Можемо ли икада знати облик универзума?

Крените у било ком правцу и летите кроз универзум. Из нашег соларног система, иза ивице Млечног пута, кроз шуму галаксија које чине нашу Локалну групу у дивљину далеког космоса, поред црних рупа и галаксија и скоро бесконачних светова… или су они бесконачни?

Да ли бисте могли да наставите да путујете заувек или бисте на крају стигли до ивице? Или можда завршиш тамо где си почео? Ово је највећи проблем у космологији, посебно ако реч „највећи“ схватите дословно: колика је тачно величина и облик нашег универзума? Имамо неколико наговештаја, али они не упућују ни на један одређени правац, тако да остаје углавном мистерија.

Када причам о универзуму са пријатељима или колегама, често их подсећам да је простор огроман, можда чак и бескрајан. Тешко је доћи до тога, али космолози и велики мислиоци су вековима збуњивали то. Најбољи начин да схватите његову величину је да почнете тако што ћете одредити какав је облик. И постоји много идеја о томе какав би облик могао имати наш универзум.

Најједноставнији облик за универзум би у суштини био равна плоча. Наравно, то је много компликованије од тога, али је корисна метафора (што бисте могли рећи о већини ствари у физици). Замахнућу руком поред неких техничких детаља, али довољно је рећи да ако је универзум раван, сва геометрија коју сте научили у школи ради: нацртајте троугао и његови углови ће бити збирни до 180 степени и све његове линије ће бити праве. Али ако је космос закривљен, ствари почињу да постају фанци. Ваш троугао не би био троугао какав познајете, али ефекти би били тако мали да не бисте приметили. Универзум би могао бити обликован као седло или чак као сфера, а у сваком случају геометрија постаје нееуклидска и стога помало чудна.

Величином и обликом универзума управљају две величине: гравитација и тамна енергија. Гравитација свега у универзуму га увлачи, а тамна енергија га гура да се шири. Ако су ово двоје савршено усклађени, универзум је раван. Ако тамна енергија побеђује, она је у облику Принглеа. Било који од ових облика би омогућио да универзум буде коначан или бесконачан – постоје модели који раде за сваки.

Ако гравитација побеђује, универзум је сферичан и стога коначан – што је најједноставније решење. Међутим, колико можемо закључити из различитих опсервација космоса великих размера, чини се да је универзум вероватно раван. С друге стране, недавна запажања су показала да тамна енергија може временом слабити, што заиста наглашава колико мало заправо знамо са сигурношћу о свемиру написаном великом. Тамна материја је на сличан начин мистериозна, чак и када градимо све прецизније њене мапе широм космоса, и она је кључна компонента у гравитацији универзума. Дакле, „вероватно равно“ ипак треба узети са резервом.

У овом тренутку, морам да вам кажем да овде нисам сасвим непристрасан приповедач. Ја, као и многи физичари, не волим бесконачности. Наравно, о њима је забавно размишљати, али укључите их у физички свет и шта то уопште значи? Можда су то само границе мог људског мозга, али тешко ми је да прихватим да било шта може бити смислено бесконачно. Све мора да има неку границу, чак и ако је та граница изузетно велика. Бесконачност ми се чини као мало превара. Не постоји начин да се то измери. Ако наше једначине не функционишу како треба, само ћемо претпоставити да то траје заувек? Пусти ме.

Нисам усамљен у том погледу, а имајући у виду општу одбојност према бесконачности, постоји много теорија о томе како би коначни универзум могао да изгледа. Чак и ако је равна, постоји много опција за то како различити делови простор-времена могу бити повезани један са другим – као што сам рекао, разлика између листова/сфере/седла је поједностављење. Као прво, постоји питање да ли коначни универзум мора да има ивицу. Ако је универзум коначан и раван као лист папира, мора га имати – али онда се морамо запитати, шта је иза ивице? Можда други универзуми, можда баш ништа. Могло би бити било шта. Али шта се дешава на ивици? Да ли постојање само… престаје? То је помало узнемирујуће и тешко замисливо, а такође је тешко радити на једначинама које описују наш универзум.

Ако је простор-време закривљено, опције се мало отварају. Сфера нема ивицу, тако да ако путујете предалеко у једном правцу, једноставно бисте завршили тамо где сте почели. Или би могао бити у облику крофне или Клеин флаше или чудног сунђера са црвоточинама, или било које друге могућности – неки физичари су сугерисали да би могао бити у облику кикирикија, конуса или јабуке, од којих је последње могуће само додавањем више димензија него што тренутно постојимо. Као што сам рекао, то је компликовано.

Сви ти облици које сам управо поменуо су коначни. Додајте бесконачности у мешавину и све постаје још дивље – могло би се рећи и незграпно. Могли бисте да путујете заувек и све што бисте пронашли је бескрајан простор, бесконачна разноликост галаксија и звезданих система и светова. Не би било бриге о ивицама или о томе шта је „изван“ универзума јер би све било унутар њега.

У неком смислу, перспектива је узбудљива. Могао би да нађеш било шта тамо. Дефинитивно би постојали и други облици живота – само по чистој вероватноћи – иако то још увек важи за универзум који није бесконачан, већ заиста, заиста велики. Лично, међутим, не могу а да не мислим да је бесконачна количина универзума једноставно превише. Волим да замишљам шта би могло бити тамо, али ако је одговор „све могуће јер универзум траје заувек и заувек“, изгледа да нема смисла замишљати.

То су, међутим, лична осећања, и као и све у физици, на крају ће се свести на запажања и математику. То је део онога што волим код физике, њена конкретност – а бесконачност једноставно није довољно конкретна. Ако изаберем правац и одлетим кроз универзум, на крају пожелим да стигнем до нечега, било да је то ивица или само поново кући.

Мистерије универзума: Чешир, Енглеска

Проведите викенд са неким од најсјајнијих умова науке, док истражујете мистерије универзума у ​​узбудљивом програму који укључује екскурзију да видите култни телескоп Ловелл.