Όλα όσα πιστεύουμε ότι γνωρίζουμε για το σχήμα του σύμπαντος μπορεί να είναι λάθος. Αντί να είναι επίπεδη σαν ένα κρεβάτι, το σύμπαν μας μπορεί να είναι καμπύλο, όπως ένα μαζικό, φουσκωμένο μπαλόνι, σύμφωνα με νέα μελέτη.
Αυτό είναι το αποτέλεσμα μιας νέας δημοσίευσης που δημοσιεύθηκε σήμερα (4 Νοεμβρίου) στο περιοδικό Nature Astronomy, το οποίο εξετάζει τα δεδομένα από το κοσμικό μικροκυματικό υπόβαθρο (CMB), την αμυδρή ηχώ του Big Bang. Αλλά δεν είναι όλοι πεπεισμένοι. τα νέα ευρήματα, βασισμένα σε δεδομένα που κυκλοφόρησαν το 2018, έρχονται σε αντίθεση τόσο με τα χρόνια συμβατικής σοφίας όσο και με μια άλλη πρόσφατη μελέτη βασισμένη στο ίδιο σύνολο δεδομένων CMB.
Εάν το σύμπαν είναι καμπύλο, σύμφωνα με το νέο χαρτί, καμπυλώνει απαλά. Αυτή η αργή κάμψη δεν είναι σημαντική για τη μετακίνηση στη ζωή μας, στο ηλιακό μας σύστημα ή ακόμα και στον γαλαξία μας. Αλλά ταξιδεύετε πέρα από όλα αυτά, έξω από τη γαλαξιακή γειτονιά μας, μακριά από το βαθύ μαύρισμα, και τελικά - κινούμενος σε ευθεία γραμμή - θα βγείτε γύρω και θα καταλήξετε δεξιά από όπου ξεκινήσατε. Οι κοσμολόγοι αποκαλούν αυτήν την ιδέα το «κλειστό σύμπαν». Έχει περάσει για λίγο, αλλά δεν ταιριάζει με τις υπάρχουσες θεωρίες για το πώς λειτουργεί το σύμπαν. Έτσι απορρίφθηκε σε μεγάλο βαθμό υπέρ ενός «επίπεδου συμπλέγματος» που εκτείνεται χωρίς σύνορα προς κάθε κατεύθυνση και δεν βγάζει γύρω από τον εαυτό του. Τώρα, μια ανωμαλία στα δεδομένα από την καλύτερη μέτρηση του CMB προσφέρει σταθερά (αλλά όχι απολύτως πειστικά) στοιχεία ότι το σύμπαν είναι κλειστό, σύμφωνα με τους συγγραφείς: cosmologist του Πανεπιστημίου του Μάντσεστερ Eleonora Di Valentino, κοσμολόγος του Πανεπιστημίου Sapienza της Ρώμης Ο Alessandro Melchiorri και ο κοσμολόγος Joseph Silk του Πανεπιστημίου Johns Hopkins.
Η διαφορά ανάμεσα σε ένα κλειστό και ανοιχτό σύμπαν είναι λίγο σαν τη διαφορά μεταξύ ενός τεντωμένου επίπεδου φύλλου και ενός φουσκωμένου μπαλονιού, είπε ο Melchiorri Live Science. Και στις δύο περιπτώσεις, το όλο θέμα επεκτείνεται. Όταν το φύλλο επεκταθεί, κάθε σημείο απομακρύνεται από κάθε άλλο σημείο σε ευθεία γραμμή. Όταν το μπαλόνι είναι φουσκωμένο, κάθε σημείο στην επιφάνεια του παίρνει μακρύτερα από κάθε άλλο σημείο, αλλά η καμπυλότητα του μπαλονιού καθιστά τη γεωμετρία της κίνησης πιο περίπλοκη.
"Αυτό σημαίνει, για παράδειγμα, ότι αν έχετε δύο φωτόνια και ταξιδεύουν παράλληλα σε ένα κλειστό σύμπαν, θα συναντηθούν", δήλωσε ο Μελχορίρι.
Σε ένα ανοιχτό, επίπεδο σύμπαν, τα φωτόνια, που παρέμειναν αδιατάρακτα, θα ταξιδεύουν κατά μήκος των παράλληλων μαθημάτων τους χωρίς ποτέ να αλληλεπιδρούν.
Το συμβατικό μοντέλο του πληθωρισμού του σύμπαντος, είπε ο Μελχορίρι, υποδηλώνει ότι το σύμπαν πρέπει να είναι επίπεδο. Επαναφέρετε την επέκταση του χώρου μέχρι την αρχή, στα πρώτα 0.0000000000000000000000001 δευτερόλεπτα μετά το Big Bang, σύμφωνα με το συγκεκριμένο μοντέλο, και θα δείτε μια στιγμή απίστευτης, εκθετικής επέκτασης καθώς το διάστημα εξελίχθηκε από αυτό το απειροελάχιστο σημείο στο οποίο άρχισε. Και η φυσική αυτής της επιταχυνόμενης επέκτασης δείχνει σε ένα επίπεδο σύμπαν. Αυτός είναι ο πρώτος λόγος που οι περισσότεροι ειδικοί πιστεύουν ότι το σύμπαν είναι επίπεδο, είπε. Αν το σύμπαν δεν είναι επίπεδο, θα πρέπει να "τελειοποιήσετε" τη φυσική του αρχέγονου μηχανισμού για να το προσαρμόσετε όλοι μαζί - και να επαναλάβετε αμέτρητους άλλους υπολογισμούς στη διαδικασία, είπε ο Melchiorri.
Αλλά αυτό μπορεί να καταλήξει να είναι απαραίτητο, γράφουν οι συγγραφείς στη νέα μελέτη.
Αυτό συμβαίνει επειδή υπάρχει μια ανωμαλία στο CMB. Το CMB είναι το παλαιότερο πράγμα που βλέπουμε στο σύμπαν, φτιαγμένο από φως μικροκυμάτων περιβάλλοντος, το οποίο πλήττει όλο το χώρο όταν αποκλείετε τα αστέρια και τους γαλαξίες και άλλες παρεμβολές. Είναι μια από τις σημαντικότερες πηγές δεδομένων σχετικά με την ιστορία και τη συμπεριφορά του σύμπαντος, επειδή είναι τόσο παλιά και έτσι εξαπλωθεί σε όλο το διάστημα. Και αποδεικνύεται, σύμφωνα με τα τελευταία δεδομένα, ότι υπάρχει πολύ περισσότερος «βαρυτικός φακός» του CMB από το αναμενόμενο - πράγμα που σημαίνει ότι η βαρύτητα φαίνεται να λυγίζει τα μικροκύματα του CMB περισσότερο από ότι μπορεί να εξηγήσει η υπάρχουσα φυσική.
Τα στοιχεία που αντλεί η ομάδα προέρχονται από μια απελευθέρωση του 2018 από το πείραμα Planck - ένα πείραμα της Ευρωπαϊκής Διαστημικής Υπηρεσίας (ESA) για να χαρτογραφήσει το CMB με περισσότερες λεπτομέρειες από ποτέ. (Τα νέα δεδομένα θα δημοσιευθούν σε ένα επικείμενο τεύχος του περιοδικού Astronomy & Astrophysics και είναι διαθέσιμα τώρα στον δικτυακό τόπο του ESA. Και οι δύο Di Valentino και Melchiorri ήταν μέρος αυτής της προσπάθειας).
Για να εξηγήσει αυτό το πρόσθετο φακό, η Συνεργασία Planck μόλις έσφιξε σε μια επιπλέον μεταβλητή, την οποία οι επιστήμονες καλούν "A_lens", στο μοντέλο της ομάδας του σχηματισμού του σύμπαντος, "Αυτό είναι κάτι που βάζετε εκεί με το χέρι, προσπαθώντας να εξηγήσω τι δεν υπάρχει καμία σχέση με τη φυσική ", δήλωσε ο Melchiorri, που σημαίνει ότι δεν υπάρχει παράμετρος A_lens στη θεωρία της σχετικότητας του Einstein. "Αυτό που βρήκαμε είναι ότι μπορείτε να εξηγήσετε το A_lens με ένα θετικά καμπύλο σύμπαν, το οποίο είναι μια πολύ πιο φυσική ερμηνεία που μπορείτε να εξηγήσετε με τη γενική σχετικότητα".
Ο Μελχιόρι τόνισε ότι η ερμηνεία της ομάδας του δεν είναι καθοριστική. Σύμφωνα με τους υπολογισμούς της ομάδας, τα δεδομένα του Planck στρέφονται προς ένα κλειστό σύμπαν με τυπική απόκλιση 3,5 σφάλματος (μια στατιστική μέτρηση που σημαίνει ότι το αποτέλεσμα είναι περίπου 99,8% που δεν οφείλεται σε τυχαία πιθανότητα). Αυτό είναι πολύ μικρό από τους τυπικούς φυσικούς των 5 sigma που συνήθως αναζητούν πριν να καλέσουν μια ιδέα επιβεβαιωμένη.
Αλλά μερικοί κοσμολόγοι είπαν ότι υπήρχαν ακόμη περισσότεροι λόγοι να είναι σκεπτικοί.
Ο Αντρέι Λίντε, κοσμολόγος στο Πανεπιστήμιο του Στάνφορντ, δήλωσε στο Live Science ότι το έγγραφο Αστρονομίας Φύσης απέτυχε να λάβει υπόψη ένα άλλο σημαντικό δημοσίευμα που δημοσιεύθηκε στη βάση δεδομένων arXiv στις 1 Οκτωβρίου. (Το χαρτί αυτό δεν έχει ακόμη δημοσιευθεί σε περιοδικό αξιολογημένο από ομοτίμους. )
Σε αυτή την εργασία, οι κοσμολόγοι του Πανεπιστημίου του Cambridge, George Efstathiou και Steven Gratton, οι οποίοι εργάστηκαν και οι δύο για τη συνεργασία Planck, εξέτασαν ένα στενότερο σύνολο δεδομένων από το χαρτί της φύσης αστρονομίας. Η ανάλυσή τους υποστήριξε επίσης ένα καμπυλωτό σύμπαν, αλλά με πολύ λιγότερη στατιστική εμπιστοσύνη από ότι οι Di Valentino, Melchiorri και Silk διαπίστωσαν την εξέταση ενός μεγαλύτερου τμήματος των δεδομένων του Planck. Εντούτοις, όταν οι Ευστάθιος και Γράττον εξέτασαν τα δεδομένα μαζί με δύο άλλα υπάρχοντα σύνολα δεδομένων από το πρώιμο σύμπαν, διαπίστωσαν ότι συνολικά τα στοιχεία έδειχναν προς ένα επίπεδο σύμπαν.
Ερωτηθείς για το χαρτί Efstathiou και Gratton, ο Melchiorri επαίνεσε την προσεκτική επεξεργασία του έργου. Αλλά ανέφερε ότι η ανάλυση του δίδυμου βασίζεται σε πολύ μικρό τμήμα των δεδομένων του Planck. Και επεσήμανε ότι η έρευνά τους βασίζεται σε μια τροποποιημένη (και, θεωρητικά, βελτιωμένη) έκδοση των δεδομένων Planck - όχι το σύνολο δεδομένων που έχουν ελεγχθεί από περισσότερους από 600 φυσικούς.
Ο Linde επεσήμανε ότι η ανασύνδεση ως ένδειξη ότι το χαρτί του Ευσταθίου και του Gratton βασίστηκε σε καλύτερες μεθόδους.
Ο Ευστάθιος ζήτησε να μην αναφερθεί άμεσα, αλλά επεσήμανε σε ένα μήνυμα ηλεκτρονικού ταχυδρομείου στη Ζωντανή Επιστήμη ότι εάν το σύμπαν ήταν καμπύλο, θα έθετε πολλά προβλήματα - αντίθετα με αυτά τα άλλα σύνολα δεδομένων από το πρώιμο σύμπαν και κάνοντας αποκλίσεις στο παρατηρούμενο ποσοστό του σύμπαντος επέκταση πολύ χειρότερα. Ο Γκράττον είπε ότι συμφωνεί.
Ο Melchiorri συμφώνησε επίσης ότι το μοντέλο κλειστού σύμπαντος θα προκαλούσε μια σειρά προβλημάτων στη φυσική.
"Δεν θέλω να πω ότι πιστεύω σε ένα κλειστό σύμπαν", είπε. "Είμαι λίγο πιο ουδέτερος, θα ήθελα να πω, ας περιμένουμε τα δεδομένα και τι θα πουν τα νέα δεδομένα. Αυτό που πιστεύω είναι ότι υπάρχει τώρα μια ασυμφωνία, ότι πρέπει να είμαστε προσεκτικοί και να προσπαθήσουμε να βρούμε τι είναι προκαλώντας αυτή την ασυμφωνία. "
