W czasach, gdy ludzie myśleli, że ziemia jest płaska, herezją było zakładanie, że długa podróż w linii prostej w końcu doprowadzi cię z powrotem do punktu wyjścia. Ale to prawda: idź, lataj, przepłyń 40000 kilometrów w jednym kierunku, a wrócisz tam, gdzie zacząłeś. A potem zastanawiasz się: czy można zrobić tę samą sztuczkę w kosmosie? Jeśli weźmiesz rakietę, która może latać wystarczająco szybko i wystarczająco długo, nie zderzając się z odległymi gwiazdami lub galaktykami, czy możesz w końcu wrócić do punktu wyjścia?
Na pierwszy rzut oka może się to wydawać szalone, ale w rzeczywistości tak nie jest. Można by pomyśleć, że wszechświat jest nieskończony i trwa we wszystkich kierunkach w nieskończoność, ale mamy dowody na to, że kształt i rozmiar wszechświata jest dość skończony. Po pierwsze, od Wielkiego Wybuchu minęło zaledwie 13,8 miliarda lat i możemy obserwować objętość przestrzeni, którą światło odwiedziło w ciągu 13,8 miliarda lat, podkreślając każdy odwiedzony punkt. Po drugie, istnieją setki miliardów galaktyk, które były młodsze w przeszłości, a im dalej patrzymy w przeszłość, tym wyraźniejsze staje się to. Czy to możliwe, że jedna (lub więcej) z tych galaktyk jest młodą wersją Drogi Mlecznej, w której dorastaliśmy? Wreszcie, tak jak Ziemia ma dwa wymiary, w których możemy się po niej poruszać (z północy na południe iz zachodu na wschód, ale nie z góry na dół),czy Wszechświat może być strukturą wielowymiarową (hipersfera lub hipertor), w której wiele wymiarów jest zamkniętych i ograniczonych, skręcających się w siebie?
Jeśli tak, to jeśli szedłeś w linii prostej wystarczająco długo, w końcu wrócisz do punktu wyjścia. A jeśli byłeś nieśmiertelny, być może pewnego dnia będziesz mógł zobaczyć tył swojej głowy, patrząc tylko przez dłuższy czas, ponieważ twoje oczy w końcu zobaczą światło odbite od twojego własnego tyłu głowy. Cóż, jeśli wszechświat naprawdę istnieje, skąd możemy wiedzieć na pewno?
Aby to zrobić, musimy spojrzeć na wszechświat w jego największej skali i znaleźć miejsca, w których ma takie same właściwości we wszystkich kierunkach. Skończony i wirujący wszechświat oznaczałby, że te same struktury pojawiałyby się w kółko. Podczas gdy większość Wszechświata będzie trudna do zdefiniowania jako wirująca, ponieważ ograniczona prędkość światła oznacza, że będziemy widzieć te same obiekty na różnych etapach ich ewolucji (jak młodsza Droga Mleczna), zawsze będą istnieć obiekty, które będą na tym samym etapie ewolucji w różnych miejsc. Wielkoskalowa struktura Wszechświata nie wykazuje takich struktur, ale mamy jeszcze lepsze miejsce do obejrzenia: kosmiczne mikrofalowe tło.
Fluktuacje poświaty Wielkiego Wybuchu mają bardzo specyficzne powtarzające się wzorce, ale także wykazują losowe rozmieszczenie tych wzorców. Opracowano wiele algorytmów do wyszukiwania powtarzających się nielosowych sygnałów w korelacjach fluktuacji w różnych częściach nieba. Gdyby wszechświat był skończony i skręcony - gdyby jego części zostały powtórzone w innym miejscu - zostałby odzwierciedlony w kosmicznym mikrofalowym tle.
Film promocyjny:
Jednak brak obserwowanych powtarzających się struktur nie oznacza, że wszechświat nie ma tego typu topologii. Oznacza to, że jeśli Wszechświat się powtarza, przedstawiając zamkniętą hiperpowierzchnię, a my teoretycznie możemy znajdować się w tym samym punkcie, poruszając się w linii prostej przez długi czas, ale będzie to zauważalne na skalach większych niż część, którą obserwujemy. Biorąc pod uwagę, że ogranicza nas odległość, jaką przebyło światło w ciągu 13,8 miliardów lat, taki scenariusz jest całkiem możliwy.
Ale jest jedna rzecz.
Bez względu na to, jak bardzo jesteśmy zaawansowani technicznie, pewnego dnia w przyszłości, o ile ogranicza nas prędkość światła, nigdy nie dowiemy się, czy wszechświat rzeczywiście zachowuje się w ten sposób. Dzięki ciemnej energii i przyspieszonej ekspansji Wszechświata dotarcie do krawędzi nawet obecnie obserwowalnego wszechświata jest fizycznie niemożliwe; możemy pokonać najwyżej jedną trzecią tej drogi. Jeśli wszechświat nie powtarza się w skalach mniejszych niż 15 miliardów lat świetlnych od współczesnej średnicy, nigdy nie wrócimy do punktu, w którym zaczynaliśmy w linii prostej.
Ale to nie znaczy, że Wszechświat nie może być zamknięty, skończony i skręcony w hipersferę. Oznacza to, że ekspansja Wszechświata - przyspieszona ekspansja - uniemożliwia nam „okrążanie świata” we Wszechświecie. Ze względu na połączenie czynników, takich jak:
- ostateczny wiek Wszechświata;
- końcowa prędkość światła;
- ekspansja Wszechświata;
- i obecność ciemnej energii, możemy nigdy nie wiedzieć, czy nasz Wszechświat jest nieskończony, czy nie, i jaka jest jego prawdziwa topologia.
Widzimy tylko dostępną dla nas część, która pozwala nam na ustalenie granic możliwej topologii wszechświata. O ile nam wiadomo, jest płaska, niepowtarzalna i prawdopodobnie, ale niekoniecznie, nieskończona. Być może w miarę upływu czasu, gdy Wszechświat będzie się przed nami coraz bardziej otwierał, nasze pomiary krzywizny będą stawały się coraz dokładniejsze i ujawniły nam nową prawdę. Pomimo tego, że nasza zdolność obserwacji jest bardzo ograniczona, mogą pojawić się nowe, jeszcze nieznane możliwości dla kosmicznego horyzontu.
ILYA KHEL
