Vesmír může být obří smyčka

Vše, co si myslíme, že víme o tvaru vesmíru, může být špatně. Podle nové studie může být náš vesmír místo toho, aby byl plochý jako prostěradlo, zakřivený jako mohutný nafouknutý balón.

To je výsledek nové práce publikované dnes (4. listopadu) v časopise Nature Astronomy, která zkoumá data z kosmického mikrovlnného pozadí (CMB), slabé ozvěny velkého třesku. Ne všichni jsou však o tom přesvědčeni; nové závěry založené na datech zveřejněných v roce 2018 jsou v rozporu s dlouholetou konvenční moudrostí i s jinou nedávnou studií založenou na stejném souboru dat CMB.

Related: Od velkého třesku po současnost:

Pokud je vesmír zakřivený, je podle nové práce zakřivený jemně. Toto pomalé ohýbání není důležité pro pohyb kolem našeho života, sluneční soustavy nebo dokonce naší galaxie. Ale cestujte mimo to všechno, mimo naše galaktické sousedství, daleko do hluboké černé tmy, a nakonec – pohybujíce se po přímce – uděláte smyčku a skončíte přesně tam, kde jste začali. Kosmologové tuto myšlenku nazývají „uzavřený vesmír“. Existuje už nějakou dobu, ale nezapadá do stávajících teorií fungování vesmíru. Proto byla z velké části odmítnuta ve prospěch „plochého vesmíru“, který se rozprostírá bez hranic ve všech směrech a nevytváří smyčku sám kolem sebe. Nyní anomálie v datech z dosud nejlepšího měření CMB nabízí podle autorů solidní (ale ne zcela přesvědčivý) důkaz, že vesmír je přece jen uzavřený:

Rozdíl mezi uzavřeným a otevřeným vesmírem je trochu jako rozdíl mezi nataženým plochým prostěradlem a nafouknutým balonem, řekl Melchiorri časopisu Live Science. V obou případech se celá věc rozpíná. Když se list rozpíná, každý bod se vzdaluje od každého jiného bodu v přímce. Když je balon nafouknutý, každý bod na jeho povrchu se vzdaluje od každého jiného bodu, ale zakřivení balonu komplikuje geometrii tohoto pohybu.

„To například znamená, že pokud máte dva fotony a cestují paralelně v uzavřeném vesmíru, setkají se,“ řekl Melchiorri.

V otevřeném, plochém vesmíru by fotony, ponechány nerušeně, cestovaly po svých paralelních drahách, aniž by se kdy střetly.

Konvenční model inflace vesmíru, řekl Melchiorri, předpokládá, že vesmír by měl být plochý. Přetočte rozpínání vesmíru až na začátek, do prvních 0,00000000000000000000000000001 sekundy po velkém třesku, podle tohoto modelu, a uvidíte okamžik neuvěřitelného, exponenciálního rozpínání, kdy vesmír vyrostl z tohoto nekonečně malého bodu, ve kterém začal. A fyzika tohoto superrychlého rozpínání ukazuje na plochý vesmír. To je první důvod, proč se většina odborníků domnívá, že vesmír je plochý, řekl. Pokud vesmír není plochý, je třeba „doladit“ fyziku tohoto prvotního mechanismu, aby vše do sebe zapadalo – a v tomto procesu předělat nespočet dalších výpočtů, řekl Melchiorri.

Ale to může být nakonec nezbytné, napsali autoři v nové studii.

To proto, že v CMB je anomálie. CMB je nejstarší věc, kterou ve vesmíru vidíme, tvořená okolním mikrovlnným světlem, které dusí celý vesmír, když zablokujeme hvězdy, galaxie a další rušivé vlivy. Je to jeden z nejdůležitějších zdrojů údajů o historii a chování vesmíru, protože je tak starý a rozprostřený po celém vesmíru. A podle nejnovějších dat se ukazuje, že existuje podstatně větší „gravitační čočkování“ CMB, než se očekávalo – to znamená, že gravitace zřejmě ohýbá mikrovlny CMB více, než dokáže vysvětlit stávající fyzika.

Data, ze kterých tým čerpá, pocházejí z roku 2018 z experimentu Planck – experimentu Evropské kosmické agentury (ESA), který mapuje CMB podrobněji než kdykoli předtím. (Nová data budou publikována v nadcházejícím vydání časopisu Astronomy & Astrophysics a jsou již nyní k dispozici na webových stránkách ESA. Di Valentino i Melchiorri se na tomto úsilí rovněž podíleli.“)

Pro vysvětlení tohoto dodatečného čočkování kolaborace Planck Collaboration právě přidala do skupinového modelu vzniku vesmíru další proměnnou, kterou vědci nazývají „A_lens“: „Je to něco, co jste tam vložili ručně a snažíte se vysvětlit to, co vidíte. Nemá to žádnou spojitost s fyzikou,“ řekl Melchiorri, což znamená, že v Einsteinově teorii relativity žádný parametr A_lens není. „Zjistili jsme, že A_lens můžete vysvětlit pomocí pozitivně zakřiveného vesmíru, což je mnohem fyzikálnější interpretace, kterou můžete vysvětlit pomocí obecné teorie relativity.“

Melchiorri upozornil, že interpretace jeho týmu není přesvědčivá. Podle výpočtů skupiny ukazují Planckova data na uzavřený vesmír se směrodatnou odchylkou 3,5 sigma (statistická míra, která znamená asi 99,8% jistotu, že výsledek není způsoben náhodou). To je mnohem méně než standardní odchylka 5 sigma, kterou fyzikové obvykle hledají, než nějakou myšlenku označí za potvrzenou.

Někteří kosmologové však uvedli, že důvodů ke skepsi je ještě více.

Andrei Linde, kosmolog ze Stanfordovy univerzity, řekl časopisu Live Science, že článek v časopise Nature Astronomy nebere v úvahu jiný důležitý článek, který byl 1. října zveřejněn v databázi arXiv. (Tento článek dosud nebyl publikován v recenzovaném časopise.)

V tomto článku se kosmologové z Cambridgeské univerzity George Efstathiou a Steven Gratton, kteří oba rovněž pracovali na projektu Planck Collaboration, zabývali užší podmnožinou dat než v článku Nature Astronomy. Jejich analýza rovněž podpořila zakřivení vesmíru, ale s mnohem menší statistickou jistotou, než jakou zjistili Di Valentino, Melchiorri a Silk při pohledu na větší segment dat z družice Planck. Když se však Efstathiou a Graton podívali na data společně s dalšími dvěma existujícími soubory dat z raného vesmíru, zjistili, že celkově důkazy ukazují na plochý vesmír.

Na otázku ohledně článku Efstathioua a Grattona Melchiorri pochválil pečlivé zpracování práce. Řekl však, že analýza dvojice se opírá o příliš malý segment Planckových dat. A upozornil, že jejich výzkum je založen na upravené (a teoreticky vylepšené) verzi Planckových dat – nikoli na veřejném souboru dat, který prověřilo více než 600 fyziků.

Linde poukázal na tuto reanalýzu jako na známku toho, že článek Efstathioua a Grattona je založen na lepších metodách.

Efstathiou požádal, aby nebyl přímo citován, ale v e-mailu pro Live Science upozornil, že pokud by byl vesmír zakřivený, vyvolalo by to řadu problémů – odporovalo by to těm ostatním souborům dat z raného vesmíru a nesrovnalosti v pozorované rychlosti rozpínání vesmíru by byly mnohem horší. Gratton uvedl, že souhlasí.

Melchiorri také souhlasil s tím, že model uzavřeného vesmíru by pro fyziku vyvolal řadu problémů.

„Nechci říci, že věřím v uzavřený vesmír,“ řekl. „Jsem trochu neutrálnější. Řekl bych, počkejme si na data a na to, co řeknou nová data. Věřím tomu, že nyní existuje rozpor, že musíme být opatrní a pokusit se zjistit, co tento rozpor způsobuje.“

• 11 fascinujících faktů o naší galaxii Mléčná dráha
• Velkým třeskem k civilizaci: 10 úžasných událostí o vzniku vesmíru
• Spaced Out! 101 astronomických fotografií, které vám vyrazí dech

Původně vyšlo na Live Science.

.