A është universi i pafund?
Universi duket i sheshtë, por forma e tij e vërtetë mund të jetë shumë më e çuditshme dhe ndoshta përgjithmonë përtej aftësisë sonë për ta njohur.
Toka ka një sipërfaqe të fundme. Ne mund ta masim atë dhe, nëse vetë planeti do të zgjerohej, sipërfaqja e tij do të rritej me kalimin e kohës. Çuditërisht, planeti ynë i njohur na ofron gjithashtu një mënyrë të dobishme për të menduar rreth diçkaje shumë më të vështirë për t’u kuptuar: si mund të jetë universi përtej rajonit që mund të vëzhgojmë.
Supozimi më i thjeshtë është se përtej horizontit tonë kozmik ka thjesht më shumë univers. Më shumë yje. Më shumë galaktika. Më shumë video me mace të krijuara nga inteligjenca artificiale. Është e ngjashme me qëndrimin diku në Tokë dhe të supozuarit se përtej horizontit që mund të shohësh, ka ende më shumë Tokë.
Por sa i madh është i gjithë universi, duke përfshirë gjithçka përtej asaj që mund të shohim?
Përgjigjja zhgënjyese është se mund të mos e dimë kurrë.
Kufijtë e universit të vëzhgueshëm
Kufiri i universit të vëzhgueshëm nuk është thjesht distanca më e largët që teleskopët tanë mund të arrijnë aktualisht. Ai përfaqëson një kufi më të thellë mbi atë se çfarë informacioni mund të arrijë ndonjëherë tek ne. Universi përmban një sasi të fundme informacioni që mund të bëhet e aksesueshme për ne, edhe nëse do të prisnim për një kohë arbitrarisht të gjatë.
Përtej këtij kufiri, na mbetet vetëm të nxjerrim përfundime dhe të spekulojmë.
Një mundësi është e drejtpërdrejtë: universi është i pafund. Hapësira thjesht vazhdon përgjithmonë, pa asnjë fund.
Por një mundësi tjetër është që universi të jetë i fundëm.
Kjo ngre menjëherë një pyetje të dukshme. Si mund të jetë diçka e fundme pa pasur një skaj?
Toka e jep përgjigjen.
Sipërfaqja e planetit tonë ka një sipërfaqe të fundme, megjithatë dikush që udhëton përgjatë saj nuk has kurrë një kufi ku toka papritur përfundon. Po, Toka ka një skaj nëse largohesh nga sipërfaqja e saj në dimensionin e tretë dhe shkon drejt hapësirës së jashtme, por kjo nuk është pika. Vetë sipërfaqja dydimensionale është e fundme dhe nuk ka kufi, sepse ajo lakohet dhe mbyllet përsëri rreth vetvetes.
Si e zbulon gjeometria lakimin
Nuk kemi nevojë të largohemi nga Toka për të provuar se sipërfaqja e saj është e lakuar. Matematika na jep disa mënyra për të zbuluar lakimin, ndërkohë që qëndrojmë tërësisht mbi sipërfaqe.
Trekëndëshat janë një shembull. Në një plan krejtësisht të sheshtë, tre këndet e brendshme të një trekëndëshi kanë shumën 180 gradë. Faleminderit, Euklid.
Por imagjinoni të vizatoni vija të mëdha midis tri qyteteve të largëta në Tokë. Trekëndëshi që rezulton nuk do të sillej si ai i vizatuar në një fletë letre. Këndet e tij të brendshme do të kishin shumën më të madhe se 180 gradë, sepse sipërfaqja poshtë tij është e lakuar.
Vijat paralele ofrojnë një tjetër tregues. Në një plan të sheshtë, vijat paralele nuk takohen kurrë. Në një sipërfaqe të lakuar, megjithatë, vijat që fillojnë paralele mund të afrohen dhe të takohen përfundimisht.
Imagjinoni që ti dhe unë nisim nga pika të ndryshme përgjatë ekuatorit dhe udhëtojmë drejt veriut në vijë të drejtë. Përfundimisht, rrugët tona takohen në Polin e Veriut. Asnjëri prej nesh nuk u kthye drejt tjetrit. Ishte sipërfaqja e Tokës ajo që u lakua poshtë nesh.
Astronomët mund të kryejnë teste të ngjashme gjeometrike edhe mbi vetë universin.
Drita e lashtë teston formën e hapësirës
Një nga mjetet më të fuqishme vjen nga sfondi kozmik mikrovalor, ose CMB.
Ky rrezatim i lashtë u çlirua kur universi i hershëm u ftoh mjaftueshëm që drita të mund të udhëtonte lirshëm përmes asaj që më parë kishte qenë një plazmë e nxehtë dhe e dendur. Shkencëtarët e kuptojnë pjesën më të madhe të fizikës përkatëse të plazmës, gjë që u lejon atyre të parashikojnë se çfarë modelesh duhet të shfaqen në këtë shkëlqim të lashtë.
Këto parashikime përfshijnë ndryshime shumë të vogla të temperaturës të shpërndara nëpër CMB.
Dhe pikërisht këto ndryshime vëzhgojnë astronomët.
Më e rëndësishmja, shkencëtarët mund të llogarisin se sa të mëdha duhet të duken këto zona të temperaturës. Nëse hapësira do të ishte shumë e lakuar, drita që udhëton drejt nesh përmes miliarda viteve dritë do të ndiqte trajektore të ndryshuara. Ky shtrembërim do të ndryshonte madhësinë e dukshme të modeleve.
Prandaj, astronomët mund të krahasojnë madhësinë e vëzhguar të veçorive të CMB-së me madhësinë e parashikuar për gjeometri të ndryshme kozmike.
Veçoritë shfaqen në thelb në shkallën që pritet për një hapësirë të sheshtë.
Kjo është arsyeja pse shkencëtarët thonë se universi duket se është gjeometrikisht i sheshtë.
Pra, a është zgjidhur misteri? A do të thotë automatikisht një univers i sheshtë se ai është i pafund?
Jo krejtësisht.
Të jesh i sheshtë nuk do të thotë domosdoshmërisht të jesh i pafund
Imagjinoni të përpiqeni të matni lakimin e Tokës ndërsa jeni të kufizuar vetëm në lagjen tuaj. Zona do të dukej pothuajse e sheshtë. Trekëndëshat e vegjël do të silleshin pothuajse saktësisht siç parashikonte Euklidi dhe rrugët e shkurtra paralele nuk do të afroheshin në mënyrë të dukshme.
Problemi nuk do të ishte se Toka është në të vërtetë e sheshtë. Zona juaj e matjes thjesht do të ishte shumë e vogël në krahasim me madhësinë e planetit.
Diçka e ngjashme mund të jetë e vërtetë edhe për universin.
Matjet tona janë të kufizuara në kozmosin e vëzhgueshëm. Brenda këtij rajoni të jashtëzakonshëm, hapësira duket jashtëzakonisht e sheshtë. Por universi jashtë pjesës sonë të vëzhgueshme mund të jetë shumë më i madh.
Prandaj është e mundur që universi të ketë një lakim që bëhet i dukshëm vetëm në shkallë shumë më të mëdha sesa ato që mund të arrijmë.
Nëse është kështu, hapësira mund të lakohet përfundimisht dhe të mbyllet përsëri rreth vetvetes.
Në parim, kjo mund të nënkuptojë se udhëtimi vazhdimisht në një drejtim do të të kthente përfundimisht aty ku nise, ashtu si udhëtimi rreth Tokës mund të të rikthejë në pikën e nisjes.
Në praktikë, zgjerimi i universit i vendos rajonet përtej horizontit tonë kozmik përgjithmonë jashtë mundësive tona, kështu që një udhëtim i tillë mbetet një eksperiment teorik në mendje.
Por gjërat mund të bëhen edhe më të çuditshme.
Universi mund të jetë i sheshtë dhe megjithatë të mbyllet rreth vetvetes
Një univers mund të jetë gjeometrikisht i sheshtë pa qenë i pafund në çdo drejtim.
Për ta kuptuar se si, imagjinoni një fletë të sheshtë letre. Vizatoni trekëndësha dhe vija paralele mbi të. Tani përkuleni letrën duke e shndërruar në një cilindër, pa e zgjatur ose shqyer atë.
Në nivel lokal, gjeometria mbetet e sheshtë. Trekëndëshat vazhdojnë të sillen si trekëndësha të zakonshëm dhe vijat paralele vazhdojnë të sillen si vija paralele. Megjithatë, një drejtim tani krijon një qark dhe mbyllet rreth vetvetes.
Kjo nxjerr në pah ndryshimin midis gjeometrisë dhe topologjisë.
Gjeometria përshkruan veti të tilla si lakimi. Topologjia përshkruan mënyrën më të përgjithshme se si një hapësirë është e lidhur.
Universi i vëzhgueshëm duket se është gjeometrikisht i sheshtë. Por kjo nuk na tregon automatikisht nëse një ose më shumë dimensione mund të mbyllen rreth vetvetes dhe të lidhen përsëri me veten, ndërkohë që mbeten lokalisht të sheshta.
Topologjia lejon disa mundësi shumë të çuditshme.
Një shirit Möbius mund të krijohet duke bashkuar skajet e një shiriti pasi i është dhënë një përdredhje. Një shishe Klein mund të mendohet si një tjetër sipërfaqe e pazakontë e lidhur. Cilindrat, donutët, shiritat Möbius dhe shishet Klein mund të ilustrojnë të gjithë se si hapësirat me gjeometri lokalisht të sheshtë mund të kenë struktura të përgjithshme shumë të ndryshme.
Në tri dimensione, matematikanët kanë identifikuar 17 topologji të dallueshme që të gjitha mund të mbeten gjeometrikisht të sheshta. Një shembull veçanërisht interesant është hapësira Hantzsche-Wendt, e cila përfshin struktura të përsëritura të lidhura me modele gjashtëkëndore.
Shkencëtarët kanë kërkuar gjurmë të qarkullimeve kozmike
Astronomët kanë kërkuar prova se universi ka një topologji të mbyllur.
Një strategji është të kërkojnë modele të përsëritura në sfondin kozmik mikrovalor. Një tjetër është të kërkojnë galaktika që mund të shfaqen në vende të ndryshme në anë të kundërta të qiellit, sepse drita e tyre ka udhëtuar përmes një universi që mbyllet rreth vetvetes.
Deri tani, studiuesit nuk kanë gjetur prova bindëse se kjo ndodh.
Bazuar në gjithçka që mund të vëzhgojmë aktualisht, universi duket si gjeometrikisht i sheshtë, ashtu edhe topologjikisht i thjeshtë. Me fjalë të tjera, nuk është zbuluar asnjë shenjë se dimensionet e tij mbyllen përsëri rreth vetvetes.
Por edhe një herë, horizonti ynë kozmik krijon një kufizim themelor. Nëse shkalla e ndonjë mbylljeje të tillë është më e madhe se universi i vëzhgueshëm, mund të mos jemi kurrë në gjendje ta zbulojmë.
Kjo do të thotë se mund të mos e dimë kurrë me siguri nëse i gjithë universi është i pafund, i fundëm, i lakuar ose i lidhur në ndonjë mënyrë tjetër më të madhe dhe më të çuditshme.
Dhe pastaj është multiversi.
Në disa ide kozmologjike, gjithçka që ne e quajmë univers, duke përfshirë rajonet shumë përtej horizontit tonë të vëzhgueshëm, mund të jetë vetëm një flluskë mes potencialisht të panumërtave të tjera. Këto flluska mund të zgjerohen larg njëra-tjetrës, ndërsa rajone të reja kalojnë në fillimet e tyre të ngjashme me Big Bengun.
