Η ακτινοβολία από το Big Bang υπονοεί ένα Σύμπαν σε σχήμα χοάνης

Από την ιστοσελίδα του NewScientist, 15 Απριλίου 2004

Θα μπορούσε άραγε το Σύμπαν να έχει σχήμα σαν το μεσαιωνικό κέρατο ή σαν μια χοάνη; Μπορεί να ακούγεται σαν υπερρεαλιστικό, αλλά σύμφωνα με τον Frank Steiner του Πανεπιστημίου της πόλης Ulm στη Γερμανία, οι πρόσφατες παρατηρήσεις υπαινίσσονται ότι το σύμπαν διαστέλλεται προς ένα σχήμα που μοιάζει με μια μακριά χοάνη, με έναν στενό λαιμό στο ένα άκρο και ένα φλεγόμενο το άλλο άκρο. Αυτό το σχήμα δείχνει ότι το διάστημα είναι πεπερασμένο και περιτυλίγεται με έναν ασυνήθιστο τρόπο.

Η υιοθέτηση ενός τέτοιου προφανώς εξωτικού μοντέλου θα μπορούσε να εξηγήσει δύο μυστήριες παρατηρήσεις. Η πρώτη είναι το μοντέλο - σχήμα των καυτών και ψυχρών σημείων στην Μικροκυματική Κοσμική Ακτινοβολία Υποβάθρου (CMBR), το οποίο δείχνει το Σύμπαν όπως ακριβώς ήταν 380.000 χρόνια μετά από τη Μεγάλη Έκρηξη.

Αυτή η μορφή της CMBR σχεδιάστηκε λεπτομερώς το 2003 από το διαστημικό σκάφος Wilkinson MAP της NASA. Το WMAP διαπίστωσε ότι το μοντέλο αυτό εξασθενίζει στις μεγαλύτερες κλίμακες: δεν υπάρχει καμία καθαρή καυτή ή ψυχρή φυσαλίδα σε περιοχή διαμέτρου περίπου 60 μοίρες.

Ο Steiner και η ομάδα του (Ralf Aurich, Sven Lustig, Holger Then) ισχυρίζονται ότι ένα πεπερασμένο, σε σχήμα χοάνης Σύμπαν ταιριάζει με αυτήν την παρατήρηση. Απλά δεν έχει χώρο για να κρατήσει τις πολύ μεγάλες σταγόνες.

Ό τωρινός όγκος του σύμπαντος, σύμφωνα με το μοντέλο τους, είναι σχεδόν 10³² κυβικά έτη φωτός. Στο πολύ απώτατο παρελθόν, όταν ο Κόσμος ήταν ηλικίας μόνο 380.000 ετών, το μέγεθος αυτό θα ήταν κλάσμα αυτού του μεγέθους, πολύ μικρό για να επιτρέψει μεγάλες διακυμάνσεις.

Απείρως μακρύ

Στο μοντέλο αυτό, που λέγεται τοπολογία Picard, το Σύμπαν καμπυλώνεται με έναν παράξενο τρόπο. Το ένα άκρο είναι απείρως μακρύ -που δεν μπορεί να παρατηρηθεί- αλλά τόσο στενό που έχει έναν πεπερασμένο όγκο. Στο άλλο άκρο, η χοάνη φλέγεται, αλλά όχι για πάντα - εάν θα μπορούσατε να πετάξετε προς το φλεγόμενο άκρο με ένα  διαστημόπλοιο, σε μερικά σημεία θα βρισκόσαστε πίσω από την άλλη πλευρά του κέρατου (δείτε και το σχήμα του σύμπαντος σύμφωνα με την τοπολογία Picard).

Αυτά τα μοντέλα του σύμπαντος - σαν χοάνη - προτάθηκαν στη δεκαετία του '90 για να ταιριάζουν με μια παρόμοια ανωμαλία που φάνηκε και από το δορυφόρο COBE, αλλά η ομάδα του Steiner είναι η πρώτη που δείχνει ότι αυτή η ιδέα ταιριάζει και με τα στοιχεία του WMAP. Το 2003, μια άλλη ομάδα ισχυρίστηκε ότι ο Κόσμος είναι πεπερασμένος και σε σχήμα δωδεκάεδρου (Είναι ο Κόσμος ένα δωδεκάεδρο; 8 Οκτωβρίου 2003).

Στο μοντέλο εκείνης της ομάδας, ο χώρος είχε ένα σχήμα σαν μια μπάλα ποδοσφαίρου. Αλλά το μοντέλο είχε πρόβλημα. Θα πρέπει να έχει αφήσει ένα καθαρό σημάδι - σαν υπογραφή - στο μικροκυματικό υπόβαθρο στον ουρανό - ένα σύνολο κύκλων που καθρεφτίζει το ένα στο άλλο - αλλά αυτοί οι κύκλοι δεν φαίνονται να βρίσκονται εκεί.

Το Σύμπαν σαν χοάνη είναι δυσκολότερο να οριστεί καθαρά. Θα μπορούσε να ταιριάξει με τους κύκλους, αλλά το μοντέλο εξαρτάται από ποιο μέρος της χοάνης είμαστε.

"Η έρευνα που δημοσιεύσαμε πιθανώς δεν αποκλείει την τοπολογία Picard", λέει ο Neil Cornish του Πολιτειακού Πανεπιστημίου της Μοντάνα στο Bozeman.

Μικρές ελλείψεις

Τούτη η ιδέα έχει ένα άλλο πλεονέκτημα. Στο επίπεδο διάστημα της συμβατικής κοσμολογίας, οι μικρότερες φυσαλίδες στους χάρτες των μικροκυμάτων του ουρανού οφείλουν να είναι στρογγυλές. Αλλά δεν είναι.

"Εάν παρατηρήσετε σε μικρές δομές, μοιάζουν με μικρές ελλείψεις", λέει ο Steiner. Η καμπύλη του σύμπαντος-κέρατου θα μπορούσε να είναι αρκετά σωστή για να το εξηγήσει. Εάν παρατηρήσετε σε οποιοδήποτε μικρό κομμάτι του κέρατου, μοιάζει σαν το σχήμα μιας σέλας.

Σε αυτό το σχήμα, που λέμε ότι έχει μια "αρνητική καμπυλότητα", το διάστημα θα ενεργούσε όπως ένας στρεβλωτικός φακός, διαστρεβλώνοντας έτσι την εικόνα των στρογγυλών αρχέγονων φυσαλίδων με έναν τρόπο που τις κάνει να φαίνονται ελλειπτικές σε μας.

Οι μαθηματικοί μπορούν να κατασκευάσουν έναν άπειρο αριθμό διαφορετικών ειδών χώρου με αρνητική καμπυλότητα, και οι περισσότεροι από αυτούς έχουν ένα ή περισσότερα κέρατα. Μάλιστα πολλοί από αυτούς τους χώρους μπορούν να ταιριάξουν με τα στοιχεία των δορυφόρων, αλλά η τοπολογία Picard είναι από τα πιο απλά σχήματα για το διάστημα.

Αυτό το μοντέλο, λένε οι επιστήμονες, θα έκανε να εγκαταλειφθεί η "κοσμολογική αρχή", μια ιδέα ότι όλα τα τμήματα του σύμπαντος είναι κατά προσέγγιση τα ίδια.

Στο ένα πολύ μακρινό σημείο, εσείς θα είσαστε σε θέση να δείτε την πλάτη της κεφαλής σας. Θα ήταν ένας ενδιαφέρον τόπος για εξερεύνηση - αλλά θα είμαστε πιθανώς πολύ μακριά από το στενό άκρο της χοάνης για να το εξετάσουμε με τα τηλεσκόπια.

Εντούτοις, και οι δύο κρίσιμες παρατηρήσεις είναι ακόμα διφορούμενες και μπορεί να είναι στατιστικές επιτυχίες. Κατά τη διάρκεια του επόμενου έτους, το WMAP αλλά και άλλα πειράματα θα εξετάσουν εάν οι μεγάλες φυσαλίδες πραγματικά απουσιάζουν και εάν οι μικρές είναι πραγματικά ελλειπτικές.

Εάν αυτά είναι σωστά, τότε ο Κόσμος μας είναι κυρτός όπως ένα κυματιστό πατατάκι Pringle, έχοντας ένα σχήμα σαν ένα κέρατο ή χοάνη.