Το σύμπαν είναι μια φαινομενικά απέραντη θάλασσα γεμάτη αστέρια, γαλαξίες και νεφελώματα. Σε αυτό, βλέπουμε μοτίβα και αστερισμούς που έχουν εμπνεύσει ιστορίες σε όλη την ιστορία. Αλλά υπάρχει ένα κοσμικό μοτίβο που ακόμα δεν καταλαβαίνουμε. Ένα ερώτημα που παραμένει αναπάντητο: Ποιο είναι το σχήμα του σύμπαντος; Σκεφτήκαμε ότι γνωρίζαμε, αλλά νέα έρευνα υποδηλώνει διαφορετικά, και θα μπορούσε να δείξει μια κρίση στην κοσμολογία.
Πολλοί πρώτοι αστρονόμοι υποστήριξαν ότι το σύμπαν ήταν μια σφαίρα αστεριών, που περικλείει το ηλιακό σύστημα και επικεντρώνεται σε μια σταθερή, αμετάβλητη Γη. Αλλά με την πάροδο των αιώνων οι αστρονόμοι διαπίστωσαν ότι ο Ήλιος μας ήταν απλώς ένας από τα δισεκατομμύρια μέσα σε έναν γαλαξία, και υπήρχαν αμέτρητοι γαλαξίες διάσπαρτοι σε δισεκατομμύρια έτη φωτός χώρου. Το ζήτημα του σχήματος της δημιουργίας φάνηκε αμφιλεγόμενο. Αστέρια και γαλαξίες υπήρχαν σε κενό χώρο. Τι θα μπορούσε να είναι ο χώρος εκτός από έναν κενό καμβά: επίπεδο, Ευκλείδιος και χωρίς δομή.
Στη συνέχεια, στις αρχές του 1900, ο Άλμπερτ Αϊνστάιν ανέπτυξε τη θεωρία του σχετικά με τη γενική σχετικότητα. Σε αυτό, ο χώρος δεν ήταν ένας κενός καμβάς. Θα μπορούσε να κάμψει και να τεντωθεί, να στρίψει και να παραμορφωθεί, με βάση τη θέση και την κίνηση της μάζας στο σύμπαν. Αυτές οι χωρικές παραμορφώσεις εκτρέπουν το φως και την ύλη, προκαλώντας το αποτέλεσμα που ονομάζουμε βαρύτητα. Με σχετικότητα, ο χώρος θα μπορούσε να πάρει διαφορετικά σχήματα. Ήταν τότε δυνατό ότι το σύμπαν θα μπορούσε να έχει ένα συνολικό κοσμικό σχήμα, όπως ακριβώς η Γη είναι, γενικά, στρογγυλή.
Σε γενικές γραμμές, η γενική σχετικότητα θα επέτρεπε στο σύμπαν να έχει ένα από τα τρία σχήματα: επίπεδο, κλειστό ή ανοιχτό.
Το Flat είναι ο τρόπος που σκεφτόμαστε το χώρο στην καθημερινή μας ζωή. Είναι ο ευκλείδειος χώρος για τον οποίο μαθαίνουμε στο σχολείο. Ο επίπεδος χώρος εκτείνεται ομοιόμορφα προς όλες τις κατευθύνσεις και δύο παράλληλες ακτίνες φωτός θα παραμείνουν για πάντα παράλληλες.
Ο ανοιχτός χώρος μπορεί να φανταστεί ως σέλα. Κάμπτεται με τέτοιο τρόπο ώστε να αποκλίνει καθώς εκτείνετε προς τα έξω. Δύο ακτίνες φωτός, αρχικά παράλληλα, θα εξαπλώνονταν σταδιακά, γυρίζοντας ελαφρώς το ένα από το άλλο καθώς διασχίζουν τον Κόσμο.
Ο κλειστός χώρος είναι γενικά σφαιρικός. Συγκλίνει καθώς εκτείνεται, έτσι ώστε παράλληλες ακτίνες φωτός να συναντώνται και να διασχίζουν το ένα το άλλο, όπως γραμμές μήκους στη Γη.
Πρέπει να αναφερθεί ότι κανένα από αυτά δεν έχει να κάνει με το γεγονός ότι το σύμπαν στο σύνολό του επεκτείνεται. Η κοσμική επέκταση σημαίνει ότι τα σημεία στο διάστημα εξαπλώνονται με την πάροδο του χρόνου. Το σχήμα του σύμπαντος ασχολείται με το σχήμα του διαστήματος. Ένα σφαιρικό μπαλόνι μπορεί να διογκωθεί καθώς διογκώνεται, όπως και ένα επίπεδο λαστιχένιο φύλλο που μπορεί να τεντωθεί και να παραμείνει επίπεδο. Έτσι, το αναπτυσσόμενο σύμπαν μας θα μπορούσε να είναι επίπεδο, ανοιχτό ή κλειστό.
Δεδομένου ότι η καμπυλότητα του χώρου επηρεάζεται από την παρουσία μάζας, το συνολικό σχήμα του σύμπαντος εξαρτάται από τη μέση πυκνότητα της ύλης μέσα σε αυτό. Γενικά, η σχετικότητα αυτή η τιμή δίνεται από την παράμετρο πυκνότητας, η οποία είναι η αναλογία της παρατηρούμενης πυκνότητας προς την «κρίσιμη πυκνότητα» που απαιτείται για να είναι το σύμπαν επίπεδο. Εάν η παράμετρος πυκνότητας είναι 1, τότε το σύμπαν είναι επίπεδο. Εάν είναι μεγαλύτερη από 1, είναι κλειστή και είναι ανοιχτή εάν η παράμετρος πυκνότητας είναι μικρότερη από 1. Οι μετρήσεις της κοσμικής πυκνότητας έχουν δώσει σταθερά μια τιμή 1. Στα όρια της παρατήρησης, το σύμπαν είναι επίπεδο, όπως υποψιαζόμαστε εδώ και καιρό .
Υπάρχει όμως ένας άλλος τρόπος μέτρησης του σχήματος του σύμπαντος, και αυτός είναι να δούμε το φαινόμενο μέγεθος των πολύ απομακρυσμένων αντικειμένων. Όλα επανέρχονται στη συμπεριφορά των παράλληλων ακτίνων φωτός. Σε ένα επίπεδο σύμπαν, οι παράλληλες γραμμές παραμένουν παράλληλες, έτσι το φως που προέρχεται από τις δύο πλευρές ενός μακρινού γαλαξία φτάνει σε μας σε ευθεία γραμμή. Οι γωνίες τους σε σχέση μεταξύ τους παραμένουν ίδιες και έτσι ο γαλαξίας εμφανίζεται ως το πραγματικό του μέγεθος.
Εάν το σύμπαν είναι ανοιχτό, οι παράλληλες γραμμές αποκλίνουν με την απόσταση. Έτσι το φως από τον μακρινό γαλαξία μας γίνεται πιο παράλληλο καθώς φτάνει σε μας. Αυτό σημαίνει ότι ο γαλαξίας θα φαίνεται μικρότερος από ότι είναι. Εάν το σύμπαν είναι κλειστό, εμφανίζεται η αντίθετη κάμψη του φωτός και ο γαλαξίας θα φαίνεται μεγαλύτερος από αυτόν.
Σε ένα νέο έγγραφο που δημοσιεύθηκε στις Φύση, μια ομάδα δεν εξέτασε τους γαλαξίες, αλλά μάλλον τις διακυμάνσεις στο Κοσμικό Φούρνο Μικροκυμάτων (CMB). ο CMB είναι το υπόλοιπο φως από τη μεγάλη έκρηξη και είναι το πιο μακρινό φως που μπορούμε να δούμε στο σύμπαν. Εξαιτίας αυτού, είναι το φως που επηρεάζεται περισσότερο από το σχήμα του σύμπαντος. Η κλίμακα των διακυμάνσεων στο CMB καθορίζεται από την ποσότητα της σκοτεινής ύλης και της σκοτεινής ενέργειας στο σύμπαν, την οποία γνωρίζουμε, οπότε γνωρίζουμε πόσο μεγάλες θα πρέπει να εμφανίζονται οι διακυμάνσεις. Όταν η ομάδα ανέλυσε το CMB δεδομένα από το διαστημικό σκάφος Plank, διαπίστωσαν ότι οι διακυμάνσεις ήταν μεγαλύτερες από το αναμενόμενο. Αυτό σημαίνει ότι, με βεβαιότητα 99%, το σύμπαν είναι κλειστό και όχι επίπεδο.
Αυτή η νέα έρευνα έρχεται σε αντίθεση με πολλές προηγούμενες μελέτες που δείχνουν ότι το σύμπαν είναι επίπεδο. Μπορεί να υπάρχει κάποιο συστηματικό σφάλμα στα δεδομένα του Planck που κάνει το σύμπαν να φαίνεται καμπύλο, αλλά αν η έρευνα είναι ακριβής, δείχνει ένα κενό στην κατανόησή μας. Προς το παρόν, το σχήμα του σύμπαντος είναι ασαφές.
Πηγή: Αποδεικτικά στοιχεία Planck για ένα κλειστό Σύμπαν και πιθανή κρίση για την κοσμολογία, από τους Di Valentino, E., et al.
