Niezwykła teoria - Wszechświat ma kształt... donuta

Badając światło z wczesnego Wszechświata, zespół Thomasa Bucherta z Uniwersytetu w Lyonie wywnioskował, że nasz Wszechświat może być wielokrotnie połączony, co oznacza, że przestrzeń jest zamknięta w sobie we wszystkich trzech wymiarach - jak trójwymiarowy donut (pączek o kształcie opony). Czy taka koncepcja ma sens?

Przez dziesiątki lat astronomowie debatowali nad naturą kształtu Wszechświata - czy jest on "płaski" (co oznacza, że wyimaginowane linie równoległe pozostaną na zawsze równoległe), "zamknięty" (linie równoległe w końcu się przetną) czy "otwarty" (linie te będą się rozchodzić). Ta geometria Wszechświata dyktuje jego los. Płaskie i otwarte Wszechświaty będą się rozszerzać w nieskończoność, podczas gdy zamknięty Wszechświat w końcu zapadnie się w sobie.

Wielokrotne obserwacje, zwłaszcza mikrofalowego promieniowania tła (CMB), wskazały, że żyjemy w płaskim Wszechświecie. Linie równoległe pozostają równoległe, a nasz Wszechświat będzie się nadal rozszerzał. Ale kształt to coś więcej niż geometria. Jest jeszcze topologia, czyli to, jak kształty mogą się zmieniać, zachowując te same reguły geometryczne.

Podczas gdy nasze pomiary zawartości i kształtu Wszechświata mówią nam o jego geometrii - jest płaski - nie mówią nam o topologii. Nie mówią nam, czy nasz Wszechświat jest wielokrotnie połączony, co oznacza, że jeden lub więcej wymiarów kosmosu łączą się ze sobą.

Podczas gdy idealnie płaski Wszechświat rozciągałby się do nieskończoności, płaski Wszechświat o topologii wielopołączeniowej miałby skończone rozmiary. Gdybyśmy mogli w jakiś sposób określić, czy jeden lub więcej wymiarów jest zawiniętych na siebie, wiedzielibyśmy, że Wszechświat jest skończony w tym wymiarze. Moglibyśmy wtedy wykorzystać te obserwacje do zmierzenia całkowitej objętości Wszechświata.

Astrofizycy przyjrzeli się mikrofalowemu promieniowaniu tła (CMB). Kiedy promieniowanie to zostało uwolnione, nasz Wszechświat był milion razy mniejszy niż obecnie, a więc jeśli nasz Wszechświat jest rzeczywiście połączony wieloświatowo, to wtedy było o wiele bardziej prawdopodobne, że zawinie się na siebie w obserwowalnych granicach kosmosu.

Obecnie, ze względu na ekspansję Wszechświata, jest bardziej prawdopodobne, że zawijanie się zachodzi w skali poza obserwowalnymi granicami, a więc zawijanie się byłoby znacznie trudniejsze do wykrycia. Obserwacje CMB dają nam najlepszą szansę na zobaczenie odcisków wielokrotnie połączonego Wszechświata.
Zespół badawczy przyjrzał się szczególnie perturbacjom w temperaturze CMB. Jeśli jeden lub więcej wymiarów w naszym Wszechświecie miałoby się ze sobą połączyć, perturbacje nie mogłyby być większe niż odległość wokół tych pętli. Po prostu by się nie zmieściły.

- W nieskończonej przestrzeni perturbacje temperatury promieniowania CMB istnieją we wszystkich skalach. Jeśli jednak przestrzeń jest skończona, to brakuje tych długości fali, które są większe niż rozmiar przestrzeni - powiedział Buchert.

Innymi słowy - istniałaby maksymalna wielkość perturbacji, która mogłaby ujawnić topologię Wszechświata. 

Mapy CMB wykonane za pomocą satelitów takich jak WMAP NASA i Planck ESA zaobserwowały już intrygującą ilość brakujących perturbacji w dużych skalach. Buchert i jego współpracownicy sprawdzili, czy te brakujące perturbacje mogą być wynikiem istnienia wielopołączeniowego Wszechświata. Naukowcy przeprowadził wiele symulacji komputerowych tego, jak wyglądałaby CMB, gdyby Wszechświat był trójtorusem, co jest matematyczną nazwą gigantycznego trójwymiarowego pączka.

Zespół odkrył, że wielokrotnie połączony Wszechświat około 3-4 razy większy niż nasza obserwowalna bańka najlepiej pasuje do danych CMB. Wyniki są wciąż wstępne, ale wiele wskazuje na to, że wszyscy możemy żyć w gigantycznym donucie.