Svemir je naizgled beskrajno more ispunjeno zvijezdama, galaksijama i maglicama. U njemu vidimo uzorke i konstelacije koje su inspirirale priče kroz povijest. Ali postoji jedan kozmički obrazac koji još uvijek ne razumijemo. Pitanje na koje ostaje neodgovoreno: Kakav je oblik svemira? Mislili smo da znamo, ali nova istraživanja sugeriraju suprotno, a mogla bi ukazivati na krizu u kozmologiji.
Slika iz 1600-ih koja prikazuje Ptolomejev svemir. Zasluge: Kongresna knjižnica
Mnogi rani astronomi smatrali su da je svemir sfera zvijezda, koja zatvara Sunčev sustav i sa središtem je na fiksnoj Zemlji koja se ne kreće. No, tijekom stoljeća astronomi su otkrili da je naše Sunce samo jedna od milijardi unutar galaksije, a da je postojalo bezbroj galaksija rasutih po milijardama svjetlosnih godina svemira. Činilo se da je pitanje oblika kreacije sporno. Zvijezde i galaksije postojale su u praznom prostoru. Što bi prostor mogao biti nego prazno platno: ravno, euklidsko i lišeno strukture.
Zatim je početkom 1900-ih Albert Einstein razvio svoju teoriju opće relativnosti. U njemu prostor nije bio prazno platno. Mogao se savijati i rastezati, uvijati i deformirati, na temelju položaja i kretanja mase u svemiru. Te su prostorne deformacije skrenule svjetlost i materiju, uzrokujući učinak koji nazivamo gravitacijom. S relativnošću, prostor bi mogao poprimiti različite oblike. Tada je bilo moguće da bi svemir mogao imati sveukupni kozmički oblik, baš kao što je Zemlja, u cjelini, okrugla.
Vrlo široko, opća teorija relativnosti bi dopustila da svemir ima jedan od tri oblika: ravan, zatvoren ili otvoren.
Mogući oblici svemira. Zasluge: NASA
Stan je način na koji razmišljamo o prostoru u svakodnevnom životu. To je euklidski prostor o kojem učimo u školi. Ravni prostor prostire se ravnomjerno u svim smjerovima, a dva paralelna snopa svjetlosti zauvijek bi ostala paralelna.
Otvoreni prostor se može zamisliti u obliku sedla. Savija se na takav način da se razilazi dok se širite prema van. Dvije zrake svjetlosti koje su u početku bile paralelne postupno bi se raširile, lagano se udaljujući jedna od druge dok prelaze kozmos.
Zatvoreni prostor je općenito sferičan. Konvergira kako se proteže, tako da bi se paralelni snopovi svjetlosti na kraju susreli i križali, poput crta dužine na Zemlji.
Treba spomenuti da se nitko od njih ne mora baviti činjenicom da se svemir kao cjelina širi. Kozmička ekspanzija znači da se točke u svemiru šire tijekom vremena. Oblik svemira bavi se oblikom prostora. Sferni balon može se širiti dok se napuhava, baš kao što se ravna gumena ploča može rastegnuti i ostati ravna. Dakle, naš svemir koji se širi može biti ravan, otvoren ili zatvoren.
Budući da na zakrivljenost prostora utječe prisutnost mase, cjelokupni oblik svemira ovisi o prosječnoj gustoći materije unutar njega. U općoj relativnosti ovu vrijednost daje parametar gustoće, koji je omjer promatrane gustoće i 'kritične gustoće' potrebne da svemir bude ravan. Ako je parametar gustoće 1, tada je svemir ravan. Ako je veći od 1, zatvoren je, a otvoren je ako je parametar gustoće manji od 1. Mjerenja kozmičke gustoće dosljedno su davala vrijednost 1. U granicama promatranja, svemir je ravan, kao što smo dugo sumnjali .
Izgled CMB-a pod utjecajem kozmičkog oblika. Zasluge: NASA/WMAP znanstveni tim
Ali postoji još jedan način mjerenja oblika kozmosa, a to je promatranje prividne veličine vrlo udaljenih objekata. Sve se vraća na ponašanje paralelnih snopova svjetlosti. U ravnom svemiru, paralelne linije ostaju paralelne, tako da svjetlost koja dolazi s dvije strane udaljene galaksije do nas stiže u ravnoj liniji. Njihovi kutovi jedan u odnosu na drugi ostaju isti, pa se galaksija pojavljuje kao prava veličina.
Ako je svemir otvoren, paralelne linije se razilaze s udaljenosti. Dakle, svjetlost iz naše daleke galaksije postaje sve paralelnija kako dolazi do nas. To znači da bi se galaksija činila manjom nego što jest. Ako je svemir zatvoren, dolazi do suprotnog savijanja svjetlosti i galaksija bi izgledala veća nego što jest.
U novom radu objavljenom uPriroda, tim nije promatrao galaksije, već fluktuacije unutar kozmičke mikrovalne pozadine (CMB). CMB je ostatak svjetlosti od velikog praska, i to je najudaljenije svjetlo koje možemo vidjeti u svemiru. Zbog toga je to svjetlost na koju najviše utječe oblik svemira. Ljestvica fluktuacija u CMB-u određena je količinom tamne tvari i tamne energije u svemiru, što znamo, pa znamo kolike bi se fluktuacije trebale pojaviti. Kada je tim analizirao CMB podatke iz svemirske letjelice Plank, otkrili su da su fluktuacije veće od očekivanih. To znači da je sa sigurnošću od 99% svemir zatvoren, a ne ravan.
Ovo novo istraživanje proturječi brojnim prethodnim studijama koje pokazuju da je svemir ravan. Možda postoji neka sustavna pogreška u Planckovim podacima zbog koje svemir izgleda zakrivljeno, ali ako je istraživanje točno, to ukazuje na prazninu u našem razumijevanju. Za sada je oblik svemira nejasan.
Izvor: Planck dokaz za zatvoreni svemir i moguću krizu za kozmologiju , Di Valentino, E., et al.
