Το σύμπαν μας φαίνεται επίπεδο – αλλά αυτή η παρατήρηση αφήνει ακόμα πολλές επιλογές για το πραγματικό του σχήμα. Στην πραγματικότητα, ο κόσμος μας θα μπορούσε να μοιάζει με ντόνατ.

Τι σχήμα έχει το σύμπαν; Αυτό το ερώτημα είναι πολύ πιο ιντριγκαδόρικο και παραμένει πραγματικά άλυτο σε σχέση με ανάλογες συζητήσεις π.χ. για το σχήμα του πλανήτη μας, παρά την επιμονή των οπαδών της επίπεδης Γης.

Καταλαμβάνουμε μόνο έναν ελάχιστο χώρο μέσα σε ένα γιγαντιαίο σύμπαν. Το πλεονέκτημα της οπτικής μας γωνίας είναι περιορισμένο. Παρόλα αυτά, οι κοσμολόγοι είναι πλέον αρκετά βέβαιοι ότι το σύμπαν μας είναι συμβατό με επίπεδη γεωμετρία σε μεγάλες κλίμακες.

Αλλά αυτό δεν εξηγεί το ακριβές σχήμα του χώρου. Θα μπορούσε να εκτείνεται επ’ άπειρον κατά μήκος των τριών χωρικών διαστάσεων, να μοιάζει με μια τρισδιάστατη γενίκευση της επιφάνειας ενός ντόνατ ή να λαμβάνει ακόμα πιο παράξενες μορφές. Τα μαθηματικά του επίπεδου χώρου είναι εκπληκτικά ευέλικτα, και νέες έρευνες ανατρέπουν την παραδοσιακή σκέψη για τη διάταξη του κόσμου μας [Νομίζαμε πως ξέραμε το σχήμα του σύμπαντος, αλλά μάλλον κάναμε λάθος].

Τρίγωνα στον ουρανό

Ο Καρλ Φρίντριχ Γκάους (Carl Friedrich Gauss), που έζησε στα τέλη του 1700 και στις αρχές του 1800, ήταν από τους πρώτους μαθηματικούς που μελέτησαν τη γεωμετρία σε καμπυλωμένους χώρους. Γνώριζε, για παράδειγμα, ότι το άθροισμα των γωνιών ενός τριγώνου σε ένα επίπεδο είναι 180^ο και ότι είναι μεγαλύτερο σε μια σφαίρα. Σε σφαιρικές επιφάνειες, όπως αυτή της Γης, ένα ισόπλευρο τρίγωνο μπορεί να αποτελείται από τρεις ορθές γωνίες. Άλλες γεωμετρίες, όπως το σχήμα ενός σαμαριού, μπορεί να έχουν άθροισμα γωνιών μικρότερο από 180^ο.

Η ίδια αρχή ισχύει όχι μόνο για τα τρίγωνα σε δισδιάστατες επιφάνειες, αλλά και στον τρισδιάστατο χώρο. Ανάλογα με την καμπυλότητα του χώρου, το άθροισμα των γωνιών μπορεί να διαφέρει. Ο Γκάους ίσως είδε το τρίγωνο ως μια καλή αφετηρία για την διερεύνηση του σχήματος του σύμπαντος, αν και αυτό αμφισβητείται. Λέγεται ότι μέτρησε τις αποστάσεις μεταξύ τριών γερμανικών βουνοκορφών (HohenHagen, Brocken και Inselberg) και προσδιόρισε τις γωνίες που σχημάτιζαν μεταξύ τους. Το αποτέλεσμά του: το άθροισμα ήταν αρκετά κοντά στις 180^ο μοίρες, γεγονός που έδειχνε ότι στην κλίμακα των μερικών δεκάδων χιλιομέτρων και εντός του περιθωρίου σφάλματος των καλύτερων οργάνων της εποχής, η γεωμετρία του φυσικού μας χώρου είναι Ευκλείδεια (επίπεδη).

Δυστυχώς, αν και η μέθοδος του τριγώνου είναι χρήσιμη για να κατανοήσουμε την καμπυλότητα του χώρου, δεν πρόκειται να απαντήσει στο ερώτημα αν το σύμπαν μας είναι καμπύλο ή επίπεδο. Το σύμπαν είναι τεράστιο. Ακόμη κι αν ο Γκάους ή κάποιος άλλος αστρονόμος χρησιμοποιούσε ένα μεγάλο τηλεσκόπιο, ο τριγωνισμός των αποστάσεων μεταξύ των άστρων δεν θα λειτουργούσε. Τα άστρα εντός του δικού μας ή των γειτονικών γαλαξιών είναι πολύ κοντά μας, αν συγκριθούν με την τεράστια κλίμακα του σύμπαντος. Επιπλέον, πρέπει να λάβουμε υπόψιν ότι τα παρατηρούμενα αντικείμενα κινούνται και ότι, εξαιτίας της βαρύτητας, το φως που ταξιδεύει προς εμάς ακολουθεί εν μέρει καμπυλωμένες διαδρομές.

Όμως οι ειδικοί μπορούν να χρησιμοποιήσουν άλλες τεχνικές για να συμπεράνουν το σχήμα του σύμπαντος. Για παράδειγμα, ψάχνουν βαθιά στο παρελθόν – μέχρι την αρχαιότερη ακτινοβολία, φως που προέρχεται από περίπου 380.000 χρόνια μετά την Μεγάλη Έκρηξη και ταξιδεύει προς εμάς επί δισεκατομμύρια χρόνια.

Μια σύντομη ιστορία του σύμπαντος

Το πώς ακριβώς δημιουργήθηκε το σύμπαν παραμένει άγνωστο (προς το παρόν). Ευτυχώς, οι ακριβείς λεπτομέρειες δεν είναι απαραίτητες για να προσδιορίσουμε το σχήμα του. Πολλά μπορούν ήδη να εξαχθούν από το αρχαιότερο φως που φτάνει σε εμάς, την κοσμική μικροκυματική ακτινοβολία υποβάθρου.

Στο πρώιμο σύμπαν επικρατούσαν τόσο υψηλές θερμοκρασίες ώστε η ύλη βρισκόταν σε μορφή ενός καυτού πλάσματος ελεύθερων ηλεκτρονίων και πρωτονίων (καθώς η ακόμα πιο πρώιμη εποχή του πλάσματος κουάρκ-γλοιονίων είχε ήδη λήξει σε απειροελάχιστα κλάσματα του δευτερολέπτου μετά τη Μεγάλη Έκρηξη). Αυτό το πλάσμα ηλεκτρονίων και πυρήνων ήταν τόσο πυκνό που τα φωτόνια δεν μπορούσαν να κινηθούν ελεύθερα στο εσωτερικό του, καθώς σκεδάζονταν συνεχώς με τα ελεύθερα ηλεκτρόνια.

Καθώς το σύμπαν διαστελλόταν, η θερμοκρασία μειωνόταν και τελικά τα ηλεκτρόνια ενώθηκαν με αυτούς για να σχηματίσουν ουδέτερα άτομα (Εποχή της Επανασύνδεσης). Ως αποτέλεσμα, το σύμπαν έγινε διαφανές: τα φωτόνια μπορούσαν πλέον να κινούνται ελεύθερα. Και αυτό ακριβώς το φως, το οποίο προήλθε περίπου 380.000 χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, είναι αυτό που μπορούμε να παρατηρήσουμε.

Το σήμα που φτάνει σε εμάς από εκείνη την εποχή είναι εκπληκτικά ομοιόμορφα κατανεμημένο στον ουρανό, ανεξάρτητα από το πού είναι στραμμένοι οι ανιχνευτές. Αυτό σημαίνει ότι η ύλη πρέπει να ήταν κατανεμημένη με πολύ ομοιόμορφο τρόπο σε αυτό το πρώιμο στάδιο. Αυτή η παρατήρηση, σε συνδυασμό με την υπόθεση ότι δεν βρισκόμαστε σε προνομιακή θέση στο σύμπαν (κοσμολογική αρχή), οδηγεί στο συμπέρασμα ότι το σύμπαν είναι κατά προσέγγιση ομοιογενές και ισότροπο. Με άλλα λόγια, η ύλη είναι κατανεμημένη κατά μέσο όρο ομοιόμορφα προς όλες τις κατευθύνσεις. Στο πλαίσιο της μετρικής Friedmann–Lemaître–Robertson–Walker, του βασικού μοντέλου της Γενικής Σχετικότητας για ένα ομοιογενές και ισότροπο διαστελλόμενο σύμπαν, ο χώρος έχει σταθερή καμπυλότητα σε μεγάλες κλίμακες. Και αυτό περιορίζει σημαντικά την πιθανή γεωμετρία του σύμπαντος.

Αν η καμπυλότητα είναι σταθερή, τότε μπορούν να διακριθούν τρεις διαφορετικές περιπτώσεις:
1. Θετική καμπυλότητα: Αυτό αντιστοιχεί σε μια σφαιρική γεωμετρία, παρόμοια με αυτήν της επιφάνειας μιας σφαίρας.
2. Αρνητική καμπυλότητα: Η γεωμετρία είναι υπερβολική, δηλαδή παρόμοια με μια σαμαροειδή επιφάνεια.
3. Μηδενική καμπυλότητα: Σε αυτή την περίπτωση, ισχύει η Ευκλείδεια γεωμετρία, όπως σε μια επίπεδη επιφάνεια.

Για να προσδιοριστεί ποια από τις τρεις περιπτώσεις ισχύει στο σύμπαν, μπορεί κανείς να χρησιμοποιήσει ξανά την κοσμική μικροκυματική ακτινοβολία. Είναι σχεδόν ομοιογενής, αλλά όχι απολύτως: υπάρχουν μικροσκοπικές διακυμάνσεις στο εσωτερικό της, που παρέχουν στοιχεία για τη γεωμετρία του σύμπαντος.

Οι μικρές διακυμάνσεις στην μικροκυματική ακτινοβολία υποβάθρου προκύπτουν από απειροελάχιστες διαφορές πυκνότητας στην καυτή, κοχλάζουσα αρχέγονη σούπα. Επιπλέον, μπορούμε να υπολογίσουμε πόσο ισχυρές ήταν αυτές οι διακυμάνσεις στο πρώιμο σύμπαν: οι μεγαλύτερες αντιστοιχούν στην μέγιστη απόσταση που μπορούσαν να ταξιδέψουν τα κύματα πυκνότητας.

Αυτές οι διακυμάνσεις πυκνότητας είναι επίσης ορατές στον ουρανό μας, και συγκεκριμένα στην κοσμική μικροκυματική ακτινοβολία υποβάθρου. Το πόσο μεγάλες εμφανίζονται εξαρτάται από τη γεωμετρία του σύμπαντος: Αν το σύμπαν έχει θετική καμπυλότητα, οι διακυμάνσεις θα πρέπει να φαίνονται μεγαλύτερες από ότι είναι στην πραγματικότητα. Με αρνητική καμπυλότητα, θα πρέπει να φαίνονται μικρότερες. Και χωρίς καμπυλότητα, θα πρέπει να αντιστοιχούν ακριβώς στη θεωρητική τιμή (περίπου όπως οι γωνίες ενός τριγώνου στον επίπεδο χώρο έχουν άθροισμα 180^ο).

Σύμφωνα με τις μετρήσεις των κοσμολόγων, αυτό το τελευταίο σενάριο ισχύει για το σύμπαν μας. Η καμπυλότητα είναι πολύ κοντά στο μηδέν μέσα στα όρια των παρατηρησιακών αβεβαιοτήτων, όχι απαραίτητα ότι είναι ακριβώς μηδενική. Αυτό βέβαια δεν σημαίνει ότι το σύμπαν «γεννήθηκε» (ήταν εξαρχής) επίπεδο). Θα μπορούσε να δημιουργήθηκε με «σφαιρική» ή «σελοειδή» καμπυλότητα. Όμως, κατά την πληθωριστική διαστολή του, σε έναν απειροελάχιστο χρόνο (από 10^-36 έως 10^-32 δευτερόλεπτα μετά την Μεγάλη Έκρηξη), ο χώρος υπέστη μια βίαιη, εκθετική διαστολή. Μεγάλωσε κατά τουλάχιστον 10²⁶ φορές (δηλαδή 1 ακολουθούμενο από 26 μηδενικά)!. Με βάση την θεωρία του πληθωρισμού, το σύμπαν τεντώθηκε τόσο τεντώθηκε σε τόσο αδιανόητο βαθμό, ώστε το σύμπαν που παρατηρούμε να φαίνεται πλέον με εξαιρετική ακρίβεια απόλυτα επίπεδο. Μπορεί η πληθωριστική διαστολή να κάνει το σύμπαν να φαίνεται επίπεδο, αλλά δεν αλλάζει την τοπολογία της πιθανής σφαιρικής ή σελοειδούς καμπυλότητας. Μπορεί η πληθωριστική διαστολή να κάνει το σύμπαν να φαίνεται επίπεδο, αλλά δεν αλλάζει την τοπολογία της πιθανής σφαιρικής ή σελοειδούς καμπυλότητας. (Πρέπει να καταστεί σαφές πως, αν η εγγενής γεωμετρία του σύμπαντος είναι έστω και ελάχιστα σφαιρική ή υπερβολική, τότε ΔΕΝ ανήκει σε κανένα από τα 18 επίπεδα σχήματα που αναφέρονται παρακάτω. Τα σχήματα αυτά προϋποθέτουν γεωμετρία με καμπυλότητα απολύτως ίση με το μηδέν).

Όμως, υπάρχει η πιθανότητα το σύμπαν να γεννήθηκε εξαρχής απολύτως επίπεδο και η πληθωριστική διαστολή απλώς να το μεγάλωσε. Τι σχήμα θα είχε σ’ αυτή την περίπτωση;

Ωραία, το σύμπαν είναι επίπεδο, αλλά τι είδους επίπεδο;

Οι μετρήσεις των διακυμάνσεων της πυκνότητας, σε συνδυασμό με άλλα κοσμολογικά δεδομένα, δείχνουν ότι το σύμπαν μας είναι επίπεδο. Όμως αυτό δεν σημαίνει ότι γνωρίζουμε και το πραγματικό του σχήμα. Επειδή οι καμπυλωμένοι τρισδιάστατοι χώροι είναι δύσκολο να οπτικοποιηθούν, μπορούμε να ξεκινήσουμε με δισδιάστατα παραδείγματα. Αν το σύμπαν μας ήταν δισδιάστατο και επίπεδο, οι περισσότεροι θα φαντάζονταν μια επίπεδη επιφάνεια. Αλλά αυτό δεν είναι το μοναδικό δισδιάστατο σχήμα με επίπεδη γεωμετρία. Ένα άλλο παράδειγμα είναι η επιφάνεια ενός τόρου , η οποία μοιάζει με κουλούρι ή ντόνατ.

Ένα κουλούρι φαίνεται καμπυλωμένο, αλλά στην ουσία δεν είναι. Η εγγενής γεωμετρία του μπορεί να είναι επίπεδη, ακόμη κι αν απεικονίζεται μέσα σε καμπυλωμένο χώρο. Θα μπορούσατε, θεωρητικά, να σχηματίσετε έναν τόρο παίρνοντας ένα επίπεδο (και εξαιρετικά ελαστικό) φύλλο χαρτιού και κολλώντας τις απέναντι πλευρές μεταξύ τους για να δημιουργήσετε έναν κύλινδρο. Στη συνέχεια, θα μπορούσατε να περιστρέψετε αυτό το φύλλο έτσι ώστε τα ανοιχτά άκρα του κυλίνδρου να συναντηθούν, δημιουργώντας έναν τόρο.

Στην πραγματικότητα, υπάρχουν άλλες τρεις παραλλαγές ενός επίπεδου χώρου σε δύο διαστάσεις: ένας κύλινδρος, μια λωρίδα του Möbius και μια φιάλη του Klein. Όμως, στην κοσμολογία, όταν αναζητούμε το «σχήμα του σύμπαντος», ενδιαφερόμαστε κυρίως για συμπαγείς πολλαπλότητες (χώρους χωρίς όρια που δεν εκτείνονται στο άπειρο). Υπό αυτόν τον αυστηρό περιορισμό, στις δύο διαστάσεις υπάρχουν μόνο δύο κλειστές επίπεδες επιφάνειες χωρίς άκρα: ο τόρος (που είναι προσανατολίσιμος) και η φιάλη του Klein (που είναι μη προσανατολίσιμη). Στις τρεις διαστάσεις, οι πιθανότητες είναι ακόμη πιο ποικίλες. Το 1934 ο μαθηματικός Werner Nowacki απέδειξε ότι υπάρχουν 18 διαφορετικά επίπεδα τρισδιάστατα σχήματα. Αν το σύμπαν μας είναι απολύτως επίπεδο, τότε έχει ένα από αυτά τα 18 σχήματα.

Μπορούμε να αποκλείσουμε ορισμένους υποψήφιους επειδή οκτώ από τα 18 είναι «μη προσανατολίσιμα». Αν πετούσατε με έναν πύραυλο μέσα σε ένα μη προσανατολίσιμο σύμπαν, τελικά θα επιστρέφατε στο σημείο εκκίνησής σας, αλλά σε κατοπτρική μορφή: το δεξί σας θα ήταν πλέον αριστερό, και το αντίστροφο. Σύμφωνα με τους ειδικούς, τέτοια σύμπαντα έρχονται σε αντίθεση με τους νόμους της φυσικής.

Έτσι απομένουν 10 διαφορετικές μορφές που θα μπορούσε να έχει το σύμπαν, οι οποίες όμως είναι δύσκολο να παρασταθούν με εικόνες ή να περιγραφούν με λόγια. Το σίγουρο είναι ότι, αφόσον όλες αυτές οι πιθανές μορφές του σύμπαντος έχουν μηδενική καμπυλότητα (είναι απόλυτα επίπεδα), αν φανταστούμε ένα τεράστιο τρίγωνο ανάμεσα σε τρία πολύ απομακρυσμένα σημεία του, το άθροισμα των γωνιών του θα είναι πάντα ακριβώς ίσο με 180°.

Τα 10 πιθανά (επίπεδα) σχήματα του σύμπαντος:
1. Ένας απείρως εκτεταμένος τρισδιάστατος χώρος με άξονες x, y και z: Αν μπαίναμε σε ένα διαστημόπλοιο και πηγαίναμε συνεχώς ευθεία προς οποιαδήποτε κατεύθυνση, θα ταξιδεύαμε για πάντα. Όσο μακριά κι αν κοιτάζαμε με ένα ιδεατό τηλεσκόπιο, θα βλέπαμε συνεχώς νέους γαλαξίες. Βρισκόμαστε σε ένα σύμπαν άπειρο και άνευ περάτων.
2. Μια τρισδιάστατη γενίκευση του τόρου: σ’ αυτήν την περίπτωση, μπορεί κανείς να φανταστεί ότι κολλάμε τις απέναντι έδρες ενός κύβου. Αν ταξιδεύαμε ευθεία προς οποιαδήποτε κατεύθυνση (πάνω, κάτω, δεξιά, αριστερά), μετά από δισεκατομμύρια χρόνια θα επιστρέφαμε ακριβώς στο ίδιο σημείο, έχοντας τον αρχικό μας προσανατολισμό. Αν κοιτάζαμε με το ιδεατό τηλεσκόπιο, θα βλέπαμε τον εαυτό μας από πίσω. Πίσω από αυτόν τον εαυτό, θα βλέπαμε άλλον έναν. Είναι σαν να είμαστε σε ένα άπειρο δωμάτιο με καθρέφτες, βλέποντας ένα ατελείωτο πλέγμα πανομοιότυπων ειδώλων μας.
3. Ένας τόρος μισής περιστροφής: όπως στην 2η περίπτωση, αλλά ένα ζεύγος επιφανειών είναι περιστραμμένο κατά 180^ο, σαν την τρισδιάστατη εκδοχή μιας λωρίδας του Möbius. Αν ταξιδέψουμε ευθεία «πάνω», όταν επιστρέψουμε από «κάτω», το ταβάνι του διαστημοπλοίου μας θα έχει γίνει πάτωμα. Θα επιστρέψουμε αναποδογυρισμένοι. Στους άλλους άξονες επιστρέφουμε κανονικά.
Κοιτάζοντας πάνω με το τηλεσκόπιο, θα δούμε το πρώτο είδωλό μας ανεστραμμένο. Το επόμενο είδωλο κανονικά, το επόμενο πάλι ανεστραμμένο κ.ο.κ. επ’ άπειρον.
4. Ένας τόρος περιστροφής ενός τετάρτου: όπως στη 2η περίπτωση, αλλά ένα ζεύγος επιφανειών ενώνεται με περιστροφή 90 μοιρών.
Ταξιδεύοντας ευθεία, όταν επιστρέφουμε στην αρχική μας θέση από πίσω, το διαστημόπλοιό μας έχει στραφεί κατά 90^ο. Για να επιστρέψουμε στην αρχική όρθια θέση, πρέπει να κάνουμε τον γύρο του σύμπαντος 4 φορές!
Βλέπουμε τα είδωλά μας να σχηματίζουν μια σπειροειδή οπτική αλυσίδα. Το πρώτο είναι στραμμένο κατά 90°, το δεύτερο κατά 180°, το τρίτο 270° και το τέταρτο κανονικό.
5. Ένα πρίσμα περιστροφής ενός τρίτου: αντί για τις έδρες ενός κύβου, χρησιμοποιούμε ένα εξαγωνικό πρίσμα. Και εδώ, οι απέναντι έδρες είναι κολλημένες, αλλά η μία περιστρέφεται κατά 120^ο. Όταν κάνουμε τον γύρο του σύμπαντος κατά μήκος ενός συγκεκριμένου άξονά του, επιστρέφουμε στραμμένοι κατά 120^ο μοίρες. Χρειαζόμαστε 3 πλήρεις γύρους του σύμπαντος για να επανέλθουμε στην αρχική όρθια θέση μας. Με το ιδεατό μας τηλεσκόπιο βλέπουμε ατελείωτα είδωλα του εαυτού μας, με το κάθε είδωλο να είναι στραμμένο κατά το ένα τρίτο του κύκλου σε σχέση με το προηγούμενο.
6. Ένα πρίσμα του ενός έκτου περιστροφής: όπως στην 5η περίπτωση, αλλά η μία πλευρά περιστρέφεται κατά 60^ο.
Το ταξίδι είναι παρόμοιο με την προηγούμενη περίπτωση, αλλά η στροφή είναι 60^ο. Πρέπει να κάνουμε τον γύρο του σύμπαντος 6 φορές για να επανέλθουμε στην αρχική μας κατάσταση.
7. Ένα σχήμα που ονομάζεται «πολλαπλότητα Hantzsche-Wendt» και αποτελείται από δύο κύβους στοιβαγμένους ο ένας πάνω στον άλλο, με τις έδρες τους να ενώνονται με έναν περίπλοκο τρόπο. Αν ταξιδέψουμε στον άξονα x, επιστρέφουμε ανάποδα. Αν ταξιδέψουμε στον άξονα y, επιστρέφουμε γερμένοι στο πλάι. Είναι το πιο αποπροσανατολιστικό σύμπαν: σχεδόν όποια ευθεία κι αν διαλέξουμε, επιστρέφουμε αλλαγμένοι με περίπλοκους τρόπους. Αντί για ένα τακτοποιημένο πλέγμα, βλέπεις τα είδωλά μας διάσπαρτα, να «περπατούν» ο ένας πάνω στο ταβάνι του άλλου, σαν έναν χαοτικό, τρισδιάστατο πίνακα του M.C. Escher.
8. Ένας χώρος που ορίζεται ανάμεσα σε δύο άπειρα παράλληλα επίπεδα (ένα «πάτωμα» και ένα «ταβάνι»). Αν ταξιδέψουμε, ας πούμε, οριζόντια, δεν επιστρέφουμε ποτέ (ο χώρος είναι άπειρος). Αν όμως κινηθούμε κατακόρυφα προς τα πάνω, θα επιστρέψουμε από κάτω (πιθανώς ελαφρώς περιστραμμένοι). Κοιτάζοντας δεξιά-αριστερά βλέπουμε το άπειρο. Κοιτάζοντας πάνω-κάτω, βλέπουμε μια ατελείωτη στήλη από είδωλά μας (σαν ουρανοξύστης), αλλά γύρω τους υπάρχει το απόλυτο κενό από άλλα είδωλα.
9. Ένας χώρος που αποτελείται από μια απείρως ψηλή «καμινάδα»: τέσσερις επιφάνειες διατεταγμένες ως πλευρές ενός παραλληλογράμμου. Οι απέναντι επιφάνειες είναι κολλημένες μεταξύ τους. Εδώ οι κανόνες αντιστρέφονται. Αν κινηθούμε κατακόρυφα προς τα πάνω, δεν θα επιστρέψουμε ποτέ. Αν κινηθούμε δεξιά-αριστερά ή μπρος-πίσω, θα κάνουμε γρήγορα τον γύρο και θα επιστρέψουμε κανονικά στη βάση μας. Κοιτάζοντας πάνω, δεν βλέπουμε τον εαυτό μας. Κοιτάζοντας όμως οριζόντια, βλέπουμε ένα ατελείωτο, επίπεδο «πάτωμα» γεμάτο από είδωλά μας (όλα όρθια) που απλώνονται προς όλες τις κατευθύνσεις.
10. «Καμινάδα» με περιστροφή 180°: Όπως στην προηγούμενη περίπτωση, αλλά ένα από τα ζεύγη των επιφανειών περιστρέφεται κατά 180^ο. Το διαστημικό μας ταξίδι δίνει ακριβώς την ίδια εμπειρία με την προηγούμενη περίπτωση, αλλά σε έναν από τους οριζόντιους άξονες (π.χ. πηγαίνοντας δεξιά), όταν επιστρέφουμε από τα αριστερά είμαστε αναποδογυρισμένοι κατά 180^ο. Στο οριζόντιο επίπεδο, βλέπουμε τα είδωλά μας να εκτείνονται στο άπειρο, αλλά τα μισά από αυτά είναι με το κεφάλι προς τα κάτω.

Όλα αυτά τα σχήματα μοιράζονται την ίδια επίπεδη γεωμετρία, αλλά το καθένα διαθέτει τα δικά του μοναδικά χαρακτηριστικά. Οι ειδικοί μπορούν επομένως να αναζητήσουν ενδείξεις και στοιχεία αυτών των χαρακτηριστικών για να προσδιορίσουν το ακριβές σχήμα του σύμπαντος χρησιμοποιώντας ολοένα και πιο λεπτομερή κοσμολογικά δεδομένα.

Άπειρα αντίγραφα του εαυτού μας

Πολλοί από αυτούς τους υποψήφιους για το σχήμα του σύμπαντος είναι συμπαγείς, που σημαίνει ότι δεν εκτείνονται απείρως προς τα έξω. Αντίθετα, ένα εντυπωσιακό χαρακτηριστικό που μοιράζονται είναι η επανάληψη. Σε ένα σύμπαν με σχήμα τόρου, για παράδειγμα, το φως από τη Γη μας θα έφτανε τελικά ξανά στη Γη, οπότε θα βλέπαμε την αντανάκλασή μας.

Παρόλα αυτά, το σύμπαν μας είναι γιγαντιαίο, και το φως ταξιδεύει με πεπερασμένη ταχύτητα. Αυτό σημαίνει ότι ακόμη κι αν το φως από το ηλιακό μας σύστημα ή τον γαλαξία μας επρόκειτο να φτάσει ξανά σε εμάς κάποια μέρα, το πιο πιθανό είναι να μην αναγνωρίζαμε την εικόνα. Κι αυτό διότι η μορφή του εκείνη τη χρονική στιγμή πιθανώς να ελάχιστη ομοιότητα θα είχε με το τωρινό μας περιβάλλον. Επιπλέον, το σύμπαν μας ίσως να είναι τόσο απέραντο που το φως απλώς δεν έχει βρει τον χρόνο να το διασχίσει.

Αλλά θα μπορούσαν να υπάρχουν και άλλες ενδείξεις για το αν ζούμε σε ένα συμπαγές σύμπαν. Το σχήμα του κόσμου επηρεάζει, μεταξύ άλλων, τον τρόπο με τον οποίο η ύλη και το φως αλληλεπιδρούσαν στο πρώιμο σύμπαν. Κι αυτό θα έπρεπε να αντικατοπτρίζεται στην κοσμική μικροκυματική ακτινοβολία υποβάθρου. Οι ερευνητές έχουν αναζητήσει επαναλαμβανόμενες δομές εντός αυτής, όπως πανομοιότυπες κυκλικές διατάξεις που θα υποδείκνυαν ένα συμπαγές σύμπαν. Για να γίνει αυτό, έπρεπε να κάνουν κάποιες γεωμετρικές παραδοχές: επειδή λαμβάνουμε την ακτινοβολία στη σφαιρική Γη, το σήμα έχει το σχήμα μιας σφαιρικής επιφάνειας. Το σύμπαν μας θα μπορούσε ωστόσο να έχει ένα πιο πολύπλοκο σχήμα, και τα ίχνη αυτού θα έπρεπε να ανακλώνται στα σφαιρικά δεδομένα που συλλέγουμε.

Όταν οι ειδικοί ερεύνησαν για πανομοιότυπες κυκλικές δομές στα δεδομένα της κοσμικής ακτινοβολίας υποβάθρου κατά τις δεκαετίες του 2000 και του 2010, δεν βρήκαν τίποτα. Επομένως, οι περισσότεροι κοσμολόγοι υπέθεσαν ότι το σύμπαν είχε μια αρκετά απλή δομή: θα ήταν επίπεδο και θα εκτεινόταν στο άπειρο και στις τρεις χωρικές διαστάσεις. Η έρευνα για το σχήμα του σύμπαντος πάγωσε λόγω έλλειψης νέων στοιχείων – μέχρι που ξεκίνησε το 2022 η σύμπραξη COMPACT (Collaboration for Observations, Models and Predictions of Anomalies and Cosmic Topology).

Οι ερευνητές της σύμπραξης συγκρίνουν τα πιο πρόσφατα δεδομένα από την κοσμολογική μικροκυματική ακτινοβολία υποβάθρου με τα διάφορα πιθανά σχήματα του σύμπαντος. Ανακάλυψαν ότι η έλλειψη αποδείξεων για πανομοιότυπες κυκλικές δομές στο κοσμικό μικροκυματικό υπόβαθρο είναι πολύ λιγότερο περιοριστική από ό,τι πιστευόταν προηγουμένως. Στην πραγματικότητα, είναι αρκετά πιθανό να μην εντοπίζαμε καμία από αυτές τις δομές σε ένα συμπαγές σύμπαν. Επιπλέον, οι ειδικοί εργάζονται για τον εντοπισμό άλλων χαρακτηριστικών στα κοσμολογικά δεδομένα που θα μπορούσαν να υποδεικνύουν πολύπλοκα σχήματα. Η ομάδα της COMPACT εξακολουθεί να αναλύει τα δεδομένα και να αναπτύσσει κατάλληλα μοντέλα. Συναρπαστικά νέα αποτελέσματα αναμένονται τους επόμενους μήνες και χρόνια.

Όλα αυτά σημαίνουν ότι το σύμπαν θα μπορούσε να είναι πολύ πιο πολύπλοκο από ό,τι νομίζαμε. Και το ερώτημα για το σχήμα του κόσμου μας δεν είναι απλώς ακαδημαϊκό. Η τοπολογία του χωροχρόνου καθορίστηκε πιθανότατα από τις κβαντικές διεργασίες που έλαβαν χώρα λίγο μετά τη Μεγάλη Έκρηξη. Επομένως, αν γνωρίζαμε με μεγαλύτερη ακρίβεια το σχήμα του σύμπαντος, θα μπορούσαμε να μάθουμε περισσότερα για τις πολύπλοκες διεργασίες που συνέβησαν στο ξεκίνημά του – ή, τουλάχιστον, αυτή είναι η ελπίδα.

διαβάστε περισσότερες λεπτομέρειες: The universe could have 18 possible shapes – https://www.scientificamerican.com/article/the-universe-could-have-18-possible-shapes/

Κατηγορίες:ΑΣΤΡΟΝΟΜΙΑ, ΑΣΤΡΟΦΥΣΙΚΗ, ΚΟΣΜΟΛΟΓΙΑ, ΣΥΜΠΑΝ