Alt, hvad vi tror, vi ved om universets form, kan være forkert. I stedet for at være fladt som et laken, kan vores univers være buet, som en massiv, oppustet ballon, ifølge en ny undersøgelse.
Det er resultatet af et nyt papir, der blev offentliggjort i dag (4. november) i tidsskriftet Nature Astronomy, der ser på data fra den kosmiske mikrobølgebakgrund (CMB), det svage ekko fra Big Bang. Men ikke alle er overbeviste; de nye fund, der er baseret på data frigivet i 2018, modsiger begge års konventionel visdom og en anden nylig undersøgelse baseret på det samme CMB-datasæt.
Hvis universet er krummet, ifølge det nye papir, krummer det forsigtigt. Den langsomme bøjning er ikke vigtig for at bevæge os rundt i vores liv eller solsystem eller endda vores galakse. Men rejser ud over alt dette uden for vores galaktiske kvarter, langt ind i den dybe sorthed, og til sidst - bevæger dig i en lige linje - løber du rundt og ender lige tilbage, hvor du startede. Kosmologer kalder denne idé "det lukkede univers." Det har eksisteret i et stykke tid, men det passer ikke med eksisterende teorier om, hvordan universet fungerer. Så det er i vid udstrækning blevet afvist til fordel for et "fladt univers", der strækker sig uden grænser i alle retninger og ikke løber rundt på sig selv. Nu giver en anomali i data fra den bedst nogensinde måling af CMB solide (men ikke absolut afgørende) beviser for, at universet trods alt er lukket, ifølge forfatterne: University of Manchester kosmolog Eleonora Di Valentino, Sapienza University of Rome kosmolog Alessandro Melchiorri og Johns Hopkins University kosmolog Joseph Silk.
Forskellen mellem et lukket og åbent univers er lidt som forskellen mellem et strakt fladt ark og en oppustet ballon, fortalte Melchiorri til Live Science. I begge tilfælde udvides det hele. Når arket udvides, bevæger hvert punkt sig væk fra hvert andet punkt i en lige linje. Når ballonen er oppustet, kommer hvert punkt på dens overflade længere væk fra alle andre punkter, men ballongens krumning gør geometrien for denne bevægelse mere kompliceret.
”Dette betyder for eksempel, at hvis du har to fotoner, og de rejser parallelt i et lukket univers, vil de mødes,” sagde Melchiorri.
I et åbent, fladt univers ville fotonerne, uforstyrret, rejse langs deres parallelle baner uden nogensinde at have interageret.
Den konventionelle model for universets inflation, sagde Melchiorri, antyder, at universet skal være fladt. Spol udvidelsen af plads helt til begyndelsen, til de første 0.0000000000000000000000001 sekunder efter Big Bang, ifølge denne model, og du vil se et øjeblik af utrolig, eksponentiel udvidelse, da pladsen voksede ud fra det uendelige punkt, hvor det begyndte. Og fysikken i den super hurtige ekspansion peger på et fladt univers. Det er den første grund til, at de fleste eksperter mener, at universet er fladt, sagde han. Hvis universet ikke er fladt, er du nødt til at "finjustere" fysikken i den overordnede mekanisme for at få det hele til at passe sammen - og gentage utallige andre beregninger i processen, sagde Melchiorri.
Men det kan muligvis ende med at være nødvendigt, skrev forfatterne i den nye undersøgelse.
Det er fordi der er en afvigelse i CMB. CMB er den ældste ting, vi ser i universet, lavet af omgivende mikrobølgelys, der er tilstrækkelig med plads, når du blokerer for stjerner og galakser og anden interferens. Det er en af de vigtigste kilder til data om universets historie og opførsel, fordi det er så gammelt og så spredt over rummet. Og det viser sig, ifølge de nyeste data, at der er markant mere "gravitationslinser" af CMB end forventet - hvilket betyder, at tyngdekraften ser ud til at bøje mikrobølgerne i CMB mere end den eksisterende fysik kan forklare.
De data, teamet trækker på, kommer fra en 2018-frigivelse fra Planck-eksperimentet - et europæisk rumfartsagentur (ESA) -eksperiment for at kortlægge CMB mere detaljeret end nogensinde før. (De nye data vil blive offentliggjort i en kommende udgave af tidsskriftet Astronomy & Astrophysics og er nu tilgængelige på ESAs websted. Både Di Valentino og Melchiorri var også en del af denne indsats.)
For at forklare den ekstra linse har Planck-samarbejdet netop taget på en ekstra variabel, som forskerne kalder "A_lens", til gruppens model for universets dannelse, "Dette er noget, du lægger der for hånd og prøver at forklare, hvad Du ser. Der er ingen forbindelse med fysik, ”sagde Melchiorri, hvilket betyder, at der ikke er nogen A_lens-parameter i Einsteins relativitetsteori. "Hvad vi fandt, er, at du kan forklare A_lens med et positivt krummet univers, hvilket er en meget mere fysisk fortolkning, som du kan forklare med generel relativitet."
Melchiorri påpegede, at hans holds fortolkning ikke er afgørende. I henhold til gruppens beregninger peger Planck-dataene på et lukket univers med en standardafvigelse på 3,5 sigma (en statistisk måling, der betyder ca. 99,8% tillid til, at resultatet ikke skyldes tilfældig chance). Det er vel kort af de 5 sigma standardfysikere, der normalt kigger efter, før de ringer til en idé bekræftet.
Men nogle kosmologer sagde, at der var endnu flere grunde til at være skeptiske.
Andrei Linde, en kosmolog ved Stanford University, fortalte Live Science, at Nature Astronomy-papiret ikke tager højde for et andet vigtigt papir, der blev offentliggjort i arXiv-databasen 1. oktober. (Dette papir er endnu ikke blevet offentliggjort i en peer review-tidsskrift). )
I denne artikel kiggede kosmologer fra University of Cambridge George Efstathiou og Steven Gratton, som begge også arbejdede på Planck-samarbejdet, på et snævrere datasæt end Nature Astronomy-papiret. Deres analyse understøttede også et krummet univers, men med langt mindre statistisk tillid end Di Valentino, fandt Melchiorri og Silk at se på et større segment af Planck-dataene. Når Efstathiou og Graton imidlertid kiggede på dataene sammen med to andre eksisterende datasæt fra det tidlige univers, fandt de, at beviset samlet set pegede mod et fladt univers.
På spørgsmålet om Efstathiou- og Gratton-papiret roste Melchiorri den omhyggelige behandling af arbejdet. Men han sagde, at duoens analyse er afhængig af et for lille segment af Planck-dataene. Og han påpegede, at deres forskning er baseret på en ændret (og i teorien forbedret) version af Planck-dataene - ikke det offentlige datasæt, som mere end 600 fysikere havde undersøgt.
Linde pegede på denne reanalyse som et tegn på, at Efstathiou og Grattons papir var baseret på bedre metoder.
Efstathiou bad om ikke at blive citeret direkte, men påpegede i en e-mail til Live Science, at hvis universet var krumt, ville det rejse en række problemer - i modstrid med de andre datasæt fra det tidlige univers og gøre uoverensstemmelser i universets observerede hastighed på ekspansion meget værre. Gratton sagde, at han var enig.
Melchiorri var også enig i, at den lukkede univers-model ville rejse en række problemer for fysik.
”Jeg vil ikke sige, at jeg tror på et lukket univers,” sagde han. "Jeg er lidt mere neutral. Jeg vil sige, lad os vente på dataene, og hvad de nye data vil sige. Hvad jeg mener er, at der er en uoverensstemmelse nu, at vi er nødt til at være forsigtige og prøve at finde ud af, hvad der er producerer dette uoverensstemmelse. "
