Tillbaka i de dagar då människor trodde att jorden var platt var det kätteri att anta att en lång resa i rak linje så småningom skulle leda dig tillbaka till din utgångspunkt. Men det är sant: gå, flyga, simma 40 000 kilometer i en riktning så är du tillbaka där du började. Och då undrar du: är det möjligt att göra samma trick i rymden? Om du tar en raket som kan flyga tillräckligt snabbt och tillräckligt länge utan att kollidera med avlägsna stjärnor eller galaxer, kan du hamna tillbaka till din utgångspunkt?
Vid första anblicken kan detta verka galet, men i verkligheten är det inte. Du kanske tror att universum är oändligt och fortsätter för evigt i alla riktningar, men vi har bevis för att universums form och storlek är ganska ändlig. Först har det bara gått 13,8 miljarder år sedan Big Bang, och vi kan observera den volym utrymme som ljus har besökt på 13,8 miljarder år och markera varje besökt punkt. För det andra finns det hundratals miljarder galaxer som var yngre tidigare, och ju längre in i det förflutna vi ser, desto mer uttalad blir detta. Kan det vara så att en (eller flera) av dessa galaxer är den unga versionen av Vintergatan vi växte upp i? Slutligen, precis som jorden har två dimensioner där vi kan röra oss på den (från norr till söder och från väst till öst, men inte från topp till botten),kan universum vara en flerdimensionell struktur (hypersfär eller hypertor), där många dimensioner är stängda och begränsade, vrider sig in i sig själva?
Om så är fallet, om du gick i en rak linje tillräckligt länge, skulle du så småningom komma tillbaka dit du började. Och om du var odödlig kan du en dag kunna se baksidan av ditt eget huvud bara genom att leta efter ganska lång tid, eftersom dina ögon så småningom kommer att se ljus reflekteras från din egen baksida. Om universum verkligen är det, hur vet vi det säkert?
För att göra detta måste vi titta på universum i sin största skala och hitta platser där det har samma egenskaper i alla riktningar. Ett ändligt och virvlande universum skulle innebära att samma strukturer dyker upp om och om igen. Medan det mesta av universum kommer att vara svårt att definiera som virvlande, eftersom den begränsade ljushastigheten innebär att vi kommer att se samma objekt i olika stadier av deras utveckling (som den yngre Vintergatan), kommer det alltid att finnas objekt som kommer att vara i samma utvecklingsstadium i olika platser. Universums storskaliga struktur visar inte sådana strukturer, men vi har ett ännu bättre ställe att titta på: den kosmiska mikrovågsbakgrunden.
Big Bang-efterglödsfluktuationerna har mycket specifika upprepande mönster, men visar också en slumpmässig fördelning av dessa mönster. Många algoritmer har utvecklats för att söka efter upprepade icke-slumpmässiga signaler i korrelationerna av fluktuationer i olika delar av himlen. Om universum var ändligt och vridet - om delar av det upprepades någon annanstans - skulle det återspeglas i den kosmiska mikrovågsbakgrunden.
Kampanjvideo:
Men frånvaron av observerade upprepande strukturer betyder inte att universum inte har denna typ av topologi. Detta betyder att om universum upprepar sig, vilket representerar en sluten överyta, och vi teoretiskt sett kan vara vid samma punkt och röra oss i en rak linje under lång tid, men detta kommer att märkas på skalor som är större än den del vi observerar. Och med tanke på att vi är begränsade av det avstånd som ljuset har rest på 13,8 miljarder år är ett sådant scenario helt möjligt.
Men det finns en men.
Oavsett hur tekniskt avancerade vi är, en dag i framtiden, så länge vi är begränsade av ljusets hastighet, kommer vi aldrig att veta om universum faktiskt beter sig så. Tack vare mörk energi och den påskyndade expansionen av universum är det fysiskt omöjligt att nå kanten av till och med det nuvarande observerbara universum; vi kan täcka en tredjedel av detta sätt högst. Om universum inte upprepar sig på vågar som är mindre än 15 miljarder ljusår med modern diameter kommer vi aldrig tillbaka till den punkt där vi började i en rak linje.
Men detta betyder inte att universum inte kan stängas, ändas och vridas till en hypersfär. Detta innebär att expansionen av universum - accelererad expansion - förbjuder oss från att "kringgå världen" i universum. På grund av en kombination av faktorer som:
- universums slutålder;
- ljusets sluthastighet;
- expansion av universum;
- och närvaron av mörk energi, vi kanske aldrig vet om vårt universum är oändligt eller inte, och vad dess verkliga topologi är.
Allt vi kan se är den del som är tillgänglig för oss som låter oss sätta gränser för den möjliga topologin i universum. Så vitt vi kan säga är det platt, icke-upprepande och möjligen, men inte nödvändigtvis, oändligt. Kanske, när tiden går, när universum öppnar sig mer och mer för oss, kommer våra krökningsmått att bli mer och mer exakta och avslöja för oss en ny sanning. Trots det faktum att vi är mycket begränsade i vår förmåga att observera, kan det finnas nya, ännu okända möjligheter bortom den kosmiska horisonten.
ILYA KHEL
