Przez dziesięciolecia kosmolodzy wierzyli, że dobrze rozumieją geometrię Wszechświata. Jednak ostatnie badania sugerują, że nasza wiedza na temat kształtu kosmosu może być zasadniczo niepełna. Wszechświat może być znacznie bardziej złożony niż wcześniej sądzono i potencjalnie zapadać się w siebie w sposób, którego jeszcze nie odkryliśmy.
Problem z płaskością
Teoria względności Einsteina wyjaśnia, w jaki sposób materia lokalnie zagina czasoprzestrzeń, ale ma trudności z opisaniem ogólnej topologii wszechświata – jego globalnego kształtu. Wszechświat może być płaski, kulisty lub w kształcie siodła, ale nawet płaski wszechświat nie musi oznaczać, że rozciąga się w nieskończoność. Być może ma obsesję na swoim punkcie w sposób, który obecnie jest dla nas niewidoczny.
Naukowcy szukali dowodów na tę krzywiznę w kosmicznym mikrofalowym tle (CMB), słabej poświacie Wielkiego Wybuchu. Pomysł był taki, że gdyby Wszechświat był nietrywialny (to znaczy miał nietypowy kształt), na mapie nieba CMB zobaczylibyśmy pasujące wzory gorących i zimnych punktów.
Nieudane zadanie i wznowiona szansa
Przez wiele lat nie odkryto takich wzorców, co doprowadziło do powszechnego konsensusu: jeśli Wszechświat ma złożony kształt, to musi być znacznie większy od tego, co możemy zaobserwować, co w praktyce czyni go nieodróżnialnym od nieskończoności. Jednak wniosek ten opierał się na założeniach, które obecnie są kwestionowane.
Zespół z Collaboration for Observations, Models and Predictions of Anomalies and Cosmic Topology (COMPACT) wykazał, że ograniczenia dotyczące możliwych kształtów kosmosu są słabsze niż wcześniej sądzono. Do dyskusji powraca kilka topologii, które kiedyś uważano za niemożliwe.
Dlaczego to jest ważne
Ustalenie dokładnego kształtu wszechświata to nie tylko ćwiczenie z mapowania. Może odkryć przełomy w grawitacji kwantowej, na nowo zdefiniować nasze rozumienie pochodzenia Wszechświata i odkryć fizykę, o której istnieniu nie mieliśmy pojęcia.
Okazuje się, że błędem jest założenie, że jeśli zapętlony Wszechświat jest wystarczająco mały, musi przekroczyć naszą linię wzroku i pozostawić wykrywalny ślad na CMB. Pętle nie muszą współpracować; mogą przechodzić przez przestrzeń w sposób uniemożliwiający wykrycie, nawet w rozmiarach, które naszym zdaniem byłyby widoczne.
Nadmierna liczba możliwości
Konsekwencje są zdumiewające. To, co wydawało się ograniczonym zestawem możliwych form, teraz rozszerza się do „nadmiernej liczby możliwości”. Same płaskie czasoprzestrzenie mają 18 potencjalnych konfiguracji – cylindry, pączki, butelki Kleina i inne – wszystkie zachowują się identycznie zgodnie z ogólną teorią względności, ale wyglądają inaczej w KMPT.
Wszechświat może być salą luster, a my na ślepo gonimy za cieniami. CMB może nie ujawnić prawdziwego kształtu, ponieważ wprowadziliśmy do danych nasze własne założenia.
Przyszłość topologii kosmicznej
W tej chwili kształt Wszechświata pozostaje nieznany. Runęły stare założenia, a na mapie nadal są luki. Dalsze prace będą wymagały bardziej wyrafinowanych metod poszukiwania subtelnych sygnatur CMB lub nawet zupełnie nowego podejścia do odkrywania prawdziwego kształtu kosmosu. Wszechświat jest bardziej tajemniczy, niż sądziliśmy, a podróż do jego zrozumienia jeszcze się nie skończyła.
