Είναι το σύμπαν άπειρο ή απλώς απέραντο πέρα ​​από κάθε φαντασία;

Ας ξεκινήσουμε με την κεντρική διάκριση που διαμορφώνει ολόκληρη τη συζήτηση, τη διαφορά μεταξύ του παρατηρήσιμου σύμπαντος και του σύμπαντος στο σύνολό του.

Αυτό που μπορούμε να δούμε περιορίζεται από τον κοσμικό ορίζοντα φωτός, ένα όριο που ορίζεται όχι από κάποιο φυσικό τοίχο αλλά από την πεπερασμένη ηλικία του σύμπαντος.

Το φως είχε μόνο 13,8 δισεκατομμύρια χρόνια για να ταξιδέψει, επομένως η περιοχή που είναι ορατή σε εμάς μπορεί να αντιπροσωπεύει μόνο ένα μικροσκοπικό κλάσμα του συνόλου.

Μέσα σε αυτό το παρατηρήσιμο τμήμα, μελετάμε τη γεωμετρία του χώρου μέσω του κοσμικού μικροκυματικού υποβάθρου, χρησιμοποιώντας τα φαινομενικά μεγέθη των διακυμάνσεων της θερμοκρασίας ως ανιχνευτή καμπυλότητας.

Οι παρατηρήσεις δείχνουν ότι ο χώρος είναι απίστευτα σχεδόν επίπεδος, αλλά αυτή η επιπεδότητα συνοδεύεται από μια σημαντική λεπτομέρεια: μπορούμε να μετρήσουμε την καμπυλότητα μόνο με περιορισμένη ακρίβεια.

Τα τρέχοντα δεδομένα υποδεικνύουν μια παράμετρο καμπυλότητας Ω ₖ περίπου 0,000 ± 0,005, που σημαίνει ότι δεν μπορούμε να αποδείξουμε ότι το σύμπαν είναι απόλυτα επίπεδο, μόνο ότι είναι πιο επίπεδο από ό,τι μας επιτρέπει να διακρίνουμε με το περιθώριο σφάλματος 0,4%. Εάν το Ω ₖ είναι ακριβώς μηδέν, η απλούστερη ερμηνεία είναι ένα άπειρο σύμπαν. Αλλά αν είναι έστω και ελαφρώς θετικό, ας πούμε +0,001, θα έδειχνε μια κλειστή, πεπερασμένη υπερσφαιρική γεωμετρία της οποίας η ακτίνα καμπυλότητας είναι απλά τόσο τεράστια που υπερβαίνει αυτό που μπορούμε να ανιχνεύσουμε.

Παράλληλα με αυτές τις γεωμετρικές μετρήσεις, ο κοσμικός πληθωρισμός παίζει κεντρικό ρόλο στη διαμόρφωση των προσδοκιών.

Η θεωρία του πληθωρισμού προτείνει ότι το σύμπαν υπέστη μια εξαιρετικά γρήγορη διαστολή στο πρώτο κλάσμα του δευτερολέπτου. Αυτή η διαδικασία ισοπεδώνει φυσικά τον χώρο, όπως ακριβώς το φούσκωμα ενός μπαλονιού ισοπεδώνει οποιοδήποτε μικρό κομμάτι στην επιφάνειά του, και τεντώνει ολόκληρο το σύμπαν σε κλίμακες πολύ πέρα ​​από αυτές που μπορούμε να παρατηρήσουμε. Εάν ο πληθωρισμός συνέβαινε όπως κατανοείται σήμερα, ολόκληρο το σύμπαν θα μπορούσε να είναι εκθετικά μεγαλύτερο από την ορατή μας περιοχή, ενδεχομένως κατά παράγοντες όπως 10²³ ή περισσότερο, καθιστώντας τη διάκριση πεπερασμένου έναντι άπειρου σχεδόν ακαδημαϊκή από παρατηρησιακής άποψης.

Ολόκληρο το παρατηρήσιμο σύμπαν μας θα μπορούσε να είναι τίποτα περισσότερο από μια μικροσκοπική φούσκα μέσα σε μια αφάνταστα μεγαλύτερη κοσμική έκταση.

Το ερώτημα τότε δεν αφορά μόνο το μέγεθος αλλά και την τοπολογία: πώς συνδέεται ο χώρος στις μεγαλύτερες κλίμακες. Ακόμα και ένα τέλεια επίπεδο σύμπαν θα μπορούσε να είναι πεπερασμένο αν τυλιχτεί γύρω από τον εαυτό του σαν ένας τριτόρος. Σε ένα τέτοιο σύμπαν, το να ταξιδέψεις αρκετά μακριά προς μία κατεύθυνση θα μπορούσε, κατ' αρχήν, να σε φέρει πίσω στο σημείο που ξεκίνησες.

Αυτή η ιδέα έρχεται με μια παρατηρησιακή δοκιμή γνωστή ως η μέθοδος των «κύκλων στον ουρανό», όπου οι επιστήμονες αναζητούν στο κοσμικό υπόβαθρο μικροκυμάτων ταιριαστά, επαναλαμβανόμενα μοτίβα, υπογραφές ενός σύμπαντος του οποίου οι φωτεινές διαδρομές περιστρέφονται γύρω από αυτό.

Δεν έχουν βρεθεί τέτοια επαναλαμβανόμενα μοτίβα, πράγμα που σημαίνει ότι αν το σύμπαν διαθέτει αυτό το είδος τοπολογίας, οι «βρόχοι» πρέπει να βρίσκονται πολύ πέρα ​​από την άκρη του ορατού ορίζοντα μας.

Όλα αυτά οδηγούν σε ένα σοβαρό συμπέρασμα: με τα τρέχοντα δεδομένα δεν μπορούμε να προσδιορίσουμε αν το σύμπαν είναι πεπερασμένο ή άπειρο. Το παρατηρήσιμο σύμπαν είναι εκπληκτικά επίπεδο, αλλά οι μετρήσεις μας δεν μπορούν να διακρίνουν μεταξύ ενός ακριβώς επίπεδου άπειρου χώρου και ενός σχεδόν επίπεδου αλλά πεπερασμένου.

Ο πληθωρισμός υποδηλώνει ότι η πραγματική έκταση του χώρου είναι τουλάχιστον εκθετικά μεγαλύτερη από αυτήν που βλέπουμε, πιθανώς απεριόριστη. Και οι τοπολογικές αναζητήσεις έχουν θέσει ισχυρούς περιορισμούς στο πώς ο χώρος θα μπορούσε να περιτυλιχθεί, ωθώντας τυχόν επαναλαμβανόμενες δομές πολύ έξω από την κοσμική μας εμβέλεια.

Προς το παρόν, το τελικό μέγεθος και σχήμα του σύμπαντος παραμένουν κρυμμένα πέρα ​​από τον ορίζοντα, ίσως για πάντα πέρα ​​από αυτό που η φυσική μπορεί να προσδιορίσει οριστικά, αφήνοντάς μας ένα σύμπαν που είναι είτε άπειρο σε όγκο είτε τόσο απέραντο που θα μπορούσε κάλλιστα να είναι.

Erika 

@ExploreCosmos_

https://x.com/ExploreCosmos_/status/1992623900677587055?s=20