Ko kozmologi govorijo o geometriji vesolja, se sklicujejo na splošno obliko prostor-časa. V našem razširjenem vesolju obstajata v bistvu dve možnosti. Če je gravitacija, ki jo ustvarja vsa materija, močnejša od širitve vesolja, bo na koncu ponovno vse povleklo skupaj. V tem primeru živimo v "zaprtem" ali sferičnem vesolju. Če pa vse, kar poganja širitev, premaga gravitacijo, imamo nenehno razširjeno ali "odprto" vesolje, ki je videti kot sedlo.
Zanimivo pa je, da se zdi vesolje negotovo uravnoteženo med tema možnostma. Teorija kozmične inflacije pomaga razložiti to z izgladitvijo našega dojemanja kakršnekoli splošne ukrivljenosti, ideja, da prebivamo v ravnem vesolju, pa je zdaj vpeta v standardni model kozmologije. Kljub temu obstajajo dvomi, piše The New Scientist.
Kakšne oblike je vesolje?
Italijan Alessandro Melchiorri z univerze Sapienza v Rimu je del ekipe za analiziranje najnovejših podatkov misije Planck, ki je izmerila temperaturna nihanja v kozmičnem mikrovalovnem ozadju najnatančneje do zdaj. Raziskovalci so analizirali stopnjo, do katere svetloba iz kozmičnega mikrovalovnega ozadja izkrivlja proces šibkega gravitacijskega lečenja, ko potuje proti nam. Ugotovili so več lečenja, kot predvideva standardni model kozmologije - razen če pozabimo na predpostavko o ravnem vesolju. "Če prilagodite model in pustite, da se ukrivljenost spreminja, vidite, da je najboljša rešitev zaprto vesolje z več temne snovi," pravi Melchiorri.
Toda kot so Melchiorri in njegovi kolegi pokazali v nadaljnji študiji v začetku letošnjega leta, zaprto vesolje poslabšuje neskladja, ki jih kozmologi vidijo drugje v standardnem modelu, ne nazadnje pa slabo vpliva tudi na dejstvo, da se vesolje širi hitreje, kot predvidevajo, da bi se moralo. Pojasnitev tega pa postane še težja, če je vesolje sferično in ne ravno.
Skoraj vse druge meritve, ki jih imamo, kažejo, da je vesolje ravno. Mogoče je, da je to najnovejše opazovanje statistično naključje, ki izgine z novimi kozmološkimi raziskavami, na primer z uporabo teleskopa Vera Rubin ali s satelitom Euclid. Če pa ne, je najboljši način, da naprej pridobimo boljše podatke o resnični naravi velikega poka in kozmične inflacije. Tu postanejo pomembni gravitacijski valovi. To rahlo valovanje v prostor-času, najbolj znano kot posledica trkov med oddaljenimi črnimi luknjami, lahko omogoči tudi vpogled v zgodnje vesolje, če lahko zaznamo tiste valove, ki so se do nas prebili iz najbolj oddaljenih koncev vesolja. "Obstaja kopica (kozmoloških) mehanizmov, ki bi lahko delček sekunde po velikem poku sprožili blisk gravitacijskega sevanja," pravi Van Den Broeck, na primer mehanizmi, kot je inflacija.
Prvinski gravitacijski valovi bi bili danes vidni kot ozadje rahlega valovanja, ki prihaja iz vseh smeri. Razlikujejo se po tem, da bi zaradi širjenja vesolja imeli veliko daljše valovne dolžine od tistih, ki smo jih zaznali pri trkih črnih lukenj. Naši najboljši zemeljski detektorji gravitacijskih valov delujejo s previsoko frekvenco, da bi jih videli. Toda načrtovani vesoljski detektor ESA, Laser Interferometer Space Antenna (LISA), bi jih lahko zaznal.
Bilo bi vznemirljivo, če bi lahko videli tudi prvotne gravitacijske valove
"Zagotovo bi bilo vznemirljivo, če bi lahko videli tudi prvotne gravitacijske valove," pravi Padilla. "Potem bi se zares začeli učiti o vesolju." Morda najpomembneje je, da bi lahko izvedeli, ali se je inflacija res zgodila - in ali je vesolje ravno.
Koliko je vesolj?
Ko so torej kozmologi prišli do kozmične inflacije, ideje, da se je zgodnje vesolje v trenutku eksponentno napihnilo, so hitro ugotovili, da so morda dobili več, kot so pričakovali. "Inflacija se lahko zgodi kjerkoli v prostoru in času," pravi Padilla. "Zgodilo se je že v našem delu vesolja, zato je bil naš kotiček vesolja zelo velik, vendar bi lahko v različnih delih vesolja to še vedno trajalo."
Ta scenarij, znan kot večna inflacija, ustvarja panteon različnih "mehurčkastih" vesolj, ki so nagnetena skupaj in vedno bolj žuborijo. Dobrodošli v inflacijskem multiverzumu! Ni ga mogoče opazovati ali izmeriti, ker vsa mehurčkasta vesolja, ki jih vsebuje, ležijo zunaj meja našega opazovanega vesolja. A številni kozmologi so prepričani, da obstaja, ker je to logična posledica dveh teorij, inflacije in kvantne mehanike, ki sta dokazano različni. Ker jih niso mogli videti, so ljudje špekulirali o tem, koliko vesolj bi lahko bilo in kaj bi lahko vsebovala.
S standardnim inflacijskim multiverzumom je število vesolj neskončno. V vsakem pa lahko najdemo nekaj, po čemer se močno razlikuje od vesolja, ki ga poznamo. Ta ideja o kozmični izbiri in mešanju je nastala zaradi poskusov razlage gravitacije - kot pri razlagi treh naravnih sil kot kvantnih. Te teorije nadomeščajo znane točkovno podobne delce z majhnimi vibrirajočimi nizi, ki obstajajo v več dimenzijah - običajno jih je deset ali enajst, odvisno od vaše najljubše različice, napovedujejo pa obsežno pokrajino z vsaj 10.500 možnostmi, kako bi lahko bila fizika videti v nešteto mehurčkih inflacijskega multiverzuma. Vsak bi imel drugačne fizikalne zakone in različne vrednosti za konstante narave.
Ali pa je samo še eno vesolje in smo že videli konkretne dokaze o njegovem obstoju. Leta 2016 je Antarktična impulzivna prehodna antena (ANITA) zaznala visokoenergijski delček, ki se je očitno izstrelil iz Zemlje. Dve leti kasneje je prišlo do drugega takšnega odkritja. Ena od razlag je, da je lahko delec prišel iz vzporednega vesolja, ustvarjenega sočasno z našim, a potuje nazaj v času.
Kdaj se bo vesolje končalo?
Pred odkritjem temne energije je veljalo, da je skrivnostna sila, ki naj bi potiskala prostor-čas narazen, odvisna od geometrije, vesolje je bilo ali zaprto in bi se samo sesedlo v "velikem krču" ali pa je bilo odprto in se je razširilo za vedno. Zdaj pa standardni model kozmologije predpostavlja, da živimo v ravnem vesolju, ki se bo po zaslugi temne energije večno širilo.
Če temna energija ni nič bolj eksotična kot kozmološka konstanta, kar pomeni, da sčasoma ne niha, bo širjenje vesolja postajalo stalnica, jate galaksij bo pri tem odnašalo vedno bolj stran. "V vesolju bomo ostali precej sami," pravi Baker. V tem scenariju, ki se včasih imenuje vročinska smrt vesolja ali velika zamrznitev, vse zvezde sčasoma umrejo, črne luknje se povečajo in preostala snov v vesolju se navadno temperaturno izenači. Brez razlike v temperaturi energija ne more teči in vesolje postopoma vstopi v nekakšno kozmično staranje, kjer se sploh nič ne zgodi.
Druga možnost je velika razpoka. Tu se temna energija vedno bolj krepi, širjenje vesolja pa pospešuje. "To je bolj vznemirljivo," pravi Baker. "Tudi predmeti, vezani na gravitacijo, kot je galaksija, sčasoma lahko razpadejo." Temna energija namreč prevlada gravitacijo, ki drži nebesne predmete skupaj.
Če bi se jutri popoldan zgodil eden od teh faznih prehodov, bi ga komaj opazili. V času enega pomežika bi bilo vsega konec
Kateri od teh scenarijev je pravilen, bomo razkrili, šele ko bomo spoznali naravo temne energije. Toda preden nam postane preveč udobno ob misli, da je to vse daleč v prihodnosti in nam ni treba skrbeti, je mogoče, da bi se vesolje končalo jutri. To razmišljanje temelji na ideji, da obstaja velika pokrajina vesolj z različnimi fizikalnimi zakoni. V tem primeru bi lahko naše vesolje izvedlo kvantni trik, imenovan tuneliranje, v katerem bi se nenadoma spremenilo v vesolje z drugačnimi lastnostmi. Konstante narave in morda celo zakoni fizike ne bi bili več takšni, kot jih poznamo. To seveda ne bi bilo idealno, saj sloni struktura atomov na občutljivem ravnovesju med naravnimi silami. Atomi bi lahko bliskovito razpadli. "Če bi se jutri popoldan zgodil eden od teh faznih prehodov, bi ga komaj opazili," pravi Baker. "V času enega pomežika bi bilo namreč vsega konec."
Najpomembnejše vprašanje za kozmologe je torej, ali lahko pred potopitvijo v kvantno pozabo ugotovijo, ali je njihov priljubljeni standardni model pravilen, sklene The New Scientist.
