Tientallen jaren lang geloofden kosmologen dat ze een goed inzicht hadden in de geometrie van het universum. Maar uit een recente studie blijkt dat ons begrip van de vorm van de kosmos fundamenteel onvolledig kan zijn. Het universum zou veel complexer kunnen zijn dan eerder werd gedacht, en zich mogelijk kunnen samenvouwen op manieren die we nog niet hebben ontdekt.
Het probleem met vlakheid
Einsteins relativiteitstheorie verklaart hoe materie de ruimtetijd lokaal kromt, maar het kost moeite om de algehele topologie van het universum – de mondiale vorm – te beschrijven. Het heelal kan plat, bolvormig of zadelvormig zijn, maar zelfs een vlak heelal betekent niet noodzakelijkerwijs dat het zich oneindig uitstrekt. Het zou op zichzelf terug kunnen komen op manieren die momenteel voor ons onzichtbaar zijn.
Wetenschappers hebben gezocht naar bewijs voor deze kromming in de kosmische microgolfachtergrond (CMB), de zwakke nagloed van de oerknal. Het idee was dat als het universum niet triviaal zou zijn (wat betekent dat het een ongebruikelijke vorm had), we bijpassende patronen van warme en koude plekken in de CMB-hemel zouden zien.
De mislukte zoektocht en een hernieuwde mogelijkheid
Jarenlang werden dergelijke patronen niet gevonden, wat leidde tot een consensus: als het universum een complexe vorm heeft, moet het veel groter zijn dan wat we kunnen waarnemen, waardoor het feitelijk niet van oneindig te onderscheiden is. Maar deze conclusie berustte op aannames die nu ter discussie worden gesteld.
Een team van de Collaboration for Observations, Models and Predictions of Anomalies and Cosmic Topology (COMPACT) heeft aangetoond dat de grenzen van mogelijke kosmische vormen zwakker zijn dan eerder werd aangenomen. Verschillende topologieën die ooit als onmogelijk werden beschouwd, liggen nu weer op tafel.
Waarom dit belangrijk is
Het nauwkeurig bepalen van de vorm van het universum is niet alleen een oefening in het maken van kaarten. Het zou doorbraken in de kwantumzwaartekracht kunnen ontsluiten, ons begrip van de oorsprong van het universum kunnen hervormen en natuurkunde kunnen onthullen waar we ons nog niet eens van bewust zijn.
De fout, zo blijkt, ligt in de veronderstelling dat als een lusvormig universum klein genoeg is, het onze gezichtslijn moet kruisen en een detecteerbaar spoor op de CMB achterlaat. Loops hoeven niet samen te werken; ze kunnen door de ruimte gaan op manieren die detectie vermijden, zelfs bij formaten waarvan we dachten dat ze zichtbaar zouden zijn.
Een schande van mogelijkheden
De gevolgen zijn onthutsend. Wat een beperkt aantal mogelijke vormen leek te zijn, breidt zich nu uit tot een ‘schaamte aan mogelijkheden’. Alleen al vlakke ruimtetijden hebben 18 mogelijke configuraties – cilinders, donuts, Klein-flessen en meer – die zich allemaal identiek gedragen volgens de algemene relativiteitstheorie, maar zich anders manifesteren in de CMB.
Het universum is misschien een spiegelzaal en we hebben blindelings schaduwen achtervolgd. De CMB onthult mogelijk niet de ware vorm, omdat we onze eigen aannames in de gegevens hebben gelezen.
De toekomst van kosmische topologie
Voorlopig blijft de vorm van het universum onbekend. De oude aannames zijn afgebrokkeld en de kaart vertoont nog steeds hiaten. Vooruitgaan zal meer geavanceerde methoden vereisen voor het zoeken naar subtiele CMB-signaturen of zelfs geheel nieuwe benaderingen om de ware vorm van de kosmos te ontrafelen. Het universum is mysterieuzer dan we dachten, en de reis om het te begrijpen is nog lang niet voorbij.
