Imaginează-ți un univers în care o navă spațială ar porni într-o direcție și în cele din urmă ar ajunge în locul de unde a pornit. Asemenea lucruri ar fi posibile dacă universul nostru ar avea o formă de tor, ceea ce ar însemna de asemenea că fizicienii i-ar putea măsura dimensiunea, scrie Live Science.
„Am putea spune: Acum știm dimensiunea universului”, afirmă astrofizicianul Thomas Buchert de la Universitatea Lyon și Centrul de Cercetări în Astrofizică din Franța.
Prin examinarea luminii din universul timpuriu Buchert și echipa sa de astrofizicieni au dedus că universul în care trăim ar putea conectat prin legături multiple, lucru care înseamnă că spațiu-timpul este închis în toate cele 3 dimensiuni ca un fel de gogoașă 3D.
Potrivit studiului lor, un asemenea univers ar fi finit și întregul nostru cosmos ar putea fi doar de 3-4 ori mai mare decât limitele universului observabil, aflate la aproximativ 45 de miliarde de ani-lumină distanță.
Geometrie și topologie
Fizicienii folosesc teoria generală a relativității formulată de Albert Einstein pentru a explica universul. Aceasta leagă conținutul spațiul-timpului de distorsiunea sa, lucru care ne arată cum lucrurile din univers interacționează și cum noi simțim forța gravitațională, printre altele.
Într-un context cosmologic, teoria lui Einstein leagă conținutul întregului univers - materia întunecată, energia întunecată, materia obișnuită, radiațiile și toate celelalte - de forma sa geometrică generală.
Astronomii au dezbătut timp de decenii natura acestei forme: dacă universul nostru este „plat” (însemnând că liniile paralele imaginare trasate dintr-un punct vor rămâne paralele indiferent de distanță), „închis (dacă liniile paralele se vor intersecta în cele din urmă) sau „deschis” (liniile vor fi divergente).
Geometria universului îi va dicta soarta. Universurile plate și deschise vor continua să se extindă la infinit în timp ce un univers închis se va prăbuși asupra sa în cele din urmă.
Observații multiple, în special privind radiația cosmică de fond (explozia de lumină ce a avut loc când universul nostru avea doar 380.000 de ani) au stabilit cu fermitate că trăim într-un univers plat.
Liniile paralele rămân paralele și universul nostru va continua să se extindă.
Însă o formă nu este dictată doar de geometrie. Avem de asemenea topologia care ne arată cum formele se schimbă în timp ce își mențin aceleași reguli geometrice.
Să luăm de exemplu o bucată plată de hârtie. Ea este, în mod evident, plată: două linii trasate în paralel rămân paralele. Însă dacă iei cele două margini ale hârtiei, le apropii și rulezi coala pentru a forma un cilindru, acele linii paralele rămân tot paralele: sulul, având o formă de cilindru, este plat.
Deși măsurătorile noastre privind conținutul și forma universului ne indică geometria sa plată, ele nu ne indică topologia lui.
Un univers de forma unui tor ar fi finit (FOTO: Twitter)
Univers finit versus univers plat
În timp ce un univers perfect plat s-ar întinde la infinit, unul plat cu o topologie multiplu conectată ar avea o dimensiune finită.
Dacă am putea stabili în vreun fel dacă una sau mai multe dimensiuni se plieze înapoi asupra lor, atunci am ști că universul este finit ca dimensiune. Am putea folosi apoi observațiile respective pentru a măsura volumul total al universului.
Însă cum s-ar prezenta un univers finit?
O echipă de astrofizicieni de la Universitatea Ulm din Germania și Universitatea Lyon au analizat radiația cosmică de fond (RCF), apărută când universul nostru era de milioane de ori mai mic decât în prezent.
Dacă universul este într-adevăr multiplu conectat, atunci este mult mai probabil ca acesta să se fi pliat asupra sa în limitele observabile ale cosmosului de atunci.
Astăzi este mult mai probabil ca plierea să aibă loc la o scară aflată dincolo de limitele observabile din cauza expansiunii universului, așadar aceasta ar fi mult mai greu de detectat.
Așadar, observațiile RCF ne oferă cea mai bună șansă de a vedea urmele unui univers multiplu conectat. Echipa de cercetători francezi și germani a analizat perturbările - un termen care în fizică se referă oscilațiile - în temperatura RCF.
Dacă una sau mai multe dimensiuni din universul nostru s-ar lega înapoi de ele, perturbările nu ar putea fi mai mari decât distanța din jurul buclelor pe care le formează. Ele pur și simplu nu ar avea dimensiune potrivită.
„Într-un spațiu infinit perturbările în temperatura RCF există la toate nivelurile. Însă dacă spațiul este finit, atunci acele lungimi de unde care lipsesc sunt mai mari decât dimensiunea spațiului”, explică Buchert.
Sună alambicat dar explicația mai simplă ar fi că ar exista o dimensiune maximă a perturbărilor, lucru care ar putea dezvălui topologia universului.
Această imagine realizată de satelitul Planck arată radiația cosmică de fond (FOTO: ESA / Planck)
Radiația cosmică de fond
Hărți ale RCF făcute cu ajutorul unor sateliți NASA și a satelitului Plank al Agenției Spațiale Europene au arătat deja o cantitate interesantă de perturbări ce lipsesc la dimensiuni majore. Buchert și colaboratorii săi au examinat dacă acele perturbări lipsă s-ar putea datora unui univers multiplu conectat.
Pentru a face acest lucru echipa de cercetători a efectuat numeroase simulări pe calculator pentru a stabili cum ar arăta RCF dacă universul ar fi un tor - numele matematic pentru o gogoașă 3D uriașă - în care universul nostru este conectat de el însuși în toate cele 3 dimensiuni.
„Proprietățile fluctuațiilor RCF arată o 'putere lipsă' la dimensiuni ce o depășesc pe cea a universului”, afirmă Buchert cu privire la rezultatul simulărilor. O putere lipsă înseamnă că fluctuațiile RCF nu sunt prezente la acele dimensiuni.
Asta ar însemna că universul nostru este multiplu conectat și finit la scara respectivă.
„Am găsit o compatibilitate mult mai bună pentru fluctuațiile observate comparativ cu modelul cosmologic standard în care universul este considerat infinit”, adaugă Buchert.
„Putem modifica dimensiunea spațiului și repeta analiza. Rezultatul rămâne o dimensiune optimă a universului care se potrivește cel mai bine cu observațiile RCF. Răspunsul studiului nostru este în mod clar că universul finit se potrivește observațiilor mai bine decât modelul infinit”, afirmă astrofizicianul francez.
Deși acest lucru înseamnă că teoretic ai putea călători într-o direcție și să ajungi înapoi în locul de plecare, în practică ar fi imposibil fiindcă trăim într-un univers care se extinde mai rapid decât viteza luminii (sună imposibil dar nu contrazice teoria relativității generale a lui Einstein). Așadar nu ai putea ajunge înapoi suficient de repede pentru a completa bucla.
Buchert subliniază că rezultatele echipei sale sunt încă preliminare și că efecte cauzate de instrumente ar putea explica de asemenea fluctuațiile lipsă.
Citește și:
2
7
