Visata yra iš pažiūros begalinė jūra, pripildyta žvaigždžių, galaktikų ir ūkų. Jame matome modelius ir žvaigždynus, kurie įkvėpė istorijas per visą istoriją. Tačiau yra vienas kosminis modelis, kurio mes vis dar nesuprantame. Klausimas, kuris lieka neatsakytas: kokia yra visatos forma? Manėme, kad žinome, bet nauji tyrimai rodo kitaip, ir tai gali reikšti kosmologijos krizę.
1600-ųjų paveikslas, vaizduojantis Ptolemėjo visatą. Kreditas: Kongreso biblioteka
Daugelis ankstyvųjų astronomų manė, kad Visata buvo žvaigždžių sfera, gaubianti Saulės sistemą ir kurios centras yra fiksuotoje, nejudančiame Žemėje. Tačiau bėgant amžiams astronomai išsiaiškino, kad mūsų Saulė tėra viena iš milijardų galaktikoje, o galaktikų, išsibarsčiusių milijarduose šviesmečių erdvės, buvo daugybė. Kūrinio formos klausimas atrodė ginčytinas. Žvaigždės ir galaktikos egzistavo tuščioje erdvėje. Kas gali būti erdvė, jei ne tuščia drobė: plokščia, euklidiška ir be struktūros.
Tada 1900-ųjų pradžioje Albertas Einšteinas sukūrė savo bendrosios reliatyvumo teoriją. Jame erdvė nebuvo tuščia drobė. Jis gali sulenkti ir ištempti, suktis ir deformuotis, atsižvelgiant į masės padėtį ir judėjimą visatoje. Šios erdvinės deformacijos nukreipė šviesą ir materiją, sukeldamos poveikį, kurį vadiname gravitacija. Atsižvelgiant į reliatyvumą, erdvė gali įgauti įvairias formas. Tada buvo įmanoma, kad visata gali turėti bendrą kosminę formą, kaip ir Žemė apskritai yra apvali.
Labai plačiai bendroji reliatyvumo teorija leistų visatai turėti vieną iš trijų formų: plokščią, uždarą arba atvirą.
Galimos visatos formos. Autorius: NASA
Butas – tai būdas, kuriuo kasdieniame gyvenime galvojame apie erdvę. Tai euklido erdvė, apie kurią mokomės mokykloje. Plokščia erdvė tolygiai tęsiasi visomis kryptimis, o du lygiagretūs šviesos pluoštai amžinai liktų lygiagretūs.
Atvirą erdvę galima įsivaizduoti kaip balno formos. Jis pasilenkia taip, kad išsiskirs, kai ištiesiate į išorę. Du šviesos pluoštai, iš pradžių lygiagrečiai, pamažu išsiskirdavo vienas nuo kito ir, važiuodami per kosmosą, šiek tiek pasisuktų vienas nuo kito.
Uždara erdvė paprastai yra sferinė. Jis susilieja, kai tęsiasi, kad lygiagrečiai šviesos pluoštai galiausiai susidurtų ir kirstų vienas kitą, kaip ilgumos linijos Žemėje.
Reikėtų paminėti, kad nė vienas iš jų neturi susidurti su faktu, kad visata kaip visuma plečiasi. Kosminė plėtra reiškia, kad erdvės taškai laikui bėgant išsiskleidžia. Visatos forma priklauso nuo erdvės formos. Sferinis balionas gali išsiplėsti, kai jį pripučia, lygiai taip pat, kaip plokščias guminis lakštas gali būti ištemptas ir likti plokščias. Taigi mūsų besiplečianti visata gali būti plokščia, atvira arba uždara.
Kadangi erdvės kreivumą veikia masės buvimas, visatos forma priklauso nuo vidutinio joje esančios medžiagos tankio. Bendrojoje reliatyvumo teorijoje ši vertė nustatoma pagal tankio parametrą, kuris yra stebimo tankio ir „kritinio tankio“, reikalingo, kad visata būtų plokščia, santykis. Jei tankio parametras yra 1, tada visata yra plokščia. Jei jis didesnis nei 1, jis uždarytas, o atviras, jei tankio parametras yra mažesnis nei 1. Kosminio tankio matavimai nuosekliai davė 1 reikšmę. Iki stebėjimo ribų visata yra plokščia, kaip jau seniai įtarėme. .
CMB išvaizda paveikta kosminės formos. Autoriai: NASA / WMAP mokslo komanda
Tačiau yra ir kitas būdas išmatuoti kosmoso formą, tai yra pažvelgti į matomą labai tolimų objektų dydį. Viskas grįžta į lygiagrečių šviesos pluoštų elgesį. Plokščioje visatoje lygiagrečios linijos lieka lygiagrečios, todėl šviesa, sklindanti iš dviejų tolimos galaktikos pusių, mus pasiekia tiesia linija. Jų kampai vienas kito atžvilgiu išlieka tokie patys, todėl galaktika atrodo kaip tikrasis jos dydis.
Jei visata atvira, lygiagrečios linijos skiriasi nuo atstumo. Taigi šviesa iš mūsų tolimos galaktikos tampa lygiagretesnė, kai pasiekia mus. Tai reiškia, kad galaktika atrodytų mažesnė nei yra. Jei visata uždaryta, įvyksta priešingas šviesos lenkimas ir galaktika atrodytų didesnė nei yra.
Naujame dokumente, paskelbtame mGamta, komanda žvelgė ne į galaktikas, o į kosminio mikrobangų fono (CMB) svyravimus. CMB yra didžiojo sprogimo likutinė šviesa, ir tai yra tolimiausia šviesa, kurią galime pamatyti visatoje. Dėl šios priežasties tai šviesa, kurią labiausiai veikia visatos forma. CMB svyravimų mastą lemia tamsiosios materijos ir tamsiosios energijos kiekis visatoje, kuriuos žinome, todėl žinome, kokio dydžio svyravimai turėtų pasirodyti. Kai komanda išanalizavo CMB duomenis iš Plank erdvėlaivio, jie nustatė, kad svyravimai buvo didesni, nei tikėtasi. Tai reiškia, kad 99% tikrumu visata yra uždara, o ne plokščia.
Šis naujas tyrimas prieštarauja daugeliui ankstesnių tyrimų, rodančių, kad visata yra plokščia. Plancko duomenyse gali būti tam tikra sisteminė klaida, dėl kurios visata atrodo išlenkta, tačiau jei tyrimai yra tikslūs, tai rodo, kad mūsų supratimas yra trūkumas. Kol kas visatos forma neaiški.
Šaltinis: Plancko įrodymai apie uždarą Visatą ir galimą kosmologijos krizę , Di Valentino, E. ir kt.