Vesmír je zdánlivě nekonečné moře plné hvězd, galaxií a mlhovin. V něm vidíme vzory a souhvězdí, které inspirovaly příběhy v celé historii. Ale stále existuje jeden kosmický vzorec, kterému nerozumíme. Otázka, která zůstává nezodpovězena: Jaký je tvar vesmíru? Mysleli jsme si, že jsme to věděli, ale nový výzkum naznačuje něco jiného a mohlo by to poukazovat na krizi v kosmologii.
Mnoho raných astronomů se domnívalo, že vesmír je sférou hvězd, obklopující sluneční soustavu a soustředěný na pevnou, nepohyblivou Zemi. Ale v průběhu staletí astronomové zjistili, že naše Slunce bylo pouze jednou z miliard v galaxii a na miliardách světelných let vesmíru bylo rozptýleno nespočet galaxií. Otázka tvaru stvoření připadala jako vyvrcholení. Hvězdy a galaxie existovaly v prázdném prostoru. Co by mohl být prostor, ale prázdné plátno: plochý, Euklidovský a bez struktury.
Poté na počátku 20. století Albert Einstein rozvinul svou teorii obecné relativity. V tom nebyl prostor prázdným plátnem. Mohlo by se ohýbat a protahovat, kroucovat a deformovat, na základě polohy a pohybu hmoty ve vesmíru. Tyto prostorové deformace odklonily světlo a hmotu, což způsobilo účinek, který nazýváme gravitací. S relativitou mohl prostor nabrat různé tvary. Bylo tedy možné, že vesmír by mohl mít celkový kosmický tvar, stejně jako je Země celkově kulatá.
Obecně by obecná relativita umožnila vesmíru mít jeden ze tří tvarů: plochý, uzavřený nebo otevřený.
Byt je způsob, jakým myslíme na prostor v našem každodenním životě. Je to euklidovský prostor, o kterém se ve škole dozvíme. Plochý prostor se rozkládá rovnoměrně ve všech směrech a dva rovnoběžné paprsky světla zůstanou navždy rovnoběžné.
Otevřený prostor si lze představit jako sedlový tvar. Ohýbá se takovým způsobem, že se při vytahování směrem ven rozbíhá. Dva paprsky světla zpočátku rovnoběžné by se postupně rozptylovaly a při průchodu kosmem se od sebe mírně vzdálily.
Uzavřený prostor je obecně kulovitý. Konverguje se, jak se rozpíná, takže paralelní paprsky světla se nakonec setkají a vzájemně se kříží, jako čáry délky na Zemi.
Je třeba zmínit, že nikdo z nich se nemusí zabývat skutečností, že vesmír jako celek se rozšiřuje. Kosmická expanze znamená, že body ve vesmíru se v průběhu času rozšiřují. Tvar vesmíru se zabývá tvarem prostoru. Sférický balón se může při nafouknutí rozpínat, stejně jako plochý gumový list může být natažený a zůstat plochý. Takže náš rozšiřující se vesmír může být plochý, otevřený nebo uzavřený.
Protože zakřivení prostoru je ovlivněno přítomností hmoty, celkový tvar vesmíru závisí na průměrné hustotě hmoty v něm. Obecně je relativita tato hodnota dána parametrem hustoty, což je poměr pozorované hustoty k „kritické hustotě“ potřebné k tomu, aby byl vesmír plochý. Pokud je parametr hustoty 1, vesmír je plochý. Pokud je větší než 1, je uzavřený a je otevřený, pokud je parametr hustoty menší než 1. Měření kosmické hustoty ustáleně dávají hodnotu 1. K mezím pozorování je vesmír plochý, jak jsme již dlouho předpokládali .
Existuje však i další způsob, jak změřit tvar vesmíru, a to podívat se na zjevnou velikost velmi vzdálených objektů. Všechno se vrací k chování paralelních paprsků světla. V rovném vesmíru zůstávají rovnoběžné čáry rovnoběžné, takže světlo přicházející ze dvou stran vzdálené galaxie se k nám dostává rovnou čarou. Jejich úhly vůči sobě zůstávají stejné, a tak se galaxie jeví jako její skutečná velikost.
Pokud je vesmír otevřený, rovnoběžné čáry se liší s odstupem. Takže světlo z naší vzdálené galaxie se stává paralelnější, když se k nám dostává. To znamená, že by se galaxie zdála menší, než je. Pokud je vesmír uzavřen, dochází k opačnému ohýbání světla a galaxie by se zdála větší, než je.
V novém příspěvku zveřejněném v Příroda, tým se nedíval na galaxie, ale spíše na výkyvy v kosmickém mikrovlnném pozadí (CMB). CMB je zbytkové světlo z velkého třesku a je to nejvzdálenější světlo, které můžeme vidět ve vesmíru. Z tohoto důvodu je to světlo nejvíce ovlivněné tvarem vesmíru. Míra fluktuací v EU CMB je určována množstvím temné hmoty a temné energie ve vesmíru, které známe, takže víme, jak velké by se měly fluktuace objevit. Když tým analyzoval CMB Podle údajů z kosmické lodi Plank zjistili, že kolísání bylo větší, než se očekávalo. To znamená, že s 99% jistotou je vesmír uzavřený, ne plochý.
Tento nový výzkum je v rozporu s mnoha předchozími studiemi, které ukazují, že vesmír je plochý. V datech Planck může být nějaká systematická chyba, která způsobuje, že vesmír vypadá zakřivený, ale pokud je výzkum přesný, ukazuje to na mezeru v našem porozumění. Teď je tvar vesmíru nejasný.
Zdroj: Planck důkaz o uzavřeném vesmíru a možné krizi pro kosmologii, Di Valentino, E., et al.
