Universul ar putea fi o buclă gigantică

Toate lucrurile pe care credem că le știm despre forma universului ar putea fi greșite. În loc să fie plat ca un cearșaf de pat, universul nostru ar putea fi curbat, ca un balon masiv și umflat, potrivit unui nou studiu.

Acesta este rezultatul unui nou articol publicat astăzi (4 noiembrie) în revista Nature Astronomy, care analizează datele din fondul cosmic de microunde (CMB), ecoul slab al Big Bang-ului. Dar nu toată lumea este convinsă; noile constatări, bazate pe datele publicate în 2018, contrazic atât ani de înțelepciune convențională, cât și un alt studiu recent bazat pe același set de date CMB.

Relaționat: De la Big Bang până în prezent: Instantanee ale universului nostru de-a lungul timpului

Dacă universul este curbat, potrivit noii lucrări, el se curbează ușor. Această curbură lentă nu este importantă pentru a ne deplasa în viața noastră, sau în sistemul solar, sau chiar în galaxia noastră. Dar călătoriți dincolo de toate acestea, în afara vecinătății noastre galactice, departe în întunericul adânc, și în cele din urmă – deplasându-vă în linie dreaptă – veți face o buclă și veți ajunge înapoi de unde ați plecat. Cosmologii numesc această idee „univers închis”. Ea există de ceva vreme, dar nu se potrivește cu teoriile existente despre cum funcționează universul. Așa că a fost în mare parte respinsă în favoarea unui „univers plat” care se extinde fără limite în toate direcțiile și nu se învârte în jurul lui însuși. Acum, o anomalie în datele celei mai bune măsurători de până acum a CMB oferă dovezi solide (dar nu absolut concludente) că universul este închis până la urmă, potrivit autorilor: Cosmologul Eleonora Di Valentino de la Universitatea din Manchester, cosmologul Alessandro Melchiorri de la Universitatea Sapienza din Roma și cosmologul Joseph Silk de la Universitatea Johns Hopkins.

Diferența dintre un univers închis și unul deschis se aseamănă puțin cu diferența dintre o foaie plată întinsă și un balon umflat, a declarat Melchiorri pentru Live Science. În ambele cazuri, totul se extinde. Atunci când foaia se extinde, fiecare punct se îndepărtează de orice alt punct în linie dreaptă. Când balonul este umflat, fiecare punct de pe suprafața sa se îndepărtează de orice alt punct, dar curbura balonului face ca geometria acestei mișcări să fie mai complicată.

„Acest lucru înseamnă, de exemplu, că dacă aveți doi fotoni și aceștia călătoresc în paralel într-un univers închis, ei se vor întâlni”, a spus Melchiorri.

Într-un univers deschis, plat, fotonii, lăsați netulburați, ar călători de-a lungul curselor lor paralele fără a interacționa vreodată.

Modelul convențional al inflației universului, a spus Melchiorri, sugerează că universul ar trebui să fie plat. Derulați expansiunea spațiului până la început, până la primele 0,0000000000000000000000000000000000001 secunde după Big Bang, conform acestui model, și veți vedea un moment de expansiune incredibilă, exponențială, pe măsură ce spațiul a crescut din acel punct infinitezimal în care a început. Iar fizica acestei expansiuni ultrarapide indică un univers plat. Acesta este primul motiv pentru care majoritatea experților cred că universul este plat, a spus el. Dacă universul nu este plat, trebuie să „reglați fin” fizica acelui mecanism primordial pentru a face ca totul să se potrivească – și să refaceți nenumărate alte calcule în acest proces, a spus Melchiorri.

Dar acest lucru ar putea sfârși prin a fi necesar, au scris autorii în noul studiu.

Aceasta pentru că există o anomalie în CMB. CMB este cel mai vechi lucru pe care îl vedem în univers, alcătuit din lumina ambientală de microunde care sufocă tot spațiul atunci când blocați stelele și galaxiile și alte interferențe. Este una dintre cele mai importante surse de date despre istoria și comportamentul universului, deoarece este atât de veche și atât de răspândită în tot spațiul. Și se pare, conform celor mai recente date, că există semnificativ mai multă „lentilă gravitațională” a CMB decât se aștepta – ceea ce înseamnă că gravitația pare să curbeze microundele din CMB mai mult decât poate explica fizica existentă.

Datele pe care se bazează echipa provin dintr-un comunicat din 2018 al experimentului Planck – un experiment al Agenției Spațiale Europene (ESA) pentru a cartografia CMB mai detaliat ca niciodată. (Noile date vor fi publicate într-un număr viitor al revistei Astronomy & Astrophysics și sunt disponibile acum pe site-ul ESA. Atât Di Valentino, cât și Melchiorri au făcut parte din acest efort, de asemenea.)

Pentru a explica această lentilă suplimentară, Planck Collaboration tocmai a adăugat o variabilă suplimentară, pe care oamenii de știință o numesc „A_lens”, la modelul grupului de formare a universului: „Acesta este ceva ce ai pus acolo cu mâna, încercând să explici ceea ce vezi. Nu există nicio legătură cu fizica”, a spus Melchiorri, ceea ce înseamnă că nu există un parametru A_lens în teoria relativității a lui Einstein. „Ceea ce am descoperit este că poți explica A_lens cu un univers curbat pozitiv, care este o interpretare mult mai fizică pe care o poți explica cu relativitatea generală.”

Melchiorri a subliniat că interpretarea echipei sale nu este concludentă. Conform calculelor grupului, datele Planck indică un univers închis cu o deviație standard de 3,5 sigma (o măsură statistică care înseamnă aproximativ 99,8% de încredere că rezultatul nu se datorează întâmplării). Acest lucru este cu mult sub standardul de 5 sigma pe care fizicienii îl caută de obicei înainte de a numi o idee confirmată.

Dar unii cosmologi au spus că există și mai multe motive pentru a fi sceptici.

Andrei Linde, cosmolog la Universitatea Stanford, a declarat pentru Live Science că articolul din Nature Astronomy nu a luat în considerare un alt articol important, publicat în baza de date arXiv la 1 octombrie. (Această lucrare nu a fost încă publicată într-o revistă de specialitate.)

În acea lucrare, cosmologii George Efstathiou și Steven Gratton de la Universitatea din Cambridge, care au lucrat, de asemenea, în cadrul Planck Collaboration, au analizat un subset mai restrâns de date decât lucrarea din Nature Astronomy. Analiza lor a susținut, de asemenea, un univers curbat, dar cu mult mai puțină încredere statistică decât au constatat Di Valentino, Melchiorri și Silk analizând un segment mai mare de date Planck. Cu toate acestea, când Efstathiou și Graton au analizat datele împreună cu alte două seturi de date existente din universul timpuriu, au constatat că, în general, dovezile indicau un univers plat.

Întrebat despre lucrarea lui Efstathiou și Gratton, Melchiorri a lăudat tratarea atentă a lucrării. Dar el a spus că analiza duo-ului se bazează pe un segment prea mic din datele Planck. Și a subliniat că cercetarea lor se bazează pe o versiune modificată (și, în teorie, îmbunătățită) a datelor Planck – nu pe setul public de date pe care peste 600 de fizicieni l-au verificat.

Linde a arătat că această reanaliză este un semn că lucrarea lui Efstathiou și Gratton se bazează pe metode mai bune.

Efstathiou a cerut să nu fie citat direct, dar a subliniat într-un e-mail către Live Science că, dacă universul ar fi curbat, ar ridica o serie de probleme – contrazicând acele alte seturi de date din universul timpuriu și făcând discrepanțele în rata de expansiune observată a universului mult mai grave. Gratton a spus că este de acord.

Melchiorri a fost, de asemenea, de acord că modelul universului închis ar ridica o serie de probleme pentru fizică.

„Nu vreau să spun că eu cred într-un univers închis”, a spus el. „Sunt un pic mai neutru. Aș spune, să așteptăm datele și ce vor spune noile date. Ceea ce cred eu este că există o discrepanță acum, că trebuie să fim atenți și să încercăm să găsim ce produce această discrepanță.”

• 11 fapte fascinante despre galaxia noastră Calea Lactee
• Big Bang la civilizație: 10 evenimente de origine uimitoare
• Spațiat! 101 fotografii de astronomie care vă vor da pe spate

Publicat inițial pe Live Science.

.