Τι σχήμα έχει το Σύμπαν, αλήθεια;

Το Σύμπαν είναι επίπεδο, σύμφωνα με τη σύγχρονη έρευνα. Αλλά τι σημαίνει αυτό;

Περιεχόμενα

• 1 Γεωμετρία, Τοπολογία και Μεγάλη Έκρηξη
• 2 Πεπερασμένο vs Άπειρο
• 3 Τι γίνεται όμως με το Big Bang;
• 4 Το συνολικό σχήμα του Σύμπαντος

Γεωμετρία, Τοπολογία και Μεγάλη Έκρηξη

Το να σκεφτόμαστε το σχήμα του Σύμπαντος είναι από μόνο του λίγο παράλογο. Όταν εξετάζετε το σχήμα του οτιδήποτε, το βλέπετε από έξω – όμως πώς θα μπορούσατε να δείτε το σύμπαν από έξω; Όταν το συζητούν αυτό, οι αστρονόμοι προσεγγίζουν γενικά δύο έννοιες:

1. Η τοπική γεωμετρία. Αυτό αφορά τη γεωμετρία του παρατηρήσιμου σύμπαντος, μαζί με την καμπυλότητά του.
2. Η παγκόσμια γεωμετρία. Αυτό αφορά την τοπολογία, ό,τι είναι, σε αντίθεση με ό,τι μπορούμε να παρατηρήσουμε.

Εάν μπορούμε να παρατηρήσουμε ολόκληρο το σύμπαν και δεν περιοριζόμαστε με κάποιο τρόπο από τη γεωμετρία του ή από κάποιο άλλο χαρακτηριστικό, τότε τα δύο συμπίπτουν. Αλλά υπάρχει μια καλή πιθανότητα να μην συμπίπτουν τα δύο και οι παρατηρήσεις μας περιορίζονται με κάποιο τρόπο από ένα εγγενές χαρακτηριστικό του σύμπαντος – δεν μπορούμε πραγματικά να γνωρίζουμε, τουλάχιστον όχι τώρα.

Οι περισσότεροι άνθρωποι θα περίμεναν ότι το σύμπαν στο σύνολό του θα είναι συμμετρικά στρογγυλό – ένα σχήμα σαν σφαίρα, σαν τη Γη. Μιλώντας για τη Γη, ας το αναλογιστούμε για λίγο. Γνωρίζουμε ότι η Γη δεν είναι επίπεδη, αλλά τι σημαίνει αυτό; Γεωμετρικά, σημαίνει ότι οι παράλληλες γραμμές στην επιφάνειά του δεν είναι πραγματικά παράλληλες. Όλες οι γραμμές, ακόμα κι αν ξεκινούν παράλληλες, θα καταλήγουν να ενώνονται σε έναν από τους πόλους και η απόσταση μεταξύ τους δεν θα είναι σταθερή. Όπως παρακάτω:

Έτσι, ένα επίπεδο Σύμπαν θα σήμαινε ότι οι τραβηγμένες παράλληλες γραμμές παραμένουν παράλληλες - και εδώ βρίσκεται το κλειδί. Σε γενικές γραμμές και απλοποιώντας τα πράγματα, οι επιστήμονες παρατήρησαν ότι το φως από πολλούς γαλαξίες παραμένει παράλληλο μεταξύ τους, σε μεγάλες αποστάσεις του σύμπαντος. Το τηλεσκόπιο Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (BOSS) έδωσε μερικές πολύ ισχυρές ενδείξεις ότι το παρατηρήσιμο σύμπαν είναι πράγματι επίπεδο και οι συνέπειες είναι μπερδεμένες.

Ακολουθεί ένα εξαιρετικό βίντεο το οποίο εξηγεί γιατί το Σύμπαν είναι πιθανώς επίπεδο:

Πεπερασμένο vs Άπειρο

Μια άλλη συζήτηση για το σύμπαν που περιλαμβάνει το σχήμα του είναι το άπειρο. Το σύμπαν είναι πραγματικά μεγάλο, το γνωρίζουμε, αλλά είναι πραγματικά άπειρο;

Από την αρχαιότητα, οι άνθρωποι αναρωτήθηκαν αυτό. Τον 18ο αιώνα, ο Γερμανός αστρονόμος Heinrich Wilhelm Olbers σκέφτηκε ένα παράδοξο:αν το Σύμπαν είναι άπειρο, τότε ο ουρανός δεν θα ήταν σκοτεινός. Γιατί; Γιατί σε όποια κατεύθυνση κοιτάζατε, θα υπήρχε άπειρος χώρος και τελικά, θα συναντούσατε ένα αστέρι που θα έστελνε το φως του. Ο νυχτερινός ουρανός δεν φωτίζεται εντελώς, τόσο voila, το σύμπαν δεν είναι άπειρο. Δυστυχώς, δεν είναι τόσο απλό. Θα μπορούσαν να υπάρχουν πολλές εξηγήσεις για το παράδοξο του Olber, και καμία δεν είναι απλή. Το σύμπαν διαστέλλεται γρήγορα, έτσι τα μακρινά αστέρια μετατοπίζονται με κόκκινο χρώμα στην αφάνεια. Ή το φως από άλλα αστέρια απλά δεν μας έχει φτάσει ακόμα - και πάλι, δεν μπορούμε πραγματικά να γνωρίζουμε. Αυτό που γνωρίζουμε είναι ότι αντικείμενα ηλικίας άνω των περίπου 13,7 δισεκατομμυρίων ετών (το πιο πρόσφατο νούμερο) είναι πολύ μακριά για να φτάσει ποτέ το φως τους σε εμάς. Γνωρίζουμε λοιπόν λίγο πολύ την ηλικία του Σύμπαντος, αλλά τι γίνεται με το μέγεθός του;

Θα μπορούσατε να πείτε "Γιατί δεν κοιτάμε προς όλες τις κατευθύνσεις και δεν βλέπουμε πόσο μεγάλο είναι;" αλλά δυστυχώς, για άλλη μια φορά – δεν είναι τόσο απλό.

Η διάμετρος του παρατηρήσιμου Σύμπαντος είναι 91 δισεκατομμύρια έτη φωτός. Η απόσταση που έχει διανύσει το φως από την άκρη του παρατηρήσιμου σύμπαντος είναι πολύ κοντά στην ηλικία του Σύμπαντος επί την ταχύτητα του φωτός, 13,8 δισεκατομμύρια έτη φωτός, αλλά αυτό δεν αντιπροσωπεύει την απόσταση σε οποιαδήποτε δεδομένη στιγμή, επειδή η άκρη του Το παρατηρήσιμο σύμπαν και η Γη έχουν από τότε απομακρυνθεί περισσότερο. Επειδή δεν μπορούμε να παρατηρήσουμε το διάστημα πέρα ​​από την άκρη του παρατηρήσιμου σύμπαντος, δεν μπορούμε να γνωρίζουμε άμεσα αν το Σύμπαν είναι άπειρο ή όχι. Οι σύγχρονες μετρήσεις, συμπεριλαμβανομένων εκείνων από τον Εξερεύνηση Κοσμικού Υποβάθρου (COBE), τον Ανιχνευτή Ανισοτροπίας Μικροκυμάτων Wilkinson (WMAP) και τους χάρτες Planck του CMB, υποδηλώνουν ότι το Σύμπαν είναι άπειρο σε έκταση, αλλά εξακολουθεί να είναι μια διαρκής συζήτηση.

Αλλά τι γίνεται με το Big Bang;

Οι περισσότεροι άνθρωποι έχουν κάποια βασική ιδέα για το τι συνέβη κατά τη διάρκεια της Μεγάλης Έκρηξης, και εδώ βρίσκονται οι περισσότερες παρανοήσεις. Επειδή τότε εμφανίστηκε το διάστημα, οι περισσότεροι άνθρωποι φαντάζονται ότι επεκτείνεται εξίσου προς όλες τις κατευθύνσεις – αλλά πιθανότατα δεν είναι ο τρόπος με τον οποίο έπεσαν τα πράγματα. Πριν από το Big Bang, δεν υπήρχε χώρος ή χρόνος. Έτσι, δεν υπάρχει τίποτα «εκτός» της Μεγάλης Έκρηξης στο οποίο να επεκταθεί το σύμπαν. Το Σύμπαν απλώς επεκτάθηκε από έναν πολύ μικρό όγκο σε έναν τεράστιο όγκο, και αυτή η διαστολή συμβαίνει ακόμη και σήμερα – αλλά δεν υπάρχει καμία εγγύηση ότι η διαστολή έγινε συμμετρικά, προς όλες τις κατευθύνσεις.

Ας επιστρέψουμε λοιπόν στην τοπική και παγκόσμια γεωμετρία. Αυτό που ανιχνεύουν οι επιστημονικές μας παρατηρήσεις είναι η τοπική γεωμετρία, το παρατηρήσιμο σύμπαν (μπορούμε να παρατηρήσουμε μόνο το "παρατηρήσιμο" - εξ ου και το όνομα). Οι παρατηρήσεις μας, όσο εμπεριστατωμένες και καλά μελετημένες κι αν είναι, δεν μπορούν να είναι εξαντλητικές.

Το συνολικό σχήμα του Σύμπαντος

Έτσι, στο τέλος, έχουμε μείνει με ένα δυνητικά επίπεδο, δυνητικά άπειρο σύμπαν, αλλά ποιο είναι το παγκόσμιο σχήμα του; Δυστυχώς, δεν ξέρουμε πραγματικά. Ακόμα κι αν οι γραμμές είναι παράλληλες και το παρατηρήσιμο σύμπαν είναι επίπεδο, δεν σημαίνει ότι ολόκληρο το σύμπαν είναι επίπεδο. Θα μπορούσε να είναι μια λωρίδα Möbius για όλα όσα γνωρίζουμε—ένα σχήμα όπου ο χώρος κάμπτεται και παραμορφώνεται, αλλά οι γραμμές παραμένουν παράλληλες, συνδέοντας τελικά το ένα άκρο του χώρου με το άλλο.

Στο τέλος της ημέρας, υπάρχουν τρεις διαφορετικές δυνατότητες, όλες με τις δικές τους ξεχωριστές συνέπειες:

• Σύμπαν με μηδενική καμπυλότητα. Ένα επίπεδο σύμπαν. Όχι απαραίτητα άπειρο και δεν μοιάζει απαραίτητα με φύλλο χαρτιού. Θα μπορούσε επίσης να έχει σχήμα σαν τόρος.
• Σύμπαν με θετική καμπυλότητα. Σχήμα που μοιάζει με σφαίρα.
• Σύμπαν με αρνητική καμπυλότητα. Μπορείτε να το σκεφτείτε τοπικά ως ένα τρισδιάστατο ανάλογο ενός απείρως εκτεταμένου σχήματος σέλας.

Δεν ξέρουμε ποιο είναι αληθινό. Αυτό που γνωρίζουμε είναι ότι το παρατηρήσιμο σύμπαν είναι επίπεδο – και αυτό από μόνο του είναι ένα αξιοσημείωτο εύρημα.