθεί στο άπειρο. Ένα ανοιχτό σύμπαν θα ήταν σε σχήμα σέλας, με μια δέσμη φωτός να κάμπτεται κατά μήκος της καμπυλότητας. Και ένα κλειστό σύμπαν θα ήταν μια σφαίρα, με μια δέσμη φωτός τελικά να επανα-κυκλοφορεί γύρω της για να συναντήσει το αρχικό σημείο της.

Πρέπει να αναφερθεί ότι κανένα από αυτά δεν αντιμετωπίζει πρόβλημα με το γεγονός ότι το σύμπαν επεκτείνεται. Η κοσμική επέκταση σημαίνει ότι τα σημεία στο διάστημα εξαπλώνονται με τον χρόνο. Το σχήμα του σύμπαντος ασχολείται με το σχήμα του χώρου. Ένα σφαιρικό μπαλόνι μπορεί να επεκταθεί καθώς είναι φουσκωμένο, ακριβώς όπως ένα επίπεδο λαστιχένιο φύλλο μπορεί να τεντωθεί και να παραμείνει επίπεδο. Έτσι, το επεκτεινόμενο μας σύμπαν θα μπορούσε να είναι επίπεδο, ανοιχτό ή κλειστό.

Δεδομένου ότι η καμπυλότητα του χώρου επηρεάζεται από την παρουσία της μάζας, η συνολική μορφή του σύμπαντος εξαρτάται από τη μέση πυκνότητα της ύλης μέσα σε αυτήν. Στη γενική σχετικότητα η τιμή αυτή δίνεται από την παράμετρο πυκνότητας Ω, η οποία είναι ο λόγος της παρατηρούμενης πυκνότητας προς την “κρίσιμη πυκνότητα” που απαιτείται για να είναι επίπεδο. Αν η παράμετρος πυκνότητας Ω είναι 1, τότε το σύμπαν είναι επίπεδο. Αν είναι μεγαλύτερη από 1 είναι κλειστό και είναι ανοιχτό αν η παράμετρος πυκνότητας είναι μικρότερη από 1. Οι μετρήσεις της κοσμικής πυκνότητας δίνουν σταθερά μια τιμή 1. Στα όρια της παρατήρησης το σύμπαν είναι επίπεδο.

Αλλά υπάρχει ένας άλλος τρόπος για να μετρήσετε το σχήμα του Κόσμου, και αυτό είναι να εξετάσουμε το εμφανές μέγεθος των πολύ απομακρυσμένων αντικειμένων. Σε ένα επίπεδο σύμπαν, οι παράλληλες γραμμές παραμένουν παράλληλες, έτσι το φως που προέρχεται από τις δύο πλευρές ενός μακρινού γαλαξία, φτάνει σε μας ως παράλληλες ευθείες γραμμές. Έτσι ο γαλαξίας εμφανίζεται με το πραγματικό του μέγεθος. Εάν όμως το σύμπαν είναι ανοιχτό, οι παράλληλες γραμμές αποκλίνουν με την απόσταση. Έτσι ο γαλαξίας θα φαίνεται μικρότερος από ότι είναι. Εάν το σύμπαν είναι κλειστό, συμβαίνει το αντίθετο, ο γαλαξίας θα φανεί μεγαλύτερος από ότι είναι.

Για να μάθουμε ποιο σχήμα έχει το σύμπαν μας, οι επιστήμονες μπορούν να παρατηρήσουν καλά το Κοσμικό Μικροκυματικό Υπόβαθρο (CMB). Αυτή είναι η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία που παραμένει από τη Μεγάλη Έκρηξη, ενώ  ονομάζεται επίσης “ακτινοβολία λείψανο”. Γεμίζει όλο τον χώρο και μπορεί να ανιχνευθεί με ένα αρκετά ισχυρό ραδιοτηλεσκόπιο.

Στη νέα δημοσίευση, οι επιστήμονες μετρούσαν τις διακυμάνσεις στο CMB χρησιμοποιώντας δεδομένα από το διαστημικό παρατηρητήριο Planck της Ευρωπαϊκής Υπηρεσίας Διαστήματος. Γνωρίζουμε ότι αυτές οι διακυμάνσεις σχετίζονται με την ποσότητα της σκοτεινής ύλης και της σκοτεινής ενέργειας στο σύμπαν. Και παρόλο που δεν μπορούμε ακόμα να ανιχνεύσουμε την σκοτεινή ύλη ή τη σκοτεινή ενέργεια, γνωρίζουμε περίπου την ποσότητα που υπάρχει από το καθένα. Έτσι, όταν οι ερευνητές βρήκαν πιο ισχυρές διακυμάνσεις της CMB από το αναμενόμενο, ήξεραν ότι είχαν μια ένδειξη για το σχήμα του σύμπαντος, ότι ήταν σφαιρικό κατά 99% .

Το τηλεσκόπιο Planck μετράει την πυκνότητα του σύμπαντος μετρώντας πόσο το φως της CMB έχει εκτραπεί “βαρυτική”, περνώντας μέσα από το σύμπαν τα τελευταία 13,8 δισεκατομμύρια χρόνια. Όσο περισσότερα θέματα αυτά τα φωτόνια CMB συναντούν στο ταξίδι τους προς τη Γη, τόσο πιο ευκίνητοι παίρνουν, έτσι ώστε η κατεύθυνσή τους να μην αντανακλά πια το αρχικό τους σημείο στο πρώιμο σύμπαν. Αυτό εμφανίζεται στα δεδομένα ως φαινόμενο θολώματος, που εξομαλύνει ορισμένες κορυφές και βυθίσεις στο χωρικό μοτίβο του φωτός. Σύμφωνα με τη νέα ανάλυση, η μεγάλη ποσότητα φακών του CMB υποδηλώνει ότι το σύμπαν μπορεί να είναι πυκνότερο από 5% πυκνότερο από την κρίσιμη πυκνότητα, με μέσο όρο περίπου έξι άτομα υδρογόνου ανά κυβικό μέτρο αντί για 5,7, έτσι ώστε η βαρύτητα να κερδίσει και ο κόσμος να κλείνει από μόνο του.

Η πιο προφανής εξήγηση για αυτά τα ευρήματα είναι ότι το σύμπαν είναι κλειστό, όχι επίπεδο, όπως είχαν σκεφτεί προηγουμένως. Αυτό ήταν τόσο δραματικό εύρημα, που οι ερευνητές το θεώρησαν σαν μια «κρίση για την κοσμολογία». Ωστόσο, υπάρχουν επιπλοκές που σημαίνουν ότι δεν μπορούμε να είμαστε σίγουροι εάν το σύμπαν είναι σίγουρα κλειστό. Για παράδειγμα, το σύμπαν συνεχώς επεκτείνεται, αλλά οι ερευνητές διαφωνούν για το πόσο γρήγορα συμβαίνει αυτό, καθιστώντας πιο δύσκολο να προβλέψουμε την καμπυλότητα του σύμπαντος. Υπάρχουν επίσης και άλλες αναλύσεις των δεδομένων του Planck που υποστηρίζουν έντονα την ιδέα ενός επίπεδου σύμπαντος.

Προς το παρόν, το σχήμα του σύμπαντος παραμένει ένα ανοιχτό ερώτημα. Η έρευνα δημοσιεύεται στο περιοδικό Nature Astronomy .

Πηγή

About the author

Δ.Μ.

Share